<Desc/Clms Page number 1>
Einrichtung zur selbsttätigen Spannungsregelung in Wechselstromkreisen mittelst Zusatzspannung.
Bei grossen Kraftanlagen, insbesondere solchen, welche teilweise oder ganz für den Betrieb von Bahnen, Förderanlagen oder ähnlichen Anlagen mit stark wechselnder Belastung dienen, ist schon lange eine selbsttätige Regelung der Spannung in Abhängigkeit von der Belastung angestrebt worden, u. zw. so, dass die Spannung möglichst konstant bleibt oder sogar mit zunehmender Belastung ebenfalls zunimmt. Bei Gleichstromaniagon hat man dies namentlich durch Compoundwicklungen oder durch Zusatzmaschinen mit Reihenscbluss- schaltung erreicht. Bei Wcchselstromanlagcn ist der Spannungsabfall der Stromerzeuger und
EMI1.1
strom bewirken.
Nach der Erfindung wird eine Zusatzspannung richtiger Grösse und Phase dadurch erzielt, dass man als Zusatzmaschine eine Wechselstromkollektormaschine nimmt und ihr Feld durch einen Strom erregt, welcher dem Belastungsstrom proportional und gegen denselben um einen gleichbleibenden Winkel verschoben ist ; über die Grosse des letzteren wird noch näheres angegeben werden. Selbstverständlich genügt es für die Praxis, wenn die Bedingungen angenähert erfüllt sind. Unter diesen Bedingungen ist die in der Kollektor-
EMI1.2
der Phasenverschiebung des Belastungsstromes um den gleichen Botrag ändert.
Dies lässt sich mit Synehrongeneratoren als Zusatzmaschinen nicht erreichen ; ausserdem würde dann bei den lotzteren unvermeidlich ein Pendeln eintreten, wenn sie nicht mit den Ilaupt- maschinen gekuppelt sind. Die Kollektorzusatzmaschine kann dagegen beliebig angetrieben worden wie eine Gleichstormzusatzmaschine, sie kann wie die letztere von den Haupt- maschinen weit entfernt stehen. Sie braucht ferner nicht synchron zu laufen ; sie kann mit
EMI1.3
Durch passende Wahl der Vcrhältnisso lässt sich für eine bestimmte Stärke und Phasenverschiebung der Belastung erreichen, dass die Zusatzspannung dem Spannungsabfall entgegengesetzt gloich ist. Dann gilt dasselbe auch für andere Stormstürken und Phasenverschiebungen der Belastung und es lässt sich daher eine gleichbleibende Netzspannung erreichen. Man kann aber auch durch eine andere Bemessung oder bei derselben Zusatz- maschine z. B. durch Änderung des Erregerstromes erreichen, dass die Zusatzspannung
EMI1.4
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
orniedrigungerwünscht.
Fig. 4 zeigt die Beziehungen in Form eines Diagrammes. E = 0 - 1 ist die zu regelnde Spannung (Loorlaufspannung des Generators oder Netzes), Jder heispielsweise in der Phase nacheilende Belastungsstrom. Derselbe erzeugt einen Ohmschen und induktiven Spannungsabfall 0 - 2 - 3 im Generator; die Vektoren sind in solcher Richtung gezeichnet, dass sie bereits die von aussen zur Überwindung dos Spannungsabfallos aufzuwendenden elektromotorischen Kräfte darstellen. Die Klemmspannung des Generators ist durch die Strecke 8-1 dargestellt. Durch die Zwischenschaltung der Zusatzmaschine tritt zunächst ein weiterer Abfall 3-4-5 ein. Soll n. un die Zusatzmaschino auf gleichbleibende Spannung regulieren, so muss ihre elektromotorische Kraft nach Grösse und Phase gleich 0-5 sein. Ist z.
B. die Kollektormaschino eine Einphasenmaschine, bei welcher die erzeugte elektromotorische Kraft in Phase mit dem Erregorstrom ist, so wird der Erregerstrom selbst die Phase von 0-5 haben müssen, also gegen den Belastungsstrom um nahezu 900 voreilen. Wären die Ohmschen Abfälle zu vernachlässigen, so müsste der Erregerstrom unter der gleichen Voraussetzung genau um 90 in der Phase verschoben sein.
