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Selbsttätige RegellHgseinnchtung für parallel geschaltete Mehrphasen-Wechselstrom- maschinen.
Elektrische Mehrphasen-Wechselstrommaschinen, insbesondere Drehstromgeneratoren, Zusatz- und Drehtransformatoren, die durch je einen selbsttätigen Regler gesteuert werden, können, sofern ein wesentlicher Spannungsabfall in den dazwischenliegenden Verbindungen nicht auftritt, nicht ohne weiteres parallel arbeiten, weil infolge kleiner Unterschiede in den Charakteristiken der Generatoren, Transfornwtoren und der Regler wattlose Ausgleichsströme auftreten. Man kennt zwar bereits verschiedene
Mittel, um diesen Umstand zu beseitigen. Diese beruhen im wesentlichen darauf, dass in der Netzspule des selbsttätigen Reglers ausser den von der verketteten Netzspannung zweier Phasen erregten Windungen noch vom Betriebsstrom der dritten Phase erregte Windungen wirksam sind.
Hiebei werden die Anschlüsse an den Regler so getroffen, dass beim Auftreten von nacheilenden Ausgleichsstromen der Regler die Spannung erniedrigt, bei voreilendem Strom die Spannung erhöht, so dass die Ausgleichsströme ver- schwinden.
In der Fig. 1 ist ein Strom-und Spannungsdiagramm einer Drehstrommasahine, in der Fig. 2 ein Diagramm der in der Netzspannungsspule der bekannten Regler wirksamen Ampèrewindungen dar- gestellt. u, v, w sind die Spannungen der einzelnen Phasen gegen den Nullpunkt. jE :. ,,, ist die verkettete
Spannung zwischen den Phasen v und mu, die in der Spannungsspule des Reglers wirksam sein möge.
Die von dieser Spule erzengten Amperewindungen sind mit AW,., bezeichnet. Der Strom in der dritten
Phase, der zur Kompensation der Ausgleichsströme ebenfalls auf der Spule des Reglers wirksam ist und dessen Phase bei einem Leistungsfaktor im Netz = 1 auf der Spannung E,.-,.. senkreelht steht, ist mit J" bezeichnet. Die von ihm erzengten Amperewindungen snd AWn, die resultierenden Amperewindungen AW1,
Aus der Fig. 2 erkennt man, dass bei einer derartigen Einrichtung der Regulierfehler, der sich durch
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starken Schwankungen der Belastung und des Leistungsfaktors durch eine mittlere Einstellung des Reglers nicht auszugleichen.
Gemäss der Erfindung kann man nun auch, wenn die Phasenverschiebung zwischen 0 und einem positiven oder negativen Höchstwert in weiten Grenzen schwankt, den Regulierfehler auf etwa 1#5% herabdrücken, ohne dass eine Änderung der Einstellung nötig ist und ohne dass die Empfindlichkeit auf Ausgleichsströme wesentlich verringert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der Strom in der Kompensa-
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Vektoren AW" und AWv sind parallel den entsprechenden Spannungshpasen, die resultierenden Ampèrewindungen AW"-AW., sind um 30'hiergegen verschoben.
Die bei dem Leistungsfaktor 0'8 tatsächlich auftretenden Ampèrewindungen sind gegenüber dem Vektor ATV"-AW, um den dem Leistungsfaktor 0'8 entsprechenden Winkel verschoben, auf der Zeichnung mit ausgezogenen Linien und auf den richtigen Massstab reduziert dargestellt und mit AW'u-AW'v bezeichnet. Man erkennt, dass dieser Vektor annähernd senkrecht steht auf dem Vektor AWv-w'Hiebei ist der Regulierfehler praktisch 0 und auch dann, wenn der Leistungsfaktor zwischen 0-98 und 0#65 schwankt, ist er bei Vollast höchstens 1'5%.
Auch die Ausgleichsströme sind bei dieser Schaltung nicht grösser als etwa 10-11%, also nicht grösser als bei den bisher bekannten Einrichtungen.
In der Fig. 5 ist schliesslich noch ein Ausführungsbeispiel der Schaltung nach der Erfindung für zwei Drehstromgeneratoren dargestellt. 1 sind die Generatoren, 2 ihre Erregermaschinen mit den Neben-
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die an die Netzphase v, w angeschlossen ist und eine Stromwicklung 7, die über die parallel geschalteten Stromwandler 8 und 9 derart angeschlossen ist, dass in der Spule 7 die Differenz der Ströme in den Phasen u und w wirksam wird.
