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Relaislose Anordnung zum Selbstabgleich von Resonanzkreisen mit- regelbarer Reaktanz, insbesondere einer Petersenspule. Die Kapazität von Hochspannungsnetzen ist bekanntlich starken Schwankungen unter- worfen., da Teile des Netzes, wie z. B. verkabelte Teile, je na-eh Bedarf zu- oder abgeschaltet werden.
Bei einer Erdschlusskompe nsation muss aber die Reaktanz der Petersen, spule der jeweiligen Netzkapazität angepasst sein, um so den erforderlichen Resonanz- zustand zu erhalten.
Es ist bekannt, die Abstimmung des Netzes mittels eines cos (p - ode Quotien- tenmessgerätes zu überwachen, wenn die Erregung des Resonanzkreises durch eine dem Nullpunktanschluss der Petersenspule zugeführte Fremdspannung gleicher oder annähernd gleicher Frequenz vorgenommen wird.
Man macht sich hierbei den Umstand zunutze, dass bei vollkommener Abstimmung des Netzes dem Resonanzkreis durch die Hilfsspannung nur ein Wirkstrom zugeführt werden kann, wähnend bei einer Verstim- mung eine vor- oder nacheilende Blindkomponente auftritt.
Die Erfindung löst die vorgenannte Aufgabe durch eine relaislose Anordnung zum Selbstausgleich von Resonanzkreisen, bei welcher ein von einer Zusatzspannung oder Nullpunktspannung im Resonanzkreis erzeugter Messstrom zusammen mit einem annähernd konstanten Hilfsstrom gleicher Frequenz und passend gewählter Phasenlage un- mittelbar in einem Regelmotor ein Drehmoment erzeugt,
dessen Richtung von der Phase des Resonanzstromes abhängt und zur Resonanzeinstellung der regelbaren Reaktanz benutzt wird.
Die Erfindung sei anhand. der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei= spiele näher erläutert.
In Abb. 1 erzeugt die durch den Motorgenerator G erzeugte Hilfsspannung Uli in dem aus einer Petersenspule 1 und der Kapa-
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zität 2 des Netzes bestehenden Resonanzkreis einen Strom JH, der je nach dem Abstimmungsgrad des Netzes voreilend, ohmiseh oder nacheilend ist, d. h. bei Verstimmung des Kreises ist eine Blindkomponente vorhanden.
Verwendet man, wie Abb. 1 zeigt, als Regelorgan für die regelbare Petersen- spule 1 einen vorzugsweise unter 01 laufenden zweiphasigen Asynchronmotor 31 und führt der Regelphase R den Strom J$ und der Hilfsphase H einen mit der Spannung UH phasengleichen Strom ig zu, so bildet, wie das Stromdiagramm nach Abb. 2 zeigt, iA mit der Blindkomponente JH . sin cp ein Drehmoment, wobei die Drehrichtung des Motors davon abhängt, ob Jn .
sin 9p vor- oder nacheilend bezw. die Induktivität 1 zu gross oder zu klein ist.
Wird als Regelorgan ein EinphasenNebenschluss-Kollektormotor verwendet, so führt man zweckmässig der Erregerwicklung den Messstrom JA zu, während der Hilfsstrom in den Ankerzweig speist. Zu beachten ist jetzt, dass, um ein Drehmoment zu erzeugen, im Gegensatz zum Asynchronmotor Jg . sin (p und. ix phasengleich sein müssen, d. h. also, dass ig gegen UN um 90' phasenverschoben sein muss. Die Induktivität der Erregerwicklung bezw. die der Regelphase bei Verwendung eines Asynchronmotors ist zweckmässig durch eine in Reihe geschaltete Kapazität zu kompensieren.
Bei der beschriebenen Anordnung führt die Regelphase R des Antriebsmotors im Ruhezustand, d. h. nach erfolgtem Abgleich, den grösstmöglichen Strom. Für diesen Dauerstrom, der als Resonanzstrom rein ohmisch ist und aus diesem Grunde nicht zum Drehmoment beiträgt, müsste aber der Motor ausgelegt werden. Anderseits soll der Motor aber noch bei einer möglichst grossen Verstimmung des Resonanzkreises, d. h. bei sehr kleinem JH und damit JH . sin 9p, ansprechen. Es sei dies an Hand des Stromdiagrammes nach Abb. 3 näher erläutert.
