CH151768A - Anordnung um in einem Stromkreis veränderlicher Frequenz eine Zusatzspannung zu erzeugen. - Google Patents

Anordnung um in einem Stromkreis veränderlicher Frequenz eine Zusatzspannung zu erzeugen.

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CH151768A
CH151768A CH151768DA CH151768A CH 151768 A CH151768 A CH 151768A CH 151768D A CH151768D A CH 151768DA CH 151768 A CH151768 A CH 151768A
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Aktiebolaget Allman Elektriska
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Description


  Anordnung um in einem Stromkreis veränderlicher Frequenz eine  Zusatzspannung zu erzeugen.    Schaltet man in einen Gleichstromkreis  einen mit konstanter Geschwindigkeit um  laufenden Reihenschlussmotor ein, so wirkt  letzterer, wie bekannt, in derselben Weise  wie ein ohmscher Widerstand, das heisst er  verursacht einen dem Strom proportionalen  Spannungsabfall. Ein in derselben Weise ein  geschalteter Reihenschlussgenerator wirkt wie  ein negativer ohmscher Widerstand. Dasselbe  gilt auch bei einem Wechselstromkreis, falls  die eingeschaltete Maschine in bezug auf den  induktiven Spannungsabfall kompensiert ist,  beispielsweise eine sogenannte     Scherbiusma-          schine    mit Kompensationswicklung.  



  Bei Wechselstrom kann die Sache auch  so ausgedrückt werden, dass die eingeschal  tete Maschine einen Spannungsvektor liefert,  welcher 180  dein Stromvektor vor- oder  nacheilt und ihm proportional ist. Aus dieser  Betrachtungsweise geht hervor, dass, falls man  die Reihenschlussmaschine derart modifiziert,  dass ihr Kraftfluss in bezug auf den Strom nach-    eilt, die Maschinenspannung eine Komponente  erhält, welche dem Strom 90  voreilt, so dass  die Maschine als Phasenkompensator wirkt,  dessen kompensierende Spannungskomponente,  wie später nachgewiesen wird, ausserdem dem  Produkt der Stromstärke und der Frequenz,  d. h. dem induktiven Spannungsabfall eines  gewissen Stromkreises, proportional wird.

    Die vorliegende Erfindung betrifft die Ein  schaltung einer so ausgebildeten Maschine in  einen Stromkreis mit veränderlicher Frequenz,  zum Zwecke der Kompensierung des induk  tiven Spannungsabfalles.  



  Mehrere Ausführungsformen der Erfindung  sind in der beiliegenden Zeichnung in Fig.  1-8 schaubildlich dargestellt.  



  In Fig. 1 ist die Erfindung allgemein auf  einen mehrphasigen Stromkreis angewandt  dargestellt, von welchem nur eine Phase ein  gezeichnet ist, und dessen Nullpunkt im Läufer  der Maschine 1 gedacht wird. Die Maschine  hat im Ständer eine Kompensationswicklung      5 und eine Reihenschluss-Erregerwicklung 3.  Parallel zu letzterer liegt ein regelbarer,  ohmscher Widerstand 4. Bezeichnet man den  ohmschen Widerstand und die Reaktanz der  Wicklung 3 mit r3 bezw. x3 und den Wert  des Widerstandes 4 mit r4, die Ströme in 3  und 4 mit I3 bezw.

   I4 und deren Summe mit  I1, so erhält man die Gleichungen:  I3 + I4 = I1  I3 (r3 - j x3) = I4 r4    Hieraus erhält man  
EMI0002.0000     
    Falls I3 in eine mit I1 gleichphasige und eine  dazu senkrechte Komponente aufgeteilt wird,  erhält man  
EMI0002.0001     
    Die in der Maschine 1 erzeugte Umlaufspannung  sei als proportional zu I3 angenommen (unge  sättigter Magnetkreis) und kann = - d ³ I3  gesetzt werden, wobei das Minuszeichen be-    deutet, dass die Maschine eine Spannungs  komponente in Phase mit dem Strom auf  nimmt, das heisst als Motor läuft. Sie wird  also  
EMI0002.0002     
    Das erste Glied der rechten Seite bedeutet  hier einen Spannungsabfall in Phase mit dem  Strom und das andere Glied eine Spannung,  die dem Strom 90  voreilt, also eine Kom  pensationsspannung. Das letzte Glied enthält  x3 im Zähler und
EMI0002.0003  
   im Nenner.

