<Desc/Clms Page number 1>
Einrichtung zm'Komponndiertulg einer Kaskade, bestehend aus Induktionsmotor und Kommutatormaschine.
Die Kaskadenschaltung eines Induktionsmotors mit einer Kommutatormaschine gestattet die Leerlauftourenzahl in weiten Grenzen beliebig einzustellen. In vielen Fällen ist es aber erwünscht, dass die Tourenzahl mit wachsender Belastung des Aggregates abfällt, besonders dann. wenn das Aggregat mit Schwungmassen gekuppelt ist. welche als Energiespeicher zum Belastungsausgleich dienen.
Fallende Tourenzahl bedeutet im übersynchronen Arbeitsgebiet des Induktionsmotors eine Verkleinerung des Schlupfes und im untersynchronen Gebiet. eine Vergrösserung. Da der Schlupf des Induktionsmotors ungefähr der Rotationsspannung der Kollektormaschine proportional ist. muss deren Erregerfeld beim Übergang vom Leerlauf zur Belastung übersynchron geschwächt und untersynchron verstärkt werden, um einen Drehzahlabfall mit wachsender Belastung zu erreichen. Bei motorischem Arbeiten des Induktionsmotors arbeitet die Kollektormaschine übersynchron als Generator und untersynchron als Motor.
Bezogen auf beliebigen Momentanwert des Rotorstromes der Kaskade hat also das Erregerfeld übersynehron entgegengesetzte Richtung wie untersynchron und eine übersynchrone Schwächung des Erregerfeldes bedeutet, bezogen auf den Rotorstrom, eine Feldänderung in gleicher Richtung als eine untersynchrone Stärkung des Feldes. Die Feldänderung kann also im ganzen Regelbereich des Induktionsmotors durch die Stromänderung bewirkt werden. Es sind nun zwei Mittel bekannt, um eine Beeinflussung des Erregerfeldes durch den Belasturesstrom zu erzielen. deren jedes aber nur in einem Teil des Regelbereiches wirksam ist.
So kann man mittels eines sogenannten Kompoundierungstransformators in den Stromkreis der von gegebener Spannung gespeisten Erregerwicklung der Kommutatormaschine eine vom Belastungsstrom dieser Maschine abhängige Spannung einfügen. Dieses Mittel ist bei Tourenzahlen der Kaskade wirksam, welche von der synchronen Tourenzahl des Induktionsmotors wesentlich abweichen. unwirksam dagegen für die synchrone Tourenzahl selbst und für die dem Synchronismus nahekommenden Tourenzahlen. Die Unwirksamkeit der Einrichtung hat ihren Grund darin, dass bei abnehmender Frequenz die Koppelung des Hauptstromkreises mit dem Erregerstromkreis durch den Kompoundierungstransformator schwächer wird und im Synchronismus ganz verschwindet, da bei kleinen Frequenzen die Ohmschen Widerstände eine wesentliche Rolle spielen.
Für eine Kaskade oben beschriebener Art, deren
EMI1.1
vollkommen.
Eine andere, besonders aus der Gleichstromtechnik bekannte Art der Kompoundierung ist dagegen, gleichachsig mit der von gegebener Spannung gespeisten Erregerwicklung eine Kompoundwicklung auf die
Maschine selbst aufzubringen, welche vom Hauptstron durohflossen wird und unmittelbar das Feld der
Maschine beeinflusst. Eine solche Kompoundwicklung ist aber bei Tourenzahlen unwirksam, welche von der synchronen Tourenzahl abweichen, weil sich dann ein Feld in der Maschine einstellt, welches nur ab- hängig von der Erregerspannung und deren Frequenz und der Windungszahl der Erregerwicklung ist.
Die Kompoundwieklung kann demnach die Feldstärke der Maschine nicht ändern und ihre Amperewin- dungen werden durch entgegenwirkende Amperewindungen in der eigentlichen Erregerwicklung kom- pensiert.
Das Vorhandensein einer Kompoundwicklung bedingt hienach nur eine gewisse Stromverteilung für die resultierenden Erreger-Amperewindungen, ohne dass dadurch die Feldstärke wesentlich geändert würde. Wirksam dagegen ist die Kompoundwicklung gerade im Synchronismus der Kaskade, weil eine Jnduktive Koppelung mit der Erregerwicklung dann nicht mehr besteht und das Feld ein-Gleichstromfeld ist.
