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Anordnung zur Einfügung einer schlupffrequenten Spannung oder Leistung
in den Sekundärteil einer Asynchronmaschine Elektrische Asynchronmaschinen laufen
im allgemeinen mit fast konstanter Drehzahl. Will man eine verlustarme oder verlustlose
Regelungsmöglichkeit erhalten, so muß entweder die Frequenz geändert oder in den
Läuferkreis eine schlupffrequente Spannung eingefügt werden. Das erste Verfahren
verlegt die Probleme in den speisenden Teil. Vorzugsweise wird dabei ein Umformersatz
benötigt, womit aber nichts gewonnen ist. Das andere Verfahren erfordert zur Erzeugung
der Schlupfspannung, eine relativ große Drehstrom-Stromwender-Hintermaschine (Schlupfmaschine)
mit erheblichem Bürstenverschleiß; es ist außerdem leistungsbeschränkt.
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Aus diesen Gründen hat sich die drehzahlgeregelte Asynchronmaschine
nur dort durchsetzen können, wo eine Drehzahlregelung in nur kleinen Grenzen erforderlich
ist. Andererseits hat die Asynchronmaschine auf Grund des einfachen Aufbaues so
viele Vorteile, daß immer wieder eine Regelung ihrer Drehzahl und Phasenverschiebung
auf einfache Weise und in weiten Grenzen gewünscht wird. Dieses ist besonders dann
der Fall, wenn es sich um Asynchronmaschinen großer und größter Leistung handelt.
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Es ist dazu nach der deutschen Patentschrift 609 050 eine Anordnung
zur Einfügung einer schlupffrequenten Spannung oder Leistung in den Sekundärteil
einer in Kaskade mit einer elektromagnetischen Schlupfkupplung und einer Synchronmaschine
als Hintermaschine betriebenen Asynchronmaschine bekanntgeworden, bei der ein ein-
oder mehrphasiges sekundäres Wechselstromteil der Schlupfkupplung mechanisch und
elektrisch mit dem ein- oder mehrphasigen Sekundärteil der Asynchronmaschine und
ein durch einen regelbaren Gleichstrom erregtes primäres Gleichstromteil der Schlupfkupplung,
das in der Wicklung seines Sekundärteiles Spannungen von Schlupffrequenz induziert,
mechanisch mit dem Gleichstromteil der Synchronmaschine verbunden ist, deren Primärteil
parallel zu dem der Asynchronmaschine geschaltet ist.
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Dadurch werden also eine Asynchronmaschine und eine Synchronmaschine,
welche vorzugsweise an demselben Netz liegen, über eine elektromagnetische Schlupfkupplung
läuferseitig mechanisch verbunden. Im Betrieb werden durch die Drehzahldifferenz
der beiden Läufer der Asynchron- bzw. der Synchronmaschine im Sekundärteil der Schlupfkupplung
Spannungen von Schlupffrequenz induziert, welche von diesem in den Läuferkreis der
Asynchronmaschine eingespeist werden. Dabei dient die Synchronmaschine zugleich
als Hintennaschine und gibt die Schlupfenergie an das Netz zurück oder nimmt sie
aus dem Netz auf, je nachdem ob unter- oder übersynchron gefahren wird. Dabei
sind die Synchronmaschine und die Schlupfkupplung kleiner auszulegen als die Asynchronmaschine,
da sie nur die Schlupfleistung entsprechend dem geforderten Schlupfbereich der Asynchronmaschine
zur Verfügung zu stellen bzw. aufzunehmen brauchen. Ändert man den Phasenwinkel
einer eingefügten Schlupfspannung, dann beeinflußt man bekanntlich den Leistungsfaktor
der Asynchroninaschine. Dies wird bei der bekannten Anordnung dadurch erreicht,
daß der Läufer der Synchronmaschine oder der Primärteil der Schlupfkupplung mit
einer zwei- oder mehrsträngigen Wicklung ausgebildet sind. Dabei müssen dann die
Stränge so geschaltet werden, daß sie mit gleich oder verschieden großen oder verschieden
gerichteten Strömen gespeist werden können. Die sich dabei für die Erregung ergebende
Resultierende, deren Richtung durch ein verschieden großes Stromdurchflutungsverhältnis
variiert wird, wird dadurch also auf rein elektrischem Wege erreicht.
