Kaskade mit Induktionsvordermaschine und Kommutatorhintermaschine. Bei Wechsel- oder Drehstromanlagen wer den neuerdings für elektromotorische An triebe, besonders für grössere Leistungen, Kaskaden verwendet, die aus einem Induk tionsvordermotor und einer Kommutator hintermaschine bestehen. Es ist bekannt, solche Kaskaden dadurch in der Drehzahl zu regeln, dass eine in den Schlupfstromkreis durch die Kommutatormaschine eingeführte Spannung den Schlupf des Vordermotors er höht oder erniedrigt. Bei solchen Antrieben stört häufig die Eigencharakteristik des Ma schinensatzes. Liegt zum Beispiel Neben schlusscharakteristik vor, so ist eine solche Charakteristik ungünstig, wenn vorhandene Schwungmassen zur Abgabe von Energie herangezogen und Stösse von dem Maschinen satz ferngehalten werden sollen.
Man hat hierfür Kompoundierungseinrichtungen vor geschlagen, die mit Hilfe eines Kompoundie- rungstransformators im Schlupfstromkreis eine zusätzliche drehzahlregelnde Spannung erzeugen. Solche Einrichtungen sind jedoch an sich schon kompliziert und wirken nicht beim Durchgang durch den Synchronismus. Hierfür sind weitere komplizierte Maschinen und Schaltapparate erforderlich, welche in ihrer Gesamtheit derart umfangreich werden, dass die schliesslich erzielbaren Möglichkeiten einer Kompoundierung den Anschaffungs preis nicht mehr aufwiegen.
Die Erfindung betrifft eine Kaskade mit Induktionsvordermaschine und Kommutator hintermaschine, die den Vorzug der Einfach heit, Justierbarkeit und des geringen Ener gieverlustes hat.
Erfindungsgemäss erhält die Kaskade eine besondere (Drehstrom- oder Wechsel strom-) synchrone Erregermaschine, deren Feld von einer von der Drehzahl des Haupt motors abhängigen Spannung beeinflusst wird.
Diese Einrichtung kann auch in vor handene Anlagen nachträglich eingebaut werden.
Ein Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 1. Nach Fig. 1 ist der Asynchronmotor 4 mit der Kommutatormaschine 5 (zum Beispiel mit einem kompensierten Frequenzwandler) mechanisch gekuppelt. Diese wird über Schleifringe von der Drehstromerreger maschine 6 erregt, die durch den Synchron motor 7 angetrieben wird. Die Maschine 6 wird mit Gleichstrom erregt. Die Kupplung zwischen den Maschinen 6 und 7 ist ver stellbar und wird so eingestellt, dass im Kommutator der Maschine 5 eine Span nung entsteht, die in Phase mit der Rotor spannung des Hauptmotors ist. Nunmehr kann durch Änderung der Erregung der Maschine 6 in bekannter Weise die Dreh zahl des Asynchronmotors 4 geregelt wer den.