Es ist:
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worin r den Dämpfungswiderstand des Re- sonanzkreises in Ohm, z. B. r = 1, X = L . a) in Ohm, z. B. X = 20, und
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in Ohm, z. B. K = 20, darstellen. Es wird dann a) bei einer Dämpfung von 5 % im Resonanzfall JH = 1 (Max), b) bei einer Verstimmung von 5 (K = 19) Ju = 0,71 und Jx . sin g9 - 0,5; e) bei einer Verstimmung von 30 Ja = 0,2 und JH . sin q# = 0,2. Man kann nun wohl den Motor wegen der kurzen Regelzeiten im Lauf überlasten, nicht aber im Ruhezustand.
Es ist aus diesem Grunde erforderlich, die Wirkkomponente möglichst weitgehend und den Resonanzstrom im Ruhezustand vollständig zu kompensieren.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Ohmsche Komponente des Messstromes im Resonanzfall durch den Magnetisierungsstrom einer gleichstromvormagnetisierten Drossel, beispielsweise in der Auslegung als Gleichstromwandler, bei der praktisch Proportionalität zwischen dem vormagnetisierten Gleichstrom und dem Wechselmagnetisserungsstrom besteht, kompensiert,
wobei die Wechselspannung der Drossel gegen die dem Resonanzkreis zugeführte Spannung um 90' phasenverschoben ist und die Vormagnetisierung durch den gleichgerichteten Messstrom vorgenommen wird. Damit verwandelt sich die Anordnung nach Abb. 1 in die nach Abb. 4.
Da der Resonanzstrom Jn in Phase mit der vom Generator G erzeugten Spannung UA ist, der Sekundärstrom Je, des Gleichstromwandlers W gegen seine Wechselspannung aber um 90 phasenverschoben ist, muss zur Speisung des Gleichstromwandlers W die gegen -die Spannung UH um 90 phasenverschobene Hilfsspannung j # UH benutzt werden, die ja bei dreiphasiger Erzeugung der Hilfsspannung immer vorhanden ist.
Da der vormagnetisierende Gleichstrom des Gleichstromwandlers W mit dem gleich-
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gerichteten Resonanzstrom JH (-) identisch ist, da ferner durch geeignete Wahl des Übersetzungsverhältnisses des Gleichstromwandlers und des regelbaren Widerstandes r je ^ JH gemacht werden kann, und durch die Wahl der Hilfsspannungen UH und j. U$ auch die Stromphasen gleich sind, so gilt für den Resonanzfall in der Regelphase R des Motors M J$ - Je -- 0 und allgemein JH result. = JH - Je.
Damit nimmt aber das Stromdiagramm nach Abb. 3 die in den Abb. 5a und 5b dargestellte Form an.
Jetzt verschwindet die Ohmsche Komponente im Resonanzfall im Ruhezustand des Regelmotors völlig und ist nur in niederer Höhe während der Regelung vorhanden. Es kann somit jetzt der Motor für die grösste Verstimmung, d. h. für den kleinsten Wert von JH ausgelegt werden.
Besteht in der Anlage eine durch Ura- symmetrie der Phasenkapazitäten hervorgerufene Nullpunktsspannung mit Netzfrequenz, so kann diese bei Verwendung einer Hilfsspannung naturgemäss nicht von Je kompensiert werden, da ihre Frequenzen nicht übereinstimmen. Es tritt vielmehr somit eine Schwebung auf,
in. deren Verlauf sich der Störungsstrom in der Differenz- schaltung nach Abb. 4 einmal zu Je addiert und einmal kompensiert wird. Um für die Zeit der Addition den Motor nicht zu überlasten, ist es zweckmässig, wie die Abb. 6 zeigt, parallel zur Regelphase R des Motors M und zum Gleichrichter g eine gesättigte Eisendrossel D zu .schalten, die der Ableitung des Überstromes dient.