Man braucht nur die Zusatzspannung bei vorhandenen Ohmschen Abfällen gleich dem Vektor 6-5 zu machen (wie beisielsweise im Diagramm eingezeichnet, u. zw. der Deutlichkeit wegen gegen 4-5 etwas versetzt), damit der erwähnte Fall eintrete, dass die resultierende Spannung E'= 6-l bei stark induktiver Belastung grösser, bei mehr Ohmscher Belastung kleiner als die Leerlaufspannung E ist, wie man sich leicht überzeugt, wenn man das Diagramm für diese Fälle zeichnet.
Um den gewünschten Phasenunterschied zwischen Belastungsstrom und Erregerstrom
EMI2.2
einem Strom ein proportionaler von abweichender Phase gewonnen worden kann. Dabei kommt zu statten, dass man auch statt eines bestimmten Voroilungswinkels eine Phasennacheilung um den supplementären Winkel benutzen kann und umgekehrt, indem man die Zusatzmaschine auf entgegengesetzte Polarität umschaltet oder im entgegengesetzten Drehsinn umlaufen lässt. In Mehrphasennotzen kann man in jede zu regelnde Phase eine Ein- pbasenzusatzmaschino logen oder in sämtliche zusammen eine Mehrphasenkollektormaschine z. B. eine der in der Patentschrift Nr. 153730 beschriebenen Maschinen.
Das Phasenverhältnis zwischen den Erregerströmon und den erzeugten elektromotorischen Kräften hängt hiebei von der gegenseitigen Stellung der Ständer- und Läuferachsen ab ; man kann daher durch passende BürstensteHung erreichen, dass als mehrphasiger Erregerstrom der Belastungsstrom selbst, u. zw. unmittelbar oder nach Transformierung verwendet worden kann.
Statt dem Erregerstrom eine bestimmte Phase zu geben, könnte man auch daran donkt'n, die der Zusatzmaschine entnommene Spannung unter Anwendung bekannter Mittel in ihrer Phase zu transformieren. Dies wäre aber im allgemeinen nicht so vorteilhaft ; denn diese Transformierung erfordert grössere Apparate und bedingt grössere Verluste als die Transformierung der Phase des Erregerstromes, dem eine geringere Energie entspricht. mir dann, wenn der Strom der Zusatzmaschine ohnehin transformiert wird, sei es, um seine Spannung der Grösse nach zu ändern, sei es bloss zu dem Zwecke, um die Zusatz- maschine nicht unmittelbar in einen Hochspannungskreis einzuschalten, wird es vorteilhaft sein. gleichzeitig auch die Phase der Zusatzspannung in geeignetem Masse zu transformieren, bei Drehstrom z.
H. durch einen Transformator mit gemischter Schaltung (Stern-Dreieck- schaltung). Die dem Erregerstrom zu gebende Phasenverschiebung wird dann im gleichen Masse geringer und gegebenenfalls gleich Null.
Die Zusatzmaschino ist im allgemeinen nur für diejenigo liilovoltamperenzahl zu bemessen, welche dem Spnnungsabfall der Stormerzeugeranlage entspricht also für etwa
EMI2.3
maschine je nach dem Grade derselben grösser aus. Wenn von dem Kraftwerke bzw. einer Unterstation mehrere Speiseleitungen ausgehen, so können natürlich statt einer einzig"n Zusatzmaschino in der ungeteilten Leitung deren mehrere in den einzelnen Speisoleitungen angeordnet und im Bedarfsfalle die einzelnen Spannungen verschieden geregelt worden.
Hänfig wird sich eine Teilung der Zusatzmaschine in mehrere andere schon mit Rücksicht auf din zulässige Grösse empfohlen, in welcher Kollektormaschinen gebaut werden können. In diesem Falle - aber auch sonst - ist es zweckmässig, eine besondere Erregermaschine aufzustellen, welche ebenfalls als Kollektormaschine ausgebildet ist und so wie in den früheren Fällen die Zusatzmaschine selbst von einem Strom erregt wird, welcher dem
EMI2.4
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
klein aus und verursachen, nur geringe Verluste, denn die Erregerenergie der Erregtermaschine ist geringer als die der einen bzw. mehreren Zusatzmaschinon. Stellt man nur die zweite Phasendifferenz durch besondere Hilfsapparate ein, so hat dies unmittelbar den Vorteil, dass diese Hilfsapparato nicht im Hochspannungskreiso liegen.