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Im wesentlichen besteht also eine derartige Anordnung aus der Asynchronmaschine
und dem Regelsatz, letzterer bestehend aus einer elektromagnetischen Schlupfkupplung
und einer Synchronmaschine. Dieser Regelsatz ist in seinen beiden Einzelteilen wohl
relativ kleiner auslegbar als die zu regelnde Asynchronmaschine. Er verbleibt jedoch
als Ganzes noch etwa in der Größenordnung der Asynchronmaschine selbst. Außerdem
sind beide Maschinen des Regelsatzes in der Herstellung nicht so einfach wie die
zu regelnde Asynchronmaschine. Für den Betrieb dieser beiden Maschinen gilt außerdem
als nachteilig, daß sie mit Schleifringen und Bürsten ausgelegt werden müssen,
d. h. einer ständigen Wartung bedürfen.
Zwar sind nach der
deutschen Patentschrift 826 769
ähnliche Anordnungen auch ohne Schleifringe
und Bürsten bekanntgeworden. Hierbei erfolgt die Regelung der Drehzahl und der Schlupfleistung
der Asynchronmaschine durch eine mechanisch bewirkte Veränderung des Winkels zwischen
Ständer- und Polfeld bei der elektromagnetischen Schlupfkupplung und/ oder Synchronmaschine.
Abgesehen davon, daß diese Verdrehung des an sich feststehenden, den jeweiligen
Primärteil tragenden, Ständers erheblichen mechanischen Aufwand verlangt und daher
gebaute Ausführungen auch nicht bekanntgeworden sind, werden dabei die Ständerwicklungen
der Asynchromnaschine über die der als Hintermaschine wirkenden Synchronmaschine,
also in Reihe, und außerdem gegebenenfalls über einen Spartransformator an das Netz
gelegt. Eine wesentliche Verlangsamung der Regelvorgänge ist naturgemäß die Folge.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen rasch wirkenden Regelsatz in vereinfachter
Maschinenausführung anzuregen.
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Das Erfindungsproblem wird bei einer Anordnung zur Einfügung einer
schlupffrequenten Spannung oder Leistung in den Sekundärteil einer in Kaskade mit
einer elektromagnetischen Schlupfkupplung und einer Synchronmaschine als Hintermaschine
betriebenen Asynchronmaschine, bei der ein ein- oder mehrphasiges sekundäres Wechselstromteil
der Schlupfkupplung mechanisch und elektrisch mit dem ein- oder mehrphasigen Sekundärteil
der Asynchronmaschine und ein durch einen regelbaren Gleichstrom erregtes primäres
Gleichstromteil der Schlupfkupplung, das in der Wicklung seines Sekundärteiles Spannungen
von Schlupffrequenz induziert, mechanisch mit dem Gleichstromteil der Synchromnaschine
verbunden ist, deren Primärteil parallel zum Primärteil der Asynchronmaschine geschaltet
ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schlupfkupplung und die Synchronmaschine
Gleichstromteile mit feststehender Gleichstromerregerwicklung sowie mechanisch miteinander
gekuppelte Klauenpolläufer mit Wechselpolen aufweisen und die Synchronmaschine außerdem
mit einem Primärteil mit feststehender Wechsel- oder Drehstromwicklung versehen
ist. In Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die
Klauenpolläufer der Schlupfkupplung und der Synchronmaschine zu einem DoppeRäufer,
also zu einem einzigen Bauteil, zusammengefaßt sind und weiterhin, daß die Klauenpolläufer
als Außenläufer ausgebildet sind.
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An sich ist die Verwendung einer elektrischen Maschine mit feststehenden
Gleichstromteilen (Erregerteilen) sowie mit Klauenpolläufer mit Wechselpolen, also
einer sogenannten K lauenpohnaschine, bei Schlupfkupplungen bekannt. Dabei
handelt es sich jedoch nicht um einen Induktionsmotor mit Hintermaschinen in Kaskadenschaltung
wie bei der vorliegenden Erfindung, sondern um eine reine mit einem Elektromotor
zusammengebaute Schlupfkupplung in Form einer einzigen Klauenpolmaschine, die i
also nur als solche wirksam wird. Die in der bekannten Anordnung erzeugten Schlupfspannungen
müssen also unter erheblichem Aufwand als Verlustwärine abgeführt werden. Außerdem
würden bei einer Zuordnung der bekannten Klauenpohnaschine zu einer i als Hintermaschine
arbeitenden, normal ausgeführten Synchronmaschine die Schleifringe und Bürsten verbleiben,
welche durch die Erfindung wegfallen sollen. Durch die Anordnung nach der Erfindung
wird aber erreicht, daß nicht nur die Schleifringe und Bürsten ganz entfallen, sondern
auch daß die Wärmeabführung kein Problem mehr darstellt: Die der Wärmeerzeugung
zugrunde liegende Schlupfspannung wird ja im wesentlichen als Energie im Läufer
der Asynchronmaschine ausgenutzt. Außerdem ist eine derartig nach der Erfindung
ausgebildete Anordnung hinsichtlich des Regelteiles etwa nur halb so groß auszulegen
wie die eingangs erwähnte, mit veränderlicher Gleichstromerregung arbeitende bekannte
Anordnung mit einer- Hintermaschine. Sie zeichnet sich nämlich besonders durch eine
wesentliche Verringerung des Durchmessers, aber auch durch eine kleinere Baulänge
aus.
