DE228438C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 228438 KLASSE 21 d. GRUPPE

in MANCHESTER, ARTHUR PEMBERTON WOOD in HALE

und ROBERT STAFFORD Mc LEOD in DIDSBURY β. MANCHESTER, Engl.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 2. Dezember 1909 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf Wechselstrommaschinen, wie sie beispielsweise in Unterstationen zur Verbindung zweier Zentralen verschiedener Frequenz benutzt werden, so daß beide Stromquellen für ein gemeinsames System von Hauptleitungen zur Verfügung stehen, oder daß erforderlichenfalls Energie von dem einen Netze auf das andere übertragen werden kann. Derartige Einrichtungen umfassen bisher

ίο zwei Wechselstrommaschinen von einer oder mehreren Phasen, deren Rotoren miteinander mechanisch gekuppelt sind. Die eine dieser Maschinen ist mit den Hauptleitungen der einen Stromquelle und die andere mit denen der anderen Stromquelle und erforderlichenfalls noch mit einem gemeinsamen System von Hauptleitungen verbunden. Die beiden Wechselstrommaschinen sind so angeordnet, daß, während ihre Rotoren mit derselben Gesch windigkeit umlaufen, ihre Frequenzen jeweils der n'ormalen Frequenz der entsprechenden Stromquelle, mit welcher sie verbunden sind, entsprechen. Auf diese Weise sind die beiden Stromquellen miteinander und mit dem gemeinsamen System der Hauptleitungen verbunden, die eine unmittelbar und die andere mittelbar durch die gekuppelten Maschinen, welche auf diese Weise als ein Periodenumformer für die letztere Stromquelle dienen.

Eine derartige Anordnung besitzt Schwierigkeiten beim Anlassen und Synchronisieren, und da jedes Bestreben irgendeiner der beiden Stromquellen, von der normalen Frequenz abzuweichen, durch die gekuppelten Maschinen, welche die beiden Stromquellen miteinander verbinden, vermieden werden muß, ist es klar, daß, wenn jede der beiden miteinander gekuppelten Stromquellen eine Leistung hat, welche im Verhältnis zu dem Teil, der an die gemeinsamen Hauptlinien geliefert wird, groß ist, das Bestreben einer derselben, von der normalen Frequenz abzuweichen, nur dadurch durch die gekuppelten Maschinen verhindert werden kann, daß die eine auf die andere ein verhältnismäßig sehr großes Drehmoment überträgt, so daß unter Umständen die Sicherheitsgrenze überschritten werden kann, was auch eintreten kann, wenn die eine Stromquelle auf die andere eine beträchtliche Arbeitsleistung überträgt.

Hieraus ergibt sich, daß bei der beschriebenen Anordnung das Verhältnis der beiden Frequenzen aufrechterhalten werden muß, sei es durch die gekuppelten Maschinen oder in anderer Weise, und zwar genau in dem Verhältnisse, für welches die beiden Stromquellen gebaut sind, was in der Praxis schwierig zu erreichen ist. In solchen Fällen, in welchen

das Verhältnis der Frequenzen der zu kuppelnden Stromquellen nur durch solche ganze Zahlen ausgedrückt werden kann, welche die größte Zahl von Polen überschreiten, die an den Wechselstrommaschinen angebracht werden können, ist es nicht möglich, solche Stromquellen in der üblichen Weise miteinander zu kuppeln, beispielsweise wenn die beiden Periodenzahlen 25 und 36 sind.

Zweck der Erfindung ist eine Anordnung, bei welcher das von dem einen Generator auf den anderen übertragene Drehmoment so geregelt werden kann, daß es einen bestimmten Höchstwert nicht überschreitet, daß ein beträchtliches Abweichen jeder der beiden Stromquellen oder Zentralen von ihrer normalen Frequenz möglich ist, und daß Stromquellen von beliebigen Frequenzen miteinander gekuppelt werden können.

In den Ausführungsbeispielen der Zeichnung ist Fig. ι ein Schema der neuen Anordnung, bei welchem das Gehäuse der einen Wechselstrommaschine durch einen Wechselstrom-Hilfsmotor gedreht werden kann, während nach Fig. 2 diese Drehung durch einen Gleichstrom-Hilfsmotor erfolgt und Fig. 3 die Anordnung eines Gleichstrom-Hilfsmotors zeigt, der mit einem Motorgenerator verbunden ist. Zwecks größerer Klarheit ist die mechanische Konstruktion der Wechselstrommaschinen und Motoren in der Zeichnung nicht dargestellt, noch sind die Schalter zum Anlassen und Synchronisieren eingezeichnet, da hierbei die üblichen Ausführungen Anwendung finden können.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind die Rotoren r der Wechselstrommaschinen A und B miteinander mechanisch gekuppelt. Was gewöhnlich als der Stator der einen Maschine, beispielsweise der Maschine A, bezeichnet wird, soll im folgenden als das Gehäuse α bezeichnet werden, da es sich um die Achse des Rotors drehen kann. Diese Drehung wird vermittels eines Zahnradgetriebes c, d, beispielsweise mit Hilfe eines Elektromotors C, geregelt, welcher, während er die Drehung des Gehäuses zuläßt, ein Drehmoment, darauf ausübt, welches einen bestimmten Höchstwert nicht überschreitet. A ist die Maschine mit dem drehbaren Gehäuse, B die andere Wechselstrommaschine und C der Wechselstrom-Hilfsmotor.

