DE207710C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Zusatzmaschinen für Wechselstrom sind b'e- - reits zu verschiedenen Zwecken und in verschiedenartiger Ausbildung angegeben und ausgeführt worden, auch solche, welche selbst tätig wirksam sind. Die Zusatzmaschine'nach vorliegender Erfindung ist eine Stromwendermaschine und soll hauptsächlich eine selbsttätige Spannungsregelung ermöglichen, bei der die Zusatzspannung in Abhängigkeit von dem ίο Wechselströme ist, welcher die Zusatzma-' : schine mittelbar (unter Zwischenschaltung • eines Transformators) oder unmittelbar durchfließt. . .,.■·.'

In Fig. ι ist.- als Anwendungsbeispiel die Zusatzmaschirie in Verbindung mit einem gewöhnlichen Wechselstromerzeuger dargestellt. Es ist i der über den regelbaren Widerstand r und die Schleifringe f vait Gleichstrom erregte .·; umlaufende Induktor des Wechselstromerzeugers, d dessen Ständer. Der von letzterem ' kommende Wechselstrom durchfließt hier nun beispielsweise direkt die Ständerwicklung s der Zusatzrhaschine und die Primärwicklung ' eines Stromtransformators c, um von da ins -25 Netz zu gelangen. Der Sekundärstrom des ■ Stromtransformators c wird nun dazu benutzt, um die Zusatzmaschine zu erregen, und wird daher mittels Bürsten b und eines Stromwenders deren Läufer I zugeführt. Außerdem ist noch ein entbehrlicher Regelungswiderstand w eingezeichnet.

Nimmt man fürs erste an, daß der Läufer I der Zutatzmaschine mit dem Induktor i direkt ' gekuppelt ist, so ist die Wirkungsweise einer .35 solchen Anordnung kurz folgende:

. Es sei in Fig. 2 das Arbeitsdiagramm des Wechselstromerzeugers allein ohne Berücksichtigung der Ständerverluste dargestellt. Es bedeutet also OB die Ständeramperewindungen (Ankerreaktion), B A die im Induktor i durch Gleichstrom hervorgebrachten Gesamt-, amperewindungen und O A die dadurch sich ergebenden Erregeramperewindungen, zu wel- : chen dann der Vektor der Spannung OC ; senkrecht steht. Würde der Wechselstromerzeuger für sich allein arbeiten und der Erregerstrom im Induktor i zwischen Leerlauf und ' Belastung nicht nachgeregelt werden, So würde \, die Spannung bei Leerlauf sich zur Spannung V O C bei Last so verhalten, wie B A zu OA, falls die Sättigungskurve in diesem Bereich, noch geradlinig ist. - ,.- _:

Ein ganz ähnliches Arbeitsdiagramm hat die Zusatzmaschine, für sich allein betrachtet,' das in Fig. 3 angegeben ist. Der durchfließende Wechselstrom erzeugt im Ständer s ebenfalls Amperewindungen ρ b. Der Sekundärstrom des Stromtransformators ruft die Gesamtamperewindungen b α im Läufer I her^ vor, so daß wieder Erregeramperewindungen 0 a 60^: übrigbleiben, durch welche die Größe der Zusatzspannung ok bestimmt ist. Das Verhältnis der Amperewindungen ba zu ob kann", nach Größe und Richtung durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses am Stromtransformator c, ferner durch Änderung der Stel- ^ lung der Bürsten b und mit Hilfe des Wider- -.; Standes w beliebig gewählt werden, ist aber·:.·-',·", dann von der Höhe des Stromes oder anderen : Einflüssen vollkommen unabhängig. Hat auch- 70_f die Zusatzmaschine eine gerade Sättigungs- .■■..'■^v kurve, so bleibt das Diagramm in Fig. 3 bei . '

beliebigem Strome sich stets ähnlich, wenn an der Einstellung nichts geändert wird.- Die Zusatzspannung ο k wird also dann gegen den Strom (der durch Ό b oder durch O B dargestellt ist) eine bestimmte Phasenverschiebung ψ haben und sich dementsprechend mit der Hauptspannung O C zu einer Gesamtspannung vereinigen.