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Auch ist der Aufbau bzw. die Herstellung der erfindungsgemäßen Kaskadenschaltung
von Maschinen mit feststehenden Primär- und Sekundärteilen und umlaufenden Klauenpolläufern
wesentlich einfacher als im Falle der Verwendung normaler Synchronmaschinen bzw.
Schlupfkupplungen. Als weiterer wesentlicher Vorteil kommt hinzu, daß eine derartige
Doppelmaschine mit Klauenpolläufer robust ist und nur eine- sehr geringe Erregerleistung
erfordert.
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Die Anordnung wird an Hand der Zeichnung beschrieben: Die Asynchronmaschine
1 liegt mit ihrer Ständer-Vylicklung 4 am Netz 2, die Wicklung des Läufer
3 ist über die umlaufende Drehfeldwicklung 5
der als Schlupfkupplung
wirkenden Klauenpolmaschine 6 kurzgeschlossen. Diese Drehfeldwicklung
5
ist auf der gleichen Welle 7 angeordnet wie die Wicklung des Läufers
3 der Asynchromnaschine 1. In Achsrichtung beiderseits der Drehfeldwicklung
5 ist der mit regelbarem Gleichstrom gespeiste Primärteil (Gleichströmteil)
8 der als Schlupfkupplung wirkenden Klauenpohnaschine 6 angeordnet
und dabei aus zwei Ringspulen aufgebaut. Diese Ringspulen sind zusammengeschaltet
und liegen über die Zuleitung 9
mit dem darin angeordneten regelbaren Widerstand
10 am Gleichstromnetz 11. Radial außerhalb des umlaufenden Drehstromteils
5 und des feststehenden Gleichstromteils 8 der als Schlupfkupplung
wirkenden Klauenpolmaschine 6 ist der Klauenpolläufer 19
angeordnet
und starr über den nicht magnetisierbarea Ring 12 mit dem Klauenpolläufer
13 der als Synchronmaschine wirkenden Klauenpolmaschine 14 fest verbunden.
Radial innerhalb dieser sind die am Drehstromnetz 2 liegende Drehstromwicklung
15 sowie der Gleichstromteil 16, beide fest§tehend, angeordnet. Letzterer
liegt ebenfalls am Gleichstromnetz 11, und zwar über die Zuleitung
17 mit dem darin angeordneten Regelwiderstand 18. Es ist auch möglich,
die axial innenliegenden Ringspulen der Primär-bzw. Gleichstromteile 8, 16
wegzulassen.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Im Betrieb werden durch die Drehzahldifferenz
zwischen dem Läufer 3 der Asynchronmaschine 1 und dem Klauenpolläufer
13 der als Synchromnaschine wirkenden Klauenpolmaschine 14 im über die Wicklung
des Läufers 3 kurzgeschlossenen Drehstromteil 5 der als Schlupfkupplung
wirkenden Klauenpolmaschine 6
Spannungen von Schlupffrequenz induziert, welche
in den Läuferkreis der Asynchronmaschine eingespeist werden.
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Der Magnetfluß innerhalb der beiden Klauenpolmaschinen 6, 14
nimmt dabei jeweils für sich folgenden Verlauf: Ausgehend von den Gleichstromteilen
8, 16 tritt er über einen Luftspalt in die Klauenpolläufer
19,
13 über und von dort aus über einen weiteren Luftspalt in die Drehstromteile
5, 15, von welchen er über einen Luftspalt zurück in die Klauenpolläufer
19, 13 tritt und von dort über ebenfalls einen Luftspalt endgültig zu den
Gleichstromteilen 8,
16 zurück.
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Man erkennt, daß der Regelsatz dieser Anordnung, insbesondere durch
die Zusammenfassung der beiden KlauenpolUlufer 19, 13, zu einem gemeinsamen
Doppelläufer, mit sehr kurzer Baulänge ausgebildet ist. Außerdem wird sein Durchmesser
durch die Nebeneinanderanordnung der Gleichstromteile 8, 16
und der Drehstromteile
5, 15 ebenfalls erheblich verkleinert. Die sonst bei gleichstromerregten
Maschinen üblichen Schleifringe und Bürsten entfallen wegen des Feststehens der
Gleichstromteile 8, 16. Insgesamt gesehen, ist die Anordnung gegenüber den
bekannten im Aufbau wesentlich vereinfacht und außerdem wartungsfrei.