<Desc/Clms Page number 1>
Österreichische PATENTSCHRIFT Nr. 15935. SIEMENS & HALSKEAKTIENGESELLSCHAFTINWIEN.
Ausgleicher für verkettete Mehrphasensysteme mit Nulleiter.
In den amerikanischen Patentschriften 645907 und 647741 werden Anordnungen beschrieben, die gestatten, von ein und derselben Leitung Ströme verschiedener Art zu entnehmen. Dieses System beruht im wesentlichen darauf, dass an zwei Punke gleichen Potentials des einen Stromkreises eine zweite Stromquelle angeschlossen wird. Gegenstand der Patentschrift 647741 ist nun die Herstellung solcher Punkte gleichen Potentials. Bei Drehstrom werden ähnliche Brücken angewendet, wie sie in Fig. 10 dargestellt sind, jedoch ist deren Wirkungsweise eine völlig andere.
Das amerikanische Patent legt das Hauptgewicht darauf, dass diese Brücken dem Wechselstrom einen möglichst hohen Widerstand entgegensetzen, während sie den Gleichstrom möglichst ungehindert passieren lassen. Hierin liegt nun der charakteristische Unterschied zwischen dem amerikanischen Patent 647741 und der vorliegenden Anordnung, bei
EMI1.1
d. h. also ein Ausgleich stattnnden kann. Iliexu ist es unbedingt erforderlich, dass die einzelnen Abteilungen der Induktionsbrücken in einem gegenseitigen transformatorischcn Verhältnis zueinander stehen.
Eine ähnliche Einrichtung ist bereits in dem D. R. P. Nr. 75U4H beschriehen. Dort kann man aber nicht von einem transformatorischen Verhältnis der drei Wicklungen zu- einander reden, wie denn auch Schaltungen nach dem fraglichen Patent den vorausgesetzten Effekt tatsächlich nicht ergeben. Die dort beschriebene Vorrichtung ist eine einfache Drossel- spule für Drehstrom und erfahrungsgemäss ist bei einer solchen die magnetische Kupplung der drei Spulen eine so lose, dass man die Schenkel als fast unabhängig voneinander an- sehen kann. Dieser Apparat lässt auch eine bessere Kupplung nicht zu, da es nicht an- gängig ist, zwei verschiedene Phasen auf donselbon Schenkel zu wickeln.
Der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nun, die magnetische
Kupplung der einzelnen Teile der Induktionsbrücke möglichst innig zu machen und so Teilpunkto zu schaffen, die im Mehrphasendiagrame unverrückbar festliegen. Dadurch wird das ganze System zu einem starren.
Es genügt also nicht eine einfache Herstellung des Nullpunktes, wie sie bereits im 11. H. P. 75019 beschrieben wird, es genügt auch nicht, in Fig. 10 (vergl. amerikanische
EMI1.2
durch Drosselspulen zu bilden, sondern es ist für den Ausgleich, also für die Arbeits- übertragung von Phase zu Phase unbedingt erforderlich, dass die Wicklungspaare J E und E C. A 0 und D 0 u. s. w. in einem möglichst innigen transformatorischen Ver- @ hältnis zueinander stehen.
Denn würde dieses trausformatorisehc Verhältnis nicht vorhanden sein, so würde beispielsweise die Entnahme von einfachem Wechselstrom aus dem ver- ketteten Mehrphasensystem eine schiefe Belastung und damit eine Ungleichheit der Spannung zwischen den einzelnen Loitern zur Folge haben. Diese Ungleichheit kann nur durch eine möglichst gleichmässige und gleichartige Belastung aller Leiter durch den entnommenen ) einfachen Wechselstrom vermieden werden. Das erfordert bei sonst zweckdienlicher Schaltung einen Austausch von Energie zwischen den sämtlichen Stromkreisen des Systems, der nur
EMI1.3
<Desc/Clms Page number 2>
Wenn man in einem Drehstromsystem die Lampen in Sternschaltung anordnet, indem man sie zwischen je einen Hauptleiter und oinon vierten neutralen oder Nulleitor schaltet, so sind besondere Vorrichtungen nötig, um bei verschiedener Belastung der drei Zweige die Spannung zwischen je einem Hauptleiter und dem Nulleiter konstant zu erhalten.
