Kaskadenschaltung von Asynchronmotor und Kommutatorhintermaschine. Bei der Kaskadenschaltung von Asyn- chronmotor und Kommutatorhintermaschine kann deren Erregerwicklung, ausschliesslich oder in Zusammenarbeit mit andern Span nungsquellen durch eine rotierende Kommu- tatorerregermaschine gespeist werden.
Die Erregermaschine kann dabei eine vom An kerstrom des Hauptmotors durchflossene Erregerwicklung (hauptstromerregte Erreger- wieklung) und. weitere fremderregte Er regerwicklungen (fremdstromerregte Erreger wicklung) tragen. Ihre resultierende Durch flutung ist dabei gleich der geometrischen Summe der Durchflutungen der verschiede nen Erregerwicklungen..
Erfindungsgemäss soll nun bei dieser An ordnung die Windungszahl der hauptstrom- erregten Erregerwicklung der Erreger maschine so gross gewählt werden, dass ihre Durchflutung beim Nennwert des Anker stromes ein Mehrfaches derjenigen resultie renden Durchflutung der Erregermaschine ist, welche zur Erregung des grössten be triebsmässig verlangten Erregerfeldes erfor- derlich ist. Dadurch wird eine besonders ein fache Regelung des Hauptmotors ermöglicht.
Damit nämlich trotz des grossen Wertes der hauptstromerregten Durchflutung die resul tierende Durchflutung nur einen Bruchteil der erstgenannten Durchflutung ausmacht, muss auch die fremdstromerregte Durch flutung viel grösser als die resultierende Durchflutung sein. Hauptstromerregte und fremdstromerregte Durchflutung sind dabei annähernd entgegengesetzt gleich.
Ist dies aber der Fall, so ist auch der Ankerstrom des Hauptmotors der fremderregten Durch flutung der Erregermaschine annähernd pro portional. Folgt die fremdstromerregte Durch flutung bei wechselnder Schlüpfung des Hauptmotors einem bestimmten Gesetz, so folgt der Ankerstrom des Hauptmotors un gefähr dem gleichen Gesetz, unabhängig vom Wert der resultierenden Erregung der Er regermaschine,
die sich mit wachsender Schlüpfung des Hauptmotors ihrerseits ent sprechend der erforderlichen Erregerspannung der Kommutatorhintermasehine ändert. Durch die fremdstromerregte Durchflutung der Erregermaschine wird also das Gesetz, dem der Ankerstrom bei wechselnder Schlüpfung folgt, festgelegt, der Hauptmotor wird also durch sie geregelt.
Es bedeute Jn den Nennwert des Anker stromes des Hauptmotors-und A IV" die i 1i in entsprechende hauptstromerregte Durcliflu- tung der Erregermaschine. Ändert sich bei einer Schlüpfungsänderung des Hauptmotors die resultierende Durchflutung der Erreger maschine vom Wert Null auf den grössten auftretenden Wert AW,
so verursacht diese Änderung bei konstanter fremdsfromerregter Durehflutung der Erregermaschine eine Än derung des Ankerstromes des Hauptmotors Q <I>J =</I> J. Verglichen mit dem Nennwert des
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Stromes ist also die Beein flussung des Ankerstromes des Hauptmotors durch die wechselnde resultierende Durch flutung der Erregermaschine gering, wenn die hauptstromerregte Erregerwicklung der Erregermaschine erfindungsgemäss bemessen wird.
Der Ankerstrom des Hauptmotors ist also wirklich der fremdstromerregten Durch flutung der Erregermaschine angenähert proportional.
Ein Ausführungsbeispiel zeigt die Ab bildung. In ihr bedeuten 1 das Netz, 2 den Hauptmotor, 3 dieKommutatorhinterma-schine und 4 deren Erregermaschine. 3 und 4 wer den gemeinsam durch die Hilfsmaschine r) angetrieben, es ist aber auch getrennter An trieb möglich, auch können eine oder beide Maschinen mit dem Hauptmotor gekuppelt werden.
6 ist ein mit dem Hauptmotor ge- kuppelter Frequenzwa.ndler. 7 ist die vom Ankerstrom durchflossene Kompensations wicklung der Hintermaschine, die über die hauptstromerregte Erregerwicklung 8 der Er regermaschine an die Schleifringe des Haupt motors angeschlossen ist. 9 ist die Erreger wicklung der Hintermaschine die über die Kömpensationswiaklung 10 der Erreger maschine von deren Ankerkreis gespeist wird.
