DE250459C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

20. März 1883

die Priorität

Man hat bereits vorgeschlagen, Einphasen-Kommutatormotoren als Zusatzmaschine für eine oder mehrere Phasen eines Mehrphasen-Wechselstromsystems in der Weise zu benutzen, daß jeder Phasenstromkreis mit einer entsprechenden Einphasen-Kommutatormaschine ausgerüstet ist. Eine solche Anordnung läßt sich für den Ausgleich der Belastung verwenden, wenn die Motore auf einer gemeinschaftliehen Welle, die ein Schwungrad trägt, angeordnet sind.

Der vorliegenden Erfindung zufolge sollen die Motore für die Belastungsausgleichung entweder als Motore oder als Stromerzeuger wirken, je nachdem die Belastung des Verteilungsnetzes ausfällt, und zwar soll das dadurch geschehen, daß man die Phasengröße und die Größe des Stromes, der den Feldmagnetwicklungen zugeführt wird, oder nur letztere mittels induktiver Vorrichtungen allein oder solcher in Verbindung mit ohmischen Widerständen, also z. B. mittels Stufentransformatoren derart regelt, daß die Phase der Spannung, welche durch die Anker den Netzleitern zugeführt wird, zum Nacheilen hinter die Phase des Hauptstromkreises für den Fall der Motorarbeit gebracht wird, zum Voreilen aber für den Fall der Stromerzeugerarbeit, zum Zwecke, den Ankerstrom zur Erzielung des günstigsten Leistungsfaktors stets in Phase mit der Netzspannung zu halten.

Die Erfindung ist in verschiedenen Ausführungsformen durch Zeichnung dargestellt.

In Fig. ι sind drei unterteilte Wicklungen 9, 10, 11 eines Dreiphasentransformators angeordnet und mit den Leitern 4, 5, 6 des Dreiphasensystems verbunden. Die Unterteilungspunkte von 9, 10 und 11 stehen mit Sätzen fester Kontaktstücke 39 des Reglers 21 in Verbindung. Die Klemmen der Feldmagnetwicklungen 12, 13 und 14 liegen an den Spitzen des Deltas. Die übrigen Klemmen der Feldmagnetwicklungen sind an feste Kontaktstreifen 19 gelegt, die den Sätzen der festen Kontaktstücke 39 gegenüberstehen. Ähnlich sind noch Kontaktstreifen 22 in gerader Linie mit dem Streifen 19, und verbunden durch Impedanzvorrichtungen 15 mit gleichem Kraftleistungsfaktor wie die Magnetwicklungen 12, 13 und 14, vorhanden. Die Verbindung wird durch drei bewegliche Kontaktstücke 23, die voneinander .isoliert sind, hergestellt. Maßgebend für die Bewegung ist der Elektromagnet 24, dessen Wicklung in Reihe mit dem Leiter 6 liegt.

Es können auch mehr wie eine Verbrauchs-

stelle, also ζ. B. zwei Induktionsmotoren 26 vorhanden sein, wobei der Stromverbrauch sich zwischen bestimmten Grenzen ändert. Die Stellung des Reglers hängt von dem Totalstromverbrauch ab. Ist also die Belastung von 26 gering und der Strom durch die Wicklung 24 schwach oder unterschreitet er einen bestimmten Betrag, so berühren die beweglichen Stücke 23 den Kontaktstreifen 22 und die unteren Klemmen 39; die Feldmagnetwicklungen 12, 13 und 14 sind alsdann an die Transformatorwicklung 9, 10, 11 an solchen Punkten geschlossen, daß die Spannungen im Anker im wesentlichen mit den Spannungen von 4, 5 und 6 in Phase sind. Auch die Impedanzvorrichtungen 15 liegen alsdann in Reihe zu der entsprechenden Feldmagnetwicklung, wodurch die Spannungen an den Feldmagneten so verringert werden, daß die Gegenkräfte der Anker 1, 2 und 3 kleiner als die Spannung der Stromkreise 4, 5 und 6 werden. Infolgedessen arbeiten die Maschinen als Motoren und speichern Energie um Schwungrad 8 auf; wächst aber die Belastung durch die Stromabnehmestellen 26 und mithin der Strom durch Wicklung 24, so werden die beweglichen Kontaktstücke 23 aufwärts bewegt und bringen die Feldmagnetwicklungen an solche Punkte der Transformatorwicklungen, daß wiederum die Ströme in den Ankerstromkreisen im wesentlichen mit den Spannungen des Verteilungsnetzes 4, 5, 6, und zwar bei allen Belastungen des Motors in Phase bleiben.

