DE270435C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- M 270435 KLASSE 2\d. GRUPPE- M 270435 CLASS 2 \ d. GROUP

Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. Juni 1913 ab.Patented in the German Empire on June 21, 1913.

Die Spannungen mehrphasiger Kraftübertragungssysteme sind oft unbalanciert, weil eine Last oder Lichtstromkreise an eine einzelne Phase angeschlossen sind oder weil ein unausgeglichener mehrphasiger Apparat von dem System betrieben wird. Solche Unausgeglichenheiten setzen den Nutzeffekt des Kraftübertragungssystems herab und machen es notwendig, daß spezielle und teure Apparate an ein derartiges System angeschlossen werden. In Notfällen ist es oft erwünscht, Leistung aus einem System für ein anderes zu entnehmen; dies ist aber untunlich, wenn eines der Systeme balanciert und das andere unbalanciert ist, weil das ausgeglichene System dadurch aus dem Gleichgewicht gebracht wird.The stresses of multiphase power transmission systems are often unbalanced because a load or lighting circuits are connected to a single Phase are connected or because an unbalanced multi-phase apparatus of the system is operated. Such imbalances set the efficiency of the power transmission system and require that special and expensive equipment be connected to such a system. In In emergencies it is often desirable to take power from one system for another; but this is impractical if one of the systems is balanced and the other is unbalanced because the balanced system is thereby unbalanced.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ausgleichen der Phasen, mehrphasiger Kraftübertragungssysteme und bezweckt, ein derartiges System auf einfachste und wirksamste Weise durch einen Phasenausgleicher zu balan- · eieren, der aus einer Synchronmaschine und einem mit dieser verbundenen Booster besteht, wobei der Phasenwechsel dieser beiden Maschinen in umgekehrter Reihenfolge vor sich geht.The invention relates to a device for balancing the phases of multi-phase power transmission systems and aims to balance such a system in the simplest and most effective way by means of a phase compensator. Eggs, which consists of a synchronous machine and a booster connected to it, with the phase change of these two machines going on in reverse order.

Diese Maschinen und deren später beschriebene Einzelheiten können dabei in der mannigfaltig-These machines and their details described later can be used in the manifold

. sten zweckentsprechenden Weise untereinander . geschaltet werden.. most appropriate way with each other. be switched.

Die Wirkungsweise des neuen Phasenausgleichers möge an Hand der Zeichnung dargestellt werden. Fig. 1 stellt den Phasenausgleicher schematisch dar; Fig. 2 und 3 gibt eine Modifikation desselben wieder; Fig. 4 ist ein zugehöriges Spannungsdiagramm.The mode of operation of the new phase compensator should be shown on the basis of the drawing will. Fig. 1 shows the phase compensator schematically; Figs. 2 and 3 give one Modification of the same again; Fig. 4 is a related voltage diagram.

In Fig. ι sind 1, 2, 3 die Leiter eines mehrphasigen Kraftübertragungssystemes, an die u. a. eine unausgeglichene Last angeschlossen sein möge. Dies sei z. B. eine einphasige Kraftübertragungsvorrichtung, die an eine Phase, z.B. an die zwei äußeren Leitungen 1 und 3, angeschlossen sei. Diese unbalancierte Last wird die Spannung zwischen den Leitungen 1 und 3 gegenüber der zwischen den Leitungen 1 und 2 und 2 und 3 ztt verringern suchen. Um nun diese unbalancierten Spannungen zwischen den Leitungen zu korrigieren, wird ein Phasenausgleicher vorgesehen, der aus einer Synchronmaschine α und einem Booster b besteht, die in Hintereinanderschaltung an die Leitungen angeschlossen sind. Hierbei sollen die Phasenwechsel in der Maschine einerseits und dem Booster andererseits in umgekehrter Reihenfolge vor sich gehen. Die Phasen der Spannungen sind dabei vorzüglich derart miteinander verbunden, daß relative Verschiebungen zwischen ihnen vorgenommen werden können. Besonders vorteilhaft ist es, die Phasen der Booster-Spannungen relativ zu jenen der Synchronmaschine zu verschieben. Synchronmaschine und Booster haben eine bestimmte Beziehung zwischen den Phasen ihrer Spannungen,In Fig. Ι 1, 2, 3 are the conductors of a multiphase power transmission system to which, among other things, an unbalanced load may be connected. This is z. B. a single-phase power transmission device that is connected to one phase, for example to the two outer lines 1 and 3. This unbalanced load will seek to reduce the voltage between lines 1 and 3 compared to that between lines 1 and 2 and 2 and 3. In order to correct these unbalanced voltages between the lines, a phase compensator is provided, which consists of a synchronous machine α and a booster b , which are connected in series to the lines. The phase changes in the machine on the one hand and the booster on the other hand should take place in reverse order. The phases of the voltages are primarily connected to one another in such a way that relative shifts can be made between them. It is particularly advantageous to shift the phases of the booster voltages relative to those of the synchronous machine. Synchronous machine and booster have a certain relationship between the phases of their voltages,