Statt zwei getrennte Spulen 6 und 7 zu verwenden, kann man auch in bekannter Weise durch Zusammenführen von Strom und Spannung auf der Sekundärseite der Wandler nur eine Wicklung auf dem Netzspannungsmagneten anordnen.
Gemäss der weiteren Erfindung lassen sich der Regelbereich und das Anwendungsgebiet der im vorstehenden beschriebenen Einrichtung dadurch wesentlich erweitern, dass eine der beiden Kompensationsspulen, die den Strom einer Generatorphase auf den Regler einwirken lässt oder auch beide veränderliche Ampèrewindungszahl besitzen. In Fig. 6 der beiliegenden Zeichnung sind drei verschiedene Ausführungsbeispiele hiefür dargestellt. In der Fig. 6 bedeuten die gleichen Zahlen Gleiches wie in Fig. 5. Auf dem Netzspannungsmagneten 5 des Reglers sind die Spannungswicklung 6, die an die Phasen U W angeschlossen ist, und die Stromwicklungen 10 und 11 angebracht, die von den Phasen U und V erregt werden.
Bei dem Generator I besitzt die Stromwicklung 10 verschiedene Anzapfungen, die zu einem Kurbel-¯ sehalter oder zu einem Klemmbrett führen und die eine Abgleichung der Ampèrewindungszahl der
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geschaltet. Beim Generator III sind die Spulen 10 und 11 zu einer einzigen'Spule zusammengefasst.
Die Bildung der Differenz der beiden Ströme erfolgt hier in einem besonderen Stromwandler 12, dessen eine Primärwicklung oder dessen beide Primärwicklungen anzapfbar sind.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist aus dem Diagramm, Fig. 7, zu ersehen. Die Strecke 6-0 stellt die Amperewindungen der an der verketteten Spannung U-W liegenden Spannungswicklung 6 dar. Mit diesen setzen sich die Ampèrewindungen 0-10 der von dem Strom der Phase V gespeisten Wicklung 10 zusammen, wobei ein Leistungsfaktor von etwa 0'7 und der Vollaststrom angenommen werden soll. Unter dem Einfluss der Wicklung 6 und der Wicklung 10 würde, da der Regler die resultierende Ampèrewindungszahl konstant halten will, die Maschinenspannung auf einen der Strecke 60-0 entsprechenden Wert fallen.
Durch die in der Phase U liegende Stromwicklung 11 wird die Ampèrewindungszahl 10-11 erzeugt, deren Grösse durch entsprechende Anzapfung so gewählt ist, dass die resultierende Ampère- windungszahl 6-77 der normalen 6-0 praktisch gleich ist. Da das Verhältnis der Ampèrewindungszahl der Stromwicklungen zu der der Spannungswicklung klein ist, so wird bei den verschiedenen Maschinenbelastungen und bei gleichbleibendem Leistungsfaktor der Regler praktisch konstante Spannung ein stellen.
Bei Auftreten eines Ausgleichsstromes zwischen zwei Maschinen wird bei der zu hoch erregten in der Wicklung 10 die Ampèrewindungszahl der Netzspule um die Beträge ll-lOi und 101-111 ent- sprechend den Ausgleichsblindströmen der Phasen V und U sich ändern. Bei gleichbleibender Gesamtampèrewindungszahl müsste also der Regler versuchen, die Spannung auf den Wert 61-0 derart herab- zuregulieren, dass 6i-lli = 6-0 ist. Da bei dem Regler der anderen Maschine die Ausgleichblind- ströme umgekehrt wirken, so kommen bei diesem Regler die Ampèrewindungen 11-102 und 102-112 hinzu. Der Regler müsste daher die Spannung auf den Wert 62-0 erhöhen, wenn die resultierende Ampère- windungszahl 62112 wieder den normalen Betrag 6-0 annehmen soll.
Da nun bei beiden Maschinen nur ein und dieselbe Spannung möglich ist, werden die Regler eben so regulieren, dass die Ausgleichs- blindströme verschwinden.
Für einen anderen Leistungsfaktor, als in obigem Beispiel angenommen, tritt natürlich je nach der
Grösse der Abweichung eine Spannungsänderung ein. Da aber der mittlere Netzleistungsfaktor sieh meist sehr wenig ändert, genügt fast immer nur eine einmalige Einstellung der Anzapfung.
