DE129552C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Der mit steigender Belastung zunehmende Abfall der Klemmspannung von Wechselstromerzeugern ist seiner Gröfse nach wesentlich bedingt durch die Ankerrückwirkung der Maschine. Dem Vortheil eines geringen Spannungsabfalls, den daher Maschinen von kleiner Ankerrückwirkung aufzuweisen haben, steht aber der Nachtheil gegenüber, dafs in solchen Maschinen bei verhältnifsmäfsig grofsem Luftabstand keine volle Ausnutzung des Materials stattfindet, dafs ihr Wirkungsgrad bei inductiver Last kein besonders hoher und das Parallelarbeiten solcher Maschinen mit Schwierigkeiten verknüpft ist, welche freilich durch Anbringen besonderer Dämpfungseinrichtungen überwunden werden können. Wirthschaftlicher aber, sowohl bezüglich der Anlagekosten wie im Betrieb, und für das Parallellaufen geeigneter wären Maschinen von grofser Ankerrückwirkung, sobald es gelingt, den durch diese bedingten grofsen Spannungsabfall durch geeignete Mittel auszugleichen.

Daher ist das Problem des compoundirten Wechselstromgenerators von hoher Bedeutung für die Wechselstromtechnik und seine Lösung wiederholt in Angriff genommen worden. In neuerer Zeit glauben Hutin & Leblanc in der Patentschrift 91571 und Boucherot in der Patentschrift 114306 durch Construction einer ganz neuen Art von Erregermaschinen eine befriedigende Lösung gefunden zu haben.

Demgegenüber versucht nun die vorliegende Erfindung, eine Erregungsanordnung für Mehrphasengeneratoren mit bekannten Mitteln, Transformatoren und einem rotirenden Umformer herzustellen. Auch in dieser Richtung liegen bereits Versuche vor. In der Patentschrift 106897 ist unter Fig. 1 eine Erregungsanordnung einer Zweiphasenmaschine mit zwei Paaren von Transformatoren und einem zweiphasigen rotirenden Umformer und die Theorie der Wirkungsweise dieser Anordnung daselbst durch das Diagramm Fig. 2 angegeben. Diese Theorie ist indessen falsch. Es ist nämlich darin angenommen, dafs die Vectoren, welche die Secunda'rspannungen des Hauptstrom- und des mit diesem combinirten Nebenschlufstransformators darstellen, bei inductionsfreier Belastung der Maschine gegen einander um go° verschoben sind. Hierin liegt dann als Folgerung zugleich die Annahme, dafs bei inductionsfreier Last zwischen Primärstrom und Secundärspannung des Hauptstromtransformators dieselbe geringe Phasenverschiebung wie zwischen Betriebs- und Secundärspannung des Nebenschlufstransformators besteht. Es ist ferner in dem Diagramm angenommen, dafs zwischen Primärstrom und Secundärspannung des Hauptstromtransformators dieselbe geringe Phasenverschiebung wie zwischen Betriebs- und Secundärspannung des Nebenschlufstransformators besteht. Es ist ferner in dem Diagramm angenommen, dafs der Phasenunterschied zwischen Primärstrom und Secundärspannung des Hauptstromtransformators, auch. wenn ersterer um 90° in der Phase verschoben ist, immer noch derselbe ist wie der zwischen Betriebs- und Secundärspannung des Nebenschlufstransformators. Die Wirksamkeit der unter Fig. 1 der Patentschrift 106897 angegebenen Anordnung wird also offenbar aus der merkwürdigen Annahme geschlossen, dafs, wenn der den Primär-

strom des Hauptstromtransformators darstellende Vector in dem Diagramm bei constanter Gröfse sich dreht, auch der die Secundärspannung desselben Transformators darstellende Vector constant bleibt und eine gleichgerichtete und gleich grofse Drehung erhält.

Das letztere wäre doch nur dann richtig, wenn das Feld des Hauptstromtransformators allein vom Primärstrom erzeugt würde; aber dann wäre immer noch nicht der Phasenunterschied zwischen Primärstrom und Secundärspannung der geringe zwischen Secundär- und Betriebsspannung des Nebenschlufstransformators bestehende, sondern er betrüge dann 90⁰. Nun hängt aber überhaupt das Feld im Hauptstromtransformator gar nicht allein von dessen Primärstrom ab, sondern wird, da die Secundärwicklungen dieses und des Nebenschlufstransformators in Reihe geschaltet sind, wesentlich mit bedingt durch die in letzterem erzeugte elektromotorische Kraft. Die Phase der Secundärspannung des Hauptstromtransformators ist infolge dieses Umstandes gar nicht allein durch die Phase seines Primärstromes bedingt, sondern hängt auch von dessen Gröfse ab. Insbesondere ist hiernach die Annahme ganz ungereimt, dafs bei inductionsfreier Last der die Secundärspannung des Hauptstromtransformators darstellende Vector um 90 ° gegen den die Secundärspannung des zugehörigen Nebenschlufstransformators darstellenden Vector verschoben ist. Die Richtung des ersteren hängt ja ganz von der Gröfse der induclionsfreien Belastung ab. Da somit dem Diagramm ein grundsätzlicher Irrthum zu Grunde liegt, so ist durch dasselbe kein Nachweis für die richtige Wirkungsweise der Anordnung gegeben. Nun kann man im Gegentheil zeigen, dafs bei ihr der erregende Strom mit wachsender Phasenverschiebung abnimmt statt zunimmt, also mit ihr das entgegengesetzte von dem erzielt wird, was erreicht werden soll. Dann aber trägt die genannte Patentschrift und der Anspruch, der in seiner Allgemeinheit eine derartige ihrem Zweck zuwiderlaufende Anordnung als Möglichkeit enthält, nichts zur Lösung der ganzen Frage bei.

Die Betrachtung, aus welcher sich dieses ergiebt, und welche auch zum Nachweis der Wirksamkeit der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Anordnung dient, ist folgende: Es sei (Fig. 1) A ein Transformator, dessen Spannung der Gröfse und Phase nach unveränderlich ist, während die Primärwicklung des Transformators B von dem der Gröfse und Phase nach veränderlichen Strom der zu compoundirenden Maschine durchflossen wird. Ueber die Phasenverschiebung, welche von vornherein, also auch bei inductionsfreier Maschinenlast zwischen dem Primärstrom von B und der Spannung von A besteht, sei zunächst noch gar keine Voraussetzung gemacht, nur sei zur Vereinfachung angenommen, dafs das Eisen im Transformator B (passender Weise ein solcher mit offenem magnetischen Kreis) so weit ungesättigt ist, dafs die Secundärspannung dem resultirenden Strom stets proportional ist. Wir betrachten nun zunächst die Verhältnisse beim Leerlauf der Maschine. Hier fällt der Secundärstrom mit dem resultirenden zusammen. Die Spannung OA₀ (Fig. 2) des Transformators A setzt sich dann mit der in B vorhandenen Secundärspannung .A₀ B₀ zur resultirenden, der einen Phase des die Erregung liefernden Urnformers zugeführten Spannung O B₀ zusammen, welche in Phase mit dem Umformerstrom angenommen werden kann, weil dies stets durch passende Regulirung der Felderregung des Umformers zu erreichen ist, d. h. OB₀ ist in Phase mit dem secundären Strom von B, so dafs, weil dieser bei Leerlauf auch der resultirende ist, ^₀-B₀ senkrecht zu OB₀ steht. Durch geeignete Wahl des Mafsstabes für den Strom kann man es nun erreichen, dafs die Strecke O B₀ der Gröfse nach gleichzeitig auch den resultirenden Strom von B bei Leerlauf darstellt, während sie im Mafsstabe der Spannung gemessen die Leerlaufspannung am Umformer angiebt.

Nun sei im Fall irgend einer inductiven Belastung der Maschine OA (Fig. 3) wieder die unveränderte Secundärspannung des Transformators A, OC im Mafsstabe der Ströme, der primäre, von der Maschine gelieferte Strom des Transformators B. Der Endpunkt B des die Secundärspannung desselben darstellenden Vectors A B mufs dann auf dem über A C geschlagenen Halbkreis liegen, weil A B auf dem resultirenden Strom senkrecht stehen mufs. Da nun aufserdem, wegen der Proportionalität zwischen A B und diesem, der Winkel CAB gleich dem Winkel O A₀B₀ = β der Fig. 2 sein mufs, so ist Punkt B für jede Gröfse und Richtung des primären Stromes des Transformators B, d. h. für jede inductive Belastung der Maschine, bestimmt durch seine gleichzeitige Lage auf dem über A C geschlagenen Halbkreis und dem freien Schenkel des an AC in A angetragenen und aus den Leerlaufsverhältnissen ein für alle Mal gegebenen Winkels ß. Hat man hiernach den Punkt B gefunden, so stellt, im Mafsstabe der Ströme gemessen, das Dreieck OCB das Dreieck des primären, resultirenden und secundären Stromes dar; die im Mafsstabe der Volt gemessene Spannung A B verhält sich dann zu der im Mafsstabe der Ströme gemessenen Strecke C B, wie in der Fig. 2 die im Mafsstabe der Spannung gemessene Strecke A₀ B₀ zu der im Mafsstabe der Ströme gemessenen Strecke OB₀, was der Proportionalität zwischen Secundär-

Claims (1)

1. spannung und resultirendem Strom entspricht. OB im Mafsstabe der Spannung stellt dann jedesmal die Spannung am Umformer dar.