Wenn die Leiterstücke 23 die festen Kontaktstreifen 19 berühren, so wird die Impedanzvorrichtung 15 aus dem Stromkreis ausgeschaltet, also die Feldstärken der Maschinen entsprechend verstärkt, mithin arbeiten die Maschinen als Stromerzeuger, und die vorher im Schwungrad 8 aufgespeicherte Energie wird nutzbar gemacht. Die Verbindungspunkte der Feldmagnetwicklungen 12, 13 und 14 mit den Transformatorwicklungen 9, 10 und 11 sind so geregelt, daß, wenn die Maschinen als Stromerzeuger arbeiten, die Ankerspannungen solche Phase in bezug auf die Spannungen der Stromkreise 4, 5 und 6 haben, daß die Ankerströme annähernd mit den Spannungen von 4, 5 und 6, gleichviel welches die Belastung sei, in Phase bleiben.

Im allgemeinen wird, um die Ströme in den Ankerstromkreisen in Phase mit Spannungen des Verteilungsnetzes 4, 5, 6 zu bringen, die gegenelektromotorische Kraft im Anker, falls die Maschinen als Motoren arbeiten, hinter den Spannungen der Stromkreise 4, 5 und 6 zurückbleiben, im Falle der Stromerzeugerarbeit aber müssen die erzeugten elektromotorischen Kräfte den Spannungen von 4, 5 und 6 voreilen.

Dies wird durch Betrachtung der Vektordiagramme (Fig. 4, 5, 6 und 7) klar werden. In ihnen ist nur der Vorgang in einer Maschine dargestellt.

JE₁, E₂ und E₃ sind die Linienspannungen oder die des Netzes 4, 5, 6; E₁ dabei die Spannung des Stromkreises, an welchen der betreffende Anker angeschlossen ist. E_t ist die Spannung, die vom Dreiphasentransformator abgeleitet und dem Feldmagnetstromkreis zugeführt wird; sie ist die Resultante einer der Linienspannungen E₂ und einer elektromotorischen Kraft in Phase mit derjenigen, welche dem Anker zugeführt wird, also .E₁. Sie ist auch die Resultante der Spannungen E/ und E_x bzw. E/ und E_r. Ef ist die Spannung, die der Feldmagnetwicklung zugeführt wird, E_r die Spannung, die einem äußeren ohmischen Widerstände zugeführt wird und in den Feldmagnetkreis geschaltet ist, wenn die Maschine als Stromerzeuger gemäß den Schaltungen Fig. 2 und 5 läuft, von welchen später die Rede sein soll.

E_x ist die Spannung, die der Impedanzvorrichtung im Feldmagnetstromkreis zügeführt wird, falls die Maschine als Motor arbeitet. Es ist nun klar, daß, wenn der Leistungsfaktor der Impedanzvorrichtung derselbe wie der der Feldmagnetwicklung ist, die elektromotorischen Kräfte E_x und Ef in Phase sein müssen, und es tritt keine Phasenverschiebung dadurch ein, daß die Impedanzvorrichtung in den Stromkreis mit der Feldwicklung eingeschlossen wird. Es ist auch verständlich, daß es nicht unter allen Umständen wesentlich ist, daß der Leistungsfaktor der Impedanzvorrichtung derselbe wie der der Feldwicklung ist, da die Phasenverschiebung, die sonst eintreten könnte, leicht in dem Rest des Systems kombiniert werden kann.

Eg ist die erzeugte elektromotorische Kraft für den Fall, daß die Maschine als Stromerzeuger arbeitet, und die gegenelektromotorische Kraft für den Fall, daß sie als Motor arbeitet.

If ist der Feldmagnetstrom, der im wesentlichen um 90 ° hinter der Feldspannung Ef zurückbleibt, da der ohmische Widerstand der Feldmagnetwicklung dem induktiven Widerstände gegenüber nur gering ist. Die elektromotorische Kraft E_g ist mit dem Feldstrom If in Phase.

I ist der Strom im Ankerstromkreis. Die Strecken .E₁ und E_g stellen den Impedanzabfall im Ankerstromkreis dar. E₁X ist die Widerstandskomponente des Impedanzabfalles E₁, Eg und ist in Phase mit dem Strom I. Ihr entgegen wirkt die linienelektromotorische Kraft E₁, wenn die Maschine als Motor arbeitet ; wenn die Maschine als Stromerzeuger arbeitet, ist sie der Linienspannung E₁ hinzuzufügen.

