Phasenschieber Nach der Erfindung ist der Phasenschieber, da durch gekennzeichnet, dass durch ein umlaufendes Steuerfeld in einer mittels durch den Wechselstrom belasteten Stromrichtern periodisch nahezu kurzge schlossenen Querfeldwicklung ein Strom hervorgeru fen wird, der das Hauptfeld erzeugt und in der Wech- selstromwicklung der Maschine die Ausgangsspan nung induziert. In der einen möglichen Ausführungs form besitzt die Maschine noch einen innerhalb eines Stators drehbaren Rotor, der die Steuerfeldwicklung trägt.
Nach der Erfindung lässt sich aber ein Phasen schieber nach dem eingangs erwähnten Prinzip auf bauen, der keine bewegten Teile mehr besitzt. Anstelle des sich drehenden Rotors mit dem umlaufenden, von einer Gleichstromquelle erregten Steuerfeld tritt bei dieser Ausführungsform ein synchron umlaufendes Steuerfeld, das gegenüber dem Hauptdrehfeld um 90 phasenverschoben ist.
Ein Ausführungsbeispiel der zuerst erwähnten Ausführungsform ist in der Zeichnung Fig. 1 schema tisch dargestellt. Der Stator 1 trägt in Nuten die Wick lungsspulen R, S, T. Diese stehen mit dem Netz in Verbindung, an das der Blindstrom geliefert werden soll. Es ist der Übersicht halber nur die Phase R ge zeichnet und die Wirkungsweise wird auch nur in Be zug auf die Phase R erläutert. Bezüglich der Phasen S und T ist die Beschreibung sinngemäss zu ergänzen.
Zur Phase R gehört eine im Stator 1 unterge brachte Querfeldwicklung 2, die ähnlich wie bei einer Verstärkermaschine für Gleichstrom in sich geschlos sen ist, allerdings über einen gesteuerten Stromrichter 3. Der Stromrichter 3 ist gesperrt zu Zeiten, in denen die Wechselspannung ihre Amplitude erreicht und ist freigegeben in einem um den Nulldurchgang der Spannung herum liegenden Bereich. Für die Phasen S und T gilt sinngemäss das entsprechende.
Der Rotor 4 ist mit kleinen Steuerpolen 5 versehen, auf denen eine Steuerfeldwicklung 6 angebracht ist. Diese Steuerfeldwicklung wird über nicht dargestellte Schleifringe von einer Gleichstromquelle erregt. Auf den Steuerpolen ist gegebenenfalls noch eine Kompen sationswicklung 7 vorhanden.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei grund sätzlich folgendes bemerkt: Belastet man einen mehr- phasigen Wechselstromgenerator mit einem mehrpha- sigen gesteuerten Gleichrichter und regelt man diesen Gleichrichter durch Verschiebung der Gittersteuerung etwa auf die Gleichspannung Null, so kann der Gleich stromkreis in seinem Widerstand und bei entsprechen der Vielphasigkeit auch in seiner Induktivität so weit gehend reduziert werden, dass nahezu ein Kurzschluss vorliegt, der Gleichstrom aber trotzdem von Anode zu Anode weiter kommutiert wird.
Der so betriebene Stromkreis kann weitgehend die Aufgabe der Erregung des gesamten Generators übernehmen, wobei seine Stromstärke bei festgelegter Gleichrichteraussteuerung von der Feldwicklung des Generators gesteuert wird. Für die Haupterregung des Generators wird somit die Verstärkerwirkung der Maschine ausgenützt.
Für das vorliegende Ausführungsbeispiel gilt dem nach folgendes: Die Steuerfeldwicklung 6 ruft in der Querfeldwicklung 2 entsprechend dem periodisch ge ringen Widerstand dieses Kreises bei geöffnetem Stromrichter 3 einen grossen Strom hervor, der das Hauptfeld der Maschine zur Folge hat, das sich über den aus der Zeichnung ersichtlichen wicklungslosen Teil des Rotors 4 und des Stators 1 schliesst. Dieses Hauptfeld ruft bei der Drehung des Rotors in der Phase R die EMK hervor, die bei der gezeichneten Stellung des Rotors zur Phase R gerade ihr Maximum hat.
