Einrichtung zur willkürlichen Leistungsübertragung zwischen zwei nicht starr miteinander verbundenen Wechselstromnetzen mittelst zweier gekuppelter Synchronmaschinen. Es ist bekannt, dass man bei Synchron- Synchronumformern die übertragene Leistung dadurch regeln kann, dass man den Vektor der Maschinen-EMK in einer der beiden ge- kuppelten Synchronmaschinen gegenüber dem Vektor der Netzspannung um einen gewissen Winkel verdreht.
Diese Verdrehung kann bei spielsweise durch Verdrehung des Stators der Synchronmaschine geschehen oder durch Ein fügung einer EMK zwischen Netz und Syn chronmaschine, welche gegenüber der Netz spannung in der Phase verschoben ist oder durch Verdrehung des Feldes der Synchron maschine gegenüber der Erregerwicklung, letzteres beispielsweise dadurch, dass der Ro tor eine sogenannte zwei- oder mehrphasige Gleichstrom-Erregerwicklung erhält, so dass durch Schwächung des Stromes in der einen und Verstärken des Stromes in der andern Phase der Erregerwicklung eine Verdrehung des re sultierenden Feldes entstellt.
Die angegebenen Mittel sind jedoch nur dann anwendbar, wenn die Spannungsvektoren der beiden Netze, die durch den Synchron-Synchronumformer ver bunden sind, eine feste gegenseitige Lage haben, d. h. wenn die Netze entweder un mittelbar zusammenhängen oder noch durch andere Umformergruppen miteinander starr verbunden sind. Ist dies nicht der Fall, so kann durch die oben erwähnten Mittel nur vorübergehend eine Änderung der durch die Umformergruppe übertragenen Leistung be wirkt werden, weil infolge dieser Leistungs änderung die Netzspannungsvektoren sich so lange gegeneinander verschieben, bis der ur sprüngliche Zustand wieder hergestellt ist.
Erfindungsgemäss kann in solchen Fällen eine beliebige Leistung dauernd übertragen werden, wenn eine der beiden miteinander gekuppelten Synchronmaschinen eine zwei- oder mehrphasige Erregerwicklung trägt und wenn die Stromstärke in den verschiedenen Phasen dieser Erregerwicklung durch eine besondere Regelvorrichtung so geregelt wird, dass eine Drehung des resultierenden Feldes relativ zur Erregerwicklung bewirkt wird, der- art, dass die übertragene Leistung einen be stimmten Wert beibehält.
Die folgende Betrachtung möge die Wir kungsweise dieser Anordnung näher erläutern Denkt man sich zunächst das Erregerfeld der Synchronmaschine gegenüber der Erreger wicklung feststehend, also beispielsweise nur eine der Erregerwieklungsphasen mit Strom gespeist, so müssen die beiden gekuppelten Netze genau synchron. laufen, d. h. ihre Fre quenzen müssen sich ebenso verhalten wie die Polzahlen der beiden miteinander gekup- pelten Synchronmaschinen. Bei ungleicher Be lastung der Netze ist dies im allgemeinen nur möglich, wenn durch die Umformergruppe aus dem einen in das andere Netz eine be stimmte Leistung übertragen wird. Diese Lei stung kann unter Umständen die Leistungs fähigkeit der Umformergruppe weit über steigen.
Soll nun die übertragene Leistung auf einen beliebigen andern Wert eingestellt werden, einen Wert, der nun jedenfalls inner halb der Leistungsfähigkeit der Umformer gruppe liegen soll, so werden diese geänder ten Leistungsverhältnisse wegen der Eigen schaften der Kraftmaschinenregler mit einer Änderung der Frequenzen der beiden Netze verbünden sein. Die Netze werden also nicht mehr synchron laufen, und ihre. Kupplung mittelst zweier Synchronmaschinen ist nur möglich, wenn der EMK-Vektor der einen Maschine nicht mit der Umdrehungszahl der Gruppe, sondern mit einer entsprechend der Differenz der Netzfrequenz davon abweichen den Drehzahl umläuft. Diese Abweichung der Umdrehungszahl des EMK-Vektors von der Umdrehungszahl der Umformergruppe wird aber eben durch die Drehung des Erreger feldes gegenüber der Erregerwicklung der einen Synchronmaschine erreicht.
