Anordnung zur Kompensierung des Blindwiderstandes von Wechselstrom veränderlicher Frequenz führenden Wicklungen, insbesondere bei Kommutatorhintermaschinen von Asynchronmaschinen. Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kompensation des Blindwiderstandes von Wicklungen, die von Strömen veränderlicher Frequenz durchflossen werden. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf in den Sekun därstromkreis von Asynchronmaschinen ein geschaltete Kommutatorhintermaschinen, die im Ständer eine Schlupffrequenz führende Erregerwicklung besitzen, an der der induk tive Widerstand kompensiert werden soll.
Um die Leistung der Asynchronmaschine in ihren beiden Komponenten von Wirk- und Blindleistung zu regeln, müssen der Erreger wicklung im Ständer der Kommutatorhinter maschine Ströme entsprechender Grösse, Phase und Frequenz zugeführt werden, die von ge wissen Stromquellen herrühren, von welchen im folgenden nicht weiter die Rede ist. Die genannten Erregerströme haben im allgemeinen nur dann die gewünschte Grösse und Phase, wenn der induktive Widerstand der Erreger wicklung der Kommutatorhintermaschine be ziehungsweise der induktive Widerstand des gesamten Erregerstromkreises bei jeder in Frage kommenden Schlupfperiodenzahl klein gegenüber dem ohm'schen Widerstand ist. Dies liesse sich durch die Einschaltung eines induktionslosen Widerstandes passender Grösse in den Stromkreis der Erregerwicklung er reichen.
Diese Methode hat aber den Nachteil grosser Verluste.
Bei der Schaltanordnung nach der Erfin dung wird der Blindwiderstand einer Wech selstrom veränderlicher Frequenz führenden Wicklung dadurch kompensiert, dass in dem Stromkreis der Wicklung einerseits eine mit konstanter oder annähernd konstanter Dreh zahl laufende Kommutatörhilfsmaschine ein geschaltet ist, anderseits die Primärwicklung eines annähernd rückwirkungslosen Transfor- mators, insbesondere eines Drehtransformators. Die Sekundärspannung dieses Transformators wird zur Erregung der genannten Kommuta torhilfsmaschine derart herangezogen, dass in letzterer eine den Spannungsabfall im Blind widerstand kompensieren de Spannung induziert wird.
Die Erfindung ist in folgendem anhand der Fig. 1 bis 5 der Zeichnung erläutert. Fig. 1 stellt eine erste Ausführungsform der Erfindung dar; Fig. 2 zeigt die Schaltung der Wicklungen des Transformators D der Fig. 1; die Fig. 3, 4 und 5 zeigen andere Ausführungsformen der Erfindung.
In Fig. 1 ist A eine in der Drehzahl oder in der Phasenkompensierung zu regelnde Asynchronmaschine, in deren Sekundärstrom kreis eine Kommutatorhintermaschine B ein geschaltet ist. Die Kommutatorhintermaschine ist mit der Asynchronmaschine mechanisch gekuppelt; sie besitzt im Ständer ausser der Kompensationswicklung eine Erregerwicklung Be. Die Erregerwicklung Be wird bei E von einer nicht näher geschilderten Stromquelle mit Schlupffrequenz gespeist. In den Strom kreis der Erregerwicklung werden der Anker und die Kompensationswicklung einer Kom mutatorhilfsmaschine C und die Primärwick lung eines Drehtransformators oder eines statischen Transformators oder kurz eines Transformators D eingeschaltet. Die Erreger wicklung Ce dieser zweiten Kommutator maschine wird von der Sekundärwicklung des Transformators D gespeist.
Um den Blindwiderstand dieses zweiten Erregerstrom kreises bei allen in Betracht kommenden Periodenzahlen klein gegenüber dem Ohm schen zu halten, ist in Fig. 1 ein Widerstand R passender Grösse vorgesehen. Dies kann ohne wesentlichen Nachteil geschehen, weil die in diesem Widerstand verloren gehende Leistung sehr viel kleiner als bei der be kannten Schaltung ist. Die Abmessungen des Transformators D sind so zu wählen, dass die Rückwirkung der Sekundärströme auf die Primärwicklung vernachlässigbar ist, was durch künstliche Vergrösserung des magneti schen Widerstandes (zum Beispiel durch Ein- schaltung einer Luftstrecke) erreicht werden kann. Dadurch wird die sekundäre Spannung des Transformators proportional dem Primär strom und dessen Periodenzahl.
