Einrichtung zur willkürlichen Leistungsübertragung zwischen zwei nicht starr miteinander verbundenen Wechselstromnetzen mittelst zweier gekuppelter Synchronmaschinen.
Im Hauptpatent ist eine Einrichtung zur willkürlichen Leistungsübertragung zwischen zwei nicht starr miteinander verbundenen Wechselstromnetzen mittelst zweier gekuppel ter Synchronmaschinen beschrieben, bei wel cher mindestens eine der Synchronmaschinen eine zwei- oder mehrphasige Erregerwicklung trägt und die Stromstärke in den verschie denen Phasen dieser Erregerwicklung durch eine Reguliervorrichtung so geregelt wird, dass das resultierende Feld bei im wesent lichen gleich bleibender Stärke seine Rich tung ändert.
Die Reguliervorrichtung, welche zu dieser Regelung der Erregerstromstärke dient, kann so eingerichtet sein, da.ss einer be stimmten Drehung der Reguliervorrichtung eine gleich grosse Drehung des resultierenden Feldes entspricht.
Die Geschwindigkeit, mit der die Regu liervorrichtung gedreht werden muss, ent- sprieht im stationären Zustand dem relativen Unterschied der auf gleiche Polzahl umge rechneten Frequenzen der beiden gekuppelten Wechselstromnetze (im folgenden relative Schlüpfung genannt).
Diese relative Schlüp- fung setzt sich aus zwei Teilen zusammen, nämlich aus demjenigen Teil, der aus irgend welchen Gründen schon vorhanden ist, wenn durch die Umformergruppe keine Leistuug übertragen wird, und aus einem zweiten Teile, der den Beträgen entspricht, um welche die Frequenzen der beiden Netze sich ändern, wenn durch die Umformergruppe das eine entlastet und das andere belastet wird, Be träge, welche im wesentlichen von den Eigen schaften der graftmaschinenregler in den beiden Netzen abhängen.
Bei nicht statio närem Zustand, das heisst wenn die über tragene Leistung sich ändern soll, muss der Winkel zwischen Netzspannung'svektor und E. M. K.-Vekto-r, bei beiden Maschinen sich ändern, was nur dadurch möglich ist, dass die Geschwindigkeit, mit der die Reguliervorrich tung gedreht wird, zeitweise von dem Wert abweicht, der der relativen Schlüpfung der beiden Netze entspricht.
Die Einrichtung, welche dazu dient, ü.ie Geschwindigkeit der Reguliervorrichtung so zu regeln, dass eine gewollte Leistung durch die Umformergruppe übertragen wird, und welche-etwa, wie im Hauptpatent auseinan dergesetzt, im wesentlichen aus einem von der Wattleistung abhängigen Schnellre,g1er bestehen kann, wird nun erheblich verkleinert und vereinfacht, wenn erfindungsgemäss ciie Reguliervorrichtung durch eine Vorrichtung angetrieben wird,
deren Drehzahl der rela tiven Schlüpfung beider letze proportional ist. Dann mü-sen nämlich durch den Schnell regler nur noch die oben erwähnten vori'iber- gehenden Abweichungen der Drehzahl der Reguliervorrichtung von der relativen Sclilü-p- fung entsprechenden Drehzahl geregelt wer den und diese vorübergehenden Abweicbun- gen sind im allgemeinen klein gegenüber der im stationären Zustand dauernd notwendigen Drehzahl der Reguliervorrichtung.
Die Vorrichtung, deren Drehzahl der re lativen Schlüpfung proportional ist, kann ein doppeltgespeister Hilfsmotor sein. Eine solche Einrichtung zeig,- beispielsweise die Fig. 1.