<Desc/Clms Page number 2>
Es ist nun Gegenstand der Erfindung eine Einrichtung zur Kompoundierung einer Kaskade, bestehend aus Induktionsmotor und Kommutatormaschine, welche eine von gegebener Spannung gespeiste Erregerwicklung besitzt, und es soll erfindungsgemäss die Kompoundierung sowohl durch eine auf der Kommutatormaschine aufgebrachte, vom Hauptstrom dieser Maschine durchflossene Kompoundwicklung, als auch durch einen Kompoundierungstransformator bewirkt werden, welcher bei vom Synchronismus abweichenden Geschwindigkeiten der Kaskade eine dem Hauptstrom und der Frequenz im Rotorkreis proportionale zusätzliche Erregerspannung in den Stromkreis der Erregerwicklung einfügt.
Zunächst gewährleistet diese Kombination beider an sich bekannter Mittel die Wirksamkeit der Kompoundierung im ganzen Regelungsbereich. Dann aber ist es auch möglich, durch geeignete Bemessung des Kompoundierungstransformators die gegenseitige Beeinflussung der beiden Erregerwicklungen auf der Kommutatormaschine bei allen Tourenzahlen zu vermeiden, also auch für den Fall, dass diese von der synchronen Tourenzahl wesentlich abweichen. Die Bemessung des Kompoundierungstransformators ist dann eine solche, dass die von ihm in den Stromkreis der Erregerwicklung eingefügte, dem Hauptstrom proportionale Zusatzerregerspannung in jedem Moment gleichund entgegengesetzt ist dervon der Kompoundwicklung in der Erregerwicklung induzierten Spannung, so dass sich diese beiden Spannungen vollkommen kompensieren.
InFig. 1 ist eine Anordnung zur Ausübung der beschliebenen Kompoundierung dargestellt. Es bedeutet J den am Netz N liegenden Induktionsmotor, an dessen Schleifringe S die Kollektormasehine H angeschlossen ist. Die Kollektormaschine ist mit einer Maschine konstanter oder annähernd konstanter Drehzahl, z. B. einer Asynchronmaschine, gekuppelt. Die Erregerwicklung E der Maschine H ist über den regelbaren Erregertransformator Te ebenfalls an die Schleifringe S des Induktionsmotors J gelegt.
Die Maschine H besitzt den mit Kollektor versehenen Rotor L. Die Kollektorbürsten b, b, b sind mit der Kompensationswicklung 0 verbunden und wie aus Fig. 1 ersichtlich, trägt die Maschine H noch eine Kompoundwicklung K, welche in Reihe mit der Kompensationswieldung C geschaltet ist und demnach gegebenenfalls mit ihr zu einer Wicklung vereinigt sein kann. Ferner aber ist ein Kompoundtransformator Tk gezeichnet, dessen Primärwicklung P vom Hauptstrom, dessen Sekundärwicklung Q vom Erregerstrom der Maschine T ? durchflossen wird.
Der Transformator Tk ist nun in einem solchen Sinne erregt, dass die in der Sekundärwicklung Q durch die Primärwicklung P induzierte Spannung der von der Kompoundwicklung K in der Erregerwicklung E induzierten Spannung gleich und entgegengerichtet ist.
Dadurch wird erreicht, dass bei untersynchronem oder übersynchronem Betrieb der Kaskade die Kom- poundierung wirksam ist. Bei Synchronismus selbst ist sie ebenfalls wirksam. Wohl verschwindet dann die durch den Transformator T & in den Erregerkreis eingefügte Spannung, aber auch in der Maschine H selbst besteht dann keine induktive Koppelung zwischen den Wicklungen E und K mehr und die Wirkung der Kompoundströme wird nicht mehr durch Gegenamperewindungen in der Erregerwicklung E kompensiert. Es ist von besonderem Vorteil, wenn bei dieser Einrichtung der Kompoundierungstransformator mit hohem magnetischen Widerstand ausgeführt wird.
Anstatt den Kompoundierungstransformator direkt auf den Erregerkreis einwirken zu lassen, kann man ihn auch derart schalten, dass er die dem Hauptstrom proportionale Zusatzspannung in den Erregerkreis eines Generators schaltet, welcher mit der Erregerwicklung der Kommutatormaschine in Reihe geschaltet ist und mit konstanter oder annähernd konstanter Tourenzahl angetrieben wird. In diesem Falle werden in den Erregerkreis des Erregergenerators zweckmässig Widerstände einer solchen
Grösse geschaltet, dass sich die Grösse des Stromes nahezu unabhängig von der Reaktanz dieses Erregerkreises einstellt.
