DE225263C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

ATENTSCHRIFT

- M 225263 KLASSE 21 d. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 30. Juli 1908 ab.

Wechselstromanlagen mit Ausgleich der Belastung sind in der Weise bekannt, daß eine Anzahl von Einphasenkommutatormotoren auf einer mit Schwungrad versehenen Achse angebracht sind. Die Anker der beiden Motoren sind an verschiedene Phasenleitungen des Speisenetzes angeschlossen, während die Feldmagnetwicklung der Motoren in Stromkreise geschaltet sind, deren Phasen um go° gegen

to diejenigen verschoben sind, mit welchen die Anker verbunden sind. Die Wirkung für den Ausgleich der Belastung wird dadurch erzielt, daß man die Feldmagnetstärke der "beiden Motoren in bekannter Weise so ändert, daß eine Aufspeicherung oder Abgabe kinetischer Energie im oder vom Schwungrad aus stattfindet.

Bei solchen Ausgleichsvorrichtungen ist es nicht nur wünschenswert, daß die elektromotorischen Ankerkräfte nahezu in derselben Phase sind wie die Stromkreise, mit denen sie verbunden sind, sondern es sollen vielmehr auch die Ströme in den Ankerstromkreisen dieselben Phasen haben wie die Spannungen der Leitungen, an welche die Anker ^: angeschaltet sind.

Bei der vorliegenden Erfindung wird dieses Resultat bei allen Belastungsbedingungen, gleichviel ob die Maschinen als Motoren oder Generatoren laufen, dadurch erreicht, daß der Feldwicklung jedes der Motoren eine Zusatzspannung zugeführt wird, welche vom zugehörigen Ankerstromkreis abgeleitet wird, wobei Größe und Richtung der Zusatzspannung so gewählt wird, daß sie sich entsprechend den Belastungsänderungen ändert und umgekehrt.

Auf den Zeichnungen ist die Erfindung dargestellt, und. zwar zeigt

Fig. ι eine Ausführungsform für Zweiphasenstrom,

Fig. 2 und 3 die zugehörigen Vektordiagramme für Motor- bzw. Stromerzeugerärbeitsgang,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform für Zweiphasenstrom und

Fig. 5 eine Ausführungsform für Einphasenstrom. ■ ,

Die Anker 1 und 2 der Kommutator-Wechselstrommaschinen sind mechanisch gekuppelt und auf der gemeinsamen Achse ist ein Schwungrad 3 angebracht. Auch elektrisch sind sie gekuppelt, und zwar durch zwei verschiedene Leiterpaare des Verteilungskreises 4-5-6-7, der von dem Stromerzeuger 8 aus gespeist wird. Die .Feldmagnetwicklungen 9 und 10,. welche an andere Leiter des Netzes 4-5-6.-7 gelegt sind als die Anker, stehen mit Zwischenpunkten der unterteilten Transformätorwicklungen 11 und 12 in Verbindung. Von den Unterteilungspunkten der Windungen 11 und 12 führen Leitungen zu den Kontaktstücken 13. Diese gehpren zu einem Regler mit den Kontaktstreifen 14 und den Kontaktstücken 15 sowie dem Schleifer 16. Zwischen die Kontaktstücke 15 ist dabei eine Impedanzvorrichtung eingeschaltet, die im wesentlichen denselben Leistungsfaktor wie die Feldmagnet-

wicklung besitzt. Die Kontaktstreifen 14 führen zu den Leitern 4 und 7 des Verteilungsnetzes. Die Leiterstücke 16 werden mittels eines Elektromagneten 18 in ihrer Stellung geregelt. Der Elektromagnet 18 aber erhält Strom in Proportion zu dem Strom, welcher das Netz 4-5-6-7 durchfließt. Die Belastungsstelle endlich bildet der Motor 19.