    Macht man die Summe rs + r4 gross im Ver  hältnis zu x3, so wird das zweite Glied des  Nenners unbedeutend im Vergleich mit 1, d.  h. der Nenner wird praktisch unabhängig von  x3, und somit von der Frequenz. Die Kom  pensationsspannung, welche x3 im Zähler  enthält, wird in diesem Fall direkt propor  tional der Frequenz, weshalb sie durch ent  sprechende Bemessung der Maschine 1 einen  im Stromkreis vorhandenen, dieser Frequenz  proportionalen, induktiven Spannungsabfall  ganz kompensieren kann.  



  Falls der Koeffizient für j I1 in der letz  ten Gleichung  
EMI0002.0004     
    gesetzt wird, wo
EMI0002.0005  
   eine Kon  stante ist, und die Maschine so bemessen  wird, dass a x3 bei niedrigen Werten der  Frequenz, wenn der Nenner gegen 1 konver  giert, gleich der Reaktanz des Stromkreises  wird, so wird bei höherer Frequenz der     un-          kompensierte    Rest des induktiven Spannungs  abfalles  
EMI0002.0008     
    welches, da     rs   <I>1- r4</I> immer als gross im Ver  gleich mit     xa    vorausgesetzt wird,  
EMI0002.0011     
      gesetzt werden kann.

   Da der gesamte ohm  sche Widerstand infolge des vorhergesagten  mindestens
EMI0003.0000  
   sein muss, wird der  höchste Phasenfehler also
EMI0003.0001  
   Falls x3  einen Drittel von rs + r4 beträgt, was etwa  ein normaler Wert ist, wird der Phasenfehler  also höchstens
EMI0003.0002  
   wogegen er ohne die Ma  schine 1 etwa
EMI0003.0003  
   sein würde.  



  Anstatt direkt kann man den Widerstand  4 auch transformatorisch parallel zur Wick  lung 3 schalten, beispielsweise durch eine  Wicklung 5 auf denselben Kern wie die Wick  lung 3, wie Fig. 2 zeigt.  



  Fig. 3 zeigt eine Anwendung der Maschine  nach Fig. 1 als Phasenkompensator eines ge  wöhnlichen Asynchronmotors 6. Der Kompen  sator 1, welcher mit der in Fig. 1 gezeigten  Maschine identisch ist und dieselben Bezeich  nungen für die Einzelheiten hat, ist an den  Schleifringen der Hauptmaschine angeschlos  sen und mit einer besondern Maschine 7 ge  kuppelt, welche gewöhnlich als Generator  läuft, da die Maschine 1 als Motor arbeitet.  



  In Fig. 4 dient die Maschine 1 als Pha  senkompensator im Erregerkreis einer grösse  ren Kollektormaschine mit Ständererregung  (Scherbiustyp). Letztere Maschine ist mit 8  und ihre Erregerwicklung mit 9 bezeichnet.  Die letztere soll im übrigen einer Stromquelle  angeschlossen sein, deren Spannung konstant  oder beliebig veränderlich sein kann. Die  Maschine 1 hat hei entsprechender Bemessung  die Wirkung, dass der Strom im Erregerkreis  unabhängig von der Frequenz der genannten  Spannung in Phase und Grösse genau folgt.  



  Man kann auch, wie Fig. 5 zeigt, die Ma-,  schine 1 derart abändern, dass sie nebst ihrer  ursprünglichen Wirkung selbst als     Erreger-          inaschine    für eine Scherbiusmaschine 8 dient.  Zu diesem Zweck wird sie mit einer beson  deren Erregerwicklung 10 versehen, welche  in derselben Achse wie die Wicklung 3 wirkt.  Falls diese beiden Wicklungen auf denselben    Polkernen liegen, was vom Gesichtspunkt des  Maschinenbaues am bequemsten ist, muss eine  Massnahme getroffen werden, um dem induk  tiven Einfluss des Stromkreises mit der Wick  lung 10 auf den Nebenschlusskreis mit der  Wicklung 3 entgegen zu wirken. Zu diesem  Zweck können diese Stromkreise ausserhalb  der Maschine durch einen Transformator 11  verkettet werden, der der ebengenannten in  duktiven Verkettung entgegenwirkt.

   Falls  die Wicklungen beispielsweise auf magnetisch  parallelen Teilen eines Spaltpolkernes     gewik-          kelt    sind, kann ein derartiger     Entkopplungs-          transformator    entbehrt werden.  



