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.
Device for arbitrary power transmission between two non-rigidly interconnected alternating current networks by means of two coupled synchronous machines.
The main patent describes a device for arbitrary power transmission between two non-rigidly interconnected alternating current networks by means of two coupled synchronous machines, in which at least one of the synchronous machines carries a two- or multi-phase excitation winding and the amperage in the various phases of this excitation winding is controlled by a regulating device it is regulated that the resulting field changes its direction with substantially constant strength.
The regulating device, which is used to regulate the excitation current strength, can be set up in such a way that a certain rotation of the regulating device corresponds to an equal rotation of the resulting field.
The speed at which the regulating device has to be rotated in the steady state corresponds to the relative difference between the frequencies of the two coupled AC networks converted to the same number of poles (hereinafter referred to as relative slip).
This relative slip is made up of two parts, namely that part that is already present for whatever reason when no power is transmitted by the converter group, and a second part that corresponds to the amounts by which the frequencies the two networks change when one is relieved by the converter group and the other is charged, Be amounts which essentially depend on the properties of the graft machine controller in the two networks.
In the non-stationary state, i.e. if the transmitted power is to change, the angle between the mains voltage vector and the EMF vector must change in both machines, which is only possible because the speed at which the Reguliervorrich device is rotated, temporarily deviates from the value corresponding to the relative slippage of the two networks.
The device which serves to regulate the speed of the regulating device in such a way that a desired power is transmitted through the converter group, and which, for example, as set out in the main patent, essentially consist of a speed regulator that is dependent on the wattage can, is now considerably reduced in size and simplified if, according to the invention, the regulating device is driven by a device,
the speed of which is proportional to the relative hatching of both ends. Then only the above-mentioned temporary deviations of the speed of the regulating device from the speed corresponding to the relative speed need to be controlled by the high-speed regulator and these temporary deviations are generally small compared to the steady state permanently necessary speed of the regulating device.
The device, the speed of which is proportional to the relative slippage, can be a double-fed auxiliary motor. Such a device shows - for example, FIG. 1.
In this figure: a. And a, in the case of the synchronized machines, b, and <I> b, </I> mean the two alternating current networks that are connected to one another by the converter module, c, and c, the two phases of the two-phase assumed excitation winding of the machine er "e;
, the excitation winding of the machine a ,, <I> d </I> the voltage divider, via which the M windings e, and c, are fed from the excitation machine e.
are, f the excitation winding of this excitation machine, g the associated regulating resistor, 1r, the two brushes through which the excitation machine is connected to the voltage divider c1 and through their movement along the Iiontaktbalin des @ pa.nnuii @ ,:
- divider d the amperage in the windings e, and c, is regulated, i. the carrier of these brushes and k, the motor that drives this brush carrier. The motor k: is a double (regenerated induction motor which is connected to the two networks b and b. As is well known, its speed corresponds to the difference between the frequencies of the two networks.
If the normal frequencies of the networks b, and b, are not the same, i.e. if the machines a1 and a, have different numbers of poles, the device just described can still be used if the auxiliary motor 1a is on the one hand supported by a synchronous synchro- Converter whose pole numbers are in the same ratio as those of the machine a, and a,
. Then the motor k., Which drives the regulating device, will come to a standstill when the frequency of the two networks (b and h) are in relation to the number of poles of the machines n and a.
Such a device is shown, for example, in Fig. \ ?: here means: iyi, and fit, two synchronous machines coupled to form a converter group, one of which is connected to the network b, while the other is the rotating part of the auxiliaryinotoi # k , feeds whose fixed part <is connected to the network b.
Another device, the speed of which is proportional to the relative slip, is a differential gear which is connected between two auxiliary synchronous machines fed from the two networks.
The number of poles of these two synchronous machines must of course be in the same ratio as that of the main machines a, and n., (Fig. 1).
An example of such a device is shown. 3. Here n means the differential gear, which is inserted between the two auxiliary yiiehi-oninaseliiiien <I> in, </I> and irr,.
The described arrangements have the property that the power transmitted by the converter group remains essentially constant without the aid of automatic regulators or the like, even when the frequency of the two coupled networks changes. Because if the frequency of one of the two minks (for example b1 changes from a mistake in a circle,
If the speed of the double-fed motor or differential gear changes at the same time, then the speed of the E.M.K. vector of the machine and that of the mains voltage vector are always the same, so that no displacement of the two vectors against each other can occur. Such a shift of the two vectors would be a necessary condition for a change in the transmitted power.
Therefore, if the transmitted power is to be changed, this can be done between two rigidly coupled networks, as with synchronous-synchronous converters, by turning the stator of one of the two main synchronous machines by a corresponding angle. The same effect can, however, be achieved in a simple manner in a device according to the invention by rotating the stator of one of the auxiliary synchronous machines or the coupling between the regulating device and its drive device by a corresponding angle.