Ein bemerkenswerter Sonderfall ist in Fig. 4

10· angegeben, bei dem die Bürstenstellung so gewählt ist, daß die Amperewindungen b' a' im Läufer / denen im Ständer s (0' b'J gerade entgegengesetzt gerichtet sind. Dann ist die Zusatzspannung 0' k' gerade um 90° (ψ'= 90°) gegen den Strom (dargestellt durch 0' b') verschoben, wie leicht erkannt wird. Setzt man nun die Zusatzspannung mit der Hauptspannung zusammen, wie es Fig. 5 zeigt, so kann . eine vollkommene Kompoundierung desWechsel-Stromerzeugers erzielt werden, falls auch dieser eine geradlinige Sättigungskurve aufweist. Es ist in Fig. 5 die Zusatzspannung dargestellt durch DO — 0' k', die mit O B (dem Strome) 90 ° einschließt. Die Gesamtspannung wird D C sein, die Resultierende aus D O und O C. Wählt man' nun das Verhältnis der Zusatzspannung D O zum Strome (O B) derart, daß die Gleichung besteht D O: O B — O C: OA, dann sind die Dreiecke DOC und BOA ähnlich, da auch die Winkel DOC und BOA einander gleich sind. Daraus folgt aber D C: O C = B A: OA. Berücksichtigt man das, was über das Diagramm der Hauptmaschine für sich allein gesagt wurde, so ergibt sich, daß die resultierende Spannung D C gleich jener Spannung ist, welche durch BA allein in der Hauptmaschine erzeugt würde, oder es ist D C gleich der Leerlaufspannung. Die ganze Anordnung wird dann also bei beliebiger Belastung und Phasenverschiebung stets die Leerlaufspannung liefern, was eben einer vollkommenen Kompoundierung gleichkommt, und entspricht auch in jeder anderen Hinsicht, z. B. bezüglich des Verfahrens zur Einstellung der Bürsten, einer vollkommen kompoundierten Maschine.

Man könnte die Bürsten auch so einstellen, daß sich die Zusatzspannung zu der Hauptspannung direkt addiert. Dann kann erstere unter Umständen kleiner sein wie in dem vorbeschriebenen Falle, wie ebenfalls aus Fig. 5 zu ersehen ist, wenn man die Zusatzspannung gleich L O annimmt. Sie ist dann gegen den Strom (O B) auch nur um den Winkel φ verschoben. Das hat den Vorteil, daß das Diagramm der Zusatzmaschine dem in Fig. 3 ähnlich sein wird, wenn ψ = φ gesetzt wird. Wie leicht einzusehen ist, können dann die Abmessungen der Zusatzmaschine kleiner sein wie für das Diagramm in Fig. 4. Ein Nachteil ist hierbei aber, daß die Kompoundiei ung nur für einen bestimmten Belastungszustand stattfindet. Immerhin ist auch eine solche Einstellung brauchbar in jenen Fällen, in denen die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung in mäßigen Grenzen schwankt. Man kann natürlich jede beliebige Einstellung an der Zusatzmaschine vornehmen, z. B. auch eine solche, daß die Zusatzspannung eine Verminderung der Hauptspannung hervorruft.

Die Zusatzmaschine kann nicht nur bei Generatoren, sondern auch bei Einankerumformern, Synchronmotoren usw., auch für mehrere solcher parallelgeschalteten Maschinen gemeinsam verwendet werden. .

Der. Antrieb erfolgt,. wie in Fig. 1 angenommen wurde, am besten durch mechanische, zwangläufige Kupplung mit der Hauptmaschine. Der Antrieb könnte jedoch auch durch einen Synchronmotor erfolgen, der von 'derselben Spannungsquelle gespeist wird. Dann ist es auch möglich, die Zusatzmaschine an einem von der Kraftstation entfernteren Punkte aufzustellen;

Ein asynchroner Antrieb würde dagegen mancherlei Schwierigkeiten bezüglich der Kommutierung ergeben, ferner müßte der Stromtransformator entsprechend der größeren Spannung, die am Läufer I bei Schlüpfung auftritt, größer bemessen werden. Bei Synchronismus kann man außerdem die Kommutierung durch eine Kurzschlußwicklung verbessern; 'bei asynchronem Lauf würde diese, wie sich leicht erkennen läßt, die Erzeugung einer Zusatzspannung zu verhindern suchen.