Nach der Anordnung des D. R. P. 71187 wird der Nulleiter zum Nullpunkte der in Stern geschalteten, Strom erzeugenden Maschine oder des mit dieser verbundenen Transformators zurückgeführt. Wenn indessen zwischen der Maschine und der Verbrauchsstelle eine grössere Entfernung vorhanden ist, so ist es einfacher und billiger, den neutralen Leiter nur in dem Verbrauchsgebiet zu verlegen und besondere Ausgleicher anzuordnen, die bei ungleicher Belastung der drei Zweige einen Teil der Leistung von einem auf die anderen übertragen und dadurch die Spannung konstant erhalten. Dieses Verfahren kommt im D. R. P. 75049 zur Anwendung. Die Leistungsübertragung soll hier durch besondere
Ausgleicher vermittelt werden.
Die vorliegende Erfindung hat nun einen verbesserten Ausgleicher zum Gegenstande.
Es sollen zunächst für einphasigen Wechselstrom die Potentiale der Hauptleiter durch die Punkte A und 13 (Fig. 1) und die zwischen ihnen herrschende Spannung durch die
Strecke A 13 dargestellt sein. Wenn man nun einem mittleren Leiter ein beliebiges
Potential 0 geben will, derart, dass die Spannungen zwischen je einem Hauptloiter und dem Nulleiter A 0 und 13 0 sind, so hat man nur eine Induktionsspule zwischen die beiden Hauptleiter zu schalten und den Mittelleiter an einen Punkt dieser Induktionsspule anzuschliessen, der die Windungszahl der Induktionsspule im Verhältnis A 0 zu B O teilt.
Man kann diese Induktionsspule auch als einen Transformator auffassen mit zwei in einem
Punkt (z. B. in 0) zusammenhängenden Bewicklungen. Man tut gut, die beiden Wicklungen dieses Transformators in derselben Weise anzuordnen, wie in den üblichen Transformatoren.
Man wird daher einen geschlossenen Eisenkern nehmen und die beiden Wicklungen dicht nebeneinander oder übereinander anordnen, umdie Streuung möglichst gering zu machen.
Die Schaltung ist so zu treffen, dass beide Teile, wenn sie durch einen von A nach B fliessenden Strom gespeist werden, den Eisenkern in demselben Sinne magnetisieren. Der
Apparat besitzt daher in Bezug auf einen Strom, der von A nach B fliesst, eine starke
Selbstinduktion und es kann daher die Stärke dieses Stromes nur gering sein. Zweigt man dagegen bei 0 einen Strom ab, so kann man z. B. A 0 als primäre Spule eines
Transformators ansehen, der in 13 0 einen Sekundärstrom erzeugt. Beide Ströme haben
EMI2.1
kommende Strom über 0 durch die Lampe nach-B und erzeugt zugleich in dem Teil 0/J einen Sekundärstrom, der ebenfalls durch die Lampe fliesst und den direkt von A kommenden Strom verstärkt.
Diese Schaltung wird vielfach. z. B. bei Bogenlampentransformatoren, an- gewendet und als Sparschaltung bezeichnet.
EMI2.2
eines Dreileitersystems art diesen anschliessen und hat auf diese Weise einen ausgezeichneten
Ausgleicher für Dreileiteranlagen. Diese Schaltung stellt Fig. 3 dar. Will man zugleich transformieren, so kann man die Sekundärwicklung des Transformators benutzen und den
Mittelpunkt der Sekundärwicklung direkt mit dem Nulleiter des Dreileitersystems ver- binden, wie Fig. 4 zeigt.
Induktionsspulen der beschriebenen Art, die dazu dienen, ein zwischen zwei gegebenen Wechselpotentialen liegendes Potential unabhängig von den Belastungen konstant zu erhalten. sollen als Induktionsbrücken"bezeichnet werden ; der Punkt, in dem die beiden Teile der Spule zusammenhängen, heisse der mittlere Punkt ; unter Übersetzungsverhältnis werde das Verhältnis der Windungszahlen der beiden Teile zueinander verstanden. Eine Induktionsbrücke werde kurz durch drei Buchstaben bezeichnet, z. B. A 0 B, wobei der mittlere Buchstabe, hier 0, den mittleren Punkt bezeichnet.
Die bisher beschriebenen Anwendungen solcher Induktionsbrucken sind zwar bekannt, aber im vorhergehenden aus dem Grunde ausführlicher dargestellt, um eine geeignete Grundlage für die weiteren Ausführungen zu gewinnen.