Der Motor läuft in diesem Teil der Schwebung mit verminderter Empfindlichkeit, erreicht diese jedoch im zweiten Teil der @Schwebung, wo die volle Kompensation der Störungskomponente erfolgt, wieder. Der Regelmotor kann auch über eine entsprechende Übersetzung ein stärkeres Antriebsaggregat steuern. Die Hilfsspannungen UH und - j .
UH, deren Frequenz ein wenig von der Netzfrequenz abweicht, damit die Regeleinrichtung nicht bereits durch Nullpunktsspannun- gen von 50 Perioden in Tätigkeit gesetzt wird, können, wie die Abb. 1 und 4 zeigen, durch einen Motorgenerator G erzeugt werden oder aber diese Hilfsspannungen werden einem Drehregler entnommen, der primärseitig am Netz liegt und dessen Läufer durch einen Hilfsmotor mit geringer Geschwindigkeit gegen oder in Richtung des Drehfeldes angetrieben wird, so dass die Drehzahl des Läufers sich zur Felddrehzahl addiert oder subtrahiert,
womit der Sekundärspannung der geringe erforderliche Frequenzunter- schied .gegeben ist. Es. ist auch möglich, ohne Hilfsmotor auszukommen, indem man das dem Drehregler innewohnende Drehmoment unter Zuhilfenahme einer Bremse mit stark drehzahlabhängigem Moment ausnutzt.
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Relayless arrangement for self-balancing of resonance circuits with controllable reactance, especially a Petersen coil. The capacity of high-voltage networks is known to be subject to strong fluctuations, since parts of the network, such as B. cabled parts can be switched on or off depending on the need.
In the event of an earth fault compensation, however, the reactance of the Petersen coil must be adapted to the respective network capacitance in order to obtain the required resonance state.
It is known to monitor the coordination of the network by means of a cos (p - ode quotient measuring device, if the excitation of the resonance circuit is carried out by an external voltage of the same or approximately the same frequency fed to the zero point connection of the Petersen coil.
One makes use of the fact that when the network is perfectly coordinated, only an active current can be fed to the resonant circuit by the auxiliary voltage, whereas a leading or lagging reactive component occurs in the event of a detuning.
The invention achieves the above-mentioned object by means of a relay-free arrangement for self-balancing of resonance circuits, in which a measuring current generated by an additional voltage or zero point voltage in the resonance circuit together with an approximately constant auxiliary current of the same frequency and appropriately selected phase position generates a torque directly in a control motor,
whose direction depends on the phase of the resonance current and is used to adjust the resonance of the controllable reactance.
The invention is based on. the Ausführungsbei = games shown in the drawings explained in more detail.
In Fig. 1, the auxiliary voltage Uli generated by the motor generator G is generated in which a Petersen coil 1 and the capacitance
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The resonance circuit existing 2 of the network has a current JH which, depending on the degree of coordination of the network, is leading, resistive or lagging, d. H. if the circuit is detuned, a reactive component is present.
If, as Fig. 1 shows, a two-phase asynchronous motor 31, preferably running under 01, is used as the control element for the controllable Petersen coil 1 and the control phase R is supplied with the current J $ and the auxiliary phase H with a current ig in phase with the voltage UH, so forms, as the current diagram according to Fig. 2 shows, generally with the reactive component JH. sin cp is a torque, the direction of rotation of the motor depending on whether Jn.
sin 9p leading or lagging respectively. the inductance 1 is too large or too small.
If a single-phase shunt collector motor is used as the regulating device, it is advisable to feed the measurement current JA to the excitation winding, while the auxiliary current is fed into the armature branch. It should now be noted that in order to generate a torque, in contrast to the asynchronous motor Jg. sin (p and. ix must be in phase, i.e. that ig must be phase shifted by 90 'with respect to UN. The inductance of the excitation winding or that of the control phase when using an asynchronous motor is expediently compensated by a series-connected capacitance.
