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Kaskade, bestehend aus Indnktionsvordermaschine und läuferseitig erregter, kompen- sierter Konilmtatorliintermaschine.
Anordnungen, die aus einer Induktionsvordermaschine in Kaskade mit einer läufererregten, kompensierten Kommutatorhintermasehine bestehen, lassen sich bekanntlich in ihrer Drehzahl regeln und ermöglichen auch die Erzeugung und Regelung von Blindleistung. Zum Zwecke der Regelung wird die Kommutatorhintermaschine, z. B. über einen Transformator mit regelbarem Übersetzungsverhältnis oder über einen Synchronumformer, aus dem Netz erregt. Diese Schaltungen gestatten zwar teils eine feinstufige, teils selbsttätige Regelung, haben aber doch manche Nachteile, wie aus folgendem hervorgeht :
Mit Rücksicht auf die Kommutierung darf die Erregerspannung eine gewisse Grenze nicht überschreiten.
Infolgedessen treten bei der Erregung über einen Transformator an den Schleifringen der Kommutatorhintermaschine verhältnismässig hohe Stromstärken auf, so dass man Regelapparate erhält, die sich für eine feinstufige Regelung wenig eignen. Bei grossen Generatoren und Blindleistungsmaschinen ist auch die selbsttätige Regelung mangels geeigneter Regelapparate schwierig durchzuführen. Hiefür fällt auch besonders der Umstand ins Gewicht, dass der Regelvorgang rasch ablaufen muss. Eine Regelung mit einem Synchronerregerumformer veranlasst anderseits bei Netzen, in denen Antriebsmaschinen mit Eigenschwingungen, wie Kolbenmaschinen, Gasmaschinen u. dgl. vorhanden sind, Pendelungen.
Bei anderen bekannten Anordnungen, bei denen die Kaskade generatorisch arbeitet, d. h. mechanisch angetrieben wird, ist die Takthaltung nur dann möglich, wenn eine vom Netz unabhängige Erregerquelle richtiger Periodenzahl besteht. Dies erfordert also eine besondere, vom Netz unabhängige Kraftmaschine, die den Erregergenerator antreibt.
Die geschilderten Schwierigkeiten werden nun gemäss der Erfindung dadurch überwunden, dass die Kommutatorhintermaschine von einer, ständerseitig mit Netzfrequenz gespeisten, kompensierten Kommutatormaschine erregt wird. Diese Erregermaschine liefert Erregerstrom von Netzfrequenz für die Kommutatorhintermaschine. Hiebei erhält man, unter Ausschaltung von Synchronmaschinen, einen Erregerkreis, der eine feinstufige und selbsttätige Regelung leicht ermöglicht.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bedeutet 1 die Induktionsvordermaschine, 2 die kompensierte läufererregte Kommutatorhintermaschine, 3 die kompensierte, im Ständer mittels einer Erregerwicklung 4 mit Netzfrequenz erregte Kommutatorerregermaschine gemäss der Erfindung, 5 einen Antriebsmotor für die Erregermaschine und 6 einen regelbaren Transformator, der ebenso wie die Vordermaschine 1 an das Netz 7 angeschlossen ist. Der Transformator 6 kann als Stufen-oder Drehtransformator ausgebildet sein. Die Verwendung eines asynchronen Antriebsmotors 5 für den Erregerumformer ist deshalb möglich, weil an den Kommutatorbürsten der Erregermaschine stets eine Frequenz auftritt, die unabhängig von der Antriebsdrehzahl ist und nur durch die Frequenz der Erregerwicklung 4 gegeben ist.
Aus dieser Anordnung ergibt sich bei schwankender Drehzahl von 3 stets Netzfrequenz an den Schleifringen der Maschine 2 ; hieraus erkennt man auch leicht die Möglichkeit einer Anordnung nach Fig. 2.
Zum Unterschiede von Fig. 1 ist die Kommutatorerregermaschine 3 hier mit der Vordermaschine mechanisch gekuppelt, sie bedarf also keines besonderen Antriebsmotors.
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Derartige Kaskaden können auch generatorisch wirken, wenn sie einen im Vergleich zu ihrer Leerlaufdrehzahl übersynchronen Antrieb erhalten. Zur Veranschaulichung ist deshalb in Fig. 2 eine Antriebskraftmasehine 8 eingezeichnet, von der die Maschinengruppe angetrieben wird. Der Antrieb kann jedoch auch elektromotorisch erfolgen, so dass die Anordnung z. B. als Umformer wirkt und zur Kupplung zweier Netze verwendet werden kann. Die Aufreehterhaltung einer stabilen Spannung und Frequenz in einem Wechselstromnetz ist durch eine solche Anordnung ohne weiteres möglich. Beim Anfahren kommt der Generator durch Selbsterregung auf die richtige Spannung, wenn man die Bürsten der Hintermaschine 2 oder der Erregermaschine 3 oder beider Maschinen verstellt.
