DE975496C - Einrichtung zur Verkleinerung der Netzspannungsabsenkung beim Anlassen von Kurzschlusslaeufermotoren - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Verkleinerung der Netzspannungsabsenkung beim Anlassen von Kurzschlußläufermotoren Der Anlaufstrom von Kurzschlußläufermotoren beträgt ein Mehrfaches des Motornennstromes und hat eine große nacheilende Phasenverschiebung. Er verursacht daher in einem schwachen Netz eine starke und störende Netzspannungsabsenkung. Aus diesem Grunde ist in schwachen Netzen, insbesondere beispielsweise in sogenannten Netzausläufern, wie sie in landwirtschaftlichen Verteilungsnetzen vorkommen, der Anschluß von Kurzschlußläufermotoren größerer Leistung nicht möglich. Bis zu einem gewissen Leistungsbereich kann zwar die Netzspannungsabsenkung dadurch auf ein erträgliches Maß beschränkt werden, daß der Anlaufstrom durch Stern-Dreieck-Schaltung herabgesetzt wird. Dadurch wird aber das Anlaufmoment auf etwa ein Drittel verkleinert, was in vielen Fällen, ebenfalls als nachteilig empfunden wird. Man könnte aber auch in schwachen Netzen einen verhältnismäßig großen Anlaufstrom zulassen, wenn man für eine Kompensation des Anlaufblindstromes sorgt. Man hat daher bereits vorgeschlagen, zur Erreichung dieses Zieles den Kurzschlußläufermotoren Kondensatoren in Reihe zu schalten. Dieser an sich einfachen Maßnahme stellt sich aberfolgende Schwierigkeit entgegen Einerseits ergibt sich bei Verwendung von üblichen Kurzschlußläufermotoren ein so großer Anlaufstrom und eine so hohe Spannung für den Reihenkondensator, daß die Kosten des Kondensators wirtschaftlich nichtmehr tragbar sind. Außerdem ändert sich während des Anlaufvorganges auch die Phasenverschiebung des Anlaufstromes, so daß sich trotz des Reihenkondensators auch bei günstigster Bemessung desselben eine gewisse Rückwirkung auf die Netzspannung innerhalb der oberen Hälfte der Nenndrehzahl nicht vermeiden läßt. Um eine konstante Phasenverschiebung während des ganzen Anlaufes zu erhalten, könnte man zwar den Widerstand des Reihenkondensators verändern. Das würde aber wiederum einen erheblichen unwirtschaftlichen Aufwand erfordern.
• Durch die Erfindung werden diese Schwierigkeiten weitgehend beseitigt, und es wird ein Weg gewiesen, welcher die Kosten für die Kompensationskondensatoren in ohne weiteres tragbaren Grenzen hält und den Anschluß von Kurzschlußläufermotoren beliebiger Größe auch an schwache Netze ermöglicht, ohne daß bei deren Anlauf nachteilige Rückwirkungen auf das Netz auftreten. Gemäß der Erfindung wird an Stelle des üblichen Kurzschlußläufermotors ein an sich zur Senkung des Anlaufstromes bekannter Asynchronmotor mit Stromverdrängungsläufer verwendet, und es wird letzterer so bemessen, daß der Anlaufstrom dieses Motors für sich, d. h. ohne Reihenkondensator, kleiner als das Vierfache des Motornennstromes ist. Ferner wird der Reihenkondensator so bemessen, daß der Anlaufstrom eine solche voreilende Phasenverschiebung hat, daß sich der Spannungsabfall des Wirkstromes in den ohmschen Widerständen des Netzes mit der durch einen voreilenden Blindstrom in den Induktivitäten des Netzes hervorgerufenen Spannungserhöhung ausgleicht. Durch die Anwendung eines Stromverdrängungsläufers wird erreicht, daß der ohmsche Widerstand des Motors bei Stillstand und während des Anlaufes vergrößert wird, ohne daß dadurch gleichzeitig auch der Schlupf des Motors bei Vollast ansteigt und den Wirkungsgrad beeinträchtigt. Als Stromverdrängungsläufer können beispielsweise an sich bekannte Doppelstabläufer verwendet werden. Eine einfache Überlegung ergibt, daß bei Begrenzung des Anlaufstromes auf den vierfachen Betrag des Motornennstromes der Reihenkondensator schon erheblich günstiger bemessen werden kann und daß die Verhältnisse hinsichtlich der Kondensatorkosten noch günstiger werden, wenn der Anlaufstrom unter diesen Betrag gesenkt wird. Durch die Erfindung wird es möglich, die Kosten für die Reihenkondensatoren um einen merklichen Betrag zu senken, wenn der Anlaufstrom nur um einen gewissen, den Anlaufvorgang nicht nachteilig beeinträchtigenden Wert verringert wird.