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Für die praktische Ausführung bleibt es sich gleich, ob die Spule 10 oder die Spule 11 oder beide Anzapfungen besitzen. Ferner ist es gleichgültig, ob die beiden Stromkomponenten auf zwei getrennte Wicklungen wirken, oder ob nur eine Wicklung benutzt wird, wobei die Zusammensetzung ausserhalb des Reglers, z. B. auf einen Stromwandler mit einer Sekundärwicklung und zwei Primärwicklungen (s. Generator 111) geschieht, von denen die eine oder beide anzapfbar sind. Ferner kann die Einwirkung der beiden Stromkomponenten auf die Spannungswicklung direkt oder auf deren Vorwiderstand erfolgen.
Eine Änderung der Grösse der einzelnen Stromkomponenten kann man auch zweckmässig durch den Stromwandlern bzw. den Stromwieklungen parallel geschaltete Widerstände einstellen (s. Generator 11).
Für Zusatztransformatoren bzw. Drehtransformatoren tritt an Stelle des Tirrillreglers beispiels-
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Zusatztransformators bzw. zur Verstellung der Rotoren des Drehtransformators gibt.
PATENT-AN SPRÜCHE :
1. Selbsttätige Regelungseinrichtung für parallel geschaltete Mehrphasen-Wechselstrommaschinen, bei denen auf dem Regler eine von der verketteten Spannung zweier Netzphasen erregte Wicklung und eine von der Stromstärke in der dritten Netzphase abhängige Kompensationswicklung wirkt und bei denen die Phasenverschiebung zwischen 0 und einem positiven oder einem negativen Höchstwert
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Strom in der dritten Netzphase in der Phase derartig verschoben ist, dass bei dem in der Anlage auftretenden mittleren Leistungsfaktor dieser Stromvektor annähernd senkrecht steht auf dem in der Spannungspule (6) des Reglers fliessenden Strom.
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Automatic control device for multi-phase AC machines connected in parallel.
Electric multi-phase alternating current machines, in particular three-phase generators, auxiliary and rotary transformers, which are each controlled by an automatic controller, cannot easily work in parallel if there is no significant voltage drop in the connections in between, because small differences in the characteristics of the generators , Transformers and the controller wattless equalizing currents occur. We already know different ones
Means to remedy this circumstance. These are based essentially on the fact that in the mains coil of the automatic regulator, in addition to the windings excited by the linked network voltage of two phases, windings excited by the operating current of the third phase are also active.
The connections to the regulator are made in such a way that if lagging compensating currents occur, the regulator lowers the voltage, and if there is a leading current, the voltage is increased so that the compensating currents disappear.
1 shows a current and voltage diagram of a three-phase machine, and FIG. 2 shows a diagram of the ampere turns effective in the mains voltage coil of the known regulator. u, v, w are the voltages of the individual phases towards the zero point. jE:. ,,, is the chained one
Voltage between phases v and mu, which may be effective in the voltage coil of the regulator.
The ampere-turns generated by this coil are denoted by AW,. The stream in the third
The phase which is also effective on the regulator coil to compensate for the equalizing currents and whose phase is perpendicular to the voltage E, .-, .. at a power factor in the network = 1, is denoted by J ". The ampere-turns it generates are snd AWn, the resulting ampere turns AW1,
From Fig. 2 it can be seen that in such a device, the regulation error, which is through
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Strong fluctuations in the load and the power factor cannot be compensated for by a medium setting of the controller.
According to the invention, if the phase shift fluctuates between 0 and a positive or negative maximum value within wide limits, the regulation error can be reduced to about 1 # 5% without having to change the setting and without significantly reducing the sensitivity to equalizing currents is decreased. This is achieved by the fact that the current in the compensation
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Vectors AW ″ and AWv are parallel to the corresponding voltage phases, the resulting ampere turns AW ″ -AW. Are shifted by 30 'against this.
The ampere turns actually occurring with the power factor 0.8 are shifted by the angle corresponding to the power factor 0.8 compared to the vector ATV "-AW, shown on the drawing with solid lines and reduced to the correct scale and with AW'u-AW 'v denotes. It can be seen that this vector is approximately perpendicular to the vector AWv-w' In this case the regulation error is practically 0 and even if the power factor fluctuates between 0-98 and 0 # 65, it is at most 1 'at full load 5%.