  Es kann auch genügen, in den Neben  schlusskreis mit der Wicklung 3 eine ent  sprechend bemessene Reaktanz einzuschalten,  d. h. man kann die in Reihe mit der Wick  lung 10 geschaltete Wicklung des Transfor  mators 11 auslassen. In gewissen Fällen kann  es sogar zweckmässig sein, dass letztere Wick  lung derart gewickelt wird, dass sie die Wir  kung der induktiven Kopplung durch die Er  regerwicklungen in der Maschine verstärkt.  Sie muss dann jedoch eine wesentlich kleinere  Anzahl Amperewindungen als die andere  Wicklung des Transformators enthalten, so  dass die Induktanz der letzteren Wicklung  noch immer entscheidend für die Stromver  hältnisse in deren Stromkreis ist. Der Vorteil  einer Schaltung letztgenannter Art ist der,  dass sie, im Vergleich zu der ursprünglich be  schriebenen, die Gesamtinduktanz des die  Wicklung 10 umfassenden Stromkreises her  absetzt.

   In sämtlichen beschriebenen Fällen  soll der Transformator 11 eine verhältnismässig  grosse Reaktanz besitzen, beispielsweise mit  Luftspalte im Eisenkern ausgeführt sein.  



  Falls eine nach Fig. 5 ausgeführte Ma  schine 1 unmittelbar als Phasenkompensator  einer Asynchronmaschine benutzt wird, kann  die Schaltung nach Fig. 6 ausgeführt sein.  Die Wicklung 10 wird hier von den Schleif  ringen der Hauptmaschine 6 über eine Dros  selspule 12 gespeist. Ihr Strom wird deshalb  annähernd konstant, unabhängig von der       Schlüpfung,    da Spannung und     Reaktanz    sich  in demselben Verhältnis ändern. Die Maschine      6 erhält deshalb eine Kompensationsspannung,  die sich aus einer nahezu konstanten und  einer dem Belastungsstrom proportionalen  Komponente zusammensetzt, und gleichzeitig  eine kompoundierende Gegenspannung.  



  Fig. 7 zeigt eine Schaltung, die sich für  Tourenregelung bei Asynchronmotoren eignet.  An den Schleifringen der Hauptasynchron  maschine 6 ist eine Scherbiusmaschine 8 mit  Erregerwicklung 9 angeschlossen, welch letz  tere durch eine Maschine 1 derselben Aus  führung wie in Fig. 5 gespeist wird. Die Er  regerwicklung 10 der letzteren Maschine wird  ihrerseits durch einen kleinen Generator 13  von Schragetyp mit in Reihe geschalteten  Läufer- und Ständerwicklungen gespeist, des  sen Schleifringe in bekannter Weise an das  Netz über einen regelbaren Transformator 14  in Reihe mit einem die Maschine mit dem  Hauptstromkreis verkoppelnden Stromwandler  15 angeschlossen sind.

   Der Generator 13  liefert einen der aufgedrückten Spannung  proportionalen Strom für die Wicklung 10,  worauf die Maschine 1 in schon beschriebener  Weise einen hierzu proportionalen Strom an  die Wicklung 9 liefert.  



  Fig. 8 zeigt schliesslich eine Schaltung zur  Belastung einer Asynchronmaschine 6 mit  einer von der Schlüpfung unabhängigen oder  wenigstens derselben nicht proportionalen  Leistung. An die Schleifringe der Asynchron  maschine ist eine Scherbiusmaschine 8 ange  schlossen, welche von einer in Analogie mit  den Fig. 5-7 ausgeführte Maschine 1 erregt  wird. An die Erregerwicklung 10 letzterer  Maschine sind zwei in Reihe geschaltete  Spannungsquellen angeschlossen, nämlich ein  Frequenzumformer 16, welcher eine von der  Schlüpfung unabhängige Spannung liefert,  und eine Asynchronmaschine 17, welche eine  der Schlüpfung wesentlich proportionale Span  nung liefert.

   Zweckmässig ist die letztere an  das Netz durch einen Reihentransformator 18  angeschlossen, dessen Primärwicklung in der  Zuleitung der Hauptmaschine liegt, und wel  cher so bemessen ist, dass die Maschine 17  auf der Sekundärseite eine Spannung liefert,  die der Schlupfspannung der Hauptmaschine    unter Berücksichtigung aller induktiven     Span-          rrungsabfälle    proportional ist.

   Falls die Kom  pensationsmaschine 1 für die Kompensierung  der induktiven Spannungsabfälle sowohl in  der Wicklung 9, als in der Wicklung 10 be  messen ist, so liefert die Maschine 8, einer  seits unter dem Einfluss der Maschine 17,  eine Spannungskomponente, die die Resultante  aller der Schlüpfung proportionalen Span  nungskomponenten der Hauptmaschine genau  ausgleicht, anderseits, unter dem Einfluss der  Maschine 16, eine Spannungskomponente, die  den von der Schlüpfung unabhängigen ohm  schen Spannungsabfall im Kreise deckt. Durch  Regelung der letzterwähnten Komponente  mittelst der Maschine 16 kann man daher  den Sekundärstrom und dadurch die Belastung  der Maschine 6 regeln.