Die Maschine benötigt keinen mechanischen An trieb, denn der Rotor stellt sich mit seinem Rück- schlussweg für das Hauptfeld selbsttätig in die richtige Phasenlage ein und läuft synchron mit. Durch die Grösse der Erregung des Steuerfeldes wird die Blind leistung auf den gewünschten Wert gebracht.
Zweck- mässig ist der Rotor mit einer Dämpferwicldung ver sehen, die beim Phasenschieberbetrieb auch den An lauf bis zum Synchronismus erleichert. Nach dem Hochlauf stellt sich der Rotor so ein, dass seine Rück schlusspole mit dem Drehfeld synchron umlaufen. Dann steht das Steuerfeld mit seiner Gleichstrom wicklung stets senkrecht zum Vektor des Drehfeldes, so wie es die Wirkung der Maschine gemäss der Er findung verlangt.
Die Lieferung kapazitiven Blindstromes ist da durch möglich, dass die Spannung und damit der Gleichstrom in der Steuerfeldwicklung erhöht wird. Das in dieser Weise verstärkte Steuerfeld induziert somit in der Querfeldwicklung eine höhere EMK, die einen entsprechend grösseren Strom über die Strom richterelemente und damit die gewünschte Verstär kung des Hauptfeldes bewirkt, die zur Blindstrom lieferung notwendig ist.
Es wurde bereits erwähnt, dass der synchrone Lauf durch die Polform und den Flussweg weitgehend ge währleistet ist, so dass man dem synchron laufenden Phasenschieber auch eine gewisse Wirklast, z.B. zur Deckung der Erregerverluste, zumuten kann. Man wird daher erforderlichenfalls zusätzliche Mittel zur Kompensation des Wirkstromanteiles vorsehen.
Als Vorteil eines solchen Phasenschiebers ist vor allem die kleine Steuerleistung und die niedrige Zeit konstante zu nennen, wie sie durch das Prinzip der Verstärkermaschine gegeben ist.
Bei dem bisher behandelten Ausführungsbeispiel Fig. 1 ist vor allem durch die Ausbildung des Rotors dafür gesorgt, dass das Steuerfeld stets senkrecht zum Vektor des Hauptfeldes, also des Drehfeldes, steht. Eine Sicherung der gegenseitigen Lage ist aber auch durch die Steuerung des Stromflusses in den einzelnen Phasen des Querfeldes mit Hilfe gesteuerter Strom richter möglich.
Ein Beispiel hierfür zeigt vereinfacht die Fig. 2. Der Stator der Maschine trägt drei Wicklungen, und zwar eine Steuerwicklung 11, eine Stromrichterwick- lung 12 und eine Drehstromwicklung 13. Die Steuer wicklung 11 ist über einen Drehregler 14 und einen Regeltransformator 15 an das Drehstromnetz 16 an geschlossen. In der Steuerwicklung 11 entsteht daher ein Drehfeld, dessen Phasenlage und Amplitude ein stellbar ist.
Das Drehfeld induziert in der Stromrich- terwicklung 12 eine Spannung. An die Anzapfungen n1, n2 ..... der Stromrichterwicklung 12, sind nicht dar gestellte Stromrichter angeschlossen, die in bestimm tem Takt zeitweise geöffnet bzw. gesperrt werden und dadurch abschnittsweise Teile der Stromrichter- wicklung kurzschliessen. Die Kurzschliessung erfolgt in einem der Umlaufzahl des Drehfeldes entsprechen den Takt.
Diese Abschnitte der Stromrichterwicklung bilden dadurch eine ihre Lage bzw. Stromführung ständig ändernde Querfeldwicklung, die, ähnlich wie bei einer Verstärkermaschine für Gleichstrom, das Hauptfeld hervorruft, das wiederum in der Dreh- stromwicIdung 13 die Ausgangsspannung induziert. Durch den Drehregler 14 und gegebenenfalls eine nicht dargestellte Steuereinrichtung für die Öffnung der Stromrichter, kann die Winkellage des Vektors dieser Spannung gegenüber dem Drehfeld und ihre Ampli tude festgelegt werden.