   Führt man nun (Fig. 4) diese Construction der Umformerspannung für den der Anordnung in Patentschrift 106897 entsprechenden Fall aus, also unter der Annahme, dafs bei inductionsfreier Belastung der Primärstrom O C (nicht die Secundärspannung von B, wie in der Patentschrift irrthütnlich angenommen) um 90⁰ gegen die Spannung von A verschoben ist, so ergiebt sich mit der Zunahme der Phasenverschiebung des Primärstromes in B eine Abnahme der dem Umformer zugeführten Spannung. In Fig. 4 fällt nach der beschriebenen Construction OB bei der Phasenverschiebung φ kleiner aus als bei der Phasenverschiebung o. Theoretisch ergiebt sich so eine Abnahme der Felderregung mit wachsender Phasenverschiebung und Versuche bestätigen dieses Resultat.

   Bildet nun aber bei inductionsfreier Last der Primärstrom von B einen Winkel mit der constanten elektromotorischen Kraft OA, der kleiner ist als 90⁰, so ergiebt sich mit Anwachsen der Phasenverschiebung eine Zunahme der Umformerspannung, und auf diesem Umstand beruht die vorliegende Erfindung. In Fig. 5 ist dies für den Fall gezeigt, dafs der betreffende Winkel gleich 30⁰ ist. O C ist der dem Maschinenstrom bei inductionsfreier Last entsprechende primäre Strom des Transformators B, OC¹ der primäre Strom bei einer Phasenverschiebung φ. Wie man sieht, ergiebt sich hier die Umformerspannung OB¹ im zweiten Falle gröfser als die Umformerspannung O B bei inductionsfreier Last.

   Dem in Fig. 5 angenommenen Fall entspricht die nunmehr ohne Weiteres verständliche Anordnung Fig. 6 zur Erregung eines Dreiphasengenerators d durch den rohrenden Umformer e mittelst der Transformatoren abc und β γ α. Versuche mit dieser Anordnung bestätigen die in Fig. 5 dargestellte Theorie und ergeben ein Anwachsen der Felderregung mit wachsender Stromstarke und gleichbleibender Phase sowohl, als mit gleichbleibender Stromstärke und zunehmender Phasenverschiebung, sowie überhaupt mit steigender inductiver Belastung. Fig. 7 zeigt eine der vorliegenden Erfindung entsprechende Anordnung für einen Zweiphasengenerator, die' beträchtlich von der in der Patentschrift 106897 gegebenen abweicht. Die Anordnung ist ohne Weiteres verständlich, wenn man bemerkt, dafs die hier unter gleichzeitiger Benutzung beider Nebenschlufstransformatoren abgeleiteten Spannungen von unveränderlicher Gröfse und Phase gegen den Primärstrom des zugehörigen Hauptstromtransformators eine Phasenverschiebung von 45⁰ besitzen, wenn die Maschine inductionsfrei belastet ist.

   Patent-A ν Spruch:
   Eine Erregungsanordnung für Mehrphasenstromerzeuger, bei welcher die Erregung von einem rohrenden Umformer mit mehrphasiger Wicklung geliefert wird, und bei welcher die der einzelnen Phase dieses Umformers zukommende Spannung aus den Spannungen der hinter einander geschalteten secundären Wicklungen zweier Umformer gebildet wird, von deren primären Wicklungen die eine in einer der Zuleitungen der Häuptphasenströme liegt, während die andere im Nebenschlufs zu zwei anderen Phasenleitern gelegen ist, dadurch gekennzeichnet, dafs bei inductionsfreier Last des Erzeugers die von diesem gelieferten Ströme in den erstgenannten primären Wicklungen alle die gleiche Phasenverschiebung, und zwar von erheblich weniger als 90⁰ gegen die Spannungen an den zweitgenannten primären Wicklungen haben.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.