Wird ein Drehtransformator verwendet, so kann man die gewünschte Phase des Er regerstromes in Ce und demnach auch der Spannung der Hintermaschine C durch Ver drehen des Ständers gegen den Läufer er reichen. Es ist also möglich, in der Hinter maschine C eine Spannung zu erzeugen, die dem Erregerstrom in der Erregerwicklung Be um 90 vorauseilt, also der Selbstinduktions spannung in Be entgegengesetzt gerichtet ist.
Wird dagegen ein statischer Transforma tor verwendet, so ist eine genaue Einstellung der gewünschten Phase des Erregerstromes in Ce nicht ohne weiteres möglich. Weil aber die Phase des gewonnenen Erregerstromes auch ohne künstliche Massnahmen annähernd richtig ist, so ist es leicht, durch künstliche Mittel, zum Beispiel durch eine gemischte Sterndreieckschaltung der Sekundärwicklung des Transformators D gemäss Fig. 2 die ge wünschte Phase genau einzustellen.
Der Drehtransformator fällt bei der An ordnung der Fig. 1 verhältnismässig gross aus. Eine bedeutende Verkleinerung des Dreh transformators lässt sich nach Fig. 3 durch Anordnung einer dritten kompensierten Ma schine F erreichen. Diese hat die Aufgabe, über einen Widerstand R1, der gegenüber dem induktiven Widerstand in seinem Strom kreise gross ist, die Erregerwicklung Ce zu speisen. Die Sekundärspannung des Dreh reglers speist dann die Erregerwicklung Fe über einen Widerstand R2. Da die Erreger wicklung Fe eine 10-20 mal kleinere Blind leistung als die Erregerwicklung Ce zu ihrer Erregung benötigt, so fällt auch der Dreh regler 10-20 mal kleiner als bei der Schal tung nach Fig. 2 aus.
Es ist selbstverständlich, dass durch die Anordnung einer vierten Kommutatormaschine, die die Erregerwicklung Z zu speisen hätte und deren Erregerwicklung mit der sekun dären Wicklung des Drehreglers zu verbinden wäre, die Grösse des Drehreglers noch weiter herabgesetzt werden könnte.
Die Grösse des Drehreglers lässt sich auch dadurch verkleinern, dass man im Erreger stromkreis Ce der Fig. 1 den Blindwiderstand kompensiert. Dies kann auf verschiedene Weise geschehen. Man kann zum Beispiel die Kompensierung des Blindwiderstandes der Erregerwicklung Ce in derselben Weise vor nehmen wie bei der Erregerwicklung Be, also durch Anordnung einer zweiten Kommutator maschine F und eines zweiten Transformators G, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Man kann aber auch irgend eine andere Kompensations schaltung wählen, zum Beispiel einen Phasen kompensator, der mit einer Drehzahl, die der Schlupfperiodenzahl proportional ist, läuft.
In den Fig. 1, 3 und 4 ist angenommen worden, dass die Hintermaschinen auf dersel ben Welle wie die Hauptmaschine sitzen. Dies ist indessen für die Wirkung der An ordnung ohne Belang. Die genannten Hinter maschinen können auch ganz oder teilweise getrennt angetrieben werden.
Bei Anwendung eines Drehtransformators kann, wie gesagt, die gewünschte Phase des Phasenkompensators C (vergleiche Fig. 1 und 3) durch Verstellung des Läufers des Dreh transformators gewonnen werden. Die einge stellte Stellung bleibt dann im Untersynchro nismus unverändert. Im übersynchronen Gang muss aber der Läufer des Drehtransformators in eine andere Stellung gebracht werden. Dies kann automatisch durch das vom Dreh transformator entwickelte Moment geschehen, das ja beim Übergang durch den Synchronis mus seine Richtung ändert. Um die Beweg lichkeit des Drehtransformators zu erhöhen, wird man dabei diesen mit Kugellagern ver sehen. Sollte das Moment des Drehtransfor mators nicht ausreichen, um die genannte Verstellung durchzuführen, so könnte man durch einen kleinen Drehstrommotor das Moment des Drehtransformators unterstützen.