Die Fig. 2 stellt ein Ausführungsbeispiel für diesen besonderen Fall dar. Die Bedeutung der Buchstaben und Zahlen ist die gleiche wie in Fig. 1. Die Erregerwicklung E ist aber zwischen dem Reguliertransformator Te und einen Erregergenerator G geschaltet, dessen Rotorspannung proportional dem Hauptstrom und der Rotorfrequenz der Kaskade ist. Um dies zu erreichen, wird die Erregerwicklung El des Generators G über den Widerstand von der Sekundärwicklung Q des Kompoundtransformators Tk aus gespeist, dessen Primärwicklung P vom Hauptstrom der Kommutatormaschine H durchflossen ist.
Die Erregung des Erregergenerators kann dabei selbst eine kombinierte sein, wie es durch Fig. 3 dar- gestellt ist.
In Fig. 3 besitzt die Erregermaschine G drei Erregerwicklungen, nämlich , E2 und E3. Von diesen wird E2 unmittelbar über einen regelbaren Ohmschen Widerstand R2 von den Schleifringen des
Induktionsmotors J gespeist. Das von der Wicklung E2 erregte Feld induziert im Anker der Erreger- maschine G eine Rotationsspannung, die bei gegebenem Widerstand R2 der Schleifringspannung proportional ist und durch Änderung des Widerstandes R2 auf jeden Wert einreguliert werden kann, so dass sie die
Grösse der Spannung an den Schleifringen S des Induktionsmotors auf den für die Erregung der Wicklung E verlangten Wert erhöht oder schwächt (vgl. D. R. P. Nr. 241188).
Die Erregerwicklung-Eg dagegen erhält ihren Strom über einen Ohmschen Widerstand N3 von einem an das Primärnetz N angeschlossenen Frequenzwandler F und schliesslich wird die Erregerwicklung Ei von einem dem Hauptstrom und der
Rotorfrequenz der Maschine proportionalen Strom des Kompoundierungstransformators Tk über einen ohmschen Widerstand Rl erregt. Die von der Erregermaschine G gelieferte Erregerspannung setzt sich
<Desc/Clms Page number 3>
demnach aus Komponenten zusammen, welche in jedem Moment den drei Erregungen der Maschine a entsprechen. Die Erregungen von E2 und Ea sind im wesentlichen Funktionen von Spannungen, die Erregung von Ei dagegen ist vorwiegend eine Funktion des Hauptstromes.
Die Erregerspannung der Wicklung E2 ist die Schleifringspannung des Induktionsmotors J, welche im Synchronismus = 0 ist und daher nur bei unter-oder übersynchronem Betrieb ein Feld erzeugt. Die Erregerspannung der Wicklung Eg ist bestimmt durch die konstant angenommene Netzspannung und das gegebenenfalls regelbare Übersetzungsverhältnis des dem Frequenzwandler F vorgeschalteten Transformators Tl. Der Frequenzwandler F ist starr gekuppelt mit dem Induktionsmotor J. Diese Erregerspannung ist unabhängig von der Tourenzahl der Kaskade und erzeugt demnach auch bei synchroner Tourenzahl ein Feld, u. zw. ein Gleichstromfeld in der Maschine G.
Die Erregerwicklung EI, welche, wie erwähnt, von dem Kompoundtransformator Tk aus gespeist ist, liefert eine dem Hauptstrom und der Frequenz des Rotorkreises proportionale Feldkomponente, aber nur bei von der synchronen Tourenzahl abweichenden Tourenzahlen der Kaskade. Bei Synchronismus fliesst im Rotorkreis der Kaskade ein System von Gleichströmen, so dass eine gegenseitige transformatorische Beeinflussung der in den Wicklungen P und Q des Transformators fliessenden Ströme unmöglich ist. Bei der synchronen Tourenzahl kommt aber die Kompoundwicklung K der Maschine H zur Wirkung, so dass die Maschine H auch bei synchroner Geschwindigkeit der Kaskade sowohl eine vom Hauptstrom unabhängige, durch den Frequenzwandler F bedingte, als auch eine vom Hauptstrom abhängige, durch die Kompoundwicklung K bedingte Erregung besitzt.
Die Widerstände-Ri, und Ra dienen dazu, die induktive gegenseitige Beeinflussung der Wicklungen EI, E2 und Ea der Erregermaschine G (Fig. 3) auf ein zulässiges Mass herabzudrücken. In den Stromkreisen der Wicklungen Ei und Es sind sie unveränderlich und es ist daher möglich und kann unter Umständen vorteilhaft sein, die beiden Stromkreise zusammenzulegen, indem man die Sekundärwicklung des Transformators Tk unmittelbar in den Stromkreis der Wicklung Eg ; also in Serie mit dem Frequenzwandler F, dem Widerstand ss. und der Erregerwicklung Es schaltet, wobei die Wicklung Ei wegfällt.