Die Kommutatorhintermaschine kann auch noch mit einer in der Abbildung nicht ge- zeichneten, von ihrem Ankerstrom durch- flossenen . GegenkompoundN@@icklung ausge rüstet sein. 11 und 12 sind zwei fremderregte Erregerwicklungen der Erregermaschine. Die Wicklung 11 ist über einen Widerstand 13 an die Schleifringe des Hauptmotors, die Wicklung 12 über einen Widerstand 14- an die Kominutatorseite des Frequenzwandlers 6 angeschlossen, dessen Schleifringe über den Transformator 15 mit. konstanter Spannung gespeist werden.
Die Widerstände 13 und 14 sind im ganzen Regelbereich ein Mehr faches des Blindwiderstandes der Wicklun gen 1.1 und 12; es ist also die Durehflutung der Wicklung 11 der Schleifringspaunung des Hauptmotors angenähert proportional und die Durchflutung der Wicklung 12 angenähert konstant.
Beide Durchflutun- gen können in an sich bekannter Weise zum Beispiel durch Regelung der Wider stände 13 -und 14 unabhängig voneinan der und von Hand oder in automatischer Abhängigkeit von irgend einer Betriebsgrösse geregelt werden. Der Zweck der Wicklung 1,6 und des Widerstandes 17 wird später erläutert.
Von dem geringen Fehlerstrom A J ab gesehen, dessen Wert schon abgeleitet wurde, setzt sich bei der gezeichneten Schaltung der Ankerstrom aus einer konstanten und aus einer der Schlüpfung proportionalen Kom ponente zusammen, deren Grösse durch Re gelung in den Erregerkreisen 13 und 14 auf jeden Wert eingestellt werden kann.
Die Phasenlage der konstanten und der veränder lichen Stromk-omponente des Läuferstromes des Hauptmotors ist durch die Phasenlage der Ströme der Wicklungen 1.1 und 12 und durch die :Schaltung der Wicklungen 8, 11 und 1.2 festgelegt. Wirkkomponente und Blindkomponente des Läuferstromesi setzen sich also je aus einer konstanten und aus einer der Schlüpfung des Hauptmotors pro portionalen Komponente zusammen.
Bei einer bestimmten übersynchronen oder untersynchronen Schlüpfung des Haupt motors ist nun die Summe aus der konstanten und aus der veränderlichen Komponente des. Wirkstromes Null, der Hauptmotor läuft, bei dieser Schlüpfung leer.
Bei jeder andern Schlüpfung ist der resultierende Wirkstrom des Läufers und damit auch die Wirkleistung des Hauptmotors der Änderung der Schlüp- fung gegenüber dem Leerlaufwert propor tional. DieBlindkomponente des Läuferstrornes kann dabei jeden Wert haben, beispielsweise kann sie unabhängig von der Schlüpfung und konstant sein.
Durch Regelung der kon stanten Komponente des )Virkstromes wird die Leerlaufsehlüpfung, durch Regelung der ,der Schlüpfung proportionalen Kompo nente die Leerlaufschlüpfung und die Schlüpfungsänderung bei Belastung ,gere gelt.
Ist die konstante Komponente .des Wirkstromes Null, so ist die Sehlüpfung des Hauptmotors der Belastung proportional. Der vom Frequenzwandler gespeiste Erreger strom der Erregermaschine dient in diesem Falle nur der Einstellung der konstanten Blindkomponente des Läuferstromes.. Soll auch der Blindstrom der Schlüpfung propor- tiona1 sein, fällt dabei der vom Frequenz- wandler gespeiste Erregerkreis ganz weg.
Ist anderseits die der Schlüpfung pro- portiona.IeWirkkomponente desLäuferstrome s dauernd Null, so ist der resultierende Wirk strom konstant unabhängig von der Schlüp- fung. Es ist also auch die Wirkleistung des Hauptmotors von der Sehlüpfung unabhängig und konstant. Durch Regelung im Erreger kreis 12=--1.4 kann qie zum Beispiel in Ab hängigkeit von irgend einer Betriebsgrösse auf jeden Wert eingestellt werden, bleibt aber dabei von der Schlüpfung unabhängig.
Fehlt der Erregerkreis 11-13 vollständig, so ist auch der Blindstrom des Läufers un- abhäugig von der Schlüpfung und konstant.
Soll die fremdstromerregte Durchflutungs- komponente der Erregerwicklung 12 zwar im übrigen Regelbereich konstant sein., bei Schlüpfung Null des Hauptmotors aber selbst zu Null werden, dann kann in an sich be kannter Weise in der albgebildeten Schaltung vor die Wicklung 12 ein zweispuliger Trans formator geschaltet werden, der bei Schlupf frequenz Null den Stromdurchgang verhin dert, oder es kann statt der gezeichneten Schaltung die Wicklung 12 über eine Dros selspule an die Schleifringe des Hauptmotors angeschlossen werden.