• Die Reaktanz Xrc des Reihenkondensators ist annähernd nach der Beziehung zu wählen, wobei R der ohmsche Widerstand und X der Blindwiderstand des Motors bei Stillstand, Rn der ohmsche Netzwiderstand und Xn die Netzreaktanz ist.
• In Fig. I ist ein Schaltungsbeispiel für die neue Anordnung dargestellt. Mit I ist der Stromverdrängungsläufer und mit a die Ständerwicklung des Kurzschlußläufermotors bezeichnet, welche über die Reihenkondensatoren 3 und den Schalter 4 am Netz RST liegen. Werden die Reihenkondensatoren 3 und der Stromverdrängungsläufer I nach den oben angegebenen Bedingungen bemessen, so ergibt sich, daß damit bereits eine weitgehende Verringerung der Rück-Wirkungen auf die Netzspannung während des Anlaufvorganges erreicht wird.
• Eine weitere Verbesserung der Anlaufeigenschaften hinsichtlich der Verkleinerung der Netzspannungsabsenkung während des Anlaufes kann dadurch erzielt werden, daß neben den Reihenkondensatoren 3 zusätzlich noch Parallelkondensatoren 5 verwendet werden, die direkt zu den Motorklemmen parallel liegen und so bemessen sind, daß die Leerlaufblindleistung des Motors mindestens annähernd kompensiert wird. Die Reihenkondensatoren 3 können dann um etwa ebensoviel verkleinert werden, wie der Aufwand für die Parallelkondensatoren 5 beträgt. Die Reaktanz X'rc der Reihenkondensatoren ist dabei vorteilhaft annähernd nach der Beziehung zu wählen, wobei R'k der ohmsche Widerstand und X'k der Blindwiderstand der Parallelschaltung von Motor und Kondensator bei stillstehendem Motor, Rn der ohmsche Netzwiderstand und Xn die Netzreaktanz ist.
• Ein Stromverdrängungsläufer hat nun aber in seiner Ortskurve für den Strom (Heylandkreis), wie aus Fig. 2 hervorgeht, eine Einbuchtung, die den cos p bei Bemessung des Reihenkondensators nach obiger Beziehung während des Anlaufes noch bei verhältnismäßig großen Stromstärken so in das nacheilende Gebiet verschiebt, daß doch noch eine gewisse Netzspannungsabsenkung auftritt, wenn diese auch viel geringer und auf einen kürzeren Bereich des Anlaufvorganges beschränkt ist als bei einem normalen Kurzschlußläufermotor ohne Reihenkondensator.
• Gemäß der weiteren Erfindung wird deshalb der Stromverdrängungsläufer derart ausgebildet, daß während des Anlaufes bis zum Vollastpunkt keine Verschlechterung des Leistungsfaktors eintritt. Mit anderen Worten, es soll die Einbuchtung der Ortskurve 6 beseitigt werden, wie es in Fig. 2 durch die Kurve 7 angedeutet ist, und eine nach oben konkave Form in Richtung der Kurve 8 erhalten. Noch günstiger wäre freilich eine kreisförmige Ortskurve, was aber bedeuten würde, daB die Motorstreuung trotz Ausführung des Läufers als Stromverdrängungsläufer während des Anlaufes konstant bleibt, der Motor sich also wie ein Schleifringläufermotor mit geregeltem Läuferwiderstand verhält.