In dieser Figur bedeutet: a., und a, die bei den miteinander gekuppelten Synchroii- maschinen, b, und<I>b,</I> die beiden Wechsel stromnetze, die durch die Umformergrappe miteinander verbunden sind, c, und c, die beiden Phasen der zweiphasig angenommenen Erregerwicklung der Maschine er" e;
, die Er regerwicklung der Maschine a,, <I>d</I> den Spaxi- nungsteiler, über welchen die MTicklungen e, und c, aus der Erregermaschine e gespeist.
werden, f die Erregerwicklung dieser Er regermaschine, g den zugehörigen Regulier- widerstand, 1r, die beiden Bürsten, durch die die Erregermaschine an den Spannungsteiler c1 angeschlossen ist und durch deren Bewe gung längs der Iiontaktbalin des @pa.nnuii@,:
- teilers d die Stromstärke in den Wicklungen e, und c, geregelt wird, i. den Träger dieser Bürsten und k, den Motor, der diesen Bürsten träger antreibt. Der Motor k: ist ein doppelt- (respeister Induktionsmotor, der an die beiden etze b, und b, geschaltet ist. Seine Dreh- zahl entspricht bekanntlich der Differenz der Frequenzen beider Netze.
Sind die normalen Frequenzen der Netze b, und b, nicht gleich, haben also die Ma schine a1 und a, verschiedene Polzahlen, so kann die soeben beschriebene Einrichtung trotzdem verwendet werden, wenn der Hilfs motor 1a einerseits durch einen Synchron-Syn- ehron-Umformer gespei,t wird, dessen Pol zahlen in demselben Verhältnis stehen wie die der Maschine a, und a,
. Dann wird nä.in- lich der Motor k., welcher die Reguliervorrich- tung antreibt, stillstehen, wenn die Frequenz der beiden Netze (b, und h) im Verhältnis der Polzahlen der Maschinen n, und a, stehen.
Eine solche Einrichtung zeigt beispielsweise die Fig. \?: hier bedeutet: iyi, und fit, zwei zu einer UmformergTuppe gekuppelte Synchron- maschinen, deren eine an das Netz b, ange schlossen ist, während die andere den rotie renden Teil des Hilfsinotoi# k, speist, dessen feststehender Teil < in das Netz b, ange schlossen ist.
Eine andere Vorric-litun", deren Drehza.lil der relativen Schlüpfnn,- proportional ist, ist ein Differenzialgetriebe. welebes zwischen zwei aus den beiden Netzen gespeiste Hilfs- synchronmaschinen angeschlossen ist.
Die Pol zahl dieser beiden Synchronmaschinen müssen natürlich in demselben Verhältnis stehen wie die der Hauptmaschinen a, und n., (Fig. 1).
Ein Beispiel einer solchen Einrichtung zeigt. die Fig. 3. Hier bedeutet n das Diffe- renzialgetriebe, weiches zwischen die beiden Hilfs-yiiehi-oninaseliiiien <I>in,</I> und irr, einge schaltet ist.
Die beschriebenen EinriOitungen haben die Eigenschaft, dass die von der Umformer gruppe übertragene Leistung ohne Zuhilfe nahme von selbsttätigen Reglern oder der- ,gleichen auch bei Frequenzänderungen der beiden !gekuppelten Netze im wesentlichen konstant bleibt. Denn wenn die Frequenz eines der -beiden Nerze (zum Beispiel b1 aus irrend einem Clrund sieh ändert,
ändert sieh gleichzeitig auch die Drehzahl des dop pelt gespeisten Motors oder des Differenzial getriebes, so class die Drch;,eschwindigkeit des E. M. K.-Vektors der Maschine und die des Netzspannungsvektors stets dieselbe ist, also keine Verschiebung der beiden Vektoren gegeneinander eintreten kann. Eine solche Verschiebung der beiden Vektoren wäre aber eine notwendige Bedingung für eine Ände rung der übertragenen Leistung.