die zweckmäßig durch z. B. mechanische Kupplung der Maschinen α und b gesichert wird. Um die Phase der Booster-Spannung bezüglich der der Synchronmaschine zu verschieben, wird der Booster mit einer aus einer Anzahl einzelner Teile bestehenden Feldwicklung versehen, die verschiedene magnetische Achsen besitzen und deren Erregung unabhängig voneinander variiert werden kann. In der Zeichnung ist diethe appropriate by z. B. mechanical coupling of the machines α and b is secured. In order to shift the phase of the booster voltage with respect to that of the synchronous machine, the booster is provided with a field winding consisting of a number of individual parts which have different magnetic axes and whose excitation can be varied independently of one another. In the drawing is the

ίο Feldwicklung des Boosters z. B. aus zwei Teilen ό¹ und δ² zusammengesetzt, deren magnetische Achsen um annähernd 90 elektrische Grade gegeneinander versetzt sind. Jede dieser Teilwicklungen besitzt eine regulierbare Erregung, die z. B. von einer Gleichstrom-Erregermaschine e bzw. e¹ geliefert werden kann. Die Armatur des Boosters b kann mit der Synchronmaschine und den Leitungen in einer Weise verbunden werden, wie im folgenden beschrieben wird. Wird der Booster zwischen Synchronmaschine und Leitungen gelegt, so muß er entsprechend der Spannung in den Leitungen isoliert werden. In der Zeichnung ist darum ein dreiphasiges System dargestellt, bei dem die Armatur des dreiphasigen Boosters δ in Serie mit der ' Armatur der Dreiphasensynchronmaschine α geschaltet ist und deren Nullpunkt enthält. Bei dieser Schaltung befinden sich also die Wicklungen des Boosters b zwischen dem neutralen Punkt und den Wicklungen der Maschine α und müssen nur entsprechend der dort erzeugten Spannung isoliert werden. Regulatoren f und f¹ ändern in Abhängigkeit von der Spannung der Leitungen 1, 2 und 3 die relativen Beziehungen der Phasen der Spannungen der Maschinen α und b. ίο Field winding of the booster z. B. composed of two parts ό ¹ and δ ² , the magnetic axes of which are offset from each other by approximately 90 electrical degrees. Each of these partial windings has an adjustable excitation that z. B. from a DC exciter e or e ¹ can be supplied. The armature of the booster b can be connected to the synchronous machine and the lines in a manner as described below. If the booster is placed between the synchronous machine and the lines, it must be isolated according to the voltage in the lines. The drawing therefore shows a three-phase system in which the armature of the three-phase booster δ is connected in series with the armature of the three-phase synchronous machine α and contains its zero point. In this circuit, the windings of the booster b are located between the neutral point and the windings of the machine α and only need to be isolated according to the voltage generated there. Regulators f and f ¹ change, depending on the voltage of lines 1, 2 and 3, the relative relationships of the phases of the voltages of machines α and b.