Die Geschwindigkeit der Drehung der gekuppelten Rotoren ist hierbei eine solche, welche der Frequenz der Stromquelle P entspricht, mit welcher die Statonvicklungen s der Maschine B verbunden sind. Wenn nun die Frequenz der Stromquelle Q, mit welcher die Windungen s des Gehäuses der Maschine A verbunden sind, der Geschwindigkeit und Polzahl der Maschine A entspricht, bleibt das Gehäuse. der letzteren still stehen und wird durch das Drehmoment, welches dem Gehäuse durch den Hilfsmotor mitgeteilt wird, festgehalten. Sollte sich die Frequenz der einen oder der anderen Stromquelle ändern, so folgt hieraus, daß das Drehmoment zwischen dem Gehäuse und dem Rotor der Maschine A sich ändern will; da nun der Hilfsmotor so geschaltet ist, daß er ungefähr ein konstantes Drehmoment auf das Gehäuse ausübt, dreht sich das letztere in der einen oder anderen Richtung, entsprechend der Wirkung der Frequenzänderung, und durch diese Drehung paßt sich der Periodenumformer dem geänderten Verhältnisse der Frequenz an.

Falls der Periodenuniformer einfach dazu benutzt wird, die beiden Zentralen P und Q miteinander zu verbinden, ist die Anordnung naturgemäß dieselbe wie eben beschrieben, und die Maschine A arbeitet entweder als Motor oder als Generator, je nachdem Energie von Q nach P oder umgekehrt übertragen wird; dementsprechend ändert sich auch die Richtung des Drehmomentes, da das Drehmoment an dem Gehäuse A in Richtung der Drehung des Rotors der Maschine A wirkt, wenn letztere als Motor arbeitet, bzw. dieser Drehung entgegenwirkt, wenn Maschine A als Generator arbeitet.

Die Statorwindungen b des Induktionsmotors C sind mit einer Wechselstromquelle verbunden, und die Schleifringe seines Rotors sind mit einem Widerstände e verbunden, dessen Größe verändert werden kann, und der, wenn der Rotor feststeht, den Strom bis zu dem Betrage herabmindert, welcher das erforderliche Drehmoment ergibt.

Wenn das Gehäuse α ganz frei sich drehen könnte, könnte zwischen P und Q keine Energie übertragen werden. Das Gehäuse würde stehen bleiben, wenn das Verhältnis der Frequenz von P und Q dasselbe ist wie das der Pole von A und B. Wenn dieses Verhältnis jedoch nicht dasselbe ist, würde das Gehäuse sich drehen. In beiden Fällen würde das sich drehende Feld des Gehäuses dieselbe absolute Winkelgeschwindigkeit wie der Rotor r besitzen. Wenn nun von dem Motor C auf das Gehäuse ein Drehmoment ausgeübt wird, wird dieses Drehmoment, ohne die Drehgeschwindigkeit des Gehäuses α zu verändern, durch die relative Verschiebung der magnetischen Achsen des rotierenden Feldes von α und des Magnetsystems des Rotors r bewirken, daß die Maschine A als Generator oder als Motor arbeitet, je nach dem Sinne des Drehmomentes, und daß so Energie von Q nach P oder umgekehrt übertragen wird.

Der Hilfsmotor zur Regelung der Gehäusedrehung kann auch ein Gleichstrommotor C¹ sein, wie in Fig. 2 dargestellt, wobei er so be-

wickelt und mit den einstellbaren Widerständen f und g so verbunden ist, daß das gewünschte, praktisch konstante Drehmoment zwischen seinem Felde und seinem Anker erzeugt wird; m und η sind die Zuleitungen für den Gleichstrom, in welchem der Widerstand f in Reihe mit der Nebenschlußwindung h und der Widerstand g in Reihe mit dem Anker liegt.

ίο Angenommen, daß das Gehäuse der Maschine A mit 20 Umdrehungen in der Minute im Drehungssinne ihres Läufers gedreht werden soll, damit ihr Drehfeld dieselbe absolute Winkelgeschwindigkeit wie das des Läufers besitzt, dann würde, falls die Maschine an die Hauptleitung Q weder Arbeit abgibt noch solche von ihr empfängt, der Antriebsmotor nur ein solches Drehmoment ausüben, daß dadurch die Reibung und die übrigen Verluste gedeckt werden. Durch eine Änderung dieses Drehmomentes muß naturgemäß das Feld von A eine Winkelverschiebung erleiden, so daß es entweder voreilt und Arbeit an die Hauptleitung abgegeben wird, oder nacheilt und Arbeit von der Hauptleitung aufgenommen wird. Im letzteren Falle muß offenbar ein Teil der Arbeit durch den Motor C an die Hauptleitung wieder abgegeben werden.