Dieser hätte in direkter Kupplung oder über ein Zahnradvorgelege den Drehtransformator in gewünschtem Sinne zu verstellen. Der Motor müsste dabei von einer Spannung der Schlupfperiodenzahl gespeist werden, also wohl am besten von der Schleifringspannung der Hauptmaschine. Durch passend ange brachte Anschläge am Drehtransformator oder am genannten kleinen Hilfsmotor liessen sich dann die gewünschten Stellungen für Unter- bezw. Übersynchronismus festlegen.
Verwendet man an Stelle eines Dreh transformators einen statischen Transforma tor, so muss man beim Übergang durch den Synchronismus eine Umschaltung vornehmen, was als ein gewisser Nachteil des statischen Transformators gegenüber dem Drehtransfor mator anzusehen ist.
In den bisher gebrachten Beispielen war die Erregerspannung stets der Erregerwick lung Be der Schlupfleistungsmaschine zuge führt gedacht. Dies braucht indessen nicht der Fall zu sein; man kann nämlich die Erregerspannung auch in den Stromkreisen der Erregerwicklung irgend einer der Hinter maschinen einführen, zum Beispiel im Falle der Fig. 1 in den Erregerstromkreis der Wicklung Ce und in den Fällen der Fig. 3 und 4 in den Erregerstromkreis der Wick lung Ce oder Fe. In Fig. 5 ist beispielsweise die Erregerspannung in den Stromkreis der Wicklung Ce eingeführt. Die Maschine C dient dann nicht nur zur Kompensation des Blindwiderstandes von Be, sondern auch als Erregermaschine. Durch diese Massnahme wird die erforderliche Erregerleistung sehr stark verkleinert und mit dieser auch die Leistung der Maschinen, die die Erregerspannung zu erzeugen haben.
Schliesslich ist zu erwähnen, dass manch mal die verschiedenen Komponenten der Er regerspannung (sofern diese verschiedene Komponenten besitzt) in die Stromkreise ver schiedener Kommutatormaschinen mit Vorteil eingeführt werden können.
Arrangement for compensating the reactance of alternating current variable frequency leading windings, especially in commutator rear machines of asynchronous machines. The invention relates to an arrangement for compensating for the reactance of windings through which currents of variable frequency flow. The invention relates in particular to in the secondary circuit of asynchronous machines a switched commutator rear machines that have a slip frequency leading excitation winding in the stator, on which the inductive resistance is to be compensated.
In order to regulate the performance of the asynchronous machine in its two components of active and reactive power, the exciter winding in the stator of the commutator rear machine must be supplied with currents of the appropriate size, phase and frequency, which come from certain current sources, which are not the following Speech is. The excitation currents mentioned generally only have the desired size and phase if the inductive resistance of the excitation winding of the commutator rear machine or the inductive resistance of the entire excitation circuit is small compared to the ohmic resistance for each possible number of slip periods. This could be achieved by including an inductive resistor of the appropriate size in the circuit of the excitation winding.
However, this method has the disadvantage of large losses.
In the switching arrangement according to the invention, the reactance of a winding carrying an alternating current of variable frequency is compensated by switching on a commutator auxiliary machine running at constant or approximately constant speed on the one hand, and the primary winding of an almost reactionless transformer on the other , especially a rotary transformer. The secondary voltage of this transformer is used to excite the aforementioned commutator auxiliary machine in such a way that a voltage that compensates for the voltage drop in the reactive resistance is induced in the latter.
The invention is explained below with reference to FIGS. 1 to 5 of the drawing. Fig. 1 illustrates a first embodiment of the invention; Fig. 2 shows the circuit of the windings of the transformer D of Fig. 1; Figures 3, 4 and 5 show other embodiments of the invention.
In Fig. 1, A is a speed or phase compensation to be controlled asynchronous machine, in the secondary circuit of a commutator rear machine B is connected. The commutator rear machine is mechanically coupled to the asynchronous machine; In addition to the compensation winding, it has an excitation winding Be in the stator. The excitation winding Be is fed at E from a current source (not shown) with a slip frequency. In the current circuit of the excitation winding, the armature and the compensation winding of a commutator auxiliary machine C and the primary winding of a rotary transformer or a static transformer or a transformer D for short are switched on. The excitation winding Ce of this second commutator machine is fed from the secondary winding of the transformer D.