The equalizing currents in this circuit are also no greater than about 10-11%, i.e. no greater than in the previously known devices.
Finally, FIG. 5 shows another embodiment of the circuit according to the invention for two three-phase generators. 1 are the generators, 2 are their excitation machines with the auxiliary
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which is connected to the network phase v, w and a current winding 7 which is connected via the parallel-connected current transformers 8 and 9 in such a way that the difference between the currents in the phases u and w becomes effective in the coil 7.
Instead of using two separate coils 6 and 7, it is also possible, in a known manner, to arrange only one winding on the mains voltage magnet by combining current and voltage on the secondary side of the converter.
According to the further invention, the control range and the field of application of the device described above can be significantly expanded in that one of the two compensation coils, which allows the current of a generator phase to act on the regulator, or both have variable ampere turns. In Fig. 6 of the accompanying drawings, three different embodiments are shown for this. In FIG. 6, the same numbers mean the same as in FIG. 5. The voltage winding 6, which is connected to the phases UW, and the current windings 10 and 11, which are connected to the phases U and V, are attached to the mains voltage magnet 5 of the regulator get excited.
In the generator I, the current winding has 10 different taps, which lead to a crank-holder or to a terminal board and which enable the ampere turn number to be adjusted
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switched. In the generator III, the coils 10 and 11 are combined into a single coil.
The formation of the difference between the two currents takes place here in a special current transformer 12, one or both of which primary windings can be tapped.
The mode of operation of the device can be seen from the diagram in FIG. 7. The path 6-0 represents the ampere turns of the voltage winding 6 connected to the chained voltage UW. With these, the ampere turns 0-10 of the winding 10 fed by the current of phase V are composed, with a power factor of about 0.7 and the Full load current should be assumed. Under the influence of winding 6 and winding 10, since the controller wants to keep the resulting number of ampere turns constant, the machine voltage would fall to a value corresponding to the distance 60-0.
The current winding 11 in phase U generates the number of ampere turns 10-11, the size of which is selected by tapping in such a way that the resulting number of ampere turns 6-77 is practically the same as the normal 6-0. Since the ratio of the number of ampere turns of the current windings to that of the voltage windings is small, the regulator will set a practically constant voltage with the various machine loads and with the same power factor.
If a compensating current occurs between two machines, the number of ampere turns of the mains coil will change by the amounts 11-10i and 101-111 corresponding to the compensating reactive currents of phases V and U in the case of the excessively excited in winding 10. If the total number of ampere turns remained the same, the controller would have to try to reduce the voltage to the value 61-0 in such a way that 6i-lli = 6-0. Since the equalizing reactive currents have the opposite effect on the controller of the other machine, the ampere turns 11-102 and 102-112 are added to this controller. The regulator would therefore have to increase the voltage to the value 62-0 if the resulting number of ampere-turns 62112 is to assume the normal value 6-0 again.
Since only one and the same voltage is possible on both machines, the regulators will regulate in such a way that the equalizing reactive currents disappear.
For a different power factor than assumed in the above example occurs naturally depending on the
Size of the deviation a voltage change. However, since the average network power factor usually changes very little, only a one-time setting of the tap is almost always sufficient.
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For the practical implementation, it remains the same whether the coil 10 or the coil 11 or both have taps. Furthermore, it does not matter whether the two current components act on two separate windings, or whether only one winding is used, the composition outside the controller, e.g. B. on a current transformer with a secondary winding and two primary windings (see generator 111) happens, one or both of which can be tapped. Furthermore, the two current components can act on the voltage winding directly or on its series resistance.
A change in the size of the individual current components can also expediently be set by means of the current transformers or the current oscillations connected in parallel resistors (see generator 11).
For additional transformers or rotary transformers, instead of the Tirrill controller,
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Additional transformer or for adjusting the rotors of the rotary transformer there.
PATENT APPROVALS:
1.Automatic control device for multi-phase AC machines connected in parallel, in which a winding excited by the interlinked voltage of two mains phases and a compensation winding dependent on the current strength in the third mains phase act on the regulator and in which the phase shift is between 0 and a positive or a negative Maximum value
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Current in the third network phase is shifted in the phase in such a way that with the average power factor occurring in the system, this current vector is approximately perpendicular to the current flowing in the voltage coil (6) of the regulator.