• Um eine solche Verbesserung der Ortskurve 6 in Richtung zur Kurve 8 zu erhalten, ist ein Läuferkäfig mit kleinster Streuung und hohem Widerstand vorteilhaft. Hierzu kann die Oberfläche des Läufers gemäß Fig. 3 über die ganze Zylinderfläche g, z. B. durch Verlöten oder Verschweißen des Blechpakets oder durch Aufspritzen eines leitenden Belages oder gegebenenfalls auch durch Herstellung des ganzen Läufers aus massivem Material, leitend gemacht werden. Außerdem können gemäß Fig. 3 die KurzschluBstäbe in verschieden tiefen, halb offenen Nuten untergebracht werden. Vorzugsweise wird man die KurzschluBstäbe in die halb offenen Nuten eingießen. Dadurch werden auch die Läuferbleche untereinander verbunden, so daB durch diese Maßnahme allein schon die Läuferbleche an der Zylinderoberfläche einen Käfig hohen ohmschen Widerstandes bei kleiner Streuung bilden. Den in Fig. 3 in teilweiser Ansicht dargestellten Läufer könnte man als Drei-Stab-Käfig bezeichnen, wobei die Zylinderfläche g den ersten, die Stäbe Io den zweiten und die Stäbe II den dritten Käfig darstellen.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Einrichtung zur Verkleinerung der Netzspannungsabsenkung beim Anlassen von Kurzschlußläutermotoren, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Asynchronmotors mit einem derart bemessenen Stromverdrängungsläufer, daß dessen Anlaßstrom ohne Reihenkondensator kleiner als das Vierfache des Motornennstromes ist, in Verbindung mit einem derart bemessenen Reihenkondensator, daß der Anlaßstrom eine voreilende Phasenverschiebung erhält, bei der sich der Spannungsabfall des Wirkstromes in den ohmschen Widerständen des Netzes mit der durch einen voreilenden Blindstrom in den Induktivitäten des Netzes hervorgerufenen Spannungserhöhung ausgleicht.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanz Xrc des Reihenkondensators annähernd nach der Beziehung gewählt ist, wobei Rk der ohmsche Widerstand und X der Blindwiderstand des Motors bei Stillstand, Rn der ohmsche Netzwiderstand und Xn die Netzreaktion ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die zusätzliche Anordnung von Parallelkondensatoren.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanz X'rc des Reihenkondensators annähernd nach der Beziehung gewählt ist, wobei Rk' der ohmsche Widerstand und Xk' der Blindwiderstand der Parallelschaltung von Motor und Kondensator bei stillstehendem Motor, Rn der ohmsche Netzwiderstand und Xn die Netzreaktanz ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verkleinerung der Streuung und Erhöhung des Läuferwiderstandes der Stromverdrängungsläufer derart ausgebildet ist, daß während des Anlaufs des Motors bis zum Volllastpunkt keine Verschlechterung des Leistungsfaktors eintritt.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Sinne der Erzielung eines Läuferkäfigs mit kleinster Streuung und hohem Widerstand die Oberfläche des Läufers über die ganze Zylinderfläche, z. B. durch Verlöten, Aufspritzen eines leitenden Belages oder durch Herstellung des Läufers aus massivem Material, leitend gemacht ist. In Betracht gezogene Druckschriften Deutsche Patentschriften Nr. 756 434: 4. Band, Richter, »Elektrische S. 262, vorletzter Absatz; Heft Io, Abs. 8 des Elektrizitätswirtschaft, Aufsatzes; Flegler, »Grundgebieteder Elektrotechnik«, Heidelberg, S. 2o6; Buchold u. Happelt, »Elektrische Kraftwerke und S. 33i.