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Frequenzwandler zur Einstellung der Leistung, die eine, zwei oder mehrere Wechselstrontkraftwerke verbindende Leitung durchmisst (Leistungsschieber).
Wenn ein Abnehmer elektrischer Arbeit sich an ein ein-oder mehrphasiges Wechselstromnetz anschliesst, welches von mehreren Kraftwerken gespeist wird, so kann er aus kaufmännischen oder technischen Gründen wünschen, selbst bestimmen zu können, zu welchen Anteilen NI und N2 seine Leistung Ne sieh auf die Kraftwerke verteilen soll.
In Fig. 1 ist beispielsweise der einfache Fall zu Grunde gelegt, dass zwei ungefähr gleich grosse Kraftwerke A und B neben andern nicht gezeichneten Abnehmern auch den Abnehmer C beliefern, welcher an eine Verbindungsleitung der Kraftwerke angeschlossen ist.
Das Schaubild der Fig. 2 zeigt, welche Belastungen der beiden Kraftwerke bei gegebener Gesamtbelastung sich einstellen. Die nach rechts abfallende Gerade zeigt die Charakteristik-Frequenz i'i abhängig von der Belastung NA - des Kraftwerkes A, die nach links abfallende Gerade die entsprechende Charakteristik des Kraftwerkes B. Bei letzterer ist die Leistung von rechts nach links aufgetragen.
Der Abstand der beiden vertikalen Nullinien a und b ist die augenblickliche Gesamtbelastung N beider Kraftwerke einschliesslich der Leistung Ne. Der Schnittpunkt P liefert in bekannter Weise die beiden Belastungen Na und Nb der beiden Kraftwerke, welche sich von selbst unter dem Einfluss der Kraftmaschinenregler einstellen. Damit sind aber auch die Anteile NI und N2 festgelegt, zu welchen Ne von beiden Kraftwerken geliefert wird, so dass die gewünschte Verteilung nur dadurch erreicht werden kann, dass eines der beiden Kraftwerke oder beide auf Wunsch des Abnehmers ihre Regler verstellen.
Um dem Abnehmer die Möglichkeit zu geben, selbst auf die Verteilung einzuwirken, kann man ihm gemäss der Erfindung eine Einrichtung zur Verfügung stellen, welche eine bestimmte regelbare Frequenzdifferenz zwischen den beiden Werken bewirkt, ohne dass die Einrichtung selbst merklich Energie verbraucht oder liefern muss. Dies veranschaulicht Fig. 3, welche mit Fig. 2 übereinstimmt, mit dem Unterschied, dass jetzt beide Frequenzen etwas verschieden sind. Das Kraftwerk A arbeitet in dem in Fig. 3 dargestellten Belastungsfall mit einer etwas höheren Frequenz-Betriebspunkt P der Charakteristik-als das Kraftwerk B-Betriebspunkt Q der Charakteristik. Wie die Figur zeigt, ist jetzt die Belastung des Kraftwerkes A gegenüber der in Fig. 2 dargestellten natürlichen Belastung gefallen (N'a- < Na), diejenige des andern Kraftwerkes entsprechend gestiegen.
Zur praktischen Verwirklichung dieses Gedankens kann man bekanntlich (vgl. deutsche Patentschrift Nr. 230392) die zum Kraftwerk A führende Leitung an den Ständer, die zum Kraftwerk B führende Leitung an den Läufer einer Asynchronmaschine anschliessen oder umgekehrt und den Läufer entsprechend der Frequenzdifferenz langsam drehen. Diese bekannte Vorrichtung hat zwei Nachteile. Erstens muss dem Läufer eine, wenn auch gegenüber der Durchgangsleistung verhältnismässig kleine, mechanische Leistung zugeführt bzw. entnommen werden. Zweitens wird die Durehgangsleistung transformatorisch zwischen zwei Wicklungen übertragen, welche gegeneinander bewegt werden und in Nuten eingebettet sein müssen, was bei grösseren Leistungen zu teuren Konstruktionen führt.
