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Anordnung zur Regelung von Asynchroniiaschinen mit Kollektorhintermaschine.
Bei der Anordnung nach Patent Nr. 98336 wird für die Erregung der Kollektorhintermaschinen von Regelsätzen eine Asynchronmaschine und ein mit dieser in Reihe geschalteter Frequenzwandler verwendet. Diese beiden Maschinen können selbstverständlich zu einer einzigen, zweckmässig vom Läufer aus erregten Erregermaschine vereinigt werden. Eine derartige Anordnung zeigt beispielsweise die Fig. 1.
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und über die Ständerwicklung s wird die Erregerwicklung i ! der Hintermaschine b gespeist.
Hiebei ist wegen der wechselnden Frequenz eine Regelung der Phasenlage der Erregerspannung nötig, die durch Verschieben des Bürstensatzes an der Drehstromerregermasehine oder durch Änderung der Phasenlage ihrer Schleifringspannung mittels eines Drehtransformators erfolgt.
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bürsten r um 90 elektrische Grade versetzt angeordnet und ausserdem so bemessen, dass die in ihr induzierte
Spannung zu der von den Bürsten abgegriffenen Spannung im gleichen Verhältnis steht, wie der induktive zum Ohmschen Spannungsabfall in dem an die Erregermaschine angeschlossenen Erregerkreis. Die Erfindung erspart daher bei Regelsätzen mit fremderregter Kollektorhintermasehine ein Nachregeln zur Korrektur der Erregerspannung wegen Frequenzänderungen und ergibt einen selbsttätigen Betrieb mit einfachen Mitteln unter Einhaltung vorausbestimmter Regelgesetze.
Dadurch lässt sich beispielsweise erreichen, dass die Erregermaschine f den Ständer der Kollektorhintermaschine d mit Erregerstrom von gleichbleibender Grösse trotz sieh ändernder Frequenz speist, so dass sich nur die Winkelgesehwindigkeit des Drehfeldes in der Kollektorhintermasehine im gleichen Verhältnis mit der Frequenz des Erregerstromes ändert. Dies wird an Hand der Figuren 2,3 und 3a erläutert. Fig. 2 gibt die Wicklungsanordnung der Erregermaschine fund Fig. 3 das Vektordiagramm der Ströme und Spannungen des Erregerkreises wieder.
Der als Erregermaschine dienende dreiphasige asynchrone Frequenzwandler f hat drei Schleifringe i zur Speisung vom Netz mit Netzfrequenz und drei um 120 am Kollektor gegeneinander versetzte Bürsten r. drei Ständerwieklungen s, s, ssg, deren Wicklungsachsen, wie in der Zeichnung schematisch dargestellt, um 900 gegen die zugehörigen Bürsten verschoben sind. Er hat die gleiche Drehzahl wie der asynchrone Vordermotor, die Bürstensternspannung ER ist dann bekanntlieh bei ungeänderter Schleifringspannung konstant und von gleicher Frequenz wie jene der Läuferspannung des asynchronen Vordermotors. Diese Bürstenstemspannung ist nun zur Deckung des Ohmschen Spannungsabfalles J. R im Erregerkreis der Kollektorhintermaschine bestimmt.
Infolge der besonderen Anordnung der Ständerwicklungen s"s"s., wird in ihnen durch das Maschinenfeld der Drehfelderregermasehine die Spannung Es induziert, die derBürstensternspannung EE um 90 elektrischeGrade in der Zeitphase voraneilt. Die Klemmenspannung E (Fig. 3) der Erregermaschine setzt sich daher stets aus zwei in Quadratur stehenden Spannungskomponenten ER, Es zusammen. Die Frequenzunabhängige ER hat die Ohmsche Verlustspannuns'J. R im Erregerkreis zu decken, die frequenzabhängige Es den jeweiligen induktiven Spannungsabfall J # L *) Erstes Zusatzpatent Nr. 114007.
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im Erregerkreis, der sich mit der Frequenz des Erregerstromes ändert.
Die Grösse der Spannung ES ist durch entsprechende Bemessung der Wicklung so gewählt, dass sie zur Bürstenspannung ER im gleichen Verhältnis steht, wie der induktive J CI) L zum Ohmschen Spannungsabfall J. R des von der Erregermaschine gespeisten Stromkreises. Die Erregermaschine liefert daher eine resultierende Sternspannung E, welche der Ohmschen und induktiven Verlustspannung im Erregerkreis der Kollektorhintermaschine bei allen Frequenzen selbsttätig das Gleichgewicht hält. Der Erregerstrom J ist also z.