In order to keep the reactance of this second excitation current circuit small compared to the ohmic rule for all relevant period numbers, a resistor R of suitable size is provided in FIG. This can be done without any significant disadvantage because the power lost in this resistor is much smaller than in the known circuit. The dimensions of the transformer D are to be selected so that the effect of the secondary currents on the primary winding is negligible, which can be achieved by artificially increasing the magnetic resistance (for example by switching on an air gap). As a result, the secondary voltage of the transformer is proportional to the primary current and its number of periods.
If a rotary transformer is used, then you can reach the desired phase of the excitation current in Ce and therefore also the voltage of the rear machine C by turning the stator against the rotor. It is therefore possible to generate a voltage in the rear machine C that leads the excitation current in the excitation winding Be by 90, i.e. is directed in the opposite direction to the self-induction voltage in Be.
If, on the other hand, a static transformer is used, an exact setting of the desired phase of the excitation current in Ce is not easily possible. But because the phase of the excitation current obtained is approximately correct even without artificial measures, it is easy to set the desired phase precisely by artificial means, for example by a mixed star-delta connection of the secondary winding of the transformer D according to FIG.
The rotary transformer is relatively large in the arrangement of FIG. 1. A significant reduction in the size of the rotary transformer can be achieved by arranging a third compensated Ma machine F according to FIG. This has the task of feeding the excitation winding Ce via a resistor R1, which is large compared to the inductive resistance in its current circuit. The secondary voltage of the rotary regulator then feeds the field winding Fe via a resistor R2. Since the excitation winding Fe requires a reactive power 10-20 times smaller than the excitation winding Ce for its excitation, the rotary controller is 10-20 times smaller than in the circuit according to FIG.
It goes without saying that by arranging a fourth commutator machine, which would have to feed the excitation winding Z and whose excitation winding would have to be connected to the secondary winding of the rotary regulator, the size of the rotary regulator could be reduced even further.
The size of the rotary control can also be reduced by compensating for the reactance in the excitation circuit Ce of FIG. 1. This can be done in a number of ways. For example, the reactance of the field winding Ce can be compensated for in the same way as with the field winding Be, that is, by arranging a second commutator machine F and a second transformer G, as shown in FIG. But you can also choose any other compensation circuit, for example a phase compensator that runs at a speed that is proportional to the number of slip periods.
In Figs. 1, 3 and 4 it has been assumed that the rear machines sit on the same shaft as the main machine. However, this is irrelevant for the effect of the arrangement. The rear machines mentioned can also be driven completely or partially separately.
When using a rotary transformer, as I said, the desired phase of the phase compensator C (see Fig. 1 and 3) can be obtained by adjusting the rotor of the rotary transformer. The set position then remains unchanged in the subsynchronism. In oversynchronous gear, however, the rotor of the rotary transformer must be moved to a different position. This can happen automatically through the torque developed by the rotary transformer, which changes direction when transitioning through synchronism. In order to increase the mobility of the rotary transformer, it will be seen with ball bearings. If the torque of the rotary transformer is not sufficient to carry out the adjustment mentioned, a small three-phase motor could support the torque of the rotary transformer.
This would have to adjust the rotary transformer in the desired sense in a direct coupling or via a gear train. The motor would have to be fed by a voltage corresponding to the number of slip periods, i.e. preferably from the slip ring voltage of the main machine. By appropriately attached stops on the rotary transformer or on the aforementioned small auxiliary motor, the desired positions for lower or lower. Define oversynchronism.
If you use a static transformer instead of a rotary transformer, you have to switch over to the transition through synchronism, which is to be regarded as a certain disadvantage of the static transformer compared to the rotary transformer.
In the examples given so far, the excitation voltage was always intended for the excitation winding Be of the slip power machine. However, this need not be the case; You can namely introduce the excitation voltage in the circuits of the excitation winding of any of the rear machines, for example in the case of FIG. 1 in the excitation circuit of the winding Ce and in the cases of FIGS. 3 and 4 in the excitation circuit of the winding Ce or Fe. In Fig. 5, for example, the excitation voltage is introduced into the circuit of the winding Ce. The machine C then serves not only to compensate for the reactance of Be, but also as an exciter. This measure greatly reduces the required excitation power and with it the power of the machines that have to generate the excitation voltage.
Finally, it should be mentioned that sometimes the various components of the excitation voltage (provided it has different components) can be advantageously introduced into the circuits of various commutator machines.