Anordnung zur Kompensation des Einflusses der induktiven Spannungsabfälle im Erregerkreis einer Scherbiusmaschine, die in Kaskade mit einer Asynchronmaschine geschaltet ist Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kom pensation des Einflusses der induktiven Spannungs abfälle im Erregerkreis einer Scherbiusmaschine, die in Kaskade mit einer mehrphasigen Asynchronma- schine geschaltet ist und über einen mit Netzfrequenz gespeisten Frequenzumformer erregt wird.
Diese bekannten Regelsätze werden insbesondere für die Drehzahl- und Leistungsregelung bei Antrieben und Umformergruppen verwendet.
Die grundsätzliche Schaltung eines solchen Satzes ist in der Fig. 1 in schematischer Weise dargestellt, wobei der Einfachheit wegen jeweils nur eine von den drei Phasen der Verbindungsleitungen gezeichnet ist.
Die Asynchronmaschine 1 liegt am Netz N. In Kaskade mit dieser Maschine 1 ist die als Scher- biusmaschine ausgebildete Kommutatormaschine 2 geschaltet. Die Scherbiusmaschine 2 wird vom Netz N über die Erregermaschine 3, den Ohmschen Wider stand 4, den Frequenzumformer 5 und den Doppel induktionsregler 6 erregt. Die Erregermaschine 3 ist eine Scherbiusmaschine mit starker Gegenkompound- wicklung, und der Frequenzumformer 5 ist vorzugs weise kompensiert ausgeführt.
Durch ihre starke Kompoundierung bildet die Erregermaschine 3 einen hohen effektiven Widerstand, wodurch erreicht wird, dass der Erregerstrom der Scherbiusmaschine 2 und ihre Rotationsspannung dem Erregerstrom der Erre germaschine 3 ungefähr proportional sind. Der Erre gerstrom der Erregermaschine ist seinerseits, infolge des hohen Ohmschen Widerstandes 4 in seinem Erre gerkreis, proportional der Spannung an den Schleif ringen des Frequenzumformers 5 und daher auch der Spannung des Doppelinduktionsreglers 6.
Mit dem Doppelregler 6 wird die Leistung der Asynchronma- schine 1 geregelt, und gewöhnlich wird noch ein zwei- ter Doppelinduktionsregler, welcher die Regelung der Blindleistung übernimmt, vorgesehen. Dieser zweite Regler ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
Wie aus dem Diagramm gemäss Fig. 2 hervorgeht, ist die Rotorspannung 12' der leerlaufenden Asyn- chronmaschine im untersynchronen Betrieb nach un ten und die Rotationsspannung 12" der Scherbius- maschine 2 ihr entgegen, d. h. nach oben gerichtet. Im übersynchronen Betrieb sind beide Vektoren um 180 versetzt. Diese vier Vektoren sind bei gleichem Schlupf untereinander praktisch gleich und sind in der Figur mit 12' (Rotorspannung der Asynchron maschine, untersynchron bzw.
Rotationsspannung der Scherbiusmaschine übersynchron) und 12" (Rotor spannung der Asynchronmaschine übersynchron bzw. Rotationsspannung der Scherbiusmaschine untersyn chron) bezeichnet. Bei einem rein Ohmschen Charak ter des ganzen Erregerkreises stellen die Vektoren 12' und 12" zugleich den Erregerstrom der Scherbius- maschine 2 und die Spannung des Doppelinduktions- reglers 6 dar. Tatsächlich besitzt aber der Erreger kreis auch induktive Widerstände.
Diese bewirken, dass der Erregerstrom und die Spannung der Scher- biusmaschine untersynchron im Sinne der Nacheilung und übersynchron im Sinne der Voreilung verschoben werden. Die Spannung der Scherbiusmaschine 2 wird daher bei verschiedenen Schlupffrequenzen auf einer Kurve 13 liegen, die annähernd eine Parabel ist. Diese Verdrehung der Spannung hat eine unerwünschte Änderung der Blindleistung der Asynchromnaschine 1 zur Folge und erschwert die Regelung.
In der Fig. 2 sind die Spannungsvektoren des Doppelinduktions- reglers mit 14' und 14" und der Verdrehungswinkel des Doppelreglers mit a bezeichnet. Die resultierende Spannung des Doppelreglers, dessen Einstellung aus- schliesslich die Leerlaufdrehzahl der Asynchronma- schine beeinflussen soll, hat die gleiche Richtung wie die Spannung 12' bzw. 12".
Der Zweck der Erfindung ist nunmehr, den er wähnten Einfluss der induktiven Spannungsabfälle im Erregerkreis der Scherbiusmaschine automatisch zu kompensieren, und zwar auf eine sehr einfache Art und Weise, ohne Änderung der Konstruktion und Schaltung der rotierenden Maschinen. Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass bei der Regelung der Wirkleistung der Frequenzumformer derart erregt wird, dass der Vektor der Erregerspan nung des Frequenzumformers auf einer parabel- ähnlichen Bahn wandert, zwecks Konstanthaltens der Blindleistung der Asynchronmaschine.
