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Österreichische PATENTSCHRIFT N"18330.
ALLGEMEINE ELEKTRICITÄTS-GESELLSCHAFT IN BERLIN.
Schaltung zur Verminderung des Spannungsabfalles von ein- und mehrphasigen Wechsel- strommaschinen.
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gewiesen, wie n. an die Eigentümlichkeit von Polarisationselementen mit einer Aluminiumelektrode (Unipolarzellen), nämlich, dass sie Stromimpulse nur von bestimmte.. Richtung durchlassen, dazu benutzen kann, um eine Wechselstrommaschine durch eigenen Strom zu erregen. Dieses Verfahren, so verlockend wie es war, hat bisher so gut wie keine prakttische Verwendung gefunden ; zum Teil dürfte daran das unökonomische Arbeiten der Unipolarzellen schuld gewesen sein. Diesem Übelstande könnte sowohl durch besser durchgebildete Zellenkonstruktionen, zum Teil durch günstigere Schaltungen abgeholfen werden.
Mit der vorliegenden Erfindung wird nun eine Verwendungsweise der Unipolarzellen festgelegt, bei welcher die ökonomische Wirkung der Zellen schon deswegen kaum in Betracht kommt, weil nicht der ganze Betrag an Erregung, sondern nur ein Teil derselben von don Zellen geliefert wird. Beschränkt man sich natürlich darauf, nur denjenigen Mehrbetrag an Erregung, welchen eine belastete Wechselstrommaschine gegenüber einer unbelasteten braucht, aus Unipolarzellen, den Resr der Erregung aber in üblicher Weise aus sonstigen Gleichstromquellen zu entnehmen, so kommt, wie nun offenhar wird, der geringe Wirkunggrad der Unipolarzellen kaum noch in Betracht.
Man erzielt aber durch diese Anordnung den wichtigen Vorteil, dass die Erregung der Maschine sich selbsttätig mit der Grösse der Belastung ändert, ähnlich wie bei sogenannten Compoundmaschinen bei Gleichstrom. Im folgenden seien einige Schaltungen und Anordnungen, welche den angedeuteten Erindungsgedanken verdeutlichen, näher beschrieben.
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Strom dieses Transformators wird durch eine Unipolarzelle d in eine der zwei Magnetwicklungen der Wechselstrommaschine geleitet, während die zweite davon von einem ge- wöhnlichen Erreger e gespeist wird. Inwieweit die Dimensionen dieser beiden Wicklungen gleich oder verschieden sind, hängt n. a. von der Grösse des Spannungsabfalles der Wechsel- strommaschino ab.
Bei der auf Fig. 1 dargestellten, sowie den folgenden Anordnungen ist allerdings die Zunahme der Erregung nur von der Belastungszunahme in Ampère und nicht von der Grösse der Phasenverschiebung des llal1ptstromes abhängig. Dieser Nachteil ist aber praktisch von sehr geringer Bedeutung, da der Leistungsfaktor sich meistens lange Zeit auf ziemlich konstantem Werte hält ; bei langsamen Änderungen desselben kann aber zu Gelegenheiten durch die Regulatoren f und g (Fig. 1) nachgeholfen werden.
In Fig. 1 ist eine Unipolarzelle einfach eingeschaltet, wodurch nur die halbe Anzahl
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stanten Gleichstrom auszudehnen. Man wird aber oft verteilhafterweise andere Schaltungen der Unipolarzollen anwenden, mit welchen eine grössere Gleichmässigkeit erzielt wird. So kann z. D. die bekannte Grätzsche Brückenschaltung der Zellen, wie auf Fig. 2 dargestellt, oder auch eine etwas einfachere, wie auf Fig. 3 gezeigt, oder auch irgendeine andere benutztwerden.
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dargestellten Weise einzuschalten, indem dieses nur eine der vielen möglichen Weisen ist, nach Belieben sowohl die Spannung der Maschine, als auch den Abhängigkeitsgrad derselben von der Belastung einzustellen.
