DE544267C - Anordnung bei Asynchronmaschinen, in deren Sekundaerstromkreis ueber Kommutatormaschinen zwei Spannungskomponenten eingefuehrt sind, von denen die eine in ihrer Groesse derart bemessen ist, dass sie die Sekundaerspannung der Asynchronmaschine ganz oder teilweise aufhebt, waehrend die zweite in ihrer Groesse vom Schlupf unabhaengig ist - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 17. FEBRUAR 1932

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVi 544267 KLASSE 21 d 2 GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. September 1925 ab

Bei Asynchronmaschinen, in deren Sekundärstromkreis zwecks Drehzahlregelung eine Kommutatorhintermaschine eingeschaltet ist, hat man vorgeschlagen, durch geeignete Erregung der Kommutatorhintermaschine in den Sekundärstromkreis der Asynchronmaschine zwei Spannungskomponenten einzuführen, von denen die eine proportional dem Schlupf der Asynchronmaschine anwächst und deren Sekundärspannung ganz oder teilweise aufhebt, während die zweite in ihrer Größe vom Schlupf unabhängig ist und bei vollständiger Aufhebung der Sekundärspannung durch die erstgenannte Spannungskomponente den Belastungsstrom im Sekundärteil der Asynchronmaschine erzeugt. Bei vollständiger Aufhebung der Sekundärspannung der Asynchronmaschine erreicht man dadurch, daß der Belastungsstrom und damit

ao auch das Drehmoment der Asynchronmaschine vom Schlupf vollständig unabhängig ist, bei teilweiser Aufhebung der Sekundärspannung ergibt sich eine mit dem Grade dieser Aufhebung einstellbare Drehzahl- bzw. Schlupfänderung in Abhängigkeit von der Belastung der Asynchronmaschine.

Die Erfindung betrifft nun eine besonders zweckmäßige Anordnung zur Erzeugung der die Sekundärspannung der Asynchronmaschine ganz oder teilweise aufhebenden Spannungskomponente in der Kommutatorhintermaschine. Erfindungsgemäß dient dazu eine mit der Asynchronmaschine synchron laufende Hilfsmaschine, die infolge des synchronen Laufes eine als Funktion des Schlupfes der Asynchronmaschine sich ändernde Spannung (oder Spannungskomponente) entwickelt, die dem Erregerstromkreis der Kommutatorhintermaschine zugeführt ist. Infolge dieser proportional dem Schlupf anwachsenden Erregung der Kommutatorhintermaschine führt diese in den Sekundärstromkreis eine sich nach demselben Gesetz ändernde Spannung bzw. Spannungskomponente ein.

Die Schaltung und Ausbildung der für die Erregung der Kommutatorhintermaschine dienenden, mit der Asynchronmaschine synchron laufenden Hilfsmaschine kann in verschiedener Weise durchgeführt sein. Bei Kommutatorhintermaschinen, die mit der asynchronen Vordermaschine mechanisch gekuppelt sind und im Läufer über Schleifringe

*,' Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Adolf Leonhard in Berlin-Spandau.

mit Xetzfrequenz erregt werden, kann man beispielsweise mit der asynchronen Vordermaschine noch eine Mehrphasenkommutatormaschine kuppeln, deren Ständerwicklung vom Netze mit konstanter, jedoch einstellbarer Spannung gespeist wird und deren Spannung an den Kommutatorbürsten den Erregerschleifringen der Kommutatorhintermaschine zugeführt ist. Die Spannung an ίο den Bürsten der Hilfskommutatormaschine besitzt dabei einerseits Netzfrequenz, andererseits wächst sie proportional dem Schlupf an, nachdem die Kommutatorwicklung von dem Maschinenfeld mit Schlupffrequenz induziert wird. Bei Regelsätzen, bei denen in den Sekundärstromkreis der Asynchronmaschine über einen Einankerumformer ein Gleichstromhintermotor eingeschaltet ist, kann man für die Erregung des Gleichstromhintermotors eine mit der Asynchronmaschine gekuppelte Gleichstromhilfsmaschine vorsehen, deren Erregerfeld an eine konstante Spannung, beispielsweise an eine Batterie, angeschlossen ist. Die Spannung dieser Gleichstromhilfsmaschine vermindert sich daher bei wachsendem Schlupf der Asynchronmaschine um einen Betrag, der dem Schlupf proportional ist. Führt man nun die Spannung der Gleichstromhilfsmaschine der Erregerwicklung des Gleichstromhintermotors in Gegenschaltung mit einer konstanten Gleichspannung zu, dann kann man es durch passende Bemessung dieser konstanten Gleichstromgegenspannung erreichen,· daß der Erregerstrom an dem Hintermotor proportional dem Schlupf anwächst. Dementsprechend wird dann auch über den Einankerumformer in den Sekundärkreis der Asynchronmaschine eine nach demselben Gesetz sich ändernde Schlupfspannung eingeführt.

