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Zusatzmaschinen für Wechselstrom sind bereits zu verschiedenen Zwecken und in verschiedenartiger Ausbildung angegeben und ausgeführt worden, auch solche, welche selbsttätig wirksam sind. So ist es z. B. bekannt, als Zusatzmaschine einen gewöhnlichen Synchrongenerator zu benutzen, der durch den gleichgerichteten Wechselstrom der Hauptmaschine erregt wird. Es ist ferner bekannt, als Zusatzmaschine eine Wechselstrom-Kollektormaschine zu verwenden, die keines synchronen Antriebes bedarf. Die Zusatzmaschine nach verliegender Erfindung ist ebenfalls eine Kollektormaschine, die jedoch synchron angetrieben wird und eine selbsttätige Spanungsregelung ermöglicht, dadurch, dass die Zusatzspannung in Abhängigkeit von dem Wechselstrom ist, welcher die Zusatzmaschine mittelbar (unter Zwischenschaltung eines Transformators) oder unmittelbar durchfliesst.
In Fig. 1 ist als Anwendungsbeispiel die Zusatzmaschine in Verbindung mit einem gewöhn- lichen Wechselstromgenerator dargestellt. Es ist i der mit Gleichstrom erregte umlaufende Induktor des Wechselstromgenerators, d dessen Ständer. Der von letzterem kommende Wechselstrom durchfliesst hier nun beispielsweise direkt die Ständerwicklung s der Zusatzmaschine und die Primärwicklung eines Stromtransformators c. Der Sekundärstrom des Strumtransformators c wird nun dazu benutzt, um die Zusatzmaschine zu erregen und wird daher mittelst Bürsten b und eines Kommutators deren Läufer 1 zugeführt. Ausserdem ist noch ein entbehrlicher Regulierwiderstand 10 gezeichnet.
Nimmt man fürs erste an, dass der Läufer 1 der Zusatzmaschine mit dem Induktor i direkt gekuppelt ist, so ist die Wirkungsweise einer solchen Anordnung kurz folgende :
Es sei in Fig. 2 das bekannte Arbeitsdiagramm des Wechselstromgenerators allein ohne sscrücksichttgung der Ständerverluste dargestellt, welches Diagramm strenge richtig ist, wenn der Induktor i ohne ausgeprägte Pole, also mit einer verteilten Wicklung ausgeführt wird. Es bedeutet also OB B die Ständeramperewindungen (Ankerreaktion), BA die im Induktor i durch Gleichstrom hervorgebrachton Gesamtamperewindungen und VA die dadurch sich ergebenden Erregeramperewindungen, zu welchen dann der Vektor der Spannung OC senkrecht steht.
Würde der Wechselstromgenerator für sich allein arbeiten und der Erregerstrom im Induktor i zwischen Leerlauf und Belastung nicht nachreguliert werden, so würde die Spannung bei Leerlauf sich zur Spannung OC bei Last so verhalten, wie BA zu OA, falls die Sättigungskurve in diesem Bereich noch geradlinig ist.
Ein ganz ähnliches Arbeitsdiagramm hat die Zusatzmaschine, für sich allein betrachtet, das in Fig. 3 angegeben ist. Der durchfliessende Wechselstrom erzeugt im Ständer s ebenfalls Amperewindungen ob. Der Sekundärstrom des Stromtransformators ruft die Gesamtamperewindungen ba im Läufer l hervor, so dass wieder Erregeramperewindungen oa übrig bleiben, durch
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einander gleich sind. Daraus folgt aber DC : OC == BA : OA.
Berücksichtigt man das, was über das Diagramm (Fig. 2) der Hauptmaschine für sich allein gesagt wurde, so ergibt sich, dass die resultierende Spannung DC gleich jener Spannung ist, welche durch die Amperewindungen BA allein in der Hauptmaschine erzeugt würde, oder es ist DC gleich der Leerlaufspannung. Die ganze Anordnung wird dann also bei beliebiger Belastung und Phasenverschiebung stets die Leerlaufspannung liefern, was eben einer vollkommenen Kompoundierung gleichkommt, und entspricht auch in jeder anderen Hinsicht, z. B. bezüglich der Bürsteneinstellung, einer vollkommen kompoundierten Maschine.