Um diese Arbeitsübertragung durch den Antriebsmotor möglichst vollkommen zu machen, ist es zweckmäßig, diesen Motor durch einen kleinen Motorgenerator M, G (Fig. 3) anzutreiben, wobei der Anker der Dynamomaschine G mit dem Anker des Antriebsmotors C² in Reihe geschaltet ist. Das Feld von C² wird durch eine Nebenschlußwicklung I erregt, und das Feld von G kann nach Art der selbsttätig umkehrbaren Booster bewickelt werden, wie sie z. B. in der britisehen Patentschrift 14373/02 beschrieben sind, also mit einer Nebenschlußwicklung ν, einer selbsterregenden Wicklung 0 und einer Reihenwicklung w, welche eine starke Gegenkompoundierung ausübt, so daß, wenn Arbeit auf die Linie zu übertragen ist, G als Motor arbeitet und die Maschine M als einen Stromerzeuger antreibt. Sowohl die Wicklung ν wie die Wicklung I liegen im Nebenschluß, beide können mit der Hauptleitung m, η verbunden sein. Die Wicklung ν ist, wie angegeben, so gewickelt, daß w in bezug auf sie gegenkompoundierend wirkt, und I ist so mit der Hauptleitung verbunden, daß sie den richtigen Drehungssinn des Motors C² erzeugt.

Bei einer solchen Anordnung arbeitet der Generator mit jeder Stromstärke, für welche er bestimmt ist, und verändert selbsttätig seine Spannung für den das Gehäuse regelnden Hilfsmotor, je nachdem dieser stillsteht oder in der einen oder anderen Richtung sich dreht. Hierbei übt der Hilfsmotor ein praktisch konstantes Drehmoment aus, und die Energie wird von dem Periodenumformer übertragen, unabhängig von Veränderungen der Frequenz oder der Spannung. Mit dieser Anordnung könnte auch zur Hauptleitung Energie durch den Motorgenerator übertragen werden.

Der Periodenumformer kann, wie erwähnt, dazu benutzt werden, zwei Zentralen, wie z. B. P und Q, von verschiedenen Frequenzen mit einer gemeinsamen Hauptleitung zu verbinden, oder er kann einfach dazu dienen, zwei solche Zentralen miteinander zu kuppeln, oder er kann schließlich auch dazu dienen, die Frequenz einer Zentrale- zur Regelung der Geschwindigkeit von Wechselstrommaschinen 0. dgl. zu ändern.

Die Widerstände e (Fig. 1) sowie f und g (Fig. 2) sind so einzuregeln, daß sie der Belastung entsprechen, welche von der einen Seite auf die andere übertragen werden soll, wobei die Motorverbindungen so getroffen sind, daß das Drehmoment den erforderlichen Sinn besitzt. Diese Regelung der Widerstände kann von Hand von Zeit zu Zeit ausgeführt werden, wenngleich auch selbsttätige Vorrichtungen am Rotorwiderstande angebracht werden können, um ein konstantes Drehmoment aufrechtzuhalten. Wenn das Verhältnis der Frequenzen der Stromquellen P und Q nicht durch Zahlen ausgedrückt werden kann, welche sich für die Zahl der Pole in den beiden Wechselstrommaschinen eignen, kann ein Periodenumformer mit einem dauernd umlaufenden Gehäuse nach der Erfindung benutzt werden.

Naturgemäß läßt sich die Einrichtung innerhalb der Grenzen der Erfindung wesentlich umändern, besonders in bezug auf die Art und Weise der Regelung des drehbaren Gehäuses; so kann es in manchen Fällen zweckmäßig sein, die Gehäuse der beiden Wechselstrommaschinen drehbar anzuordnen.

Nach den Ausführungsbeispielen der Zeichnung sind die Gehäuse der Maschinen A und B mit Drehstromleitungen verbunden, und die Rotoren werden durch Gleichstrom erregt; natürlich können diese Verbindungen auch umgekehrt und ein feststehendes Feld an Stelle des drehbaren benutzt werden; auch' kann statt des Dreiphasenstromes irgendein anderer Wechselstrom benutzt werden.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Periodenumformer zur Verbindung zweier Netze verschiedener Periodenzahlen, der aus zwei miteinander gekuppelten Wechselstrom-Synchronmaschinen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das die Ständerwicklung tragende Gehäuse wenigstens einer der beiden Synchronmaschinen mittels eines Hilfsmotors drehbar ist und seine

   Drehgeschwindigkeit durch Regelung dieses Hilfsmotors geändert werden kann, so daß das von der einen Synchronmaschine auf die andere übertragene Drehmoment begrenzt ist und kleine Frequenzänderungen jedes der beiden Netze bei Energieübertragung ausgeglichen werden können.
2. 2. Periodenumformer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Gehäuse durch einen Gleichstrommotor angetrieben wird, der von einem Motorgenerator gespeist wird, dessen Generatorseite nach Art der selbsttätig umkehrbaren Booster bewickelt ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.