AT15935B - Ausgleicher für verkettete Mehrphasensysteme mit Nulleiter. - Google Patents

Ausgleicher für verkettete Mehrphasensysteme mit Nulleiter.

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AT15935B
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   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   
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 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   
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 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 
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   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 
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   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. 
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 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- 
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 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 
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 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- 
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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 

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 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 
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   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- 
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 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 
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 Abteilungen   der gleichphasigen Drücken   in einem transformatorischen Verhältnis zueinander stehen.

Claims (1)

  1. 2. Ein Ausgleicher nach Anspruch 1 für Drehstromsysteme mit Nulleiter, gekennzeichnet durch die Anordnung von mindestens einer Induktionsbrücke erster Ordnung mit dem Übersetzungsverhältnis 1 : 1, die zwischen zwei Hauptleiter geschaltet ist und einer gleichen Anzahl Induktionsbrücken zweiter Ordnung mit dem Übersetzungsverhältnis 2 : 1, die derart zwischen je die Mitte einer Induktionsbrücke erster Ordnung und den gegenüber- EMI4.5 dem Hauptleiter liegen, wobei der Nulleiter des Leitungssystems an den Teilungspunkt der Induktionsbrücken zweiter Ordnung angeschlossen wird.
    3. Ein Ausgleicher nach Anspruch 1 und 2 mit drei Induktionshrücken erster und mit drei Induktionsbrücken zweiter Ordnung, gekennzeichnet durch die Vereinigung dreier Induktionsbrücken gleicher Ordnung zu einem Drehstromtransformator. EMI4.6 geschalteten Wicklung des Stromerzeugers oder der in Dreieck geschalteten sekundären Wicktung eines Transformators dienen.
AT15935D 1901-02-13 1901-02-13 Ausgleicher für verkettete Mehrphasensysteme mit Nulleiter. AT15935B (de)

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