B. auch bei der halben Frequenz (schraffierte Spannungsdreieeke) unverändert derselbe. Nachregelungen sind also gar nicht erforderlich und die Bürstenachse schliessen daher dauernd gegenüber den Ständerwicklungs- achsen einen elektrischen Winkel von 900 ein, welcher während des Betriebes im ganzen Regelbereich, also auch während des synchronen Betriebes, ungeändert bleibt. Bei diesem wirkt der Frequenzwandler als Einankerumformer mit gleichstromerregtem Ständer.
Es genügt daher eine einmalige richtige Vorausbemessung der Erregermaschine oder einmalige Einjustierung (z. B. mittels zusätzlicher Einstellwiderstände) des durch sie gespeisten Erregersystems für alle Erregerstromstärken, die bei Änderung der Schleifringspannung auftreten können. Damit der
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aufeinander abgestimmten Maschinen so bemessen, dass nur geringe Erwärmungen auftreten.
Wären Erregermaschine und Erregersystem nicht aufeinander abgestimmt, so würde die angegebene
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einer bestimmten Frequenz eine gleiche Impedanzspannung J1 Zi = E wie früher ergeben, jedoch hätte der entsprechende Strom J1 andere Grösse und Phasenlage als früher.
Bei einer Änderung der Frequenz z. B. auf die Hälfte (schraffierte Spannungsdreieeke), reicht dagegen der Strom J/sowohl nach Phase als auch nach Grösse sehr stark vom Strom J1 ab. Am stärksten sind diese Abweichungen in der Umgebung des Synchronismus merkbar.
Bei Regelbetriebenist es oft notwendig, das Maschinenfeld der Kollektorhintermaschine nach zwei aufeinander senkrecht stehenden Achsen in verschiedener Gesetzmässigkeit zu ändern (z. B. nach Patent Nr. 95460). Um auch dabei die richtige Phasenlage des Erregerstromes unabhängig von dessen Frequenz zu erreichen, werden unter Benutzung der Erfindung zwei immer aufeinander senkrecht stehende Spannungen in folgender Weise erhalten : Eine Erregermasehine, die im Sinne der Erfindung eine
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komponente erzeugt, wird mit einer zweiten ebenso ausgestalteten Erregersmachine sekundärseitig reihengeschaltet, deren Erregerspannung gegen die der ersteren um 900 phasenverschoben ist.
Diese Phasenverschiebung bleibt bei allen Frequenzen erhalten, weil die einzelnen Erregerspannungen und Ströme-ihre gegenseitige Phasenlage aus den früher angegebenen Gründen nicht ändern.
Die Hintereinanderschaltung der sekundären Spannungen erfordert aber wenigstens an einer Maschine unverkettete Phasenwicklungen. Dabei ist die unverkettete Zweiphasenanordnung nach Fig. 4 am einfachsten und günstigsten. Jede der Erregermaschinen t1, ta hat dann je Phase einen Kollektor mit zugehöriger Ankerwicklung und zwei Schleifringe. Jede Phase einer Maschine ist mit einer in Quadratur dazu stehenden Phase der andern Maschine reihengeschaltet und dann zur entsprechenden Phase der Erregerwicklung der Kollektorhintermaschine geführt.
Das Feld der Kollektorhintermaschine b kann sodann in der einen Achse durch die Änderung der Schleifringspannung der Erregermaschine t1 und in der andern Achse durch die Schleifringspannung der Maschine ta nach vorausbestimmter Gesetzmässigkeit geregelt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Regelung von Asynchronmaschinen mit Kollektorhintermaschine nach Patent Nr. 98336, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregermaschinensatz (Erregerasynchronmaschine und Frequenzwandler) oder zweckmässig eine diese beiden Maschinen vereinigende Erregermaschine (t) eine induzierte Wicklung (s) besitzt, die gegenüber den Kollektorbürsten (r) der Erregermaschine um 90 elektrische Grade versetzt ist, so dass die Erregeranordnung eine frequenzunabhängige und eine dagegen um 900 phasenverschobene frequenzabhängige Erregerspannungskomponente erzeugt (Fig. 1 und 2).