In the arrangement described, the control phase R of the drive motor is in the idle state, i.e. H. after the adjustment, the greatest possible current. The motor would have to be designed for this continuous current, which is purely ohmic as a resonance current and for this reason does not contribute to the torque. On the other hand, the motor should still have the greatest possible detuning of the resonance circuit, i.e. H. with a very small JH and thus JH. sin 9p, address. This is explained in more detail using the current diagram according to FIG. 3.
It is:
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where r is the damping resistance of the resonance circuit in ohms, e.g. B. r = 1, X = L. a) in ohms, e.g. B. X = 20, and
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in ohms, e.g. B. K = 20 represent. A) with a damping of 5% in the case of resonance JH = 1 (Max), b) with a detuning of 5 (K = 19) Ju = 0.71 and Jx. sin g9 - 0.5; e) with a disgruntlement of 30 yes = 0.2 and JH. sin q # = 0.2. You can now overload the motor because of the short control times while it is running, but not when it is idle.
For this reason, it is necessary to compensate for the active component as much as possible and for the resonance current to be fully compensated in the idle state.
According to a further embodiment of the invention, the ohmic component of the measuring current in the case of resonance is compensated for by the magnetizing current of a direct current biased choke, for example in the design as a direct current converter, in which there is practically proportionality between the biased direct current and the alternating magnetizing current,
The alternating voltage of the choke is phase-shifted by 90 'with respect to the voltage supplied to the resonance circuit and the premagnetization is carried out by the rectified measuring current. The arrangement according to Fig. 1 is thus transformed into that according to Fig. 4.
Since the resonance current Jn is in phase with the voltage UA generated by the generator G, the secondary current Je of the DC-DC converter W is phase-shifted by 90 with respect to its AC voltage, the auxiliary voltage j #, which is 90-phase-shifted from the voltage UH, must be used to supply the DC-DC converter UH, which is always present with three-phase generation of the auxiliary voltage.
Since the pre-magnetizing direct current of the direct current converter W with the direct
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Directional resonance current JH (-) is identical, since furthermore, through a suitable choice of the transformation ratio of the DC converter and the controllable resistor r je ^ JH, and through the choice of the auxiliary voltages UH and j. U $ also the current phases are the same, then for the case of resonance in the control phase R of the motor M J $ - Je - 0 and generally JH result. = JH - Je.
However, the current diagram according to FIG. 3 thus assumes the form shown in FIGS. 5a and 5b.
Now the ohmic component disappears completely in the case of resonance in the idle state of the control motor and is only present at a low level during control. The motor can now be used for the greatest detuning, i.e. H. can be designed for the smallest value of JH.
If there is a zero point voltage with mains frequency caused by the asymmetry of the phase capacitances in the system, this naturally cannot be compensated by Je when using an auxiliary voltage, since their frequencies do not match. Rather, there is a beating,
in. whose course the interference current in the differential circuit according to Fig. 4 is added once to each and compensated once. In order not to overload the motor for the duration of the addition, it is advisable, as Fig. 6 shows, to connect a saturated iron choke D in parallel to the control phase R of the motor M and to the rectifier g, which is used to dissipate the overcurrent.
In this part of the beat, the motor runs with reduced sensitivity, but reaches this again in the second part of the @beat, where full compensation of the disturbance component takes place. The regulating motor can also control a more powerful drive unit via a corresponding gear ratio. The auxiliary voltages UH and - j.
UH, the frequency of which deviates a little from the mains frequency, so that the control device is not already activated by zero point voltages of 50 periods, can, as Figs. 1 and 4 show, be generated by a motor generator G or these auxiliary voltages can be generated taken from a rotary control that is connected to the mains on the primary side and whose rotor is driven by an auxiliary motor at low speed against or in the direction of the rotating field, so that the rotor's speed is added to or subtracted from the field speed,
which gives the secondary voltage the small required frequency difference. It. It is also possible to do without an auxiliary motor by utilizing the torque inherent in the rotary control with the aid of a brake with a strongly speed-dependent torque.