So kann der Regulator. f anstatt parallel zu den Magneten auch parallel zu der sekundären oder auch primären Transformatorspulo ge-
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Ebenso kann statt des Regulators 9 oder ausser diesem ein Regulierwiderstand in die Magnetwicklung des Erregers eingeschaltet werden.
Die beschriebene Anordnung (Fig. 1) ähnelt, wie bereits gesagt, in gewisser Hinsicht der Einrichtung gemischter Erregung bei Gleichstrommaschinen insofern, als auch hier zwei Magnetwicklungen verwendet werden. Dies ist aber durchaus nicht erforderlich, indem man den Zusatzerregerstromkreis hintereinander mit dem eigentlichen Erregerstromkreis zusammenschalten kann, wie es die Fig. 4 und 5 als Beispiele darstellen. Hier äussert sich die Wirkung in der Weise, dass mit Mehrbelastung der IIauptmaschine eine entsprechende Erhöhung der elektromotorischen Kraft, im Magnetstromkreise eintritt, so dass eine selbsttätige Verstärkung der Erregung stattfindet. Dass auch hier an geeigneten Stellen
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Im folgenden ist hingegen eine besondere Ausführungsform desselben Grundgedankens beschrieben, welche sich nur bei besonderen Erregermabchinen gut eignet. Es zeigt dies die Fig. 6.
Hier wird der Zusatzerregerstromkreis nicht um die Magnete der Wechselstrom- maschine, sondern um die des Erregers geführt. Offenbar wird hiedurch dieselbe Wirkung erzielt, wenngleich auch bei plötzlichen Relastungsänderungen der Magnetismus vielleicht nicht ganz so rasch nachkommen wird. Man erreicht hier aber den Vorteil, dass die Unipolarzellen noch viel weniger Energie zu leisten haben, wie in früheren Beispielen und dass somit der verhältnismässig schlechte Wirkungsgrad dieser Zellen erst recht nicht in
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Energiebetrag aber nur 1/20 von einem Prozent der Leistung der Wechselstrommaschino beträgt, so ist es offenbar recht gleichgiltig, ob er mit hohem oder niedrigem Wirkungsgrade gewonnen wird.
Auch bei der leicht beschriebenen Beeinflussung der Erregung des Erregers kann man statt der zwei Magnetwicklungen auch eine einzige verwenden, wenn man den Zusatzerregerstromkreis mit demjenigen der eigentlichen Erregung hintereinanderschaltet (Fig. 7).
Es kann hiebei für den beschriebenen Grundgedanlien natürlich gleichgiltig sein, wie diese Erregermaschine sonst beschaffen ist. Sie kann eine Nebenschluss-oder Hauptstrom- oder eine fremd erregte Maschine, auch ein Umformer sein. Es können auch mehrere Wechselstrommaschinen eint n gemeinsamen Erreger haben und ihn gemeinsam beeinflussen, falls dies aus sonstigen Gründen zweckmässig erscheinen sollte.
Die Erfindung beschränkt sich auch nicht auf einphasige Wechselstromorzouger, sondern sie kann ebensogut und sogar noch mit Vorteil bei mehrphasigen Maschinen angewendet werden. Im letzteren Falle wird die Beeinflussung der Erregung entweder nur durch eine der Hauptleitungen oder auch durch mehrere oder alle herbeigeführt. So zeigt Fig. 8 ein Beispiel der Einrichtung bei einer Drehstrommaschine.
Es wird hier keineswegs die Benutzung von Unipolarzellen als solchen für die Erregung von Maschinen, wie schon eingangs erklärt, als neu beansprucht, desgleichen ist auch die selbsttätige Beeinflussung der Erregung (Compoundierung) durch den Hauptstrom nicht neu, da sie schon früher verschiedene Lösungen gefunden hat. Vielmehr ist hier das wesentlich Neue die Ausnutzung der Einfachheit der Unipolarzellen bei der Dynamoerregung in Verbindung mit der Zuweisung nur eines Teiles der Gesamterregung an die Zellen, wodurch der Einfluss des geringen Wirkungsgrades der letzteren weniger in Be- tracht kommt.