So it is not neces sary to arrange the stator of a main machine rotatable bar, which would require a not insignificant increase in the cost of the system and large drive forces for the adjustment because of the large forces acting on this stator, but it is sufficient if the stator is one of the small ones Auxiliary synchronous machines is rotatably arranged.
Instead of adjusting the stator, other equivalent means can of course also be used, for example shifting the field relative to the rotor by means of a two- or multi-phase excitation winding, or if an adjustable clutch is switched on between the regulating device and its drive device.
If. As in the example of Fig. 2 or 3, there are several auxiliary machines; so it does not matter which of these machines receives the adjustable stator. In the example in FIG. 2, this can therefore be the double-fed auxiliary motor k or one of the two auxiliary synchronous machines <I> in, </I> or 7ra =.
The adjustment of the stator respectively. the clutch for the purpose of power adjustment can generally be done by hand because, as mentioned above; once the power has been set, it remains essentially constant even when the frequency of the two networks changes. However, this is only approximately correct.
Because if the frequency of one of the two networks changes, the frequency of the excitation currents in the synchronous machine, which is designed with the polyphase excitation winding (slip frequency), also changes. If this slip frequency is not equal to 0, then the excitation currents have a certain lag compared to the voltages supplied to the windings. A certain position of the voltage divider therefore corresponds to a certain position of the resulting field of the synchronous machine only at a certain slip frequency (for example slip frequency - 0).
With other hatches, the position of this field changes and with it the power transferred.
Therefore, if the frequency changes in the two networks exceed a certain minimum, the transmitted power is no longer approximately constant when the frequency changes. In order to get a ge wanted power transmission permanently right in this case, the adjustment of the stator can BEZW. the clutch by means of an automatic controller depending on the wattage of the converter group.
This adjustment by the automatic controller can be effected in various ways. For example, you can make the position of the sliding stator or the sliding clutch directly dependent on the wattage, but you have to accept the disadvantage that the wattage cannot be kept constant, but depending on the slip frequency,
So after the necessary adjustment of the stator or the clutch must deviate from the desired normal value by a certain amount. An arrangement can also be made in which an automatic regulator, the position of which is dependent on the wattage, applies a voltage to a motor depending on its position,
which changes the setting of the stator or the coupling and whose speed depends on the voltage supplied to it. However, this facility has the disadvantage of being unstable.
However, the transmitted power can be kept constant in a stable manner by combining the two possibilities mentioned above.
A device which makes this possible consists in the fact that those with firm excitement; provided main machine (a.2 in Fig. 1) is used in place of one of the above-mentioned auxiliary synchronous machines.
If the regulating device is driven by a doubly fed auxiliary motor, this auxiliary motor must be fed on the one hand from the network to which the main synchronous machine provided with the polyphase field winding is connected, and on the other hand from a synchronous machine, which with is directly or indirectly coupled to the main machine network.
An exemplary embodiment for this is shown in FIG. 1. In this figure, b denotes a three-phase network, b. a single-phase network, n, and a_ two directly coupled synchronous machines, which are used to couple the network and transmit power.
The double-fed motor used to drive the regulating device (which is not shown) is denoted by h. In the case shown, this motor is fed from the network b, a) on the one hand, and from a synchronous machine x9 'on the other hand, which sits on the shaft of the machines a, and a.2.
The excitation circuit of the Ma machine S is denoted by c., While now in the arrangement of FIG. 1, the double-fed drive motor 1-. on the one hand from 1 etz b ,. on the other hand, it was fed by the network bi, it is now connected with the stator to the network b ,, but with the rotor to the auxiliary synchronous machine 8.
If, on the other hand, the regulating device is driven by a differential gear, this differential gear must be driven on the one hand by a synchronous motor that is fed from the network to which the main synchronous machine provided with the multi-phase excitation winding is connected, and on the other hand indirectly or directly from the Main converter group itself.
This case is tert erläu by Fig. 5. Here, cr 1, cr2, b, and b @ mean the same as in Fig. 4-. The differential gear is now driven on the one hand by the motor connected to the network b, and on the other hand by the shaft of the main machines r ,, and a, 2 via the two belt pulleys v, and?, _.
Since the position of the rotor of the synchronous motor with fixed DC excitation relative to the field of this machine, i.e. also relative to the rotor of a synchronous machine that is constantly loaded and connected to the same network, depends on the load on the converter group , the effect will be the same as if the position of the movable auxiliary machine generator or the adjustable coupling were dependent on this load.
The also necessary dependency. the temporal change of this position of the wattage can take place in the manner described above by means of an automatic controller that regulates the voltage of a motor driving the adjustable device.