Erfindungsgemäss wird das angestrebte Ziel unter Vermeidung beider Nachteile auf folgende Weise erreicht :
Die eine Leitung wird an drei Punkte einer feststehenden Wicklung angeschlossen, welche auf den Schenkeln eines mehrschenkligen Eisenkernes angeordnet ist und mit einem ebenfalls festen Kommutator
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in Verbindung steht. Auf dem Kommutator schleift ein dreiphasiger rotierender Bürstensatz, welcher über Schleifringe mit der andern Leitung in Verbindung steht. Diese Anordnung wirkt in bekannter Weise als Frequenzwandler, welcher Leistung von einem Netz ins andere überträgt, ohne selbst Leistung zu erzeugen oder-abgesehen von den Verlusten-zu verbrauchen und ist deshalb und wegen der geringen zu bewegenden Massen auch für die Übertragung sehr grosser Leistungen geeignet. Die Drehzahl der Bürsten entspricht der Frequenzdifferenz.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel. Hier ist die an den Kommutator angeschlossene Wicklung erzeugt durch eine zwölfphasige Polygonschaltung, welche durch Unterteilung zu einer beliebig vielphasigen-im Beispiel 24-phasigen-mit grosser Annäherung gemacht werden kann. Durch die Unterteilung wird die Zahl der Kommutatorsegmente vermehrt und die Spannung zwischen benachbarten Segmenten verringert. Die zwölfphasige Schaltung kommt nach Fig. 4 durch elektrische Verkettung zweier primär an die eine Leitung a angeschlossener Dreischenkel-Transformatoren A und B zustande. Die Primärwicklung b', b", b'"des Transformators A ist in Stern, diejenige c', c", c" des Transformators B in Dreieck geschaltet.
Die Sekundärwicklungen d', d", d... und e', e", d"sind in der gezeichneten Weise zu einer Polygonschaltung vereinigt. Die Anzapfstellen 1-24 der Wickung sind mit den gleich bezifferten Stegen des Kommutators f verbunden. Auf diesem schleifen die Bürsten < /, g", g"', welche über die Schleifringe h mit der andern Leitung k in Verbindung stehen.
Das Vektordiagramm der Spannungen am Kommutator zeigt Fig. 5.
Das vielphasige Spannungspolygon kann auch auf andere Weise erzeugt werden. So z. B. zeigt Fig. 6 das Schema einer 24-phasigen Anordnung mittels der allgemeinen Zickzackschaltung eines Transformators. Es kann die Zickzackschaltung auch bei zwei Transformatoren Verwendung finden. So zeigt Fig. 7 ebenfalls eine 24-phasige Anordnung, bei welcher die ausgezogenen Linien die Spannungsvektoren des einen, die gestrichelten Linien die Vektoren des andern Transformators darstellen. Homologe Spannungen beider Transformatoren sind um 300 gegeneinander verdreht, z. B. dadurch, dass die Primärwicklung des einen in Stern, diejenige des andern in Dreieck geschaltet ist.
Statt des Kommutators können nach der Erfindung auch Einzelschalter dienen, es sind dann jeweils drei einpolige oder ein dreipoliger Einzelschalter eingeschaltet. Die Gesamtzahl der dreipoligen Schalter ist dabei gleich der Phasenzahl. Die Ein-bzw. Ausschaltung erfolgt zyklisch mittels einer Schaltwalze, deren Drehzahl wiederum der Frequenzdifferenz entspricht.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Frequenzwandler zur Einstellung der Leistung, die eine zwei oder mehrere Weehselstromkraft- werke verbindende Leitung durchfliesst (Leistungsschieber), dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzwandler aus mindestens einem mehrschenkeligen Eisenkern und Wicklungen auf den Sehenkeln (Transformator A und B) besteht, die sekundärseitig mit Anzapfungen (1-24) versehen sind, die mit einer Kommutierungseinrichtung (f) leitend verbunden sind (Fig. 4).