Zur besseren Kennzeichnung der Vorzüge dieser Anordnungen mit Unipolarzellen zur Erzeugung der Zusatzerregnng gegenüber anderen bekannten Anordnungen zur Compoundierung von Wechselstrommaschinen sei kurz auf die Nachteile der letzteren hingewiesen, welche der Einführung solcher Einrichtungen in die Praxis hinderlich waren.
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Die Anordnung eines Kommutators auf einer Wochaotstrommaachine zur Gleichrichtung des zusätzlichen Erregerstrornes aus dem Wechselstrom erfordert beträchtliche Mehrkosten im Bau der Maschine und ist ohne Schwierigkeiten nicht in allen Fällen anwendbar, ganz besonders nicht bei Hochspannungsmaschinen. Die gleichen Schwierigkeiten stellen sich der Verwendung von Gleichrichtern entgegen, welche nicht auf der Maschinon- wel ! o angebracht ; sondern durch Synchronmotor angetrieben werden.
. Der unangenehmste Nachteil sowohl der Kommutatoren als auch der erwähnten Gleichrichter ist die starke Funkenbildung, welche diese Apparate trotz aller angewandten
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höherem Masse als bei dem auf der Welle der Hauptmaschine angebrachten Kommutator, da letzterer unter allen Umständen genau synchron rotiert, was der Gleichrichter infolge Pendelungen seines Antriebsmotors nicht tut.
Verwendet man einen besonderen Umformer an Stelle obiger Apparate, so wird die Einrichtung noch teuerer und erfordert ebenso wie der Gleichrichter als besondere Hilfsmaschine noch sorgfältigere Bedienung als de'Kommutator,
Es ist ferner zu berücksichtigen, dass man bei diesen Anordnungen gezwungen ist, teuere Reserveteile auf Lager zu halten, oder einen vollständigen Gleichrichter als Reserve aufzustellen, wenn man die Möglichkeit haben will, bei den leicht eintretenden Betriebsstörungen rasch Abhilfe schaffen zu können.
Alle diese Nachteilb sind bei den Anordnungen mit Unipolarzellen gemäss vorliegender Erfindung vermieden. Da die Zellen nur den zusätzlichen Teil der Erregerenergie gleichzurichten haben, sind dieselben klein und daher billig herzustellen. Hieraus folgt, dass auch die Ersatzteil der Zellen billig sind und infolge der äusserst einfachen Konstruktion der Zellen im Falln einer Betriebsstörung schadhaft gewordene Teile innerhalb weniger Minuten, sogar durch ungeschultes Personal ausgewechselt werden können.
Dabei erfordern die Zellen gar keine besondere Bedienung, dieselbe beschränkt sich lediglich auf das Nachfüllen des durch Verdunstung hezw. elcktrolytischo Zersetzung verlorenen Wassers, was je nach der Beanspruchung der Zellen in längeren oder kürzeren Zeiträumen nötig wird. Dieses ist in Verbindung mit dem gänzlichen Fortfall rotierender oder sonst beweglicher Teile auch in betriebstechnischer Hinsicht ein grosser Vorteil der Anordnungen nach vorliegender Erfindung gegenüber don bis jetzt bekannten Anordnungen.
Eine sehr wertvolle Eigenschaft der Anordnungen mit Unipolarzellen ist die Möglich- keit, dieselben ohne die geringsten Schwierigkeiten bei geringen Kosten in vorhandene Wochselstromanlagen einzubauen, für welche die Comporndierung ursprünglich nicht vorgesehen war, ohne Rücksicht auf die Bauart und Spannung der Wechseistrommaschine.
Diese allgemeine Verwendbarkeit und Einfachheit der Anordnungen nach vorliegender Erfindung bedouten einen grossen Fortschritt gegen did bisher bekannt gewordenen Anordnungen.