In der Zeichnung sind weitere Ausführungsbeispiele für die Anordnung nach der Erfindung dargestellt. In Abb. 1 ist ein Asynchronmotor 4 mit der Kommutatorhintermaschine 5 mechanisch gekuppelt. Die Kom-■ mutatorhintermaschine wird über Schleifringe von der Drehstromerregermaschine 6 erregt, die durch den Synchronmotor 7 angetrieben wird. ' Die Maschine 6 wird mit Gleichstrom erregt. Die Kupplung zwischen den Maschinen 6 und 7 ist verstellbar und wird so eingestellt, daß im Kommutator der Maschine 5 eine Spannung entsteht, die in Phase mit der Rotorspannung des Hauptmotors ist. Nunmehr kann durch Änderung der Erregung der Maschine 6 in bekannter Weise die Drehzahl des Asynchronmotors 4 geregelt werden.

Nach der Erfindung wird nun die Gleich-Stromerregung der Maschine 6 nicht allein von einer Gleichstromquelle 8 gespeist, sondern in Reihe zu dieser die Spannung einer Gleichstromdynamo 9, die mit dem Asynchronmotor 4 mechanisch gekuppelt ist, geschaltet. Die Maschine 9 wird so erregt, daß ihre Spannung der Spannung des Netzes 8 entgegenwirkt. Bei bestimmter Drehzahl der Hauptmaschine heben sich die beiden Spannungen auf, und die Gleichstromerregerwicklung der Maschine 6 ist in diesem Fälle stromlos. Bei Änderung der Drehzahl der Hauptmaschine dagegen wird die Maschine 6 je nachdem, ob die Drehzahl fällt oder steigt, im einen oder anderen Sinne erregt, so daß die Hauptmaschine 4 über die Hintermaschine 5 zusätzlich zu der Rotorschlupfspannung eine ebenfalls von der Drehzahl abhängige Zusatzspannung im Rotorkreise erhält. Durch Änderung der Erregung der Dynamo 9 mit Hilfe des Reglers 10 und durch Änderung des Vorschaltwiderstandes 11 kann sowohl die Leerlaufdrehzahl als auch der Drehzahlabfall bei Belastung beliebig eingestellt werden. Ein besonderer Vorteil gegenüber bekannten Anordnungen besteht darin, daß durch geeignete Wahl der Erregung der Maschine 9 bzw. des Vorschaltwiderstandes 11 erreicht werden kann, daß die Hauptmaschine in gewissen Grenzen konstante Leistung aufnimmt oder als Generator abgibt. Die Maschine 9 kann weiterhin noch eine Zusatzerregung erhalten, die von irgendeiner Betriebsgröße, z. B. dem Erregerstrom der Maschine 6, abhängig gemacht wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Erfindung ist in Abb. 2 gegeben. In Übereinstimmung mit Abb. 1 findet sich wieder der Asynchronmotor 4, die Kommutatormaschine 5, die Drehstromerregermaschine 6, der sie antreibende Synchronmotor 7 und die too das Feld beeinflussende Hilfsmaschine 9. Diese Anordnung wird nun so eingestellt, daß die von der Drehstromerregermaschine 6 auf die Schleifringe der Kommutatormaschine 5 gelieferte Spannung entweder in der gleichen Richtung wirkt wie die Läuferspannung des Hauptmotors oder umgekehrt, und zwar je nachdem, ob die Anordnung über- oder untersynchron läuft. Die Maschine 6 wird von zwei Gleichstrommaschinen 12 und 9 erregt, no die gegeneinandergeschaltet werden. 9 sitzt auf der Welle des Asynchronmotors 4 und 12 auf der Welle des Synchronmotors 7. Für den Fall, daß die Synchrondrehzahl der Asynchronmaschine 4 gleich der des Synchronmotors 7 ist, sind auch die Spannungen der Maschinen 12 und 9 einander gleich. Die wirksame Erregung für die Erregermaschine 6 ist also als Resultante der beiden Spannungen der Maschinen 9 und 12 gegeben.

Die Vorteile einer solchen Anordnung gehen aus den Diagrammen 3 bis 7 ohne wei-

teres hervor. Zunächst ist es klar, daß man durch Beeinflussung der Größe der von den Maschinen 12 und 9 gelieferten und der Maschine 6 zugeführten Spannungen und durch die Bemessung der magnetischen und elektrischen Verhältnisse der Maschine 6 (Größe des Magnetfeldes und Windungszahlen in der Läufer- und S tänder wicklung) die Größe der den Erregerschleifringen der Maschine 5 zugeführten, proportional dem Schlupf der Maschine 4 anwachsenden Erregerspannung beliebig beeinflussen kann. Für die Regelung der Größe der von den Maschinen 9 und 12 entwickelten Spannungen dienen in die Erregerstromkreise dieser Maschinen eingeschaltete Regehviderstände.