Dieser Fall ist in Fig. 1 dargestellt. a ist der Wechselstromorzeugor, z die Zusatzmaschine, e die Erregermaschine. Erstere besitzt beispielsweise einen einachsig über Bürsten kurzgeschlossenen Läufer, eine damit gloichachsige Arbeitswicklung w am Ständer und eine Erregerwicklung 12 ebendaselbst. Die Wicklung to ist in die Hauptleitung geschaltet, die Wicklung 12 wird von der Erregermaschine gespeist. Letztere ist beispielsweise wie eine Gleichstrommaschine ausgebildet und fremderregt, indem nämlich ihr Feld in die Hauptleitung geschaltet ist. 11 und to sind also vom Belastungsstrom durchflossen.
Als Repräsentanten der Mittel, welche zur Einstellung der gewünschten Phasendifferenz zwischen elektromotorischer Kraft der Erregermaschine und Erregerstrom der Zusatzmaschine zur Verfügung stehen, sind im Erregerkreis Ohmsche, kapazitive und induktive Widerstände r, c und s eingezeichnet. Statt 11 und w unmittelbar in den Belastungsstrom zu schalten, kann man sie auch unter Vermittlung von Transformatoren anschliessen. Man kann dabei auch, wie Fig. 2 zeigt, für beide Wicklungen einen gemeinschaftlichen Transformator t benutzen, indem man an dessen Sekundärwicklung den Erregerstromkreis der Erregermaschine und den Arboitsstromkrois w der Zusatzmaschine in Reihe anschliesst.
Die Erregermaschine ist hier beispielsweise durch den Läufer erregt ; derselbe ist in einer zweiten Achse kurzgeschlossen und hat gleichachsig hiezu am Ständer eine Wicklung, von welcher der Erregerstrom für die Zusatzmaschine abgenommen wird. Mittel zur Phaseneinstellung sind hier nicht eingezeichnet.
Man kann die beschriebenen Einrichtungen auch benutzen, um die Spannung eines Netzzweiges selbsttätig in Abhängigkeit von der Belastung eines anderen parallel abzweigenden Netzzweiges zu regeln. Man kann so z. B. ein Licht-und Kraftnetz gegen die
Rückwirkung der Bclastungsschwankungen eines parallel abzweigenden Bahnnetzes schützen, wie Fig. 3 zeigt. Der Strom des Bahnnotzes b speist beispielsweise unter Vermittlung des Transformators die Erregerwicklung der Erregermaschine e ; letztere erregt die Wicklungf2 der Zusatzmaschine z. Von der Wicklung w der letzteren wird die Zusatzspannung abgenommen und unter Vermittlung des Transformators t2 an den zu schützenden Netzzweig c abgegeben.
Auf diese Weise kann für diesen Netzzweig die Wirkung des Spannungs- abfalles der Stromerzeuger, welcher durch die Belastungsschwankungen des Bahnnetzes hervorgerufen wird, aufgehoben oder beliebig geregelt werden. Man kann auch durch geeignete Wahl der Phase der Zusatzspannung erreichen, dass die Wirkung des Spannungs- abfalles der Stromerzeuger nicht geschwächt, sondern im Gegenteil verstärkt wird. Dann wird bei steigender Belastung des Zweiges b der Energieverbrauch im Zweige r vermindert und die Gesamtbelastung der Kraftstation ist geringer, als ohne die angegebene Regelungs-
EMI3.2
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur selbsttätigen Spannungsregelung in Wechselstromkreisen mittelst einer Wechselstromkollektormaschine, dadurch gekennzeichnet, dass das Feld (. der als Zusatzmaschine dienenden Kollektormaschine (z), deren Arbeitswicklungen (w) unmittelbar bzw. induktiv mit den zu regelnden Stromkreisen in Reihe geschaltet werden, von einem Strom erregt wird, welcher dem die Spannungsschwandkungen hervorrufenden Belastungs-
EMI3.3
Winkel in der Phase verschoben ist.