In einem Drehstromsystem werden die Potentiale der drei Hauptleiter durch drei Punkte A B*C dargestellt, welche die Ecken eines gleichseitigen Dreiecks bilden. Die Lage dieser drei Punkte wird im allgemeinen durch die Maschine oder durch die von der Maschine gespeisten Transformatoren festgehalten. Das Potential des Nulleiters 0 eines Drehstromsystems liegt bei dieser Darstellung im Schwerpunkte des gleichseitigen Dreiecks (Fig. ! i). Um nun dieses Nullpotential festzuhalten, kann man sich wieder der Induktions-
EMI2.3
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
Punkt 0 dieser letzten Brücke das gesuchte Nullpotential des Drehstromsystoms fest- gehalten.
Man kann nun den Nulleiter des Systems mit 0. verbinden und zwischen je einen Hauptleiter und den Nulleitor drei Lampengruppen von verschiedener Lampenzahl einschalten.
Es möge eine Induktionsbrücke zwischen zwei Hauptteitern, z. B. A und B, eine
EMI3.2
leiter und einem mittleren Punkt einer Induktionsbrucko erster Ordnung eine nlndnlctions- brücke zweiter Ordnung" genannt werden.
Man sieht aus dieser Darstellung, dass man anf diese Weise ein beliebiges, innerhalb oder ausserhalb des Dreiecks ABC gelegenes Potential festhalten kann.
Man kann eine Induktionsbrücke erster Ordnung sparen, indem man z. B. den Punkt N mit dem Punkte C zusammenfallen lässt. Ist 0 der Schwerpunkt des Dreiecks A B C, so wird in diesem Falle A F = B F und O C = 2 O F (Fig. 7). Dieses Diagramm ist in der Schaltung Fig. 8 angewendet. Die eine Induktionsbrücke besteht aus zwei Teilen A F und B F, einer Induktionsspule, die zwischen die beiden Hauptleiter A und B geschaltet ist. Die andere Induktionsbrücke besteht aus den Teilen C 0 und F 0 einer Induktionsspule, die zwischen den Hauptleiter C und den mittleren Punkt F geschaltet ist. Dabei haben die beiden Spulen A F und B F gleich viele Windungen, während C () doppelt so viele Windungen besitzt, wie F 0. An 0 wird der Nulleiter des Drehstromsystems angeschlossen.
Den stromlauf in dem so geschlossenen Ausgleicher stellt Fig 9 dar, wobei angenommen ist, dass nur zwischen A und 0 eine Lampengruppe eingeschaltet ist. Um den Stromverlauf zu verfolgen, wähle man den Augenblick, wo die Stromstärke in A 0 ihren höchsten Wert erreicht hat und von A nach 0 gerichtet ist. Die Stärke dieses Stromes möge willkürlich mit 3 bezeichnet werden. Dieser Strom muss sich bei 0 verteilen, indem ein Teil nach C, ein anderer Teil nach F fliesst.
Da nun in einem Transformator die Ströme in der Primär- und Sekundärspule nahezu entgegengesetzte Phasen haben und sich ausserdem nahezu umgekehrt wie die Windungszahlen verhalten, so fliesst in 0 C die Strom- stärke J, in OF die Stromstärke 2, wobei diese Stromstärken nahezu dieselben Phasen haben wie der Lampenstrom in A 0. Bei C muss daher die Stromstärke 1 durch die dritte Hauptleitung eintreten. Der Strom in 0 F teilt sich in F in zwei nahezu gleiche Teile, da beide Spulen der Induktionsbrücke A F B gleiche Windungszahlen haben. Infolgedessen fliesst von F nach A die Stromstärke 1 und von F nach B ebenfalls die Strom- stärke 1.
In der zweiten Hauptleitung B muss also gleichfalls die Stromstärke 1 fliessen.
Die in FA niessende Stromstärke , die ebenfalls nahezu dieselbe Phase wie der Lampen-
EMI3.3
Stromstärke in der Lampengruppe gleich 3 ist, so muss die Hauptleitung A noch die Stromstärke 5 liefern. Da wir angenommen haben, dass zwischen A und 0 nur Lampen geschaltet sind, so hat die Stromstärke in A 0 dieselbe Phase wie die Spannung A 0.
Rechnet man ferner die durch die Hauptleitung B und C fliessenden Stromstärken als positiv, wenn sie nach dem Ausgleicher zufliessen, so geben die in Fig. 9 gezeichneten und an Punkten fil Bund C angesetzten Pfeile die Intensität und Phasen der drei Strom- stärken an.
Die in B und C fliessenden Ströme haben unter sich gleiche Phasen und gleiche Stärke. Die in A fliessende Stromstärke ist doppelt so gross und hat annähernd entgegengesetzte Phase ; die geometrische Summe der drei Ströme muss natürlich gleich
Null sein.