In Diagramm 3 ist zunächst der Fall behandelt, daß die Schlupfspannung des Läufers 4 und die Hilfsspannung einander entgegengesetzt gerichtet sind und der Proportionalitätsfaktor der Hilfsspannung kleiner als der der Schlupfspannung ist. α ist die Läuferspannung, b die Hilfsspannung, c die resultierende Spannung. Als Abszisse sind die Drehzahlen bzw. Schlüpfungen aufgetragen. Vernachlässigt man den Induktionswiderstand des Läuferstromkreises, so ist der Läuferstrom und damit das vom Hauptmotor abgegebene Moment proportional der resultierenden Spannung c. Ist nun zur Aufbringung eines bestimmten Momentes oder des hierfür erforderlichen Stromes eine resultierende Spannung im Läufer von der Größe u erforderlich, so wird bei normalem Betrieb der Motor bis zur Drehzahl Ji₁ abfallen, bei der die Rotorspannung den erforderlichen Wert u erreicht hat. Bei der Anordnung nach der Erfindung aber, bei der die resultierende Spannung c auftritt, wird der Wert u erst bei n., erreicht, der Motor muß also in der Drehzahl weiter abfallen, um das gleiche Moment abgeben zu können. Für den Fall, daß die Maschine 5 als Hintermotor ebenfalls ein Moment abgibt, wird die für ein bestimmtes Moment notwendige Spannung mit steigender Schlüpfung etwas kleiner (gestrichelte Linie in Abb. 3), der Motor fällt dann nur bis M₃ ab. In Abb. 4 ist der Fall gezeigt, daß die Maschine 9 (Abb. 2) stärker als die Maschine 12 erregt ist, so daß die Drehzahl, bei der die Maschine 9 die gleiche Spannung erzeugt wie die Maschine 12, von der synchronen abweicht. Man erkennt, daß die Hilfsspannung b schon bei untersynchroner Drehzahl K₄ zu Null wird, und ferner, daß die Leerlaufdrehzahl n₅, bei der die resultierende Spannung c zu Null werden muß, sich im übersynchronen Bereich befindet. Die Neigung der Geraden a und b kann durch Änderung der Erregung der beiden Gleichstrommaschinen 9 und 12 geändert und damit jeder gewünschte Schlupf bei Belastung erreicht werden. Umgekehrt kann bei Schwächung der Erregung der Maschine. 9 der Punkt K₄ in den übersynchronen und der Punkt n₅ in den untersynchronen Bereich verlegt werden.

Zwei Sonderfälle zeigen die Diagramme 5 und 6, bei denen die resultierende Spannung c der Abszissenachse parallel wird. In Diagramm 5 liegt M₄ im untersynchronen, in Diagramm 6 im übersynchronen Bereich. Im ersten Falle ist die vom Hauptmotor aufgenommene Leistung und das von ihm abgegebene Moment bei allen Drehzahlen konstant. Wenn die Maschine 5 nur eine Erregerleistung von den Schleifringen erhält, so ist auch die gesamte an der Welle abgegebene Leistung konstant, das Moment verläuft abhängig von der Drehzahl nach einer Hyperbel, und man erhält eine Anordnung mit reiner Reihenschlußcharakteristik. Im Falle der Abb. 6 wird der Hauptmotor eine wieder bei jeder Drehzahl konstante Leistung ins Netz abgeben. Diese Eigenschaft kann zur Stilllegung von großen Schwungrädern benutzt werden, wobei die aufgespeicherte Energie dann wenigstens zum Teil an das Netz zurückgegeben wird.

In Abb. 2 sind die Hilfsdynamos 9 und 12 fremderregt. Dies ist jedoch nicht notwendig; man kann jede der Regeldynamos auch mit Selbsterregung oder mit gemischter Erregung, z. B. mit Kompounderregung, ausstatten. Diagramm 7 zeigt den Fall, daß die Maschine 9 Selbsterregung hat und nur vom Synchronismus aus gepuffert wird, α ist die Läuferspannung, b die Hilfsspannung, die infolge der Selbsterregung der Maschine 9 eine gekrümmte Charakteristik erhält, c ist die resultierende Spannung. Man sieht, daß diese *°° zuerst ziemlich steil verläuft, sodann aber durch die Wirkung der Hilfsspannung abgeflacht wird. Dies ist vorteilhaft bei Antrieben, die starken und plötzlichen Belastungsschwankungen unterworfen sind, z. B. bei Walzenstraßen. Hier kann zunächst bei geringer Belastung, um den Antrieb voll ausnutzen zu können, ein geringer Drehzahlabfall erwünscht sein. Erst wenn die Belastung über ein gewisses Maß steigt, wird man zur plötzlichen Entladung der Schwungmassen eine flachere Form der Charakteristik anwenden, und dieser Forderung trägt die Kurve nach Diagramm 7 Rechnung.