Wenn die Leiterstreifen 16 die unteren Enden der Kontaktstreifen 14 berühren, so sind die Feldmagnet wicklungen 9 und 10 an andere Phasen des Verteilungsnetzes geschlossen als die Anker, und folglich sind die Spannungen um 90 ° verschoben. Es wird deshalb die Gegen- und erzeugte elektromotorische Kraft in den Ankern 1 und 2 im wesentlichen mit den Leitern, an welchen die Anker angeschlossen sind, in Phase sein. Da aber Induktanz unvermeidbar in den Ankerstromkreisen vorhanden ist, so kann es vorkommen, daß die Ströme in den Ankerstromkreis mit den Spannungen der Leiter, an welche die Anker angeschlossen sind, beträchtlich außer Phase kommen. Diese Phasendifferenzen aber werden sich mit den Änderungen der Stromstärke im Anker ändern. Es ist deshalb wünschenswert, daß die Gegen- und die erzeugte elektromotorische Kraft der Anker in bezug auf die Spannung der Leiter, an welche die Anker angeschlossen sind, so verschoben wird, daß bei jeder Belastung und bei der Arbeit der Maschinen als Motoren sowohl wie als Stromerzeuger die Ankerströme annähernd mit den Spannungen der Ankerleitungen in Phase sind. Im allgemeinen wird man finden, daß die gegenelektromotorische Kraft für den Fall, daß die Maschinen als Motoren arbeiten, hinter den Spannungen der Leiter für die Anker zurückbleiben muß, dagegen die erzeugte elektromotorische Kraft bei der Arbeit als Stromerzeuger vorzueilen hat. Dies wird durch den Regler erreicht, welcher durch den Magneten 18 den Stromveränderungen im Verteilungsnetz, welche die Belastungsstelle 19 bedingt, entsprechend gesteuert \vird. Die Leiterstücke 16 werden dabei in ihre äußersten Stellungen gebracht, um die Dynamomaschine als Stromerzeuger arbeiten zu lassen, falls die Belastung von 19 eine bestimmte Grenze überschreitet. Fällt die Belastung unter diese Grenze, so können die Streifen 16 herabsinken und in den Feldstromkreis Teile der Impedanzvorrichtung 17 einschalten, wodurch die Stärke der Magnetwicklungen vermindert wird, so daß die Maschinen wieder als Motoren laufen und Energie aufspeichern. Bei der Motorarbeit werden Teile der Transformatorwicklungen 11 in den Feldstromkreis eingeschaltet, und zwar unterhalb der Zwischenpunkte, an welche die Enden der genannten Wicklungen angeschlossen sind. Bei der Generatorarbeit dagegen werden Teile oberhalb der Zwischenpunkte eingeschaltet. Da nun die Spannungen, die die Transformatorwicldungen erhalten, von denjenigen der Stromkreise in Phase abweichen, an welche die Feldmagnete geschlossen sind, falls das Leiterstück 16 mit den unteren Enden der Leiterstreifen 14 in Kontakt kommt, so werden die Phasen der Spannungen für die Feldmagnetwicklungen der Belastung entsprechend geändert, und das gleiche, was für die Motorarbeit gilt, muß auch für die Stromerzeugerarbeit seine Gültigkeit behalten.

Die Vektordiagramme nach Fig. 2 und 3 für Motor- bzw. Generatorarbeit lassen dies leicht erkennen. Aus ihnen sind sowohl die Spannungen als auch die Stromstärken ersichtlich. E₁ und E₂ sind die Linienspannungen des Netzes 4-5-6-7, und zwar E₁ die Spannung desjenigen Stromkreises, an welchen der Anker der Maschine 1 angeschlossen ist.

Ef bedeutet die Spannung für die Feldmagnetwicklung, E_x endlich diejenige für den Impedanzapparat. E_x und Ef werden also in Phase übereinstimmen, und es entsteht keine Phasenverschiebung durch Einschaltung der Impedanzvorrichtung in den Stromkreis mit der Feldmagnetwicklung.

Es mag nun hervorgehoben werden, daß es nicht unter allen Umständen notwendig ist, daß der Leistungsfaktor der Impedanzvorrichtung derselbe ist wie der der Feldmagnetwicklung, da die Phasenverschiebung sich auch anderweit leicht erzielen läßt.

E_x bedeutet die Spannung für die Feldmagnete, die vom Transformator 11 herrührt, E_g die elektromotorische Kraft der Maschine, wenn sie als Gegenstromerzeuger arbeitet, und die Gegenkraft der Maschine, wenn sie als Motor arbeitet.

If bedeutet den Feldstrom, der um 90 ° gegen die Feldspannung Ef verschoben ist, weil in der Praxis der Ohmsche Widerstand der Feldmagnetwicklung dem induktiven gegenüber sehr gering ausfällt.

E_g ist in Phase mit dem Feldstrom If. J bedeutet den Strom in dem Ankerstromkreis; E₁ Eg den Impedanzabfall im Ankerstromkreis.

E₁ X stellt die Widerstandskomponente des Impedanzabfalls dar und ist in Phase mit dem Strom /. Ihm entgegen wirkt die Linien-. spannung E₁, wenn die Maschine als Motor arbeitet (Fig. 2); ihm entgegen arbeit die erzeugte elektromotorische Kraft E₁, wenn die Maschine als Stromerzeuger arbeitet (Fig. 3), so daß in diesem Falle E₁ X der Spannung Zi₁ hinzuzufügen ist.

E_g X ist der induktive Abfall in dem Ankerstromkreis oder die induktive Komponente des Impedanzabfalles E₁ E„ und ist deshalb mit dem Strom I um 90° verschoben.

Geht man von der motorischen zur Stromarbeit über (also auch von Fig. 2 zu Fig. 3) und umgekehrt, so vollzieht sich die Verschiebung durch Umkehrung der Phase der elektromotorischen Kraft E_y, welche der Feldstromkreis vom Transformator 11 aus empfängt. Der Wert dieser elektromotorischen Kraft steigert sich bei der Stromerzeugerarbeit mit dem Strombetrag, den die Verbrauchsstellen verlangen, und steigert sich bei einer Stromabnahme durch die Stromabnehmer, wenn die Maschine als Motor arbeitet.

Es ist manchmal wünschenswert, falls die Spannung des Verteilungsnetzes 4-5-6-7 zu hoch ist, Transformatoren 25 und 26 in den Stromkreis zwischen das Verteilungsnetz und die Kommutatormaschinen (Fig. 4) einzuschalten. In diesem Falle ist es nötig, Zusatztransformatoren anzuordnen, um eine Phasenregulierung für die Spannungen der Feldmagnetwicklungen zu erzielen, da Zusatzspannungen, welche mit den Hauptspannungen außer Phase sind, sich durch die Haupttransformatoren 25 und 26 gewinnen lassen. Zu diesem Zwecke sind in Fig. 4 die Haupttransformatorwicklungen 25 und 26 unterteilt und die verschiedenen Unterteilüngspunkte an feste Kontaktstücke 15 des Reglers angeschlossen. Die Schleifer 16 werden wie zuvor durch die Magnetwicklung 18 gesteuert, und der Regler ist im übrigen ebenso wie zu Fig. 1 dargestellt. In diesem Falle sind die Klemmen der Feldmagnetwicklungen an Zwischenpunkte der Transformatorwicklungen 25 und 26 angeschlossen.

Die Wirkungsweise geht ebenso wie zu Fig. ι beschrieben vor sich.

Auch für Einphasenstrom läßt sich, wie Fig. 5 zeigt, die Erfindung verwenden. Hier werden die Feldmagnetwicklungen 30 der elektrischen Maschine, deren Anker 31 an das Verteilungsnetz 32 - 33 gelegt ist, mit Erregerstrom vom Stromerzeuger 34 aus gespeist; dessen elektromotorische Kraft ist im wesentliehen um 90⁰ gegen die Spannung.32-33 verschoben. Eine Zusatzspannung wird dem Feldstrom durch die Transformatorenwicklung 35, die an den Stromkreis 32-33 geschlossen ist, zugeführt. Der Wert der genannten elektromotorischen Kraft wird geregelt und ihre Phase umgekehrt mittels des Reglers 36, der vom Magneten 37 gesteuert wird, der seinerseits in Reihe mit dem Leiter 33 geschaltet ist. Die Wirkung des Reglers ist ähnlich wie zu Fig. ι beschrieben. Der Feldmagnet 38 des Stromerzeugers 34 wird vom Stromkreis 32-33 aus gespeist, und der Stromerzeuger 34 wird durch den Serienmotor 39 angetrieben, der vom Stromkreis 32-33 ebenfalls seinen Strom erhält.

Alles geht vor sich, entsprechend wie bei Fig. ι und 4.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Schaltungsanlage zum Belastungsausgleich mit mehreren auf einer mit Schwungmassen versehenen Achse gekuppelten Einphasenkommutatormotoren, deren Anker und Feldmagnete an verschiedene Phasenleiter gelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zusatzspannung für die Feldmagnetwicklung jedes der Motoren vorgesehen ist, welche immer von demjenigen Stromkreis, an welchen der Anker der betreffenden Maschine angeschlossen ist, abgeleitet wird und nach Größe und Richtung geändert und umgekehrt werden kann, je nachdem sich die Belastung ändert.

2. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transformator (11, 12, 25, 26 oder 35) für jeden Motor angeordnet ist, der an dieselben Leiter wie der Anker des Motors . angeschlossen ist, während die Feldmagnetwicklungen einen größeren oder kleineren Teil dieser Transformatorwicklung auf der einen oder anderen Seite des Mittelpunktes je nach der Belastung in ihrem Stromkreis aufnehmen.

3. Ausführungsform nach Anspruch 1 go für Einphasensystem, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromotorische Kraft für die Feldmagnetwicklung der Ausgleichermaschine die Resultante einerseits der elktromotorischen Kraft ist, welche der Anker (34) eines Erregers, der durch einen Motor (39) getrieben wird, erzeugt und andererseits der elektromotorischen Kraft eines größeren oder kleineren Teiles einer Transformatorwicklung (35), die in Übereinstimmung mit den Belastungsänderungen des Netzes geregelt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.