Wenn daher die übertragene Leistung ge ändert werden soll, so kann diese wie bei Synchron - Synchron - Umformern zwischen zwei starr gekuppelten l'Tetzen dadurch ge schehen, dass der Stator einer der beiden Hauptsynchronmaschinen um einen entspre- ehenden Winkel verdreht wird. Dieselbe Wir kung kann aber bei einer Einrichtung nach der Erfindung in einfacher Weise erreicht werden, indem der Stator einer der Hilfssyn- chronmaschinen oder die Kupplung zwischen der Reguliervorrichtung und ihrer Antriebs vorrichtung um einen entsprechenden Win kel verdreht wird.
Es ist also nicht notwen dig, den Stator einer Hauptmaschine dreh bar anzuordnen, was wegen der grossen an diesem Stator wirkenden Kräfte eine nicht unbedeutende Verteuerung der Anlage und grosse Antriebskräfte für die Verstellung er fordern würde, sondern es genügt, wenn der Stator einer der kleinen Hilfssvnchronma- schinen drehbar angeordnet wird.
Anstatt der Verstellung des Stators können natürlich auch andere äquivalente Mittel angewendet werden, zum Beispiel die Verschiebung des Feldes'relativ zum Rotor mittelst einer zwei- oder mehrphasigen Erregerwicklung, oder wenn zwischen die Reguliervorrichtung und ihre Antriebsvorrichtung eine verstellbare Kupplung eingeschaltet wird.
Wenn. wie in dem Beispiel der Fig. 2 oder 3, mehrere Hilfsmaschinen vorhanden sind; so ist es gleichgültig, welche dieser Maschinen den verstellbaren Stator erhält. Es kann dies also im Beispiel der Fig. 2 der doppeltge- speiste Hilfsmotor k oder eine der beiden Hilfssynchronmaschinen <I>in,</I> oder 7ra= sein.
Die Verstellung des Stators bezw. der Kupplung zum Zweck der Leistungseinstel lung kann im allgemeinen von Hand ge schehen, da, wie oben erwähnt; die einmal ein- gestellte Leistung auch bei Frequenzände- rungen der beiden Netze im wesentlichen konstant bleibt. Dies ist jedoch nur an nähernd richtig.
Denn, wenn die Frequenz eines der beiden Netze sich ändert, so ändert sich auch die Frequenz der Erregerströme in der Synchronmaschine, welche mit der mehrphasigen Erregerwicklung ausgeführt ist (Schlupffrequenz). Ist diese Schlupffre- quenz nicht gleich 0, so haben die Erreger ströme eine gewisse Nacheilung gegenüber den den Wicklungen zugeführten Span nungen. Einer bestimmten Stellung des Spannungsteilers entspricht also nur bei einer bestimmten Schlupffrequenz (zum Bei spiel Schlupffrequenz - 0) eine bestimmte Stellung des resultierenden Feldes der Syn chronmaschine.
Bei andern Schlüpfungen ändert sich die Stellung dieses Feldes und damit auch die übertragene Leistung.
Wenn daher die Frequenzänderungen der beiden Netze ein gewisses Mindestmass über schreiten, so ist die übertragene Leistung bei Frequenzänderungen nicht mehr angenähert konstant. Um auch in diesem Falle eine ge wollte Leistungsübertragung dauernd auf recht zu erhalten, kann die Verstellung des Stators bezw. der Kupplung mittelst eines selbsttätigen Reglers in Abhängigkeit von der Wattleistung der Umformergruppe ge schehen.
Diese Verstellung durch den selbsttätigen Regler kann in verschiedener Weise bewirkt werden. Man kann zum Beispiel die Stellung des verschiebbaren Stators oder der verschieb baren Kupplung unmittelbar von der Watt leistung abhängig machen, muss aber damit den Nachteil in Kauf nehmen, dass die Watt leistung nicht konstant gehalten werden kann, sondern je nach der Schlupffrequenz,
also nach der erforderlichen Verstellung des Stators oder der Kupplung um einen gewis sen Betrag von dem gewünschten Normalwert abweichen muss. Es lässt sich auch eine An ordnung treffen, bei welcher ein selbsttätiger Regler, dessen Stellung von der Wattleistung abhängig ist, eine von seiner Stellung ab- hängige Spannung auf einen Motor gibt,
der die Einstellung des Stators oder der Kupp- lung ändert und dessen Drehzahl von der ihm zugeführteu Spannung abhängig ist. Diese Einrichtung hat aber den Nachteil, unstabil zu sein.