Im Betrieb werden die Bürsten der Maschine in die Kompensationsstellung zurückgebracht und die richtige Spannung und Frequenz von selbst aufrecht erhalten, während die Regelung der Blindleistung mit Hilfe von Regelapparaten 6 erfolgt.
Mit Hilfe von bekannten Regelanordnungen, wie Kompoundtransformator, Eilregler u. dgl. kann in Abhängigkeit von den durch das Netz oder durch den Antrieb gegebenen Verhältnissen eine selbsttätige Regelung irgendwelcher Art vorgenommen werden. Der selbsttätige Betrieb von Regelsatzumformern, von Walzenstrassenantrieben, von Netzkupplungen u. dgl. ist hiedurch ohne weiteres möglich.
Je nach Phasenlage und Grösse der erregenden Spannung der Maschine 3 ist eine Regelung der Anordnung sowohl hinsichtlich der Drehzahl (bei motorischem Antrieb) als auch hinsichtlich der Erregung
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auch betriebsmässig herzustellen, kann man die Maschine 2 über eine verstellbare Kupplung 13 mit der Hauptmaschine verbinden oder auch 2 mit drehbarem Ständer ausführen. Die Anordnungen können durch Gegenerregung auch zur Blindleistungsaufnahme veranlasst werden, was zur Aufhebung der Kapazität von Hochspannungsleitungen mitunter erwünscht ist. Die im Erregerkreis der Maschine 3 vorhandenen Regelapparate erhalten nur geringe Abmessungen und lassen sich leicht für selbsttätige Regelung durchbilden.
Nach Fig. 3 z. B. wird die Erregung in zwei Erregerkreisen selbsttätig geregelt, u. zw. dient die Wicklung 4 zur Grobregelung, die Wicklung 9 zur feinstufigen Regelung. Die Erregerwicklung 4 liegt über einen Kompoundtransfonnator 11 am Netz ; im zweiten Erregerkreis erfolgt eine selbsttätige Feinregulierung der Wicklung 9 in Abhängigkeit von der Netzspannung (Transformator 12) über den Regler 10. Mannigfaltige Abänderungen der Regelanordnungen lassen sich denken ; so braucht z. B. der eine Erregerkreis keine Regelapparate zu enthalten, während nur im zweiten geregelt wird.
Im Falle der Fig. 3 können die Abmessungen der Regelwicklungen 4 und 9 nach dem Diagramm der Fig. 4 bestimmt werden. In Fig. 4 bedeutet m die Magnetisierungskurve des Generators. Die Erregerwicklung 4 erzeugt im Generator eine Leerlaufspannung vom Betrage a. Reicht die Wirkung der Erregerwicklung 4 zur Konstanthaltung der Netzspannung nicht aus, so werden die Spannungsregler der Wicklung 9 auf eine Verstärkung der Erregung ansprechen. Steigt die Spannung bei Entlastung des Generators unzulässig an, so werden die Regelapparate die Erregerwicklung 9 in entgegengesetztem Sinne beein- flussen, also eine Gegenerregung veranlassen. Die Erregerwicklung 9 wird daher für einen Betrag b zu bemessen sein und durch eine Umkehreinrichtung einen Regelbereich von ebb ermöglichen.
Es ist hiebei ohne weiteres klar, dass der verhältnismässig kleine Betrag c die Anwendung von selbsttätig wirkenden Spannungsschnellreglern mit feinstufige Regelung ohne weiteres gestattet.
Die Anordnung nach Fig. 3 lässt sich auch konstruktiv leicht verwirklichen, weil ständererregte kompensierte Erregermaschinen bekanntlich mit ausgeprägten Polen versehen werden (s. Fig. 5). Es bereitet nun keine Schwierigkeit, die beiden Erregerwicklungen 4 und 9 in der in Fig. 5. angedeuteten Weise unterzubringen, während die Kompensationswicklung über die Bohrnngsoberfläehe des Poles gleichmässig verteilt wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kaskade, bestehend aus Induktionsvordermaschine und läuferseitig erregter, kompensieríer Kommutatorhintermaschine, dadurch gekennzeichnet, dass letztere durch eine ständerseitig mit Netzfrequenz erregte, kompensierte Kommutatorerregermaschine erregt wird.