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Einrichtung zur raschen Symmetrierung von Drebetromnetzen Wenn veränderliche
symmetrische Ströme einem Drebetromnetz entnommen werden, treten symmetrische Spannungeschenkungen
auf, die durch Synebrenmaaebinen (Generatoren, Pbasenschieber, Motoren) mittels
einer (elektronischen) Meß-, Regel-und*Erregereinriebtung rasch ausgeregelt werden
können. Solche veränderliebe symmetrische Verbraucher sind besonders in Induetrienetzen
anzutreffen, die beispielsweise Walzenstraßen o.ä. zu speisen haben. Durch stromrichtererregte
Synchronmaschinen mit Tranaistorreglern gelingt es, die durch Stromeebwankungen
verursachten Spannungeänderungen des Netzes praktisch völlig auszuregeln.
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Dieses Verfahren läßt sich nicht-auf die Ausregelung beliebig unsymmetrischer
veränderlicher Ströme übertragen, -weil man durch eine normale Synebronmaaebine
stets nur das mitläufige Feld beeinflussen kann. Solche beliebig unsymmetrische
Neränderliche Ströme werden beispielsweise durch dreiphaeige Lichtbogen-Schmelzöfen
verursacht. Neben Zeiten mit verhältnismäßig symmetrischer Belastung, in denen alle
drei Lichtbögen etwa gleichartig brennen, kommen bei diesen Öfen auch Zeitabeabnitte
-vor, in denen die lichtbögen in fast willkürlicher Folge zünden, ihre länge verändern
und löschen. Durch die verursachten unaymmetrischen Ströme entstehen im speisenden
Netz unsymmetrisehe Spannungeschwankungen, die durch Abspanntransformatoren zu anderen
Anlagen über.tragen werden und dort an ein-, zwei-oder dr#ipbaeig angeschlossenen
Geräten Störungen hervorrufen, z.B. Lichtflimmern an Glüblampen, Aussetzen elektronischer
Geräte.
Es sind statische Symmetriereinrichtungen bekannt,
mit denen man beliebige Einphaeenlasien in Dreiphasenlasti3n umwandeln kann. Die
Umwandlung gelingt jedoch nur für einen einzigen Impedanzwert des Verbrauchers.
Ändert sich der Impedanzwert nach Betrag, Phase oder Klemmenanachluß, so muß die
Beatückung dieser statischen Symmetriereinrichtungen geändert werden, was bei'raschen
Lastwechseln praktisch unmöglich ist. Es sind ferner Symmetrier-Blindleistungsmaschinen
für den Anschluß eines Einphasenverbrauchers beliebiger Leistung an ein Drehatromnetz
bekannt. Der einphasige Verbraucher ist dabei aber immer mit denselben Leitern des
Drehstromnetzes verbunden; die Phasenlage seines Spannungezeigers steht also in
fester Beziehung zur Phasenlage des Drehstromnetzes. Wollte man mit solchen Symmetrier-Blindleistungsmaschinen
auch beliebig unsymmetrische veränderliche dreiphaeige Ströme ausregeln, so müßte
man hierzu mehrere solche Symmetrier-Blindleistungsmaschinen aufstellen und die
Verbraucher durch eine Bank -von Einphasentransformatoren speisen, was aufwendig
ist. Ebenso ist die Verwendung eines Umformersatzes, bestehend aus einem Drebstrommotor
und einem Dreiphasen-Synchrongeneratorg der den veränderlichen Verbraucher speist,
denkbar. Diese Lösung ist aber naturgemäß äußerst unwirtschaftlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Netz mit beliebiger
und stets wechselnder Phasenbelastung sowohl die symmetrische Blindkomponente der
Last zu kompensieren als auch die Schieflast selbst so zu symmetrieren, daß das
Netz nur eine symmetrische Leistung ohne Blindkomponente bezw. mit einem fest vorgegebenen
Blindleistungsanteil liefert. Die Erfindung bezieht sieh auf eine Einrichtung zur
raschen Symmetrierung von Drebetromnetzen mit Symmetrier-Blindleistungsmaschinen
und ist gekennzeichnet durch zwei mechanisch gekuppelte Synchronmaschinen, von denen
die erste Maschine als Phasensebieber für die '
symmetrische Blindkomponente
und als Antriebemotor für die zweite Maschine dient, deren Ständerwicklung im gegenläufigen
Sinne zum Netzdrehfeld in Serie mit oder parallel zu der Ständerwicklung der ersten
Maschine an des Ihebetromnetz angeschlossen ist
und deren Erregerfeld
von zwei elektrisch aufeinander senkrecht stehenden Polsystemen gebildet wird, die
nach Maßgabe der gegenläufigen Schieflastkomponenten so erregt werden, daß das epeisende
Netz nur symmetrische Wirklast liefert.
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Grundsä.tzlich ist es auch möglich, die Ständerwicklungen der genannten
ersten (Phasenschieber) und zweiten (Symmetrier-) Maschine Parallel zu schalten'.
-3tator und Rotor der Symmetriermaschine werden dabei jedoch -von kurzschlußartigen
Strömen durchfloasen, die durch die Netzepannung erzeugt werden, da keine synchrone
Gegenspannung in der SynLinetriermaschine vorhanden ist. Zur Reduktion dieser Ströme
könnte man zwar die Streuspannung der Symmetriermasebine erhöhen oder Drosseln vorschelten,
doch steigt dadurch der Aufwand an Geräten und der Erregungebedarf der Symmetriermascbine,
so daß die nachstehend beschriebene Reihenschaltung der Ständerwicklungen der ersten
und zweiten Maschine vorzugsweise Verwendung findet.
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In der Zeichnung ist eine -vorzugsweise Anordnung der erfindungsgemäßvn
Einrichtung schematisch dargestellt.
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Die Einrichtung enthält zwei mechanisch über eine gemeinsame Welle
gekoppelte Blindleistungssynchronmascbine 4 und 7. Die Ständerwicklungen
dieser Maschinen sind in ReihE/geschaltet und parallel zu dem Schieflastverbraucher
2 anzdas zu speisende Netz 1 angeschlossen. Die Synchronmaschine 4 enthält
ein Polrad üblicher Ausführung, das über einen geregelten und umpolbaren Gleichrichter
19 erregt wird. Das Polred der zweiten Synebronmaschine 7 besitzt
gemäß der Erfindung zwei Wicklungesysteme, die elektrisch aufeinander senkrecht
stehen und voneinander unabhängig sind. Jedes dieser Wicklungssysteme wird über
einen geregelten, umpolbaren Gleichrichter 17,18 gespeist. In die Anschlußleitung
der Synchrommaaebinen an das lUetz ist ein Kondensator 2o eingeschaltet, um die
Streureaktanz der Synchronmaschinen wenigstens teilweise zu kompensieren, wodurch
eine raschere Regelung mit kleinerer Erregungeleistung möglich wird. Zur Ermittlung
der vom Versorgungenetz 1 abgegebenen* Blind-bezw. Wirkleietung sind der
Spannungewandler lo und der
Stromwandler 11 vorgesehen. An
die Sekundärseite des Stromwandlers 11 sind zwei Einrichtungen 12 bezw.
13 angeschlossen, die jeweils nur die mitläufige Komponente 1 1 bezw.
gegenläufige Komponente 1 2 des unsymmetrischen Drehatromeystemes durchlassen. Beide
Stromkomponenten 1 1 und 1 2 werden gemeinsam mit der vom Spannungewandler
lo gelieferten Drebspannung in später beschriebener Weise über die Multiplikatorschaltungen
14,15,16 geleitet, deren Ausgangegrößen die Istwerte der jeweiligen Blind-oder Wirkleistungen
für die Regler der Erregergleicbrichter 17,18,19 bilden. Falle die Schwankmassen
der Polräder wegen der in der Symmetriermaaebine 7 induzierten Wechselmomente
nicdit für einen gleichmäßigen Lauf ausreichen, kann ein Sebw*Ing:r,ad
6 vorgesehen werden.
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Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß ein beliebig unsymmetrisches
Drehepannngs-oder Drebetromeystem durch drei Komponenten dargestellt werden kann.
Die erste Komponente ist ein symmetrisches mitläufiges Dreiphaeensystem, das aIlein
über die Erregung einer Synchronmaschine beeinflußt werden kann.
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Die zweite Komponente ist ein ebenfalls symmetrisches Dreiphasensystem,
das jedoch entgegen der Drehriebtung des Drebfeldes umläuft. Die dritte Komponente
besteht schließlich aus einem einphaeigen Systemg das für die Uhsymmetrie der Spannungen
gegen oder bezw. für den über Erde fließenden Strom verantwortlich ist.
Es ist tbereite e ine Filtereinrichtung vorgeschlagen worden, die die getrennte
Ermittlung und Messung sowohl der mitläufigen als auch der gegenläufigen Drehspannungs-oder
Drehstromkomponente ermöglicht. Von dieser Einrichtung wird in den Geräten 12 und
13 Gebrauch gemacht. Sie enthalten im wesentlichen eine dreipbaeige Kompönentenbrücke.
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Aus der mitläufigen Stromkomponente 1 1 wird mit Hilfe der
vom, dreiphaeigen Spannungswandler lo gelieferten Drebspannung durch die Multiplikatorschaltung
14 die in Richtung der Polradwicklung 5 liegende Teilkomponente
1 m (i1) gewonnen, da nur diese Teilkomponente durch die Erregung der Wicklung
5 beeinflu4t> worden kann. Sie ist mit der symmetrischen Blindkomponente
des VerbraucheretXWWU Der Multilplikator 14 arbeit
#t nach Art der
bekannten Dreiphasen-Wattmeterschaltungen oberschwingungefrei. Die Ausgangegröße
dieser Multiplikatorechaltung ist demnach ein Maß der von dem Versorgungenetz aufzubringenden
Blindleiatung'. Sie kann unmittelbar als letwert für einen Regler des Erregergleichrichtere
19 verwendet werden. Der Sollwert für diesen Regler kanh entweder auf Null
oder auf einen festem beliebig vorgebbaren Wert eingestellt werden.
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Die Erregung der Synchronmaschine 4 wird durch die beschriebene Einrichtung
so eingestellt, daß diese Maschine stets die von dem Verbraucher 2 benötigte Blindleistung
aufbringt. Sie verhält sich aleo wie eine PhasenschEtibermaschine bekannter Bauart.
In der erfindungegemäßen Einrichtung wird die Synchronmaschine 4 gleichzeitig als
Antriebemotor für eine zweite Synabronmaschine 7 benutzt.
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Die Ständerwicklung der zweiten Synchronmaschine 7 deckt sich
bezüglich der Polzahl mit der Ständerwicklung der ersten Synchronmaaebine 4, das
von ihr erzeugte Drehfeld läuft jedoch entgegen der Drehrichtung des Polrades um.
Das Polrad der Maschine 7 enthält nach der Erfindung zwei getrennte, elektrisch
aufeinander senkrecht stehende Erregerwicklungen 8 und 9. Je nach
der Erregung der einen oder der anderen Polradwicklung oder beider Wicklungen liefert
die Ständerwicklung der Maschine 7 eine gegenläufige Drehapannung, die in
der Phase geändert werden kann. Die Ständerleistung dieser Maschine kann so der
gegenläufigen Komponente der von dem Verbraucher entnommenen Schieflast bei jeder
beliebigen Phaaenlage gleich gemacht werden; die zwei elektrisch senkrecht aufeinander
stehenden Erregersysteme ermöglichen es, aufgrund der variablen Erregungsverteilung
die gegenläufige Komponente der Verbraucher-Schieflast sowohl dem Betrag als auch
der Phase nach zu kom, peneieren.
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Nach der Erfindung werden die beiden Erregerwicklungen 8,9
jer Maschine 7 von zwei umpolbaren geregelten Gleichrichtern 17,18
gespeist.
Die Iotwerte für die Regler dieser Gleichrichter
werden wiederum
von je einer Multiplikatorschaltung 15916 geliefert. In den Multiplikatorschaltungen
15916'wird die gegenläufige Stromkomponente 1 2 des Verbraucherstromes mit
Hilfe einer vom Spannungewandlereatz lo gelieferten Drehepannung in die Teilkomponenten
Ru ('2) und Im ('2) zerlegt" die den, Richtungen der Polradwicklungen
8 und 9 zugeordnet sind. Die gegenlätige Stromkomponente 12 wird einer
Komponentenbrücke 13
entnommen, die vom Stromwandlersatz 11 gespeist
wird und ausschließlich die gegenläufige Komponente durchläßt.
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Das gegenläufige Stromayatem 12 ist durch seine beiden Teilkomponenten
Ru ('2) und Um ('2) vollständig charakterisiert. Beide Teilkomponenten sind wattlos
und daher im üblichen Sinne als Blindetröme anzusehen. Der Sollwert der Regler 18.9.9
ist Null. Das bedeutet, daß die Erregung der beiden Polradwicklungen 8,9
so eingestellt wird, daß der Ton der zugehörigen Ständerwicklung gelieferte gegenläufige
Strom genau dem gegenläufigen Strom des Verbrauchers 2 entspricht und diesen gegenüber
dem Netz kompensiert. Das Versorgungenetz 1 ist damit von der Schieflast
des Verbrauchers entlastet und braucht nur noch eine völlig symmetrische Wirkleistung
mit einem beliebig vorgebbaren, festen symmetrischen Blindleistungsanteil zu liefern.
In dem beschriebenen Ausführungebeiepiel gemäß der Zeichnung sind die beiden Symmetriermaschinen
parallel zum Verbraucher an das Netz geschaltet. Die Maschinen symmetrieren demnach
den Verbraucherstrom. Die Symmetriermaschinen lassen sich aber auch mit dem Verbraucher
in Reihe schalten. In diesem Falle eymmetrieren sie die Verbraueherspannung.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung hat den Vorteil, eine ständig
wechselnde unsymmetrische Belastung eines Netzes auszugleichen. Mit derartigen Belastungsverhältnissen
ist insbesondere bei dreiphaeigen lichtbogenscbmelzöfen zu rechnen,-wenn in bestimmten
Laetzuständen einzelne Phasenliebtbögen unregelmäßig derart aussetzen, daß eine
mehrere Perioden dauernde und sieh ständig ändernde Schieflast vorliegt.