Ein wichtiges Verwendungsgebiet findet diese Art von Zusatzmaschinen für den Ausgleich des Spannungsabfalles in langen Leitungen. Die Verwendbarkeit für diesen Zweck findet ihre Erklärung darin, daß in einfachen Fällen der Spannungsabfall in einer Leitung (abgesehen von. der mäßigen Änderung des Widerstandes durch Erwärmung) zu dem Strome nach Richtung und Größe in unveränderlicher Beziehung steht. Da aber nach Fig. 3 dasselbe zwischen der Zusatzspannung (0 k) der Zusatzmaschine und dem Strome (dieser dargestellt durch 0 b) gilt, kann man diese beiden Beziehungen, durch Wahl des Übersetzungs-Verhältnisses am Stromtransformator c, der Bürstenstellung und des Widerstandes w, in Übereinstimmung bringen, so daß die Zusatzspannung dem Spannungsabfall genau entgegenwirkt. Man kann z. B. die Zusatzmaschine am Ende der Leitung (Speisepunkt) durch einen Synchronmotor, oder was noch einfacher ist, am Anfange der Leitung in der Kraftstation auf diese Art oder durch direkte Kupplung mit einer Hauptmaschine antreiben. Jede Fernleitung erfordert im allgemeinen auch eine besondere Zusatzmaschine. Es können

aber mehrere Zusatzmaschinen gemeinsam angetrieben werden. Hierbei wird gemäß der Erfindung ein einfaches Verfahren angewendet, um bei jeder Zusatzmaschine für die betreffende Leitung vor der Inbetriebsetzung alle Teile bequem einzustellen. Dasselbe besteht darin, daß man die Leitung am Ende (Speisepunkt) kurzschließt und das Übersetzungsverhältnis am Strom transformator, die Bürstenstellung

ίο und den Widerstand w so wählt, daß bei beliebigem Strome, welcher von den Stromerzeugern in die Leitung geschickt wird, die Spannung vor der Zusatzmaschine (zwischen ■ Stromerzeugern und Zusatzmaschinen) Null ist.

Dann wird, wie sich beweisen läßt, bei beliebiger Phasenverschiebung und bei beliebigem Strome die Spannung am Ende der Leitung unverändert bleiben, wenn die Spannung in der Kraftstation selbst konstant gehalten wird:

Dieses Verfahren ist ein Sonderfall eines allgemeineren für beliebige Aufstellung der Zusatzmaschine (am Anfang oder Ende der Leitung usw.), gemäß welchem man aus Zusatzmaschine und Leitung einen geschlossenen Stromkreis bildet und an beliebiger Stelle desselben von einer mit der Zusatzmaschine synr. chronen Stromquelle einen Strom hineinschickt, wobei die Einstellung an der Zusatzmaschine so zu erfolgen hat, daß an der Unterbrechungsstelle des Stromkreises' die Spannung Null besteht. Die Bemessung der Zusatzmaschinen hat für diesen Zweck nicht anders zu erfolgen, als daß sie nur für dieses Verfahren bei der höchsten zulässigen Stromstärke genügen müssen.

Die Phasenzahl am Läufer I kann unabhängig von dem Ständer gewählt werden. Die Maschinen sind in Fig. 1 dreiphasig und zweipolig gezeichnet, jede andere Phasen- und Polzahl ist natürlich ausführbar. Bei Einphasenstrom werden zur Erzeugung möglichst vollkommener Drehfelder im Läufer I die für kompoundierende Maschinen brauchbaren Vorkehrungen auch hier anzuwenden sein.

Claims (4)

Patent-An Sprüche:

1. Selbstregelnde 'Wechselstrom-Zusatzmaschine, deren Zusatzspannung vom Wechselstrom der Hauptmaschine oder des Netzes abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Läufer der Zusatzmaschine mittels Stromwender ein ein- oder mehrphasiger Erregerstrom zugeführt Wird, der von dem Wechselstrome direkt oder unter Vermitthing eines Stromtransformators abgeleitet ist.

2. Zusatzmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß deren Antrieb zwangläufig durch einen Synchronmotor erfolgt, der von derselben Hauptmaschine

, oder demselben Netz gespeist wird wie die Zusatzmaschine.

3. Zusatzmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe zwangläufig, mechanisch, mit einer Hauptmaschine gekuppelt wird.

4. Verfahren zur Einstellung der Bürsten und übrigen Teile an der in der Kraftstation befindlichen Zusatzmaschine nach Anspruch 1 bis 3, um den Spannungsabfall, in einer Leitung auszugleichen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Einstellung derart vornimmt, daß bei beliebigem Strome die Spannung vor der Zusatzmaschine . (zwischen Stromerzeuger und Zusatzmaschine) Null ist, wenn die Leitung am Ende kurzgeschlossen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.