EMI3.1
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.
<Desc / Clms Page number 1>
Setting up a cascade for components consisting of an induction motor and a commutator machine.
The cascade connection of an induction motor with a commutator machine allows the number of idling speeds to be set as desired within wide limits. In many cases, however, it is desirable for the number of revolutions to decrease as the load on the unit increases, especially then. when the unit is coupled to flywheels. which serve as energy storage for load compensation.
Falling number of revolutions means a reduction of the slip in the oversynchronous working area of the induction motor and in the subsynchronous area. an enlargement. Because the slip of the induction motor is roughly proportional to the rotational voltage of the collector machine. their excitation field must be weakened over-synchronously and under-synchronously during the transition from idling to load, in order to achieve a decrease in speed with increasing load. When the induction motor works with a motor, the collector machine works over-synchronously as a generator and under-synchronously as a motor.
In relation to any instantaneous value of the rotor current of the cascade, the excitation field has an over-synchronous opposite direction as under-synchronous and an over-synchronous weakening of the excitation field means, in relation to the rotor current, a field change in the same direction as an under-synchronous strengthening of the field. The change in the field can therefore be caused by the change in current in the entire control range of the induction motor. There are now two known means of influencing the excitation field by the load current. each of which is only effective in a part of the control range.
A so-called compounding transformer can be used to insert a voltage that is dependent on the load current of this machine into the circuit of the excitation winding of the commutator machine, which is fed by a given voltage. This means is effective with the number of revolutions of the cascade, which deviate significantly from the synchronous number of revolutions of the induction motor. ineffective, however, for the synchronous number of revolutions itself and for the number of revolutions approaching synchronism. The reason for the ineffectiveness of the device is that as the frequency decreases, the coupling of the main circuit with the excitation circuit through the compounding transformer becomes weaker and disappears completely in synchronism, since the ohmic resistances play an essential role at low frequencies.
For a cascade of the type described above, whose
EMI1.1
perfectly.
Another type of compounding, particularly known from direct current technology, is, on the other hand, a compound winding on the coaxial with the exciter winding fed by a given voltage
To apply the machine itself, which is durohflown by the main stream and directly the field of
Machine influences. Such a compound winding is ineffective for speeds that deviate from the synchronous speed, because a field then arises in the machine that is only dependent on the excitation voltage and its frequency and the number of turns of the excitation winding.
The compound weight cannot change the field strength of the machine and its ampere turns are compensated for by counteracting ampere turns in the actual excitation winding.
The presence of a compound winding only requires a certain current distribution for the resulting exciter ampere-turns, without the field strength being significantly changed. On the other hand, the compound winding is effective precisely in the synchronism of the cascade, because an inductive coupling with the excitation winding then no longer exists and the field is a direct current field.
<Desc / Clms Page number 2>
The subject matter of the invention is a device for compounding a cascade, consisting of an induction motor and a commutator machine, which has an excitation winding fed by a given voltage, and according to the invention the compounding is to be performed both by a compound winding applied to the commutator machine and through which the main current of this machine flows, as can also be effected by a compounding transformer, which inserts an additional excitation voltage proportional to the main current and the frequency in the rotor circuit into the circuit of the excitation winding at speeds of the cascade deviating from synchronism.
First of all, this combination of both known means ensures the effectiveness of the compounding in the entire regulatory area. Then, however, it is also possible to avoid the mutual influencing of the two excitation windings on the commutator machine at all speeds by appropriately dimensioning the compounding transformer, i.e. also in the event that these differ significantly from the synchronous speed. The dimensioning of the compounding transformer is then such that the additional excitation voltage which it inserts into the circuit of the excitation winding and is proportional to the main current is equal and opposite to the voltage induced by the compound winding in the excitation winding at all times, so that these two voltages completely compensate each other.
InFig. 1 shows an arrangement for performing the proposed compounding. J means the induction motor connected to the network N, to whose slip rings S the collector phase H is connected. The collector machine is with a machine of constant or approximately constant speed, z. B. an asynchronous machine, coupled. The excitation winding E of the machine H is also connected to the slip rings S of the induction motor J via the controllable excitation transformer Te.
The machine H has the rotor L provided with a collector. The collector brushes b, b, b are connected to the compensation winding 0 and, as can be seen from FIG. 1, the machine H also has a compound winding K, which is connected in series with the compensation winding C. and accordingly can be combined with it to form a winding. Furthermore, however, a compound transformer Tk is drawn, whose primary winding P from the main current, whose secondary winding Q from the excitation current of the machine T? is traversed.