Der Rotor 17 ist bei diesem Ausführungsbeispiel unbewickelt und bildet den ma gnetischen Rückschluss. Dieser Rotor kann mit einer Dämpferwicklung zum Hochlaufen versehen sein. Er synchronisiert sich dann selbst wie bei einem Reluk- tanzmotor.
Der Grundgedanke der Erfindung lässt aber auch den Aufbau eines Phasenschiebers ganz ohne bewegte 'Teile zu. Anstelle des sich drehenden Rotors mit dem umlaufenden Gleichstromsteuerfeld wie in Fig. 1 tritt ein synchron umlaufendes Steuerfeld, das gegenüber dem Hauptdrehfeld um 90 phasenverschoben ist. An stelle des bisher aus massivem Eisen aufgebauten Ro tors tritt unter Fortfall des Luftspaltes ein in üblicher Weise aus Blechen geschichteter Magnetkörper.
Die richtige Phasenlage und der synchrone Lauf des Steuerdrehfeldes ergibt sich durch Anschluss an die Speiseleitung des Hauptdrehfeldes, wobei durch eine geeignete Transformatorschaltung für die richtige 90 - Winkellage gesorgt wird. Damit ist zugleich die rich tige Relativlage zu den Steuerimpulsen und damit zum Stromfluss in den Wicklungen des Querfeldes gege ben. Betrag und Vorzeichen der zu liefernden Blind leistung werden durch Änderung der Amplitude des Steuerfeldes, beispielsweise mit Hilfe eines Stell transformators, eingestellt.
Zu Gunsten dieser völlig ohne bewegte Teile ausgeführten Bauform ist anzu führen, dass die Nachteile, die bei einem Phasen schieber mit rotierendem Anker auftreten, wegfallen. Statt der üblichen Kühlung durch Luft oder Wasser kann eine Ölkühlung verwendet werden, die eine bes sere Kühlwirkung ergibt. Als weiterer Vorteil ist noch zu erwähnen, dass ein Phasenschieber dieser Bauform bei Belastungsstössen nicht ausser Tritt fallen kann, da er keine bewegten Massen besitzt und demgemäss atossartigen Vorgängen unverzüglich folgen kann.
Phase shifter According to the invention, the phase shifter is characterized in that a rotating control field in a transverse field winding that is periodically almost short-circuited by means of converters loaded by the alternating current causes a current that generates the main field and the output voltage in the alternating current winding of the machine induced. In one possible embodiment, the machine also has a rotor which can be rotated within a stator and which carries the control field winding.
According to the invention, however, a phase shifter can be built on the principle mentioned at the beginning, which no longer has any moving parts. Instead of the rotating rotor with the revolving control field excited by a direct current source, in this embodiment there is a synchronously revolving control field which is phase-shifted by 90 relative to the main rotating field.
An embodiment of the first-mentioned embodiment is shown in the drawing Fig. 1 schematically. The stator 1 carries the winding coils R, S, T in grooves. These are connected to the network to which the reactive current is to be supplied. For the sake of clarity, only phase R is drawn and the mode of operation is also only explained in relation to phase R. With regard to phases S and T, the description must be supplemented accordingly.
Phase R includes a transverse field winding 2 housed in the stator 1, which is closed in itself similar to an amplifier machine for direct current, but via a controlled converter 3. The converter 3 is blocked at times when the alternating voltage reaches its amplitude and is released in a range lying around the zero crossing of the voltage. The same applies analogously to phases S and T.
The rotor 4 is provided with small control poles 5 on which a control field winding 6 is attached. This control field winding is excited by a direct current source via slip rings (not shown). A compensation winding 7 may be present on the control poles.
To explain the mode of operation, the following should be noted: If you load a multiphase alternating current generator with a multiphase controlled rectifier and you regulate this rectifier by shifting the grid control to about DC voltage zero, the DC circuit can correspond in its resistance and at Due to the multiphase nature, its inductance can also be reduced so far that there is almost a short circuit, but the direct current is still commutated from anode to anode.
The circuit operated in this way can largely take on the task of exciting the entire generator, with its current intensity being controlled by the field winding of the generator with a fixed rectifier modulation. The amplifier effect of the machine is thus used for the main excitation of the generator.