Die Armatur des Boosters b besitzt die drei Phasen i¹, 2¹ und 3¹, die in Sternschaltung verbunden sind. Die drei Phasen der Armatur der Synchronmaschine α sind mit i², 2² und 3² bezeichnet und sind auf einer Seite an die entsprechende Leitung angeschlossen; auf der anderen Seite sind die Phasen der Armatur an die eine Seite der-Phasen der Armatur des Boosters b angeschlossen. Hierbei ist z. B. Phase 2² der Maschine α derart mit Phase 2¹ des Boosters b verbunden, daß diese Phasenspannung des Boosters der der Phase 2² der Synchronmaschine entgegengerichtet ist; Phase i² und 3² der Maschine α sind mit Phase 3¹ bzw. i¹ der Maschine b verbunden. Dadurch wird erzielt, daß der Phasenwechsel in den Maschinen α und b in umgekehrter Reihenfolge erfolgt.The armature of booster b has the three phases i ¹ , 2 ¹ and 3 ¹ , which are connected in a star connection. The three phases of the armature of the synchronous machine α are denoted by i ² , 2 ² and 3 ² and are connected on one side to the corresponding line; on the other hand, the phases of the armature are connected to one side of the phases of the armature of booster b . Here is z. B. Phase 2 ^{2 of} the machine α connected to phase 2 ^{1 of} the booster b in such a way that this phase voltage of the booster is opposite to ^{that of phase 2 2 of the synchronous machine;} Phase i ² and 3 ² of machine α are connected to phase 3 ¹ and i ¹ of machine b , respectively. This ensures that the phase change in machines α and b takes place in reverse order.

Die Synchronmaschine α besitzt eine FeIdwicklung α², die von einer geeigneten Quelle, z. B. einer Erregermaschine g, erregt wird. Wie in der Zeichnung dargestellt, kann im Feld der Maschine α auch eine Dämpferwicklung α¹ vorgesehen werden, die bezweckt, die synchronisierende Kraft der Feldwicklung α² zu verstärken und Pulsationen zu vernichten, die durch die Ankerrückwirkung der einzelnen Phasen dadurch entstehen, daß ein Teil der Wicklungen der Armatur als Motor- und ein Teil als Generatorwicklungen arbeiten. Die Felderregung der Maschine α kann z. B. mittels eines Regulators h geregelt werden, der von der unausgeglichenen Belastung der Leitungen 1 und 3 abhängt. Dieser Regler h ist schematisch als Spannungsregler der Tirrill-Type dargestellt, dessen Wirkungsweise im übrigen bekannt ist.The synchronous machine α has a field winding α ² , which is supplied from a suitable source, e.g. B. an exciter g, is excited. As shown in the drawing, a damper winding α ¹ can also be provided in the field of the machine α , the purpose of which is to amplify the synchronizing force of the field winding α ² and to destroy pulsations that arise due to the armature reaction of the individual phases that a part of the armature windings work as motor windings and part of them as generator windings. The field excitation of the machine α can, for. B. can be regulated by means of a regulator h , which depends on the unbalanced load on lines 1 and 3. This regulator h is shown schematically as a voltage regulator of the Tirrill type, the mode of operation of which is otherwise known.

Angenommen, die Leitungen i, 2 und 3 seien u. a. durch eine unbalancierte Last zwischen den Leitungen 1 und 3 belastet, welche die Spannung zwischen diesen Leitungen herabzusetzen trachten wird, während die Spannungen zwischen den Leitungen 1 und 2 bzw. 2 und 3 steigende Tendenz annehmen werden. Bei \^;erwendung der neuen Phasenbalanciereinrichtung wird nun die Spannung zwischen den Leitungen 1 und 3 erhöht, während die zwischen den Leitungen ι und 2 bzw. 2' und 3 herabgesetzt wird. Dies rührt daher, daß zwei der Phasen des Phasenausgleichers als Generatoren arbeiten, während die dritte Phase motorisch wirkt. Die Motorphase ist im angenommenen Falle Phase 2, die Leistung aus Leitung 2 entnimmt und an die Leitungen 1 und 3 abgibt. Um die Spannungen zwischen den Leitungen zu balancieren, werden die Phasen der Spannungen der Maschinen α und b gegeneinander verschoben, bis diese Spannungen ausgeglichen sind. Das re-, sultierende Feld des Boosters δ kann durch geeignetes Variiren und Umkehren der Erregung der Teilwicklungen δ¹ und δ² der Booster-Feldwicklung um 360 ° verschoben werden.Assume that lines i, 2 and 3 are loaded, among other things, by an unbalanced load between lines 1 and 3, which will tend to reduce the voltage between these lines, while the voltages between lines 1 and 2 or 2 and 3 assume an increasing tendency will. At \ ^; Using the new phase balancing device, the voltage between lines 1 and 3 is now increased, while that between lines ι and 2 or 2 'and 3 is reduced. This is due to the fact that two of the phases of the phase compensator work as generators, while the third phase acts as a motor. In the assumed case, the motor phase is phase 2, which takes power from line 2 and transfers it to lines 1 and 3. In order to balance the voltages between the lines, the phases of the voltages of the machines α and b are shifted against each other until these voltages are balanced. The resulting field of the booster δ can be shifted by 360 ° by suitably varying and reversing the excitation of the partial windings δ ¹ and δ ^{2 of} the booster field winding.

Im Spannungsdiagramm der Fig. 4 sind die \^ektoren der Spannungen gleich bezeichnet mit den bezüglichen Leitungen und Maschinenteilen, in denen die dargestellten Spannungen erzeugt oder denen diese Spannungen aufgedrückt werden. So stellt der mit 1-2 bezeichnete Vektor die Spannungen zwischen den Leitungen 1 und 2, Vektor i² die in Phase i² der Maschine a' erzeugte Spannung dar, Vektor 3¹ entspricht der Spannung der Phase 3¹ des Boosters δ usw.In the voltage diagram of Fig. 4, the \ ^ ectors of the voltages are denoted identically with the relevant lines and machine parts in which the voltages shown are generated or on which these voltages are applied. The vector labeled 1-2 represents the voltages between lines 1 and 2, vector i ^{2 represents} the voltage generated in phase i ² of machine a ' , vector 3 ¹ corresponds to the voltage of phase 3 ¹ of booster δ, etc.

Die Regulatoren f bzw. f¹ enthalten Magnete f² bzw. Z"³, die an je zwei der mehrphasigen Leitungen angeschlossen sind. Diese Magnete beherrschen schwingende Kontakte k entgegen der Kraft einer Feder i in einer Weise, die ähnlich der Arbeit eines Tirrill-Regulators ist. Der schwingende Kontakt k schaltet einen Widerstand r bzw. r¹ in den Feldstromkreis der Erregermaschinen e und e¹ ein und aus. Die Kontakte sind dabei derart angeordnet, daß bei erhöhter Spannung zwischen zweien der Leitungen einer der Widerstände r bzw. r¹ kurzgeschlossen wird und das Feld der bezüglichen Erregermaschine hierdurch zunimmt, so daß auch die Spannung der Erregermaschine und eines Teiles der Feldwicklung des Boosters δ er-The regulators f or f ¹ f contain magnets ² and Z ^"3, which are connected to two of the multi-phase lines. These magnets dominate vibrating contact k against the force of a spring i in a manner similar to the operation of a Tirrill- The oscillating contact k switches a resistor r or r ^{1 on and off} in the field circuit of the excitation machines e and e ^1. The contacts are arranged in such a way that when the voltage is increased between two of the lines, one of the resistors r or r ^{1 is} short-circuited and the field of the relevant exciter increases as a result, so that the voltage of the exciter and part of the field winding of the booster δ er

höht wird. In Fällen, in denen z. B. die Spannung zwischen den Leitungen ι und 2 zu hoch ist, arbeitet der entsprechende Regulator darauf hin, die Spannung der Erregermaschine β und damit die Erregung des Teiles 5² der Feldwicklung des Boosters zu erhöhen.is raised. In cases where e.g. B. the voltage between the lines ι and 2 is too high, the corresponding regulator works to increase the voltage of the exciter β and thus the excitation of part 5 ^{2 of} the field winding of the booster.

Dadurch wird das resultierende Feld des Boosters verschoben und die Lage der Phasen ■seiner Spannungen in bezug auf jene der Sy nchronmaschine α geändert, bis die resultierende Spannung des Phasenausgleichers die Spannung zwischen den Leitungen 1 und 2 herabdrückt.As a result, the resulting field of the booster is shifted and the position of the phases ■ its voltages with respect to those of the synchronous machine α changed until the resulting voltage of the phase compensator depresses the voltage between lines 1 and 2.

Die Erregermaschinen e, e¹ und g können inThe exciter machines e, e ¹ and g can be used in

eine Maschine zusammengezogen werden, wie \ in den Fig. 2 und 3 dargestellt. In diesem Falle besteht der Phasenausgleicher nur aus drei Maschinen, nämlich einer Synchronmaschine a, einem Booster b und einer Erregermaschine m. Die Erregermaschine m kann ein gewöhnlicher Gleichstromerzeuger sein, bei welchem verschiedene Widerstände in Reihe mit der Feldwicklung a- und den Teilwicklungen b und b¹ der Feldwicklung des Boosters geschaltet sind. Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung der Bürstensätze, wobei die Bürsten diametral gegenüberliegend angeordnet sind, ist an die Bürsten g¹ die Feldwicklung α² angeschlossen, an den Bürstensatz ,e ist der Teil δ² der Feldwicklung des Boosters b und an den Bürstensatz e¹ ist der Teil δ¹ der Feldwicklung des Boosters angeschlossen. Diametral gegenüberliegende Feldpole der. Erregermaschine m sind in Nebenschluß zu entsprechenden Bürstensätzen geschaltet und die Felderregung eines Polpaares kann reguliert werden und infolgedessen zwischen den Bürstensätzen g, g¹, e, e und e¹, e¹ die gewünschte Spannung in derselben Weise erzeugt werden, wie die Felderregung der Maschinen e, e^l und g durch die Regler f, f¹ und h reguliert wird.a machine are drawn together as shown in FIGS. 2 and 3 \. In this case, the phase compensator consists of only three machines, namely a synchronous machine a, a booster b and an excitation machine m. The excitation machine m can be an ordinary DC generator, in which various resistors in series with the field winding a and the partial windings b and b ^{1 of} the field winding of the booster are switched. In the arrangement of the brush sets shown in Fig. 2, the brushes being arranged diametrically opposite, the field winding α ^{2 is} ^{connected to the brush g 1} , to the brush set e is part δ ^{2 of} the field winding of the booster b and to the brush set e ¹ , the part δ ^{1 of} the field winding of the booster is connected. Diametrically opposed field poles of the. Exciter machines m are shunted to corresponding brush sets and the field excitation of a pole pair can be regulated and consequently the desired voltage can be generated between the brush sets g, g ¹ , e, e and e ¹ , e ¹ in the same way as the field excitation of the machines e, e ^l and g is regulated by the controllers f, f ¹ and h .

Ein Phasenausgleicher nach der ErfindungA phase compensator according to the invention

kann in einer Kraftstatioh aufgestellt werden, die unausgeglichenen Mehrphasenstrom liefert,can be set up in a power station that supplies unbalanced multiphase current,

, z. B. weil eine einphasige Last angeschlossen ist. In diesem Fall wird- er benutzt, um die Spannungen balanciert zu erhalten. Er ermöglicht' auch, Generatoren größerer Leistung als bisher in den Kraftstationen aufzustellen, weil er balancierten Mehrphasenstrom zu erzeugen gestattet. Der neue Phasenausgleicher kann afeo in Verteilungs- und Kraftübertragungssystemen verwendet werden, um eine Unausgeglichenheit der Spannung des Systems zu korrigieren und auch, falls er mit einem geeigneten Regulator versehen wird, der von der unbalancierterl Last abhängig ist, um als Synchronkondensator zu arbeiten und die Spannung und den Leistungsfaktor des Systems zu erhöhen., e.g. B. because a single-phase load is connected. In this case it is used to control the To keep tensions balanced. It also enables generators of greater power than previously to be set up in the power stations, because it generates balanced multiphase electricity allowed. The new phase compensator can be used afeo in distribution and power transmission systems to correct an imbalance to correct the tension of the system and also, if it is provided with a suitable regulator, that of the unbalanced load is dependent to act as a synchronous capacitor to work and increase the voltage and power factor of the system.

Claims

60 patent claims:

1. Device for balancing the phases of multiphase systems, marked by a synchronous machine and one with this z. B. mechanically connected Boosters that are connected in series to the network

. and their rotating fields rotate in the opposite sense.

2. Device according to claim 1, characterized in that the voltage phases the synchronous machine and the booster or one of these machines can be moved relatively are.

3. Device according to claim ι or 2, characterized in that the relative Phase shifts of. Synchronous machine and booster or one of these machines depending on the voltage of the lines, e.g. B. by a rapid regulator, be effected.

4. Device according to claim 1 to 3, characterized in that the field winding the booster consists of several parts whose z. B. relative excitation resulting from a particular power source is variable, so that the phase voltage of the booster is relative to that of the synchronous machine can be moved.

5. Device according to claim 4, characterized in that the field winding of the Booster consists of two parts offset from one another by electrical degrees and by changing the excitation thereof, a shift in the resulting field of the booster is effected.

6. Device according to claim 1 to 5, characterized in that the booster contains the star point of the synchronous machine.

1 sheet of drawings.