Es kann aber die übertragene Leistung in stabiler Weise konstant gehalten werden, in dem die beiden oben erwähnten Möglichkei ten kombiniert werden.
Eine Einrichtung, welche dies ermöglicht, bann darin bestehen, da.ss die mit fester Er regung; versehene Hauptmaschine (a.2 in Fig. 1) an Stelle einer der oben erwähnten Hilfs- synchronmaschinen verwendet wird.
Wird <B>i</B> also die Reguliervorrichtung durch einen doppelt gespeisten Hilfsmotor angetrieben, so muss dieser Hilfsmotor einerseits aus dem Netz gespeist werden, an welches die mit der mehrphasigen Erregerwicklung versehene Hauptsynchronmaschine angeschlossen ist, anderseits von einer Synchronmaschine, wel che mit dem Hauptmaschinennetz mittelbar oder unmittelbar gekuppelt ist.
Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Fig. -l. In dieser Figur bedeutet b, ein Drei- pliasennetz, b. ein Einphasennetz, n, und a_ zwei direkt gekuppelte Synchronmaschinen, welche zur Kupplung des Netzes und zur Lei stungsübertragung dienen.
Der zum Antrieb der Reguliervorrichtung (die nicht. dargestellt ist) dienende, doppelt gespeiste Motor ist mit h bezeichnet, Dieser Motor wird im darge stellten Falle einerseits aus dem Netz b, ge- a)eist, anderseits von einer Synchronma schine x9', welche auf der Welle der Maschi nen a, und a.2 sitzt.
Der Erregerkreis der Ma schine S ist mit c., bezeichnet, während nun bei der Anordnung nach Fig. 1 der doppelt gespeiste Antriebsmotor 1-. einerseits vom 1 etz b,. anderseits vom Netz bi, gespeist wurde, ist er nunmehr mit dem Stator an das Netz b,, mit dem Rotor aber an die Hilfs- synehronmaschine 8 angeschlossen.
Wird anderseits die Reguliervorrichtung durch ein Differenzialgetriebe angetrieben, so muss dieses Differenzialgetriebe einerseits durch einen Synchronmotor angetrieben wer den, der aus dem Netz gespeist wird, an wel ches die mit der mehrphasigen Erregerwick lung versehene Hauptsynchronmaschine an geschlossen ist, anderseits mittelbar oder un mittelbar von der Hauptumformergruppe selbst.
Dieser Fall ist durch Fig. 5 näher erläu tert. Hier bedeutet cr,, cr2, b, und b@ das gleiche wie in Fig. 4-. Das Differentialgetriebe ja wird nun einerseits von dem an das Netz b, angeschlossenen Motor in, angetrieben, anderseits ven der Welle der Hauptmaschi nen r,, und a,2 über die beiden Riemenschei ben v, und ?,_.
Da nämlich die Stellung des Rotors des Synchronmotors mit fester Gleichstromerr?- gung relativ zum Feld dieser Maschine, also auch relativ zum Rotor einer konstant be lasteten und an dasselbe Netz, aügeschlo@senen Synchronma,.#;chiiie von der Belastung der Umformergruppe abhängig ist, so wird die Wirkung dieselbe sein, als wenn die Stellung des verschiebbaren Hilfsmaschinenatators oder der verstellbaren Kupplung, von dieser Be lastung abhängig wäre.
Die ausserdem erfor derliche Abhängigkeit. der zeitlichen Ände rung dieser Stellung von der Wattleistung kann in der oben beschriebenen Art durAi einen selbsttätigen Regler erfolgen, der die Spannung eines die verstellbare Vorrichtung antreibenden Motors regelt.