   Selbstverständlich  kann man durch eine gleichzeitige Regelung  der Primärspannungen der Maschine 16 und  17 jede erwünschte Zwischenform zwischen  dieser Arbeitsweise und einer der Schlüpfung  proportionalen Belastung erhalten.  



  Die in Fig. 6-8 dargestellten Schaltun  gen können derart abgeändert werden, dass,  anstatt einer mit unabhängiger Erregerwick  lung versehenen Kompensationsmaschine nach  Fig. 5 eine Maschine nach Fig. 4 in Reihe  mit einer besonderen Erregermaschine ver  wendet wird. Die gezeigte Ausführung ist je  doch im allgemeinen infolge ihres niedrigeren  Preises vorzuziehen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Anordnung um in einem Stromkreis ver änderlicher Frequenz eine Zusatzspannung zu erzeugen, welche eine dem induktiven Span nungsabfall entgegengesetzt gerichtete und proportionale Komponente enthält, dadurch gekennzeichnet, dass im Stromkreis eine Reihenschlussmaschine mit Ständererregung und mit einem zur Erregerwicklung parallel geschalteten ohmschen Widerstand einge schaltet ist. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> 1. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand über einen Transformator eingeschaltet ist, in dem am Kern der Erregerwicklung eine zweite, durch den Widerstand geschlossene Wicklung verlegt ist. 2.
    Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschluss maschine an den Schleifringen einer Asyn chronmaschine unmittelbar angeschlossen ist, um in letzterer Maschine Phasenkom- pensierung zu bewirken. 3. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschluss maschine im Erregerkreis eine Kollektor maschine mit Ständererregung (Scherbius- maschine) eingeschaltet ist. 4. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschluss maschine auch mit einer unabhängigen Erregerwicklung versehen ist, welche so angeordnet ist, dass die gegenseitige In duktanz zwischen derselben und der Rei henschlusswicklung wesentlich aufgehoben oder ausgeglichen ist. 5.
    Anordnung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromkreise, wel che die Reihenschlusswicklung und die unabhängige Erregerwicklung enthalten, ausserhalb der Maschine durch einen Trans formator induktiv gekoppelt sind, welcher die Wirkung der gegenseitigen Induktanz in der Maschine ausgleicht. 6. Anordnung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator grosse Reaktanz besitzt. 7. Anordnung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drosselspule in dem die Reihenschlusswicklung und den Widerstand enthaltenden Stromkreis an geordnet ist. 8.
    Anordnung nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Kern der Drossel spule eine zweite Wicklung liegt, welche die induktive Wirkung des die Reihen- schlusswicklung enthaltenden Stromkreises auf den die unabhängige Erregerwicklung enthaltenden Stromkreis verstärkt, aber so kleine Amperewindungszahl hat, dass ihre Rückwirkung auf den ersteren Strom kreis gering wird. 9. Anordnung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibenschluss wicklung und die unabhängige Erreger wicklung auf getrennten, magnetisch pa rallelen Kernen liegen. 10.
    Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschluss maschine an den Schleifringen einer Asyn chronmaschine angeschlossen ist, und dass in dem die Maschine enthaltenden Strom kreis eine Umlaufspannung erzeugt wird, deren Erregerstrom den Schleifringen über eine Drosselspule entnommen wird. 11. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschluss maschine zwischen einem Kollektorgene rator von Schragetyp und der Erreger wicklung einer Kollektormaschine von Scherbiustyp geschaltet ist, wobei letzterer ihrerseits in Kaskade an eine Asynchron maschine angeschlossen ist. 12.
    Anordnung nach Patentanspruch, bei wel cher die Reihenschlussmaschine im Erre gerkreis einer Scherbiusmaschine liegt, welche in Kaskade an eine Hauptasyn chronmaschine angeschlossen ist, dadurch gekennzeichhet, dass die Reihenschlussma schine oder ihre Erregerwicklung in Reihe mit zwei Erregermaschinen liegt, deren eine eine von der Schlüpfung der Haupt maschine unabhängige und die andere eine der genannten Schlüpfung wesentlich pro portionale Spannung liefert.
CH151768D 1929-12-05 1930-10-27 Anordnung um in einem Stromkreis veränderlicher Frequenz eine Zusatzspannung zu erzeugen. CH151768A (de)

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