Unter Synchronmaschinen sind hier alle Maschinen zu verstehen, deren Drehzahl durch die Frequenzen der Netze, an die sie ange schlossen sind, bestimmt, also unabhängig von der Belastung ist. Solche Maschinen sind zum Beispiel auch die bekannten doppelt ge speisten Induktionsmaschinen. Die Erfindung bezieht sich also auch auf Umformer, die aus einer solchen doppelt gespeisten Induktions und einer Synchronmaschine bestehen.
Die konstruktive Ausführung der Vorrich tung, welche die Erregerstromstärke in den verschiedenen Phasen der Erregerwicklung regelt, ist auf verschiedene Arten möglich. Man kann zum Beispiel die verschiedenen Phasen der Erregerwicklung an mehrere von einander unabhängige Spannungsteiler oder Vorschaltwiderstände anschliessen. Die Strom quelle kann trotzdem für alle Phasen der Er regerwicklung dieselbe Gleichstrommaschine oder Batterie sein.
Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt die Fig. 1. In dieser Figur bedeuten a1 und a2 die beiden miteinander gekuppelten Synchron maschinen, b1 und b2 die beiden Wechsel stromnetze, die durch die Umformergruppe miteinander verbunden sind, ei und c2 die beiden Phasen der zweiphasig angenommenen Erregerwicklung, d1 und d2 die beiden Span- nungsteiler, die aus derselben Stromquelle, der Erregermaschine e, gespeist werden. f1 g1 und f2 g2 sind die beiden Kontaktpaare, durch deren Bewegung die Stromstärke in ei und c2 verändert wird.
Die beiden Kontakte, die zu einer Phase der Erregerwicklung gehören, können gleichzeitig gegenläufig bewegt wer den durch zwei um 180 versetzte Kurbel antriebe mit Parallelführung; es kann aber auch einer der Kontakte in der Mitte des Spannungsteilers feststehen und nur der an dere bewegt werden.
Es ist auch möglich, die verschiedenen Phasen der Erregerwicklung an einen ge meinsamen Spannungsteiler oder Vorschalt widerstand anzuschliessen. Die Fig. 2 zeigt ein Beispiel hierfür. Die Buchstaben haben dieselbe Bedeutung wie in Fig. 1. An Stelle des Spannungsteilers sind hier Vorschaltwider stände d angenommen, au welche die Kon taktbahnen für alle Kontakte f i g, f 2 g_ an geschlossen sind.
In den bisherigen Beispielen müssen die Kontakte eine liin- und hergehende Bewegung - von einem Ende der Kontaktbahn bis an das andere Ende und zurück - ausführen. Dies bedingt für jeden einzelnen Kontakt eine besondere Kontaktbahn. In Fig. 2 zum Beispiel ist anzunehmen, dass jede der beiden gezeichneten Kontaktbahnen die Breite zweier Bürsten hat, so dass die Bürsten aneinander vorbeibewegt werden können. Dieser Nachteil kann vermieden werden, indem erfindungs gemäss die Stufen des Spannungsteilers oder der Vorschaltwiderstände an eine kreisförmige Kontaktbahn angeschlossen werden.
Ein Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 3. Die Buchstaben haben hier dieselbe Bedeu tung wie in Fig. 1 und 2. Der Widerstand ist hier wieder als Spannungsteiler gekenn zeichnet; es ist aber natürlich auch hier mög lich, die Verbindung zwischen je zwei oder drei benachbarten Kontakten, die von den Anschlussstellen der Erregermaschine e gleich weit entfernt sind, wegzulassen und dadurch ans dein Spannungsteiler einfache Vorschalt widerstände zu machen. Die Kontakte f1 g1 und f g2 können bei dieser Anordnung alle in der gleichen Richtung im Kreislauf bewegt werden.