Nach dieser Ausführungsform der Erfin dung wird nun die Gleichstromerregung der Maschine 6 nicht allein von einer Gleich stromquelle 8 gespeist, sondern in Reihe zu dieser die Spannung einer Gleichstrom dynamo 9, die mit dem Asynchronmotor 4 mechanisch gekuppelt ist, geschaltet. Die Maschine 9 wird so erregt, dass ihre Span nung der Spannung des Netzes 8 entgegen wirkt. Bei bestimmter Drehzahl der Haupt maschine heben sich die beiden Spannungen auf und die Gleichstromerregerwicklung der Maschine 6 ist in diesem Falle stromlos. Bei Änderung der Drehzahl der Haupt maschine dagegen wird die Maschine 6, je nachdem, ob die Drehzahl fällt oder steigt, im einen oder andern Sinne erregt, so dass die Hauptmaschine 4 über die Hinter maschine 5 zusätzlich zu der Rotorschlupf spannung 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 be liebig eingestellt werden. Ein besonderer Vorteil gegenüber bekannten Anordnungen besteht darin, dass durch geeignete Wahl der Erregung der Maschine 9 bezw. des Vor schaltwiderstandes 11 erreicht werden kann, dass die Hauptmaschine in gewissen Gren- zen konstante Leistung aufnimmt oder als Generator abgibt. Die Maschine 9 kann weiterhin noch eine Zusatzerregung erhalten, die von irgend einer Betriebsgrösse, zum Bei spiel dem Erregerstrom der Maschine 6, ab hängig gemacht wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Erfindung ist in Fig. 2 gegeben. In Über einstimmung mit Fig. 1 findet sich hier wieder der Asynchronmotor 4, die Kom mutatormaschine 5, die Drehstromerreger maschine 6, der sie antreibende Synchron motor 7 und die das Feld beeinflussende Hilfsmaschine 9. Eine weitere Regeldynamo 12 ist mit dem Erregersatz mechanisch ge kuppelt. Diese Anordnung wird nun so ein gestellt, dass die von der Drehstromerreger maschine 6 auf die Schleifringe der Kom mutatormaschine 5 gelieferte Spannung ent weder in der gleichen Richtung wirkt wie die Rotor Spannung des Hauptmotors oder umgekehrt, und zwar je nachdem, ob die Anordnung über- oder untersynchron läuft. Die Drehstromerregermaschine 6 wird von den zwei Gleichstrommaschinen 12 und 9 erregt, die gegeneinander geschaltet 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 Syn chronmotors 7 ist, werden die Maschinen 12 und 9 einander gleich. Die wirksame Er regung für die Erregermaschine 6 ist immer als Resultante der beiden Spannungen der Maschinen 9 und 12 gegeben. Die Vorteile einer solchen Anordnung gehen aus den Diagrammen 3 bis 7 ohne weiteres hervor. Zunächst ist es klar, dass man durch Wahl der Spannungen der Maschinen 12 und 9 und der magnetischen und elektrischen Ver hältnisse der Maschine 6 dem Proportiona litätsfaktor der neu eingeführten Spannung einen bestimmten Wert geben kann.
Die Re gelwiderstände in den Erregermaschinen 9 und 12 dienen dazu, zunächst die einzelnen Spannungen in ihrem Absolutbetrage und hierdurch den Proportionalitätsfaktor zu verändern, In Diagramm 3 ist zunächst der Fall behandelt, dass die Schlupfspannung des Rotors 4 und die Hilfsspannung einander entgegengesetzt gerichtet sind und der Proportionalitätsfaktor der Hilfsspannung kleiner als der der Schlupfspannung ist, und dass die Maschinen 9 und 12 gleich stark er regt sind. a ist die Rotorspannung, b die Hilfsspannung, c die resultierende Spannung. Als Abszisse sind die Drehzahlen bezw. Schlüpfungen aufgetragen.
Vernachlässigt man den Induktionswiderstand des Rotor stromkreises, so ist der Rotorstrom und da mit das vom Hauptmotor abgegebene Mo ment proportional der resultierenden Span nung c. Ist nun zur Aufbringung eines bestimmten Momentes oder des hierfür er forderlichen Stromes eine resultierende Span nung im Rotor von der Grösse u erforderlich, so wird bei normalem Betrieb der Motor bis zur Drehzahl n1 abfallen, bei der die Rotor spannung 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 n2 er reicht, der Motor muss also weiter abfallen, um das gleiche Moment abgeben zu können.
Für den Fall, dass die Maschine 5 als Hin termotor ebenfalls ein Moment abgibt, wird die für ein bestimmtes Moment notwendige Spannung mit steigender Schlüpfung etwas kleiner (gestrichelte Linie in Fig. 3), der Motor fällt dann nur bis n3 ab. In Fig. 4 ist der Fall gezeigt, dass die Maschine 9 stärker als die Maschine 12 erregt ist, so dass die Drehzahl, bei der die Maschine 9 die gleiche Spannung erzeugt wie die Ma schine 12, von der synchronen abweicht. Man erkennt, dass die Hilfsspannung b schon bei untersynchroner Drehzahl n4 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 b und c kann durch Änderung der Erregung der beiden Gleichstrommaschinen 9 und 12 geändert und damit jeder gewünschte Schlupf bei Belastung erreicht werden. Um gekehrt kann bei Schwächung der Erregung der Maschine 9 der Punkt n4 in den über synchronen und der Punkt n5 in den unter synchronen Bereich verlegt werden.
Zwei Sonderfälle zeigen die Diagramme 5 und 6, bei denen die resultierende Span nung c der Abszissenachse parallel wird. In Diagramm 5 liegt n4 im untersynchronen, in Diagramm 6 im übersynchronen Bereich. Im ersten Falle ist die vom Hauptmotor auf genommene Leistung und das von ihm ab gegebene Moment bei allen Drehzahlen konstant. Wenn die Maschine 5 nur, eine Erregerleistung von den Schleifringen erhält, so ist auch die gesamte, an der Welle ab gegebene Leistung konstant, das Moment verläuft abhängig von der Drehzahl nach einer Hyperbel, und man erhält eine Anord nung mit reiner Reihenschlusscharakteristik. Im Falle der Fig. 6 wird der Hauptmotor eine wieder bei jeder Drehzahl konstante Leistung ins Netz abgeben.
Diese Eigen schaft kann zur Stillegung von grossen Schwungrädern benutzt werden, wobei die aufgespeicherte Energie dann wenigstens zum Teil zurückgegeben wird.
In Fig. 2 zeigen die Hilfsdynamo 9 und 12 Fremderregungen. Dies ist jedoch nicht notwendig; man kann jede der Regel dynamos auch mit Selbsterregung oder mit gemischter Erregung, zum Beispiel mit Kompounderregung, ausstatten. Diagramm 7 zeigt den Fall, dass die Maschine 9 Neben schlussselbsterregung hat und nur vom Syn chronismus aus gepuffert wird. a ist die Rotorspannung, 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 Be lastungsschwankungen unterworfen sind, zum Beispiel bei Walzenstrassen.
Hier kann zunächst bei geringer Belastung, um den Antrieb voll ausnutzen zu können, ein ge ringer 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 For derung trägt die Kurve nach Diagramm 7 Rechnung.
Um die Regelung auch den schwersten Bedingungen eines stossweise erfolgenden Be triebes anzupassen, kann man sogar eine Unstetigkeit der Charakteristik dadurch er zielen, dass man dem Feld der Erreger maschine 6 bei einer bestimmten Belastung a, in Abhängigkeit von den Betriebszustän den des Netzes oder des Antriebes, einen er höhten Erregerstrom aufdrückt, indem man zum Beispiel durch einen Eilregler oder durch Stromrelais die Widerstände im Er regerstromkreis kurzschliesst, also die Er regerspannung der Maschine 9 plötzlich ver stärkt. Ein Ausführungsbeispiel für diesen letz ten Fall zeigt Fig. 8. In dieser Figur be deutet 13 den Hauptmotor und 16 die mit ihm gekuppelte Hilfsdynamo, deren Span nung dem Feld der nicht gezeichneten Er regermaschine zugeführt wird.
Die Anord nung des Satzes kann zum Beispiel nach Art der Fig. 2 vervollständigt werden. Die neu hinzukommende Einrichtung besteht in einem Regler 14, der von einem Stromtransforma tor in den Zuleitungen des Hauptmotors be einflusst wird und den Widerstand 15 im Erregerfeld der Dynamo 16 bei Überschrei tung eines gewissen Betrages ändert. Ab gesehen von dieser Beeinflussung ist noch ein weiterer Regler 17 im Feldstromkreis vorgesehen, der die Leerlaufcharakteristik des Satzes bestimmt. Durch eine solche An ordnung kann eine Regelung unter weitest gehender Berücksichtigung auch der schwie rigsten Verhältnisse von Pufferantrieben er folgen.
Die Erfindung gestattet auch Anwendung auf ständererregte Drehstromhintermaschi nen beliebiger Art, sowie auf Gleichstrom regelsätze, ganz gleich, ob die Regelsätze mit mechanisch oder elektrisch gekuppelter Hintermaschine versehen sind.