Um die Regelung auch den schwersten Bedingungen eines stoßweise erfolgenden Betriebes anzupassen, kann man sogar eine Unstetigkeit der Charakteristik dadurch erzielen, daß man dem Feld der Erregermaschine 6 bei einer bestimmten Belastung α in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Netzes oder des Antriebes einen erhöhten Er-

regerstrom aufdrückt, indem man in bekannter Weise, z. B. durch Eilregler oder durch Stromrelais, die Widerstände, im Erregerstromkreis kurzschließt, also die Erregerspannung der Maschine 9 plötzlich verstärkt. Ein Ausführungsbeispiel für diesen letzten Fall zeigt Abb. 8. In dieser Abbildung bedeutet 13 den Hauptmotor und 16 die mit ihm gekuppelte Hilfsdynamo, deren Spannung dem Feld der nicht gezeichneten Erregermaschine zugeführt wird. Die Anordnung des Satzes kann z. B. nach Art der Abb. 1 vervollständigt werden. Die Einrichtung nach der Erfindung besteht in einem Relais 14, das von einem Stromtransformator in den Zuleitungen des Hauptmotors beeinflußt wird und den Widerstand 15 im Erregerfeld der Dynamo 16 bei Überschreitung eines gewissen Strombetrages ändert. Abgesehen von dieser Beeinflussung ist noch ein weiterer Regler 17 im Feldstromkreis vorgesehen, der die Leerlaufcharakteristik des Satzes bestimmt. Durch eine solche Anordnung kann eine Regelung unter weitgehendster Berücksichtigung auch der schwierigsten Verhältnisse von Pufferantrieben erfolgen. Die Erfindung gestattet auch Anwendung auf ständererregte Drehstromhintermaschinen beliebiger Art sowie auf Gleichstromregelsätze, ganz gleich, ob die Regelsätze mit mechanisch oder elektrisch gekuppelter Hintermaschine versehen sind.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ι . Anordnung bei Asynchronmaschinen, in deren Sekundärstromkreis über Kommutatorhintermaschinen zwei Spannungskomponenten eingeführt sind, von denen die eine in ihrer Größe derart bemessen ist, daß sie die Sekundärspannung der Asynchronmaschine ganz oder teilweise aufhebt, während die zweite in ihrer Größe vom Schlupf unabhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der die Sekundärspannung der Asynchronmaschine aufhebenden Spannungskomponente in der Kommutatorhintermaschine eine mit der Asynchronmaschine synchron laufende Hilfsmaschine dient, die infolge des synchronen Laufes eine als Funktion des Schlupfes der Asynchronmaschine sich ändernde Spannung (oder Spannungskomponente) entwickelt, die dem Erregerstromkreis der Kommutatorhintermaschine zugeführt ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Spannung der Hilfsmaschine bei wachsendem Schlupf um einen dem Schlupf proportionalen Betrag sinkt, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der von der Hilfsmaschine entwickelten und der Erregung der Kommutatorhintermaschine zugeführten Spannung eine Hilfsspannung geschaltet ist, die in ihrer Größe vom Schlupf unabhängig ist und der von der Hilfsmaschine entwickelten Spannung entgegenwirkt.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Kommutatorhintermaschine von einer synchronen Erregermaschine erregt wird, gekennzeichnet durch eine mit der Asynchronmaschine gekuppelte Gleichstromhilfsmaschine, deren Spannung der Gleichströmerregerwicklung der synchronen Erregermaschine zweckmäßig in Reihenschaltung mit einer vom Schlupf unabhängigen Gleichstromhilfsspannung zugeführt ist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine mit konstanter Drehzahl umlaufende (zweckmäßig mit der synchronen Erregermaschine gekuppelte) Gleichstrommaschine, deren Spannung in Reihenschaltung mit der Spannung der Gleichstromhilfsmaschine der Erregerwicklung der synchronen Erregermaschine zugeführt ist.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Ände- go rung der Erregungen der beiden Gleichstrommaschinen die einzelnen Spannungskomponenten ihrem Absolutbetrage nach veränderlich gemacht werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen