DE1413468C - Einrichtung zur raschen Symmetrierung von Drehstromnetzen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Sym- Verwendung eines Umformersatzes, bestehend aus metrierung von Drehstromnetzen nach dem Prinzip einem Drehstrommotor und einem Dreiphasender Zerlegung in mit- und gegenläufige Stromkompo- Synchrongenerator, der den veränderlichen Vernenten mit zwei mechanisch gekuppelten Drehstrom- braucher speist, denkbar. Diese Lösung ist aber naturmaschinen, von denen die erste als Phasenschieber 5 gemäß äußerst unwirtschaftlich,
für die symmetrische Blindleistung und als Antrieb In einer anderen bekannten Einrichtung zum für die zweite Maschine dient, deren Ständerwicklung Balancieren der Phasen mehrphasiger Systeme im gegenläufigen Sinne zum Netzdrehfeld in Serie mit (deutsche Patentschrift 270 435) sind die Ankerwickder Ständerwicklung der antreibenden Phasenschieber- lungen von zwei mechanisch gekuppelten Synchronmaschine verbunden ist und deren Polrad zwei elek- io maschinen, von denen die eine als Haupt- und die trisch aufeinander senkrecht stehende Polsysteme andere als Zusatzmaschine dient, derart in Reihe geaufweist, schaltet und an das Netz gelegt, daß ihre Drehfelder

Wenn veränderliche symmetrische Ströme einem im umgekehrten Sinne umlaufen. Die Spannungs-Drehstromnetz entnommen werden, treten symme- phasen einer oder beider Maschinen sind relativ zu trische Spannungsschwankungen auf, die durch Syn- 15 den Netzspannungen verschiebbar, was selbsttätig chronmaschinen (Generatoren, Phasenschieber, Mo- von einem Regler in Abhängigkeit von den Leitungstoren) mittels einer (elektronischen) Meß-, Regel- spannungen bewirkt wird. Diese Einrichtung arbeitet und Erregereinrichtung rasch ausgeregelt werden nur bei induktivem Netzinnenwiderstand ordnungskönnen. Solche veränderliche symmetrische Ver- gemäß und dann auch nur, wenn feststeht, an welchen braucher sind besonders in Industrienetzen anzu- 20 Leitern ein einphasiger Verbraucher angeschlossen treffen, die beispielsweise Walzenstraßen od. ä. zu ist. Bei Verbrauchern mit ständig wechselnder Schiefspeisen haben. Durch stromrichtererregte Synchron- last, beispielsweise bei Lichtbogenöfen, ist eine dermaschinen mit Transistorreglern gelingt es, die artige Einrichtung grundsätzlich nicht brauchbar. Hier durch Stromschwankungen verursachten Spannungs- muß auch ein weiterer Nachteil der bekannten Einänderungen des Netzes praktisch völlig auszure- 25 richtung vermieden werden, der darin besteht, daß geln. die Maschine mit dem mitlaufenden Drehfeld aus

Dieses Verfahren läßt sich nicht auf die Ausrege- funktioneilen Gründen Blindströme erzeugen muß, lung beliebig unsymmetrischer veränderlicher Ströme deren Betrag ein Mehrfaches des unsymmetrischen übertragen, weil man durch eine normale Synchron- Verbraucherstromes ausmacht,
maschine stets nur das mitläufige Feld beeinflussen 30 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in kann. Solche beliebig unsymmetrische veränderliche einem Netz mit beliebiger und stets wechselnder Ströme werden beispielsweise durch dreiphasige Licht- Phasenbelastung sowohl die symmetrische Blindbogen-Schmelzöfen verursacht. Neben Zeiten mit komponente der Last zu kompensieren als auch die verhältnismäßig symmetrischer Belastung, in denen Schieflast selbst so zu symmetrieren, daß das Netz alle drei Lichtbögen etwa gleichartig brennen, 35 nur eine symmetrische Leistung ohne Blindkompokommen bei diesen Öfen auch Zeitabschnitte vor, in nente bzw. mit einem fest vorgegebenen Blinddenen die Lichtbögen in fast willkürlicher Folge leistungsanteil liefert. Die Erfindung ist dadurch gezünden, ihre Länge verändern und löschen. Durch kennzeichnet, daß die Polsysteme der zweiten Madie verursachten unsymmetrischen Ströme entstehen schine nach Maßgabe der gegenläufigen Stromim speisenden Netz unsymmetrische Spannungs- 4° komponente über mit Reglern geregelte Erregerschwankungen, die durch Abspanntransformatoren gleichrichter im Sinne einer Symmetrierung des Drehzu anderen Anlagen übertragen werden und dort ein-, Stromnetzes derart erregt wird, daß für einen Realzwei- oder dreiphasig angeschlossenen Geräten Stö- und einen Imaginärteil zuständige Istwerte für die rungen hervorrufen, z. B. Lichtflimmern an Glüh- Regler von einer Anordnung geliefert werden, die lampen, Aussetzen elektronischer Geräte. 45 aus einer dreiphasigen Komponentenbrücke zur Ab-

Es sind statische Symmetriereinrichtungen bekannt, trennung der gegenläufigen Komponente des Drehmit denen man beliebige Einphasenlasten in Drei- stromes und aus nachgeschalteten Multiplikatoren phasenlastcn umwandeln kann. Die Umwandlung ge- besteht, welche die für den Real- und den Imaginärlingt jedoch nur für einen einzigen Impedanzwert teil zuständige Istwerte als Produkte aus einer vom des Verbrauchers. Ändert sich der Impedanzwert 5° Netz abgeleiteten dreiphasigen Spannung und der nach Betrag, Phase oder Klemmenanschluß, so muß gegenläufigen Stromkomponente bilden,
die Bestückung dieser statischen Symmetriereinrich- In der Zeichnung ist eine vorzugsweise Anordnung tungen geändert werden, was bei raschen Last- der erfindungsgemäßen Einrichtung schematisch darwechseln praktisch unmöglich ist. Es sind ferner Sym- gestellt.

mctrier-Blindleistungsmaschinen für den Anschluß 55 Die Einrichtung enthält zwei mechanisch über eine

eines Einphascn Verbrauchers beliebiger Leistung an gemeinsame Welle gekoppelte Blindleistungssynchron-

cin Drehstromnetz bekannt (ETZ, 77, 1956, S. 457). maschinen 4 und 7. Die Ständerwicklungen dieser

Der einphasige Verbraucher ist dabei aber immer Maschinen sind in Reihe geschaltet und parallel zu

mit denselben [.eitern des Drehstromnetzes ver- dem Schieflastverbraucher 2 an das zu speisende

bunden; die Phasenlage eines Spannungszeigers steht 6° Netz 1 angeschlossen. Die Synchronmaschine 4 ent-

also in fester Beziehung zur Phasenlage des Dreh- hält ein Polrad üblicher Ausführung, das über einen

Stromnetzes. Wollte man mit solchen Symmetrier- geregelten und umpolbarcn Gleichrichter 19 erregt

Blindleistungsmaschine!! auch beliebig unsymmc- wird. Das Polrad der zweiten Synchronmaschine 7

trische veränderliche dreiphasige Ströme ausrcgeln, besitzt gemäß der Erfindung zwei Wicklungssysteme,

so müßte man hierzu mehrere solche Symmetrier- 65 die elektrisch aufeinander senkrecht stehen und von-

Blindleisluiigsmaschineii aufstellen und die Ver- einander unabhängig sind. Jedes dieser Wicklungs-

braiicher durch eine Bank von Einphasentransfor- systeme wird über einen geregelten, umpolbaren

matoren speisen, was aufwendig ist. Ebenso ist die Gleichrichter 17, 18 gespeist. In die Anschlußleitung

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der Synchronmaschinen an das Netz ist ein Konden- Die Ständerwicklung der zweiten Synchronsator 20 eingeschaltet, um die Streureaktanz der Syn- maschine 7 deckt sich bezüglich der Polzahl mit der chronmaschinen wenigstens teilweise zu kompen- Ständerwicklung der ersten Synchronmaschine 4, das sieren, wodurch eine raschere Regelung mit kleinerer von ihr erzeugte Drehfeld läuft jedoch entgegen der Erregungsleistung möglich wird. Zur Ermittlung der 5 Drehrichtung des Polrades um. Das Polrad der Mavom Versorgungsnetz 1 abgegebenen Blind- bzw. schine7 enthält nach der Erfindung zwei getrennte,' Wirkleistung sind der Spannungswandler 10 und der elektrisch aufeinander senkrecht stehende Erreger-Stromwandler 11 vorgesehen. An die Sekundärseite wicklungen 8 und 9. Je nach der Erregung der einen des Stromwandlers 11 sind zwei Einrichtungen 12 oder der anderen Polradwicklung oder beider Wickbzw. 13 angeschlossen, die jeweils nur die mitläufige io lungen liefert die Ständerwicklung der Maschine 7 Komponente I₁ bzw. gegenläufige Komponente Z₂ des eine gegenläufige Drehspannung, die in der Phase unsymmetrischen Drehstromsystems durchlassen. geändert werden kann. Die Ständerleistung dieser Beide Stromkomponenten Z₁ und Z₂ werden gemein- Maschine kann so der gegenläufigen Komponente der sam mit der vom Spannungswandler 10 gelieferten von dem Verbraucher entnommenen Schieflast bei Drehspannung in später beschriebener Weise über 15 jeder beliebigen Phasenlage gleich gemacht werdie Multiplikatorschaltungen 14,15,16 geleitet, deren den; die zwei elektrisch senkrecht aufeinanderste-Ausgangsgrößen die Istwerte der jeweiligen Blind- hendcn Erregersysteme ermöglichen es, auf Grund oder Wirkleistungen für die Regler der Erregergleich- der variablen Erregungsverteilung die gegenläufige richterl7, 18, 19 bilden. Falls die Schwungmassen Komponente der Verbraucher-Schieflast sowohl der Polräder wegen der in der Symmetriermaschine 7 20 dem Betrag als auch der Phase nach zu kompeninduzierten Wechselmomente nicht für einen gleich- sieren.

mäßigen Lauf ausreichen, kann ein Schwungrad 6 Nach der Erfindung werden die beiden Erregervorgesehen werden. wicklungen 8, 9 der Maschine 7 von zwei umpolbaren

Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß ein geregelten Gleichrichtern 17,18 gespeist. Die Istwerte beliebig unsymmetrisches Drehspannungs- oder Dreh- 25 für die Regler dieser Gleichrichter werden wiederum Stromsystem durch drei Komponenten dargestellt von je einer Multiplikatorschaltung 15, 16 geliefert, werden kann. Die erste Komponente ist ein symme- In den Multiplikatorschaltungen 15, 16 wird die trisches mitläufiges Dreiphasensystem, das allein gegenläufige Stromkomponente Z₂ des Verbraucherüber die Erregung einer Synchronmaschine be- stromes mit Hilfe einer vom Spannungswandlersatz einflußt werden kann. Die zweite Komponente ist 30 10 gelieferten Drehspannung in die Teilkompoein ebenfalls symmetrisches Dreiphasensystem, das nenten R_u (Z₂) und I_n, (Z₂) zerlegt, die den Richtungen jedoch entgegen der Drehrichtung des Drehfeldes der Polradwicklungen 8 und 9 zugeordnet sind. Die umläuft. Die dritte Komponente besteht schließlich gegenläufige Stromkomponente Z₂ wird einer Komaus einem einphasigen System, das für die Un- ponentenbrücke 13 entnommen, die vom Stromsymmetrie der Spannungen gege,n oder bzw. für den 35 wandlersatz 11 gespeist wird und ausschließlich die über Erde fließenden Strom verantwortlich ist. Es ist gegenläufige Komponente durchläßt,
bereits eine Filtereinrichtung vorgeschlagen worden, Das gegenläufige Stromsystem Z₂ ist durch seine die die getrennte Ermittlung und Messung sowohl der beiden Teilkomponenten R₁₁ (Z₂) und I_n (Z₂) vollständig mitläufigen als auch der gegenläufigen Dreh- charakterisiert. Beide Teilkomponenten sind wattlos sjjannungs- oder Drehstromkomponente ermöglicht. 40 und daher im üblichen Sinne als Blindströme anzu-Von dieser Einrichtung wird in den Geräten 12 und sehen. Der Sollwert der Regler 18, 19 ist Null. Das 13 Gebrauch gemacht. Sie enthalten im wesentlichen bedeutet, daß die Erregung der beiden Polradwickeine dreiphasige Komponentenbrücke. lungen 8, 9 so eingestellt wird, daß der von der zu-

Aus der mitläufigen Stromkomponente Z₁ wird mit gehörigen Ständerwicklung gelieferte gegenläufige Hilfe der vom dreiphasigen Spannungswandler 10 ge- 45 Strom genau dem gegenläufigen Strom des Verlieferten Drehspannung durch die Multiplikator- brauchers 2 entspricht und diesen gegenüber dem schaltung 14 die in Richtung der Polradwicklung 5 Netz kompensiert. Das Versorgungsnetz 1 ist damit liegende Teilkomponente I_m (Z₁) gewonnen, da nur von der Schieflast des Verbrauchers entlastet und diese Teilkomponente durch die Erregung der Wick- braucht nur noch eine völlig symmetrische Wirklung 5 beeinflußt werden kann. Sie ist mit der sym- 50 leistung mit einem beliebig vorgebbaren, festen symmetrischen Blindkomponente des Verbraucher- metrischen Blindleistungsanteil zu liefern,
stromes identisch. Der Multiplikator 14 arbeitet nach In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Art der bekannten Dreiphasen-Wattmeterschaltungen der Zeichnung sind die beiden Symmetriermaschinen oberschwingungsfrei. Die Ausgangsgröße dieser parallel zum Verbraucher an das Netz geschaltet. Die Multiplikatorschaltung ist demnach ein Maß der von 55 Maschinen symmetrieren demnach den Verbraucherdem Versorgungsnetz aufzubringenden Blindleistung. strom. Die Symmetriermaschinen lassen sich aber Sie kann unmittelbar als Istwert für einen Regler des auch mit dem Verbraucher in Reihe schalten. In Erregergleichrichters 19 verwendet werden. Der Soll- diesem Fall symmetrieren sie die Verbraucherwert für diesen Regler kann entweder auf Null oder spannung.

auf einen festen, beliebig vorgebbaren Wert eingestellt 60 Die Einrichtung gemäß der Erfindung hat den Vorwerden. Die Erregung der Synchronmaschine 4 wird teil, eine ständig wechselnde unsymmetrische Bedurch die beschriebene Einrichtung so eingestellt, lastung eines Netzes auszugleichen. Mit derartigen daß diese Maschine stets die von dem Verbraucher 2 Belastungsverhältnisscn ist insbesondere bei dreibenötigte Blindleistung aufbringt. Sie verhält sich also phasigen Lichtbogenschmelzöfen zu rechnen, wenn wie eine Phasenschiebermaschine bekannter Bauart. 65 in bestimmten Lastzuständen einzelne Phasenlicht-In der erfindungsgemäßen Einrichtung wird die Syn- bögen unregelmäßig derart aussetzen, daß eine mehchronmaschine 4 gleichzeitig als Antriebsmotor für rere Perioden dauernde und sich ständig ändernde eine zweite Synchronmaschine 7 benutzt. Schieflast vorliegt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Symmetrierung von Drehstromnetzen nach dem Prinzip der Zerlegung in mit- und gegenläufige Stromkomponenten mit ■ zwei mechanisch gekuppelten Drehstrommaschinen, von denen die erste als Phasenschieber für die symmetrische Blindleistung und als Antrieb für die zweite Maschine dient, deren Ständerwicklung im gegenläufigen Sinne zum Netzdrehfeld in Serie mit der Ständerwicklung der antreibenden Phasenschiebermaschine verbunden ist und deren Polrad zwei elektrisch aufeinander senkrecht stehende Polsysteme aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die PoI-systemc (8, 9) der zweiten Maschine (7) nach Maßgabe der gegenläufigen Stromkomponente über mit Reglern geregelte Erregergleichrichter (17, 18) im Sinne einer Symmetrierung des Drehstromnetzes derart erregt wird, daß für einen Real- und einen Imaginärteil zuständige Istwerte für die Regler von einer Anordnung geliefert werden, die aus einer dreiphasigen Komponentenbrücke (13) zur Abtrennung der gegenläufigen Komponente des Drehstromes und aus nachgeschalteten Multiplikatoren (15, 16) besteht, welche die für den Real- und den Imaginärteil zuständigen Istwerte als Produkte aus einer vom Netz abgeleiteten dreiphasigen Spannung (10) und der gegenläufigen Stromkomponente bilden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden in Serie geschalteter. Ständerwicklungen der mechanisch gekuppelter Drehstrommaschinen über einen Reihenkonden sator an das Drehstromnetz angeschlossen sind

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden mechanisch ge kuppelten Drehstrommaschinen ein zusätzliche: Schwungrad vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen