DE131908C - - Google Patents

Description

ICHES

PATENTAMT.

In den amerikanischen Patentschriften 645907 und 647741 werden Anordnungen beschrieben, . die gestalten, von ein- und derselben Leitung Ströme verschiedener Art zu entnehmen.

Dies System beruht im Wesentlichen darauf, dafs an zwei Punkte gleichen Potentials des einen Stromkreises eine zweite Stromquelle angeschlossen wird.

Gegenstand der Patentschrift 647741 ist nun die Herstellung solcher Punkte gleichen Potentials. Bei Drehstrom werden ähnliche Brücken angewendet, wie sie in Fig. 10 dargestellt sind, jedoch ist deren Wirkungsweise eine völlig andere.

Das amerikanische Patent legt das Hauptgewicht darauf, dafs diese Brücken dem Wechselstrom einen möglichst hohen Widerstand entgegensetzen, während sie den Gleichstrom möglichst ungehindert passiren lassen.

Hierin liegt nun der charakteristische Unterschied zwischen dem amerikanischen Patent 647741 und der vorliegenden Anordnung, bei der es Bedingung ist, dafs gerade dem Wechselstrom ein möglichst geringer. Widerstand entgegengesetzt wird, so dafs eine Arbeitsübertragung von einer Phase auf die andere, d. h. also ein Ausgleich, stattfinden kann.

Hierzu ist es unbedingt erforderlich, dafs die einzelnen Abtheilungen der Inductionsbrücken in einem gegenseitigen transformatorischen Verhältnifs zu einander stehen.

Es genügt also nicht eine; einfache Herstellung des Nullpunktes, wie sie bereits im D. R. P. 75049 beschrieben wird, es genügt auch nicht, in Fig. 10 (vergl. amerikanische Patentschrift 647741, Fig. 15) die Brücken A E, EC, CD, AO, CO, DO u. s. w. durch Drosselspulen zu bilden, sondern es ist für den Ausgleich, also für die Arbeitsübertragung von Phase zu Phase unbedingt erforderlich, dafs die Wicklungspaare AE und EC, AO und D O u. s. w. in einem möglichst innigen transformatorischen Verhältnifs zu einander stehen.

Wenn man in einem Drehstromsystem die Lampen in Sternschaltung anordnet, . indem man sie zwischen je einen Hauptleiter und einen vierten neutralen oder Nullleiter schaltet, so sind besondere Vorrichtungen nöthig, um bei verschiedener Belastung der drei Zweige die Spannung zwischen je einem Hauptleiter und dem Nullleiter constant zu erhalten.

Nach der Anordnung des D. R. P. 71137 wird der Nullleiter zum Nullpunkte der in Stern geschalteten, Strom erzeugenden Maschine oder des mit dieser verbundenen Transformators zurückgeführt. Wenn indessen zwischen der Maschine und der Verbrauchsstelle eine gröfsere Entfernung vorhanden ist, so ist es einfacher und billiger, den neutralen Leiter nur in dem Verbrauchsgebiet zu verlegen und besondere Ausgleicher anzuordnen, die bei ungleicher Belastung der drei Zweige einen Theil der Leistung von einem auf die anderen übertragen und dadurch die Spannung constant erhalten. Dieses Verfahren kommt im D. R. P. 75049 zur Anwendung. Die Leistungsübertragung soll hier durch besondere Ausgleicher vermittelt ,-werden.

Die vorliegende Erfindung hat nun einen verbesseren Ausgleicher nach demselben Verfahren zum Gegenstande.

Es sollen zunächst für einphasigen Wechselstrom die Potentiale der Hauptleiter durch die Punkte A und B (Fig. i), und die zwischen ihnen herrschende Spannung durch die Strecke A B dargestellt sein. Wenn man nun einem mittleren Leiter ein beliebiges Potential 0 geben will, derart, dafs die Spannungen zwischen je einem Hauptleiter und dem Nullleiter A 0 und B 0 sind, so hat man nur eine Inductionsspule zwischen die beiden Hauptleiter zu schalten und den Mittelleiter an einen Punkt dieser Inductionsspule anzuschliefseri, der die Windungszahl der Inductionsspule im Verhältnifs A O zu B O theilt. Man kann diese Inductionsspule auch als einen Transformator auffassen mit zwei in einem Punkt (z. B. in O) zusammenhängenden Bewickelungen. Man thut gut, die beiden Wickelungen dieses Transformators in derselben Weise anzuordnen, wie in den üblichen Transformatoren. Man wird daher einen geschlossenen Eisenkern nehmen lind die beiden Wickelungen dicht neben einander oder über einander anordnen, um die Streuung möglichst gering zu machen. Die Schaltung ist so zu treffen, dafs beide Theile, wenn sie durch einen von A nach B fliefsenden Strom gespeist werden, den Eisenkern in demselben Sinne magnetisiren. Der Apparat besitzt daher in Bezug auf einen Strom, der von A nach B fliefst, eine starke Selbstinduction, und es kann daher die Stärke dieses Stromes nur gering sein. Zweigt man dagegen bei O einen Strom ab, so kann man z.B. A O als primäre Spule eines Transformators ansehen, der in B O einen Secundärstrom erzeugt. Beide Ströme haben annähernd entgegengesetzte Richtung und fliefsen vereinigt durch O in den Nullleiter. Schaltet man z. B. zwischen O und B eine Bogenlampe L (Fig. 2), so fliefst der von A kommende Strom über O durch die Lampe nach B und erzeugt zugleich in dem Theil OjB einen Secundärstrom, der ebenfalls durch die Lampe fliefst und den direct von A kommenden Strom verstärkt. Diese Schaltung wird vielfach, z. B. bei Bogenlampentransformatoren , angewendet und als Sparschaltung bezeichnet.

Legt man den Punkt O in die Mitte zwischen A und B, so kann man den Nullleiter eines Dreileitersystems an diesen anschliefsen und hat auf diese Weise einen ausgezeichneten Ausgleicher für Dreileiteranlagen. Diese Schaltung stellt Fig. 3 dar. Will man zugleich transformiren, so kann man die Secundärwickelung des Transformators benutzen und den Mittelpunkt der Secundärwickelung direct mit dem Nullleiter des Dreileitersystems verbinden, wie Fig. 4 zeigt.

Inductionsspulen der beschriebenen Art, die dazu dienen, ein zwischen zwei gegebenen Wechselpotentialen liegendes Potential unabhängig von den Belastungen constant zu erhalten, sollen als »InductionsbrUcken« bezeichnet werden; der Punkt, in dem die beiden Theile der Spule zusammenhängen, heifse der mittlere Punkt; unter Uebersetzungsverhältnifs werde das Verhältnifs der Windungszahlen der beiden Theile zu einander verstanden. Eine Inductionsbrücke werde kurz durch drei Buchstaben bezeichnet, z. B. A O B, wobei der mittlere Buchstabe, hier O, den mittleren Punkt bezeichnet.

Die bisher beschriebenen Anwendungen solcher InductionsbrUcken sind zwar bekannt, aber im Vorhergehenden aus dem Grunde ausführlicher dargestellt, um eine geeignete Grundlage für. die weiteren Ausführungen zu gewinnen.

In einem Drehstromsystem werden die Potentiale der drei Hauptleiter durch drei Punkte ABC dargestellt, welche die Ecken eines gleichseitigen Dreiecks bilden. Die Lage dieser drei Punkte wird im Allgemeinen durch die Maschine oder durch die von der Maschine gespeisten Transformatoren festgehalten. Das Potential des Nullleiters O eines Drehstromsystems liegt bei dieser Darstellung im Schwerpunkte des gleichseitigen Dreiecks (Fig. 5). Um nun dieses Nullpotential festzuhalten, kann man sich wieder der InductionsbrUcken bedienen. Wählt man z. B. (Fig. 6) auf AB einen beliebigen Punkt M und legt durch M und O eine Gerade, so schneidet diese die Seite B C im Punkte N. Ordnet man nun zwischen den beiden Hauptleitern A und B eine Inductionsbrücke AMB und zwischen den Hauptleitern B und C eine Inductionsbrücke BNC und endlich . zwischen den so gewonnenen Punkten M und N eine InductionsbrUcke MON an, so wird durch den Punkt O dieser letzten Brücke das gesuchte "Nullpotential des' Drehstromsystems festgehalten. Man kann nun den Nullleiter des Systems mit O verbinden und zwischen je einen Hauptleiter und den Nullleiter drei Lampengruppen von verschiedener Lampenzahl einschalten.

Es möge eine Inductionsbrücke zwischen zwei Hauptleitern, z. B. A und B, eine »InductionsbrUcke erster Ordnung«, und eine Inductionsbrücke zwischen zwei Punkten Mund N auf InductionsbrUcken erster Ordnung, oder eine Brücke zwischen einem Hauptleiter und einem mittleren Punkt einer Inductionsbrücke erster Ordnung eine »Inductionsbrücke zweiter Ordnung« genannt werden.

Man sieht aus dieser Darstellung, dafs man auf diese Weise ein beliebiges, innerhalb oder aufserhalb des Dreiecks ABC gelegenes Potential festhalten kann.

Man kann eine Inductionsbrücke erster Ordnung sparen, indem man z. B. den Punkt N mit dem Punkte C zusammenfallen läfst. Ist O der Schwerpunkt des Dreiecks ABC, so wird

in diesem Falle AF -- BF vtna OC—2OF (Fig. 7). Dieses Diagramm ist in der Schaltung Fig. 8 angewendet. Die eine Inductionsbrücke besteht aus zwei Theilen A F und B F, einer Inductionsspule, die zwischen die beiden Hauptleiter A und B geschaltet ist. Die andere Inductionsbrücke besteht aus den Theilen C O und FO einer Inductionsspule, die zwischen den Hauptleiter C und den mittleren Punkt F geschaltet ist. Dabei haben die beiden Spulen AF und BF gleich viele Windungen, während C O doppelt so viele Wandungen besitzt, wie FO. An O wird der Nullleiter des Drehstromsystems angeschlossen.

Den Stromlaii.f in dem so geschlossenen Ausgleicher stellt Fig. 9 dar, wobei angenommen ist, dafs nur zwischen A und O eine Lampengruppe eingeschaltet ist. Um den Stromvcrlauf zu verfolgen, wähle man den Augenblick, wo die Stromstärke in A O ihren höchsten Werth erreicht hat und von A nach O gerichtet ist. Die Sta'rke dieses Stromes möge willkürlich mit 3 bezeichnet werden. Dieser Strom mufs sich bei O vertheilen, indem ein Theil nach C, ein anderer Theil nach F fliefst. Da nun in einem Transformator die Ströme in der Primär- und Secundärspule nahezu entgegengesetzte Phasen haben und sich aufserdem nahezu umgekehrt wie die Windungszahlen verhalten, so fliefst in O C die Stromstärke 1, in O F die Stromstärke 2, wobei diese Stromstärken nahezu dieselben Phasen haben wie der Lampenstrom in A O. Bei C mufs daher die Stromstärke 1 durch die dritte Hauptleitung eintreten. -Der Strom in O F theilt sich in F in zwei nahezu gleiche Theile, da beide Spulen der InductionsbrUcke AFB gleiche Windungszahlen haben. Infolge dessen fliefst von F nach A die Stromstärke ι und von F nach B ebenfalls die Stromstärke 1. In der zweiten Hauptleitung B mufs also gleichfalls die Stromstärke ι fliefsen. Die in FA fliefsende Stromstärke i, die ebenfalls nahezu dieselbe Phase wie der Lampenstrom haben mufs, fliefst über A durch die Lampengruppe nach O zurück. Da aber die Stromstärke in der Lampengruppe gleich 3 ist, so mufs die Hauptleitung A noch die Stromstärke 2 liefern. Da wir angenommen haben, dafs zwischen A und O nur Lampen geschaltet sind, so hat die Stromstärke in A O dieselbe Phase wie die Spannung A O. Rechnet man ferner die durch die Hauptleitung -B und C fliefsenden Stromstärken als positiv, wenn sie nach dem Ausgleicher zufliefsen, so geben die in Fig. 9 gezeichneten und an Punkten A B und C angesetzten Pfeile die Intensität und Phasen der drei Stromstärken an. Die in B und C fliefsenden Ströme haben unter sich gleiche Phasen und gleiche Stärke. Die in A fliefsende Stromstärke ist doppelt so grofs und und hat annähernd entgegengesetzte Phase; die geometrische Summe der drei Ströme muis natürlich gleich Null sein.

Wie aus dieser Betrachtung hervorgeht, macht die Wahl der Gröfse der Inducüonsbrücken keine Schwierigkeit. Sind die Unterschiede in den Belastungen der drei Zweige verhältnifsmäfsig gering, so braucht auch der Ausgleicher nur verhältnifsmäfsig geringe Dimensionen anzunehmen.

Soll zugleich eine Transformation vorgenommen werden, so kann man zur Inductionsbrücke erster Ordnung ohne Weiteres die Secundärwickelung des zwischen den beiden Hauptleitern eingeschalteten Wechselstromtransformators oder bei einem Drehstromtransformator den betreffenden Zweig der Secunda'rwickelung benutzen. Nothwendig ist nur, dafs diese Secundärwickelung in Dreieck geschaltet ist.

Ebenso kann man auch zur Inductionsbrücke erster Ordnung den betreffenden Zweig der Drehstrommaschine nehmen. Dies kann nützlich sein, Lim einen Nullpunkt zu erhalten, wenn die Maschine in Dreieck geschaltet ist und daher keinen Nullpunkt besitzt.

Versuche mit der durch Fig. 9 dargestellten Anordnung haben ergeben, dafs in der That die Spannung A O unabhängig von der Lampenzahl nahezu constant gleich der Spannung zwischen zwei Hauptleitern dividirt durch }/% gehalten wird und dafs nur durch den Ohm'schen Widerstand und Streuung in der Inductionsspule Abweichungen hervorgerufen werden. Speist die benutzte Maschine nur den besprochenen Ausgleicher nach Fig. 9 sammt der Lampengruppe zwischen A und O, so kann natürlich die starke Phasenverschiebung der in B und C fliefsenden Ströme auch die drei Spannungen der Maschine beeinflussen, besonders wenn diese sehr klein genommen wird. Die Phase der Stromstärke in B besitzt nämlich 6o° Voreilung, die Phase des in C fliefsenden Stromes 60° Nacheilung. Bei einem gröfseren Lampennetz wird man indessen die Rückwirkung auf die stromerzeugende Maschine völlig vernachlässigen können.

Wenn man eine gröfsere Symmetrie haben will, so kann man die Anordnung nach Fig. 8 noch zweimal wiederholen, wodurch die durch Fig. 10 dargestellte Anordnung entsteht. Wir haben jetzt drei Inductionsbrücken erster Ordnung AFB, BDC und CEA und drei Inductionsbrücken zweiter Ordnung A O D, B OE und COF. Die erste Gruppe stellt drei Wechselstromtransformatoren mit dem Uebersetzungsverhältnifs 1:1, die zweite Gruppe drei Wechselstromtransformatoren mit dem Uebersetzungsverhältnifs 2 : 1 dar. Jede Gruppe kann man auch zu einem Drehstromtransformator vereinigen. Auch bei dieser Anord-

nung kann man. wenn zugleich eine Transformation vorgenommen werden soll, zu den Inductionsbrücken erster Ordnung die Seclmdärspulen des Drehstromtransformators oder der: Wechselstromtransformatoren verwenden', die dazu nur in Dreieck geschaltet sein müssen.: Diese Anordnung ist durch Fig. ii dargestellt.

Endlich kann man auch bei dieser Anordnung zu den Inductionsbrücken erster Ordnung die Wickelung der Drehstrommaschine benutzen, wenn diese in Dreieck geschaltet ist.

Man kann diese Methode natürlich ebenso gut auf beliebige andere verkettete Mehrphasenströme anwenden, um bestimmte Potentiale zu fixiren. Sind z. B. (Fig. 12) A B CD vier Potentiale, die durch die Maschine festgehalten werden, so kann man durch zwei Inductionsbrücken erster Ordnung AMB und CND und eine Inductionsbrücke zweiter Ordnung M O N jedes beliebige Potential O fixiren und einem fünften Leiter rriittheilen.

Claims (4)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Ein Ausgleicher für verkettete Mehrphasensysteme mit Nullleiter, bestehend aus der Vereinigung mehrerer an sich bekannter Inductionsbrücken, von denen mindestens eine zwischen zwei Hauptleiter geschaltet ist — Inductionsbrücke erster Ordnung ·—, während mindestens eine andere Inductionsbrücke entweder zwischen einen Hauptleiter und einen Theilungspunkt der Inductionsbrücke erster Ordnung oder zwischen Theilungspunkte zweier solcher Brücken geschaltet ist — InductionsbrUcke zweiter Ordnung —, wobei der Nullleiter des Leitungssystems in bekannter Weise art ...'... einen Theilungspunkt der Inductionsbrücke zweiter Ordnung angeschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dafs die Abtheilungen der gleichphasigen Brücken in einem'transformatorischen Verhältnifs zu einander stehen. '. ·
2. 2.' Ein Ausgleicher nach Anspruch 1 für Drehstromsysteme mit Nullleiter, bestehend aus mindestens einer Inductionsbrücke erster Ordnung.mit dem Uebersetzun'gsverhältnifs 1:1, die zwischen zwei Hauptleiter geschaltet ist, und einer gleichen Anzahl Inductionsbrücken zweiter Ordnung mit dem Uebersetzungsverhältnifs 2:1, die derart zwischen je die Mitte einer Inductionsbrücke erster Ordnung und den gegenüberliegenden Hauptleiter geschaltet sind, dafs ihre Spulen mit doppelter Windungszahl zunächst dem Hauptleiter liegen, wobei der Nullleiter des Leitungssystems an den Theilungspunkt der Inductionsbrücken zweiter Ordnung angeschlossen wird.
3. 3. Bei einem Ausgleicher nach Anspruch 1 und 2 mit drei Inductionsbrücken erster und mit drei Inductionsbrücken zweiter Ordnung die Vereinigung dreier Inductionsbriicken gleicher Ordnung zu einem Drehstromtransformator.
4. 4. Ein Ausgleicher nach Anspruch 1 für Drehstromsysteme mit Nullleiter, bestehend aus einer oder mehreren Inductionsbrücken zweiter Ordnung nach Anspruch 2, während als Inductionsbrücken erster Ordnung direct die Zweige der in Dreieck geschalteten Wickelung des Stromerzeugers oder der in Dreieck geschalteten secundä'ren Wickelung eines Transformators dienen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.