Bei der Anwendung der erfindungsgemässen Anord nung bei einer Anlage, wie in Fig. 1 dargestellt ist, d. h. wo der Frequenzumformer 5 über einen Doppel induktionsregler 6 vom Netz erregt wird, erfolgt die Kompensation des Einflusses der induktiven Span nungsabfälle im Erregerkreis wie folgt: Bei der Regelung der Wirkleistung der Asyn- chronmaschine durch den Doppelregler 6 werden die Einzelregler dieses Doppelinduktionsreglers mit ver schiedener Verstellgeschwindigkeit gesteuert, und zwar so, dass der Einzelregler, der die voreilende Spannungskomponente liefert, eine grössere Verstell geschwindigkeit als der andere Einzelregler aufweist.
Wie aus dem Vektordiagramm gemäss Fig. 3 her vorgeht, wo 14' und 14" wieder die Spannungsvek toren des Doppelinduktionsreglers 6 darstellen, dreht sich nunmehr der die voreilende Spannungskompo nente 14' liefernde Einzelregler um den Winkel a', während der die nacheilende Spannungskomponente 14" abgebende zweite Einzeldrehregler um den grösse ren Winkel ä' gedreht wird. Infolgedessen liegt die Spitze der resultierenden Spannung 15 nicht mehr auf einer Geraden, sondern auf einer Kurve 16, die annähernd eine Parabel ist.
Um diese Wirkung zu erzielen, kann beispielsweise die Kurbel des Einzel reglers, dessen Verstellgeschwindigkeit herabgesetzt werden muss, entsprechend verlängert werden, wobei es zweckmässig ist, die Länge der Kurbel so zu wäh len, dass die Kurve 16 ein Spiegelbild der Kurve 13 (Fig.2) ist, so dass die Spannung der Scherbius- maschine in die Achse der Rotorspannung der Asyn- chronmaschine fällt.
Eine genaue Steuerung der beiden Einzelregler kann in bestimmten Fällen erreicht werden, wenn sie miteinander über ein Gestängesystem gekuppelt wer den, wie in Fig. 4 schematisch angedeutet ist, wo die Kurbel der beiden Einzelregler mit 24' und 24", und das Gestänge mit 25 bezeichnet ist. In diesem Fall wird dann der gemeinsame Gelenkpunkt 26 des Ge- stängesystems in einen Schlitz 27 geführt, der eine solche Form aufweist, dass der Verstellwinkel a' des Einzelreglers 24' kleiner als der Verstellwinkel ä' des Einzelreglers 24" ist.
Die Achse o-o bezeichnet die Nuüage der beiden Einzelregler. Um die Spannung der Scherbiusmaschine zu steuern, kann anstelle des Doppelinduktionsreglers 6 der Fig. 1 für die Erregung des Frequenzumformers 5 ein Synchron-Synchron-Umformer verwendet wer den. Ein solcher Umformer ist in Fig. 5 in schemati scher Weise veranschaulicht. Dieser Umformer be steht aus einem durch einen Synchronmotor 30 ange triebenen Generator 31, der zwei senkrecht aufeinan- derstehende Erregerwicklungen 32, 33 besitzt.
Für die Regelung der Erregung dient ein Wälzkontakt- Schnellregler 34, wobei der Ausgleich der Blind leistung durch das eine Sektorpaar 34' des Schnell reglers bewirkt wird, welcher besonders für diesen Zweck zu bewickeln ist.
Neben der Regelung der Wirkleistung der Asyn- chronmaschine wird gewöhnlich auch eine Regelung ihrer vollen Blindleistung auf cos cT = 1 verlangt. Zu diesem Zweck wird bekanntlich in Reihe mit dem Wirkleistungsregler noch ein Blindleistungsregler vor gesehen, der, wie bereits erwähnt, in der Anordnung gemäss Fig. 1 nicht gezeigt ist. Wenn jedoch kein sol cher Blindleistungsregler vorhanden ist, so wird die Asynchronmaschine ihre normale Blindleistung vom Netz aufnehmen.
Hier kann dann Abhilfe geschaffen werden dadurch, dass der die nacheilende Spannung liefernde Einzelregler des Doppelinduktionsreglers für eine etwas höhere sekundäre Spannung gewickelt w<B>i d.</B> Der Verlauf der Spannung an den Schleifringen ir des Frequenzumformers 5 (Fig. 1) ist in der Fig. 6 veranschaulicht, woraus ersichtlich ist, dass die Span nung für die Kompensation der Blindleistungsauf- nahme der Asynchronmaschine durch die Kurve a gegeben ist.
In der Nullstellung des Doppelinduktions- reglers (Synchronismus) ist die Spannung des einen Einzelreglers (nacheilende Spannung) durch den Vektor 44" und diejenige des anderen Einzelreglers (voreilende Spannung) durch den Vektor 44' ange deutet. Bei der Verwendung eines Synchron-Synchron- Umformers gemäss Fig. 4 wird die Kompensation der Blindleistung der Asynchronmaschine durch den Re gulierwiderstand 35 eingestellt.
Mit der erfindungsgemässen Anordnung wird der Regelbereich des Blindleistungsreglers kleiner, und er wird die Wirkleistung nicht so stark beeinflussen, wie dies bisher der Fall war. Ferner fällt die starke über erregung der Asynchronmaschine bei plötzlichen Schlupfänderungen weg, so dass die Abstimmung des ganzen Satzes in bezug auf die Selbsterregung erleich tert wird.