EgX ist der induktive Abfall im Ankerstromkreise oder die induktive Komponente des Impedanzabfalls E₁ E_g und ist darum um 90 ° gegen den Strom / verschoben.

Fig. 4 und 5 stellen also die Beziehungen dar, wenn die Maschine unter verschiedenen Belastungen als Motor arbeitet. Dies wird durch die Verschiedenheit in den Längen der Stromvektoren J dargestellt und ebenso durch die Zunahme in dem Impedanzabfall E₁ E_g in dem Ankerstromkreis. Wenn keine Sättigung der magnetischen Stromkreise der Maschine stattfindet, so ändern sich Widerstands- und Induktionskomponenten des Impedanzabfalles im großen und ganzen im Verhältnis zu der Änderung des Strombetrages /. Wenn also der Strom / in Phase mit der Linienspannung E₁ sein soll, so muß man den Phasenwinkel zwischen den elektromotorischen Kräften Eg und E₁ für ein gegebenes oder für jedes Belastungsverhältnis regeln oder es sonst in Übereinstimmung mit der Belastungsänderung bringen. Dies aber ist der Zweck des Reglers 21 von Fig. 5 und zugleich der ganzen Erfindung. Für Motorarbeit unter den eben auseinandergesetzten Voraussetzungen muß die Gegenspannung Eg kleiner sein als die Linienspannung E₁ und hinter ihr in der Phase zurückbleiben ; für Stromerzeugerarbeit aber muß, wie ein Blick auf die Fig. 10 und 11, welche die Phasenbeziehungen unter verschiedener Belastung erläutern, die Spannung Eg größer als die Linienspannung E₁ sein und muß ihr vorauseilen, damit der Strom I im Anker-Stromkreis gegen die Linienspannung E₁ gerichtet ist. Die Ströme im Ankerstromkreis sind angenommen mit demselben Wert einerseits für die Fig. 4 und 6 und andererseits für die Fig. 5 und 7. Die Wirkung auf die Phasenverhältnisse, welche die Belastungsänderung hervorbringt, und welche durch den Übergang von der Motor- zur Stromerzeugerarbeit bedingt sind, sind klar erkenntlich. Im Falle der Stromerzeugerarbeit sowohl als der Motorarbeit muß der Phasenwinkel zwischen den Spannungen E_g und E₁ so in bezug auf die Belastung geregelt werden, daß der Ankerstrom I immer mit der Linienspannung E₁ in Phase bleibt. Dies läßt sich durch Regler 21 der Fig. 1 erreichen.

In Fig. 2 sind drei unterteilte Hilfstransformatorwicklungen 40 an die Spitzen der Deltawicklungen 9, 10 und 11 gelegt, und Zwischenpunkte dieser Windungen sind mit den Feldmagnetwicklungen durch verschiedene Punktsätze der Hilfstransformatorwicklung verbunden, immer in Übereinstimmung mit den Stromänderungen, welche die Verbrauchsstellen erfordern. Dabei ist der Regler 21 ähnlich wie der Regler 21 von Fig. 5; die festen Kontaktstücke des Reglers 21 sind an verschiedene Unterteilungspunkte der Hilfstransformatorwicklungen gelegt. Hierdurch lassen sich die Spannungen, die der Feldmagnetwicklungen und folglich auch die Feldstärken selbst in Übereinstimmung mit den Stromänderungen, welche die Verbrauchsstellen erfordern, ändern, so daß die elektrischen Maschinen selbsttätig von Motoren zu Stromerzeugern und umgekehrt werden, und auch so, daß die Feldmagnetstärken für alle Bedingungen der Motor- und Stromerzeugerbelastung richtig sind, um die Phasen der gegen- oder erzeugten elektromotorischen Kräfte der Anker in bezug auf die Spannungen der Stromkreise 4, .5, 6 zu regeln, damit die Ströme im Anker mit diesen Spannungen in Phase bleiben, wie auch immer die Belastung der Maschinen sei. Gleichviel, ob die Maschinen als Motoren oder Stromerzeuger lauf en, sind dabei veränderliche Widerstände 41 in Reihe mit den Verbindungsleitungen zwischen den festen Kontaktstücken von 21 und den Unterteilungs-punkten der Hilfstransformatorwicklungen 40 geschaltet. Der Einfluß auf die Beziehungen, falls man Widerstände in die Feldstromkreise einschaltet, läßt sich leicht aus den Fig. 4, 5, 6 und 7 verstehen.

In Fig. 3 sind die Feldmagnetwicklungeh 12, 13 und 14 zwischen die Spitzen der deltageschalteten Transformatorwicklungen und zwischen Punkte der der jeweils angeschlossenen Spitze gegenüberliegenden Wicklung des Transformators geschaltet. Für die Motorarbeit werden Impedanzvorrichtungen 15 Vorzugsweise mit denselben Leistungsfaktoren als die Feldwicklungen mit den Feldwicklungen in Reihe geschaltet, um die Spannungen, die den genannten Wicklungen zugeführt werden, zu verringern. Hierdurch wird natürlich auch die Feldstärke verringert, indem die wirksame Lage der Impedanzvorrichtungen in Übereinstimmung mit den Stromänderungen der Verbrauchsstellen durch den Regler 21 (ähnlich dem von Fig. 1 und 2) geregelt werden. Um die Phasen der elektromotorischen Kräfte, die den Feldmagnetwicklungen zugeführt werden, so zu verschieben, daß die Ankerströme annähernd in Phase mit den Spannungen des Verteilungsnetzes 4, 5, 6 sind, schaltet man ohmische Widerstände 42 in Reihe zu den Feldmagneten, wobei sich der Widerstandsbetrag ebenso ändert wie die Strombeträge, welche die Verbrauchsstellen verlangen. Ebenso sind, um die Feldmagnetstärke zu vergrößern, wenn die Stromstärke für die Verbrauchstselle wächst, Vorrichtungen 43 in den Feldstromkreis gelegt.

Die Erfindung läßt sich auch für ein Zweiphasensystem ausführen, wie Fig. 8 zeigt. Die beiden Anker 1 und 2 haben erhebliche Massen und beträchtliche Trägheit, oder auch ein

Claims (4)

1. Schwungrad 8 und sind an entsprechende Phasen des Zweiphasensystems 28, 29, 30, 31 mit der Stromquelle 7 angeschlossen. Die Stromabnahmestelle ist als Induktionsmotor 26 gedacht. Die Feldwicklungen 12 und 13 sind an andere Phasen des Verteilungsnetzes als die entsprechenden Anker geschaltet, so daß die Spannungen, welche dem Feldmagneten zugeführt werden, gegen die Spannungen der entsprechenden Ankerstromkreise um 90 ° verschieden sind. Um nun die Maschinen als Motoren laufen zu lassen mit Strömen in den Ankerstromkreisen, die im wesentlichen in Phase mit den Spannungen der Stromkreise 28, 29, 30, 31 sind, falls der Strombetrag für die Verbrauchsstelle unter einen bestimmten Wert sinkt, sind die den Feldmagnetwicklungen zugeführten Spannungen in bezug auf die Phase gegenüber den Spannungen der Stromkreise 28, 29, 30, 31 geregelt, indem man in die Feldstromkreise veränderliche wirksame Längen der Transformatorwicklungen 44 einschaltet. Auf diese wirken Kräfte gleicher Phase wie die der Stromkreise, in welche die Anker eingeschaltet sind. Die wirksamen Längen der Teile der Transformatorwicklungen, welche in die Feldstromkreise eingeschaltet sind, sind in Übereinstimmung mit den Änderungen des für die Verbrauchsstelle erforderliehen Stromes mittels eines Reglers 21, ähnlich wie zuvor beschrieben, geregelt. Um für die Motorarbeit die Spannungen für die Feldmagnetwicklungen zu verringern, werden Impedanzvorrichtungen 15 (vorzugsweise mit demselben Leistungsfaktor, wie die Feldmagnetwicklungen) in Reihe mit den Feldmagnetwicklungen geschaltet. Um die elektromotorischen Kräfte, welche durch die Anker erzeugt werden, wenn die Maschinen als Stromerzeuger arbeiten, den Spannungen der Ankerstromkreise voreilen zu lassen, so daß die Ankerströme gegen die elektromotorischen Kräfte der Stromkreise 28, 29, 30, 31 gerichtet sind, werden Widerstandsvorrichtungen 42 in die Feldstromkreise geschaltet. Die Widerstandsbeträge sind dabei in Übereinstimmung mit dem für die Verbrauchsstelle erforderlichen Strombetrag zu regeln. Die Feldstärke läßt man bei der Stromerzeugerarbeit mit der Belastung steigen, indem man allmählich abnehmende Impedanzbeträge durch die Vorrichtungen 15 in die Feldstromkreise einschaltet.

   Die Phasenbeziehungen der Ströme und Spannungen für die Schaltung von Fig. 8 lassen sich leicht aus den Vektordiagrammen Fig 9 und 10 verstehen.

   Fig. 9 zeigt die Phasenbeziehungen für eine Maschine, wenn sie als Motor läuft, Fig. 10, wenn sie als Stromerzeuger läuft. Die Bezugsbuchstaben, welche in diesen Diagrammen

   verwendet werden, haben dieselbe Bedeutung wie in Fig. 4 und 5 sowie Fig. 6 und 7, nur kommt für Fig. 9 die Linie E_y hinzu, welche die elektromotorische Kraft darstellt, die dem. 65 Feldmagnetkreise vom Transformator 44 zugeführt wird. Diese ist in Phase mit der Spannung E₁ des Stromkreises für den Anker; die Spannung, welche dem Feldkreise zugeführt wird, ist deshalb die Resultante der 70 Spannungen E₂ und Ey, welche hinter der Spannung E₂ zurückbleibt und die gegenelektromotorische Kraft Eg hinter der Spannung E₁ zurückbleiben läßt, um eine Phasenübereinstimmung des Stromes I mit der elektromo- -75 rischen Kraft E₁ bei der Motorarbeit zu erzielen. Die Widerstandseinschaltung in den Feldkreis bei der Stromerzeugerarbeit (Fig. 10) bewirkt eine Phasenverschiebung von E_g in bezug auf E₁ in der gleichen Weise, wie früher 80 beschrieben.

   Paτεντ - A νsprvcηε:

   ι. Ausgleichsvorrichtung für Mehrphasen-Wechselstromkreise mit ungleichmäßiger Belastung, bei welcher eine Anzahl von Einphasen-Wechselstromkommutatormaschinen auf einer gemeinschaftlichen, mit Schwungrad versehenen Achse angebracht sind und die Anker dieser Motoren an die verschiedene Phasen besitzenden Stromkreise eines Mehrphasen-Verteilungsnetzes gelegt sind, während die Feldmagnet wicklungen mit jeweils denjenigen Stromkreisen dieses Netzes, die um 90 ° gegen die zugehörigen Anker-Stromkreise verschoben sind, verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregungen der Einphasenkommutatormaschinen selbsttätig der Belastung entsprechend dadurch geregelt werden, daß man sowohl die Größe als auch die Phase oder nur die Größe der elektromotorischen Kräfte für die Feldmagnetwicklungen mittels induktiver Vorrichtungen allein oder mittels solcher in Verbindung mit ohmischen Widerständen derartig ändert, daß die Phase der Spannung, welche durch die Anker den Netzleitern zugeführt wird, zum Nacheilen hinter die Phase des Hauptstromkreises für den Fall der Motorarbeit gebracht wird, zum Voreilen aber für den Fall der Stromerzeugerarbeit.
2. 2. Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß Hilfstransformatoren (40) am Regler (21) angeordnet sind, welche an Zwischenpunkte der Haupttransformatorwicklungen (9, 10,11) angeschlossen werden, wobei die Wicklungen der Hilfstransformatoren (40) unterteilt sind und größere oder kleinere Teile ohmischer Widerstände (41) in die Stromkreise dieser Wicklungen (40) gelegt sind.
3. 3· Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Stromerzeugerarbeit sowohl ohmische wie induktiv veränderliche Widerstände in den Stromkreis gelegt werden, wohingegen im Falle der Motorarbeit nur induktive Widerstände geändert werden.
4. 4. Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromkreise der Feldmagnetwicklungen (12 und 13) bei der Stromerzeugerarbeit einen größeren oder kleineren Teil sowohl der ohmischen Widerstände (42) als auch der induktiven Widerstände (15) enthalten, und bei der Motorarbeit einen größeren oder kleineren Teil sowohl der induktiven Widerstände (15) als auch der Wicklungen der Hilfstransformatoren (44) enthalten, während die primären Klemmen dieser Hilfstransformatoren (44) an die entsprechend anderen Phasenleiter des Verteilungsnetzes gelegt sind als die zugehörigen Feldmagnetwicklungen (12 und 13).

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.