Um die Bürsten b, den Stromtransformator c und den Widerstand w für eine solche Arbeitsweise einzustellen, kann man unter Benützung einer zwangläufig synchronen Hilfswechselstrommaschine dieselbe Einrichtung treffen, welche für kompoundierende Kollektormaschinen im Patent Nr. 46405 beschrieben worden ist. Man hat dann Haupt-und Zusatzmaschine als ein Ganzes zu betrachten, wobei der Induktor i als die Erregerseite anzunehmen ist. Während der Einstellung der Bürsten müsste man also hier den Induktor i stromlos lassen.
Man könnte nun die Bürsten auch so einstellen, dass sich die Zusatzspannung zu der Hauptspannung direkt addiert. Dann kann erstere unter Umständen kleiner sein, wie in dem vorbeschriebenen Falle, wie ebenfalls aus Fig. 5 zu ersehen ist, wenn man die Zusatzspannung gleich OL annimmt. Sie ist dann gegen den Strom (OB) auch um den Winkel < p verschoben. Das hat den Vorteil, dass das Diagramm der Zusatzmaschine dem in Fig. 3 ähnlich sein wird, wenn == < p gesetzt wird. Wie leicht einzusehen ist, können dann die Abmessungen der Zusatzmaschinen kleiner sein, wie für das Diagramm in Fig. 4. Ein Nachteil ist hierbei aber, dass die Kompoundierung nur für einen bestimmten Belastungszustand stattfindet.
Immerhin ist auch eine solche Einstellung brauchbar in jenen Fällen, in denen die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung in mässigen Grenzen schwankt. Man kann natürlich jede beliebige Einstellung an der Zusatz-
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Spannung der Hauptmaschine hervorruft.
Die Zusatzmaschine kann nicht nur bei Generatoren, sondern auch bei Einankerumforn1crn, Synchronmotoren usw. auch für mehrere solcher parallel geschalteter Maschinen gemeinsam verwendet werden.
Der Antrieb erfolgt, wie in Fig. 1 angenommen wurde, am besten durch mechanische,
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Ein asynchroner Antrieb würde dagegen mancherlei Schwierigkeiten bezüglich der Kom- mutierung ergeben, ferner müsste der Stromtransformator entsprechend der grösseren Spannung, die am Läufer I bei Schlüpfung auftritt, grösser bemessen werden. Bei Synchronismus kann man die Kommutierung durch eine Kurzschlusswicklung verbessern ; dagegen würde bei asynchronem Lauf eine solche Wicklung, wie sich leicht erkennen lässt, die Erzeugung einer Zusatzspannung zu verhindern suchen.
Ein wichtiges Verwendungsgebiet nndet diese Art von Zusatzmaschinen für den Ausgleich des Spannungsabfalles in langen Leitungen. Die Verwendbarkeit für diesen Zweck findet ihre Erklärung darin, dass z. B. in einfachen Fällen der Spannungsabfall in einer Leitung (abgesehen von der mässigen Änderung des Widerstandes durch Erwärmung) zu dem Strome nach Richtung und Grösse in unveränderlicher Beziehung steht. Da aber nach Fig. 3 dasselbe, wie bereits gesagt, zwischen der Zusatzspannung (okj der Zusatzmaschine und dem Strome (ob) gilt, kann man diese beiden Beziehungen durch entsprechende Einstellung an der Zusatzmaschine in Übereinstimmung bringen, so dass die Zusatzspannung dem Spannungsabfall genau entgegen wirkt. Man kann die Zusatzmaschine z.