Wie aus dieser Betrachtung hervorgeht, macht die Wahl der Grösse der Induktions- brücken keine Schwierigkeit. Sind die Unterschiede in den Belastungen der drei Zweige verhältnismässig gering, so braucht auch der Ausgleicher nur verhältnismässig geringe
Dimensionen anzunehmen.
Soll zugleich eine Transformation vorgenommen worden, so kann man zur Induktions- brücke erster Ordnung ohnoweiters die Sekundärwicklung des zwischen den beidon Haupt- leitern eingeschalteten Wechselstronttransformators oder bei einem Drehstromtransformator den betreffenden Zweig der Sekundärwicklung benutzen. Notwendig ist nur, dass diese
Sekundärwicklung in Dreieck geschaltet ist.
Ebenso kann man auch zur Induktionsbrücke erster Ordnung den betreffenden Zweig @ der Drehstrommaschine nehmen. Dies kann nützlich sein, um einen Nullpunkt zu erhalten, wenn die Maschine in Dreieck geschaltet ist und daher keinen Nullpunkt besitzt.
Versuche mit der durch Fig. 9 dargestellten Anordnung haben ergeben, dass in der
Tat die Spannung A 0 unabhängig von der Lampenzahl nabezu konstant gleich der
<Desc/Clms Page number 4>
Spannung zwischen zwei Hauptleitern dividiert durch # 3 gehalten wird und dass nur durch den Ohm'sehen Widerstand und Streuung in der Induktionsspule Abweichungen hervorgerufen werden. Speist die benutzte Maschine nur den besprochenen Ausgleicher nach Fig. 9 samt der Lampengruppo zwischen A und 0, so kann natürlich die starke Phasenverschiebung der in B und C fliessenden Ströme auch die drei Spannungen der Maschine beeinflussen, besonders wenn diese sehr klein genommen wird. Die Phase der
EMI4.1
600 Nacheilung.
Bei einem grösseren Lampennetz wird man indessen die Rückwirkung auf die stromerzeugende Maschine völlig vernachlässigen können.
Wenn man eine grössere Symmetrie haben will, so kann man die Anordnung nach Fig. 8 noch zweimal wiederholen, wodurch die durch Fig. 10 dargestellte Anordnung ent-
EMI4.2
und drei Induktionsbrücken zweiter Ordnung A 0 D, B 0 E und C 0 F. Die erste Gruppe stellt drei Wechselstromtransformatoren mit dem Übersetzungsverhältnis 1 : 1, die zweite Gruppe drei Wechselstromtransformatoren mit dem Übersetzungsverhältnis 2 : 1 dar.
Jede Gruppe kann man auch zu einem Drehstromtransformator vereinigen. Auch bei dieser Anordnung kann man, wenn zugleich eine Transformation vorgenommen werden soll, zu den Induktionsbrücken erster Ordnung die Sekundärspulen des I) rehstromtransformators oder der Wechselstromtransformatoren verwenden, die dazu nur in Dreieck geschaltet sein müssen. Diese Anordnung ist durch Fig. 11 dargestellt.
Endlich kann man auch bei dieser Anordnung zu den Induktionsbrücken erster Ordnung die Wicklung der Drehstrommaschino benutzen, wenn diese in Dreieck ge- sehaltet ist.
Man kann diese Methode natürlich ebenso gut auf beliebige andere verkettete Mehrphasenströme anwenden, um bestimmte Potentiale zu fixieren. Sind z. D. (Fig. 12) ABC D vier Potentiale, die durch die Maschine festgehalten werden, so kann man durch zwei Induktionsbrücken erster Ordnung A M j8 und C D und eine Induktionsbrücke zweiter
EMI4.3
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Ein Ausgleicher für erkettete Mehrphasensysteme mit Nulleiter, bestehend ans der Vereinigung mehrerer an sich bekannter Induktionsbrücken, von denen mindestens eine zwischen zwei Hauptleiter geschaltet ist - Induktionsbrücke erster Ordnung-, wahrend mindestens eine andere Induktionsbrücke entweder zwischen einen Hauptleiter und einen Teilungspnnkt der Induktionsbrücke erster Ordnung oder zwischen Teilungspunkte zweier solcher Brücken eschaltet ist - Induktionsbrücke zweiter Ordnung wobei der Nulleiter des Leitungssystems in bekannter Weise an einen Teilungspunkt der
EMI4.4
Abteilungen der gleichphasigen Drücken in einem transformatorischen Verhältnis zueinander stehen.