For the present embodiment, the following applies: The control field winding 6 causes a large current in the transverse field winding 2 according to the periodically ge wrestling resistance of this circuit when the converter 3 is open, which has the main field of the machine as a result, which is about the from the drawing apparent winding-free part of the rotor 4 and the stator 1 closes. When the rotor rotates in phase R, this main field causes the EMF, which is at its maximum in the drawn position of the rotor in relation to phase R.
The machine does not need a mechanical drive, because the rotor with its return path for the main field automatically adjusts itself to the correct phase position and runs synchronously. The reactive power is brought to the desired value by the size of the excitation of the control field.
The rotor is expediently provided with a damper winding, which also facilitates starting up to synchronism during phase shifter operation. After the start-up, the rotor adjusts itself so that its return poles rotate synchronously with the rotating field. Then the control field with its direct current winding is always perpendicular to the vector of the rotating field, as required by the effect of the machine according to the invention.
The delivery of capacitive reactive current is possible because the voltage and thus the direct current in the control field winding is increased. The control field amplified in this way thus induces a higher emf in the transverse field winding, which causes a correspondingly larger current through the converter elements and thus the desired amplification of the main field, which is necessary for supplying reactive current.
It has already been mentioned that the synchronous running is largely guaranteed by the pole shape and the flux path, so that the synchronously running phase shifter also has a certain active load, e.g. to cover the pathogen losses. If necessary, additional means will therefore be provided to compensate for the active current component.
The main advantages of such a phase shifter are the small control power and the low time constant, as given by the principle of the amplifier machine.
In the embodiment of FIG. 1 discussed up to now, the design of the rotor ensures that the control field is always perpendicular to the vector of the main field, that is to say of the rotating field. Securing the mutual position is also possible by controlling the current flow in the individual phases of the cross-field with the help of controlled power converters.
An example of this is shown in simplified form in FIG. 2. The stator of the machine carries three windings, namely a control winding 11, a converter winding 12 and a three-phase winding 13. The control winding 11 is connected to the three-phase network via a rotary regulator 14 and a regulating transformer 15 16 on closed. In the control winding 11 therefore creates a rotating field, the phase position and amplitude of which is adjustable.
The rotating field induces a voltage in the converter winding 12. To the taps n1, n2 ..... of the converter winding 12, not shown are connected converters, which are temporarily opened or blocked in a certain tem cycle and thereby short-circuit parts of the converter winding in sections. The short circuit takes place in one of the number of revolutions of the rotating field correspond to the cycle.
These sections of the converter winding thus form a transverse field winding that constantly changes its position or current conduction, which, similar to an amplifier machine for direct current, produces the main field, which in turn induces the output voltage in the three-phase winding 13. The angular position of the vector of this voltage with respect to the rotating field and its ampli tude can be determined by the rotary regulator 14 and possibly a control device (not shown) for opening the converter.
In this embodiment, the rotor 17 is not wound and forms the magnetic inference. This rotor can be provided with a damper winding for acceleration. It then synchronizes itself like a reluctance motor.
The basic concept of the invention also allows the construction of a phase shifter without any moving parts. Instead of the rotating rotor with the revolving direct current control field as in FIG. 1, there is a synchronously revolving control field which is phase shifted by 90 relative to the main rotating field. Instead of the previously built up from solid iron Ro tors occurs with the omission of the air gap a magnet body layered in the usual way from sheet metal.
The correct phase position and the synchronous running of the control rotating field result from connection to the feed line of the main rotating field, whereby the correct 90-angle position is ensured by a suitable transformer circuit. This also means that the correct relative position to the control pulses and thus to the current flow in the windings of the transverse field is given. The amount and sign of the reactive power to be supplied are set by changing the amplitude of the control field, for example with the aid of a variable transformer.
In favor of this design, which is completely without moving parts, it should be noted that the disadvantages that occur in a phase slide with a rotating armature are eliminated. Instead of the usual cooling by air or water, oil cooling can be used, which results in a better cooling effect. A further advantage that should be mentioned is that a phase shifter of this design cannot fall out of step in the event of load surges, since it has no moving masses and accordingly can immediately follow shock-like processes.