B. am Ende der Leitung (Speisepunkt) durch einen Synchronmotor, oder was noch einfacher ist, am Anfang der Leitung in der Kraftstation auf diese Art oder durch direkte
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Kuppelung mit einer Hauptmaschine antreiben. Jede Fernleitung erfordert im allgemeinen auch eine besondere Zusatzmaschine. Es können aber mehrere Zusatzmaschinen gemeinsam angetrieben werden. Hierbei wird gemäss der Erfindung eine einfache aber unerlässliche Einrichtung angewendet,
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dem Läufer parallel geschaltete Widerstand w kann auch entbehrt werden.
Die besondere Einrichtung zur Einstellung aller Teile besteht nun darin, dass man die Leitung am Ende PP (wie angedeutet) kurzschliesst und in die Leitung von der Kraftstation aus, sei es von einem der dort befindlichen Stromerzeuger oder einer anderen synchronen Stromquelle Strom hineinschickt. Hierbei muss die Zusatzmaschine mit normaler Geschwindigkeit angetrieben werden und wie im Betriebe geschaltet sein. Das Übersetzungsverhältnis am Stromtransformator c, die Bürsteneinstellung und gegebenenfalls der Wiederstand w müssen dann so gewählt werden, dass die Spannung im Beginne der Leitung (an der Stelle zwischen Zusatzmaschine und Stromerzeugern), also zwischen den Punkten Kl und K2, praktisch verschwindet.
Man kann sich dann ebensogut die Leitung im Beginne (zwischen den Punkten Kl
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aus Zusatzmaschine und Leitung gebildeten Kreise auftreten, ausgeglichen werden. Im Betriebe wird dann also dieser Ausgleich bei beliebigem Strome stattfinden und die Spannung an dem (wieder geöffneten) Ende PP unveränderlich bleiben, wenn sie im Beginne Kl, konstant ist.
Diese Art der Einrichtung stellt einen Sonderfall einer allgemeineren Form vor. Dieselbe besteht darin, dass man überhaupt aus Zusatzmaschine und Leitung einen geschlossenen Stromkreis bildet und in diesen von einer mit der Zusatzmaschine synchronen W echselstrommaschine einen Strom hineinschickt. Die Einstellung an der Zusatzmaschine hat dann so zu erfolgen, dass an derjenigen Stelle, wo der geschlossene Stromkreis von der synchronen Stromquelle unterbrochen wird, die Spannung verschwindet. Fig. 7 zeigt ein Beispiel, in welchem die (schematisch gezeichnet) Zusatzmaschine M an das Ende der Leitung gelegt ist. Der erwähnte geschlossene Stromkreis kann, wie angedeutet, dadurch gebildet werden, dass man die Leitung sowohl am Anfang Kl'K2 und Ende PP kurzschliesst.
Wird nun von der mit der Zusatzmaschine synchron angetriebenen
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Einstellung an der Zusatzmaschine so vorgenommen werden, dass die Spannung zwischen diesen Punkten 1 und 2 verschwindet. Werden als synchrone Stromquelle einer oder mehrere der Generatoren oder ein anderer Stromerzeuger in der Kraftstation benützt, so kann die Leitung an den Sammelschienen (wie in Fig. 6) normal angeschlossen bleiben und es muss dann die Spannung wieder zwischen den Punkten Kl und K2 im Beginne der Leitung zum Verschwinden gebracht werden.
Was die Zusatzmaschine an sich betrifft, so kann die Phasenzahl im Läufer l unabhängig von dem Ständer gewählt werden. Die Maschinen sind in Fig. 1 dreiphasig und zweipolig gezeichnet, jede andere Phasen- und Polzahl ist natürlich ausführbar. Bei Einphasenstrom werden zur Erzeugung möglichst vollkommener Drehfelder im Läufer l die für kompoundierende Maschinen brauchbaren Vorkehrungen, z. B. Kurzschlussbürsten oder eine Kurzschlusswicklung auf dem Läufer auch hier anzuwenden sein.
In Fig. 6 sind beispielsweise Kurzschlussbiirsten x auf dem Läufer angegeben. Statt dieser hätte also eine Kurzschlusswicklung oder es hätten beide Mittel angewendet werden können.
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