The transformer Tk is now excited in such a way that the voltage induced in the secondary winding Q by the primary winding P is the same and opposite to the voltage induced by the compound winding K in the excitation winding E.
This ensures that the compounding is effective in undersynchronous or oversynchronous operation of the cascade. In the case of synchronism itself, it is also effective. The voltage introduced into the excitation circuit by the transformer T & will then disappear, but there is no longer any inductive coupling between the windings E and K in the machine H itself, and the effect of the compound currents is no longer compensated by counter amp windings in the excitation winding E. It is particularly advantageous if the compounding transformer in this device is designed with a high magnetic resistance.
Instead of allowing the compounding transformer to act directly on the excitation circuit, it can also be switched in such a way that it switches the additional voltage proportional to the main current into the excitation circuit of a generator, which is connected in series with the excitation winding of the commutator machine and driven at a constant or almost constant speed becomes. In this case, resistances of such are expediently in the exciter circuit of the exciter generator
Switched size so that the size of the current is set almost independently of the reactance of this excitation circuit.
Fig. 2 shows an embodiment for this special case. The meaning of the letters and numbers is the same as in Fig. 1. The excitation winding E is, however, connected between the regulating transformer Te and an excitation generator G, the rotor voltage of which is proportional to the main current and the Rotor frequency of the cascade. In order to achieve this, the excitation winding El of the generator G is fed via the resistor from the secondary winding Q of the compound transformer Tk, the primary winding P of which has the main current of the commutator machine H flowing through it.
The excitation of the exciter generator can itself be a combined one, as is shown by FIG. 3.
In Fig. 3, the excitation machine G has three excitation windings, namely, E2 and E3. Of these, E2 is directly connected to the slip rings of the via an adjustable ohmic resistor R2
Induction motor J powered. The field excited by the winding E2 induces a rotational voltage in the armature of the excitation machine G, which is proportional to the slip ring voltage for a given resistance R2 and can be adjusted to any value by changing the resistance R2, so that the
The voltage on the slip rings S of the induction motor increases or decreases to the value required to excite the winding E (see D. R. P. No. 241188).
The excitation winding Eg, on the other hand, receives its current through an ohmic resistor N3 from a frequency converter F connected to the primary network N, and finally the excitation winding Ei becomes one of the main current and the
Rotor frequency of the machine proportional current of the compounding transformer Tk excited via an ohmic resistor Rl. The excitation voltage supplied by the excitation machine G is set
<Desc / Clms Page number 3>
therefore composed of components which correspond to the three excitations of machine a at every moment. The excitations of E2 and Ea are essentially functions of voltages, while the excitation of Ei is primarily a function of the main current.
The excitation voltage of the winding E2 is the slip ring voltage of the induction motor J, which is = 0 in synchronism and therefore only generates a field in under- or over-synchronous operation. The excitation voltage of the winding Eg is determined by the assumed constant mains voltage and the possibly controllable transformation ratio of the transformer Tl connected upstream of the frequency converter F. The frequency converter F is rigidly coupled to the induction motor J. This excitation voltage is independent of the number of revolutions of the cascade and therefore also generates at synchronous number of tours a field, u. between a direct current field in the machine G.
The excitation winding EI, which, as mentioned, is fed by the compound transformer Tk, supplies a field component proportional to the main current and the frequency of the rotor circuit, but only when the number of revolutions of the cascade deviates from the synchronous number of revolutions. In the case of synchronism, a system of direct currents flows in the rotor circuit of the cascade, so that a reciprocal transformer influence of the currents flowing in the windings P and Q of the transformer is impossible. In the case of the synchronous number of revolutions, however, the compound winding K of the machine H comes into effect, so that the machine H, even at the synchronous speed of the cascade, has both an independent main current caused by the frequency converter F and a main current dependent one caused by the compound winding K. Possesses excitement.
The resistors Ri and Ra serve to reduce the inductive mutual influence of the windings EI, E2 and Ea of the exciter G (FIG. 3) to a permissible level. In the circuits of the windings Ei and Es they are invariable and it is therefore possible and may be advantageous under certain circumstances to merge the two circuits by inserting the secondary winding of the transformer Tk directly into the circuit of the winding Eg; so in series with the frequency converter F, the resistor ss. and the excitation winding Es switches, with the winding Ei being omitted.
EMI3.1
** WARNING ** End of DESC field may overlap beginning of CLMS **.