Damit die Anordnung stabil arbeitet, muss der Wickelsinn der Wick lung 8 so gewählt werden, dass ein in der Wicklung 8 fliessender Strom auf dem Weg über die Erregermaschine in der Hinter maschine eine gegen den Strom mehr als 90 und vorzugsweise 180 phasenverscho bene Spannung induziert. Um die Stabilität der Anordnung zu erhöhen, kann es auch vor teilhaft sein, die Erregermaschine noch zu sätzlich von ihrem Ankerstrom derart zu er regen,, dass im Anker eine dem Strom ent gegen gerichtete Spannung induziert wird.
Je grösser bei der grössten verlangten Schlüpfung die resultierende erregende Durch flutung der Erregermaschine ist, desto grö sser ist auch der Betrag A J, um den sich der Läuferstrom von dem durch die fremd stromerregte Durchflutung vorgeschriebenen Wert entfernt. Dieser Fehlbetrag kann da durch bis, annähernd auf Null verkleinert werden, dass die Erregermaschine noch mit einer weiteren, in der Abbildung gestrichelt eingetragenen Erregerwicklung 16 ausgerüstet wird, die über den konstanten Widerstand 17 an die Ankerklemmen der Erregermaschine angeschlossen ist.
Beträgt der Widerstand 17 das Mehrfache des Blindwiderstandes der Wicklung 16, so ist sein Strom der Anker spannung der Erregermaschine proportional. Da bei ungesättigter Maschine und konstan ter Drehzahl die Ankerspannung der resul tierenden Durchflutung proportional, ist, ist also die Durchflutung der Wicklung 16 bei jedem Wert der Ankerspannung der resultie renden Durchflutung der Erregermaschine proportional, bei entsprechender Bemessung des Widerstandes und der Wicklung ist sie ihr nach Grösse und Phasenlage .annähernd gleich.
Wenn nun die Durchflutung der \'Wicklung 16 gleich der verlangten resultie renden Durchflutinig .der Maschine ist, ist die Summe der Durchflutungen der Wicklungen 8, 11 und 12 bei jedem Wert der Anker spannung Null, der Fehlbetrag des Anker stromes des Hauptmotors also Null. Der Ankerstrom der Erregermaschine ist dabei gleich der geometrischen Summe der Ströme der Wicklungen 9 und 1<B>6</B>. Da nun die Wirkungsweise der Anordnung unabhängig vom Ankerstrom der Erregermaschine ist, wird sie durch die Überla.gerun- der beiden Ströme nicht beeinflusst.
Die Ankerspa.nnung und die erregende Durchflutung der Erregermaschine können dadurch verkleinert werden, da.ss in Reihe zur Erregerwicklung der Hintermaschine eine weitere Spannungsquelle geschaltet. wird, welche einen Teil der erforderlichen Erreger spannung liefert. Diese Spannung kann die Sehleifringspa.nnung des Hauptmotors sein.
Dabei ist es oft zweckmässig, sie durch einen Transformator konstanten oder auch verän derlichen Übersetzungsverhältnisses auf klei neren Wert zu transformieren.
Die Ankerspannung der Iiommutator- hintermaschine ist angenähert der Schhüp- fung, ihre Erregerspannung also, dem Qua drat der Schlüpfung proportional. Das Gleiche gilt für den Induktionsfluss der Er regermaschine.
Die von ihm durch Pulsation in den kurzgeschlossenen Spulen der Läufer wicklung induzierte Tran.sformatorspannung ist also der dritten Potenz der Schlüpfung proportional. Soll diese Transformator spannung durch Rütation in einem Wende feld aufgehoben werden, so muss dieses Feld ebenfalls der dritten Potenz der Schlüpfung proportional, sein.
Eine teilweise Aufhebung der Transform.atorspa.nnung erfolgt auch schon, wenn der das Feld erregende Strom der Schlüpfung proportional ist, wobei der grösste nicht aufgehobene Restbetrag der Transformatorspa.nnung wesentlich kleiner als der grösste auftretende Wert der T rans- formatorsp.annung gehalten werden kann. Wird nun eine Erregerwicklung der Wende pole über eine Drosselspule, deren Blindwider stand das Mehrfache des Blindwiderstandes Beispiel vom Ankerstrom der Erreger maschine, erregt werden.
Schliesslich können die Erregerwicklun gen 8, 11, 12 und 16 auch auf einer Hilfs- erregermaschine angeordnet werden, deren Ankerkreis in an sich bekannter Weise die Haupterregermaschine erregt.