Die Kreisbewegung von Kontakten bezw. Bürsten setzt aber stets voraus, dass der An schluss dieser bewegten Teile an die fest stehenden Wicklungen oder Bürsten über Schleifringe erfolgt. Diese Schleifringe sind in den Fig. 3, 4 und 5 zur Vereinfachung der Darstellung fortgelassen.
Eine besonders vorteilhafte Anordnung er hält man, wenn gleichen Verstellungen der Kontakte längs des Umfanges der Kontakt bahn auch gleich grosse Drehungen des resultierenden Feldes entsprechen, so dass man die Kontakte mit gleichförmiger Ge schwindigkeit an der kreisförmigen Kontakt bahn entlang bewegen kann und dadurch auch eine gleichförmige Drehgeschwindigkeit des resultierenden Feldes gegenüber der Erreger wicklung erhält. Dies kann durch entspre chende Bemessung des Widerstandes der ein zelnen Stufen erreicht werden.
Bei der Anordnung nach Fig. 3 ergeben sich hierfür folgende Bedingungen: Fallen die zu eurer der Feldwicklungen gehörenden Kon- takte, z. B. f1 g1, in die Richtung der An schlusspunkte der Erregermaschine e und sei die Erregerspannung =E, dann ist der Strom i in der Feldwicklung
EMI0003.0000
wenn gγ der Widerstand der Feldwicklung ist. Dreht man nun die Kontakte um einen Winkel a aus dieser Lage heraus, dann kommt zu dem Widerstand ro noch ein Widerstand gx hinzu, welcher aus dem Widerstand des Spannungs- teilers resultiert und der dem Widerstand gewissermassen vorgeschaltet ist. Dieser Wi derstand gx setzt sich aus zwei parallelen Zweigen zusammen, da der Spannungsteiler in geschlossener Figur angeordnet ist.
Der Strom ix ist demnach durch die Beziehung gegeben:
EMI0003.0003
Soll die Winkel drehung des Feldes der Winkeldrehung der Kontakte entsprechen, dann müssen bei einem Drehungswinkel a die Erregerströme der Wick lungen C1 und C2 sich nach Sinusfunktionen ändern, und zwar muss, wenn
EMI0003.0004
ist,
EMI0003.0005
sein. Die Bedingung, dass der Cosinusfunktion des einen Stromes die Sinusfunktion des andern entspricht, ist durch die zueinander senkrechte Lage der Axen f1 g1 und f 2 g2 erfüllt.
Da nun
EMI0003.0006
und anderseits
EMI0003.0007
sein soll, ergibt sich als Bedingungsgleichung die Beziehung
EMI0003.0008
EMI0003.0009
oder (go + rx) cos a = Konstante. In den bisherigen Ausführungsbeispielen war angenommen, dass die Spannungsteiler oder Vorschaltwiderstände mit der Strom quelle fest verbunden sind, mit den zu spei senden Erregerwicklungen dagegen über ver stellbare Kontakte. Falls die Widerstände als Spannungsteiler ausgebildet sind, ist auch die umgekehrte Anordnung möglich, d. h. die Spannungsteiler können auch. mit den zu speisenden Erregerwicklungen fest verbunden sein, mit der Stromquelle dagegen über ver stellbare Kontakte.
Mau erreicht dadurch unter Umständen eine Verminderung der Zahl der beweglichen Kontakte, da für den An schluss der Stromquelle nur zwei Kontakte erforderlich sind, für den Anschluss der Er regerwicklung dagegen, je nach der Phasen zahl derselben, eine grössere Anzahl Kontakte. Auch schwankt der von der Erregermaschine zugeführte Strom in viel weniger weiten Gren zen als der Strom, der in die Erregerwick lungen fliesst; jedenfalls hat der erstere Strom stets die gleiche Richtung. Das Überschalten von einem Kontakt auf den andern wird also erleichtert, wenn die beweglichen Kontakte den Strom der Erregermaschine führen.
Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel. c1 und c2 sind wieder die beiden Phasen der Erregerwicklung, d die Kontaktbahn mit den Widerständen, nur durch einen Kreis ange deutet, e die Erregermaschine, h1 und h2 die beweglichen Kontakte, durch welche die Er regermaschine mit den Spannungsteiler-Wider- ständen verbunden ist.
Bei der Anordnung nach Fig. 4 muss der Strom in jeder Stufe des Widerstandes beim. Vorübergang eines der beweglichen Kontakte seine Richtung ändern, ähnlich wie in einer Ankerspule einer kommutierenden Maschine. Auch bei den andern bisher betrachteten An ordnungen treten jedenfalls Änderungen der Stromstärke in den einzelnen Stufen des Widerstandes auf. Man kann aber im vor liegenden Fall, im Gegensatz zur kommutie renden Maschine, die Kommutierungsspan nung, soweit sie von der Selbstinduktion, der Widerstandsstufe herrührt, sehr klein halten, indem man jede einzelne Stufe des Wider standes bifilar wickelt.
Im Falle der Anordnung nnit kreisförmi ger Kontaktbahn nach Fig. 3 oder 4 können die beweglichen Kontakte zu einer mechani schen Einheit verbunden und durch einen Hilfsmotor bewegt werden. Auch bei nicht kreisförmiger Kontaktbahn kann ein Hilfs motor beispielsweise mit Kurbelübertragung verwendet erden. Da die Geschwindigkeit, mit der die Kon takte bewegt werden müssen, nach den oben gegebenen Erläuterungen fm wesentlichen von der zu übertragenden Leistung abhängig ist, so kann die Drehzahl des Hilfsmotors durch eine Regelvorrichtung, beispielsweise einen Schnellregler bekannter Bauart, in Abhängig keit von der Umformerleistung geregelt wer den.
Wie durch eine Änderung der Drehge schwindigkeit des resultierenden Feldes die Leistung der Umformergruppe geändert wer den kann, so kann auch durch eine Änderung der Grösse des resultierenden Feldes bei gleich bleibender Drehgeschwindigkeit desselben die scheinbare (wattlose) Leistung der Umformer gruppe beeinflusst werden. Eine Änderung der Grüsse des Feldes ist aber durch eine Ände rung der Spannung der Erregermaschine e möglich, und diese Änderung kann ebenfalls durch eine selbsttätige Reguliervorrichtung, beispielsweise einen Schnellregler bekannter Bauart, in Abhängigkeit von der wattlosen Leistung der Umfornnergruppe erfolgen.
Bei grossen Urnformergruppen kann die Ausführung der Reguliervorrichtung, beson ders der erforderlichen Kontakte und Kon taktbahnen, wegen der grossen zu schalten den Ströme und Spannungen Schwierigkeiten machen. Diese Schwierigkeiten können da durch beseitigt werden, dass die verschiedenen Phasen der Erregerwicklung der Synchron maschine aus besonderen Erregermaschinen gespeist werden und dass die Regelung der Drehgeschwindigkeit des resultierenden Feldes im Erregerstromkreis dieser Erregermaschi nen erfolgt.
Die Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel hierfür. Es bedeuten wieder a1 und a2 die beiden miteinander gekuppelten Synchron maschinen, b1 und b2 die beiden Wechsel stromnetze, die durch die Umformergruppe miteinander verbunden sind, c1 und c2 die beiden Phasen der zweiphasig angenommenen Erregerwicklung. Diese beiden Wicklungs phasen werden hier aus zwei besonderen Er regermaschinen er und e:" gespeist, deren Er regerwicklungen il und i. durch die Regel- vorrichtung d, bestehend aus Kontaktbahn und Spannungsteiler- oder Vorschaltwider ständen, mittelst der beweglichen Kontakte f1 f2 und g1 g2 geregelt werden. k ist die gemeinsame Stromquelle für die beiden Er regerwicklungen i1 und i2.