DE307520C

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Publication number: DE307520C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 307520 KLASSE 21 e. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 5. März 1915 ab.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anzeigen des Synchronismus von parallel zu schaltenden Wechselstrommaschinen oder Netzen durch Einwirkung von Elektromagneten, von welchen ein Teil durch die eine elektrische Maschine oder das Netz und der andere Teil durch die dazu parallel zu schaltende Maschine erregt wird, auf eine drehbare Scheibe von Ferraris.

In den bekannten Vorrichtungen dieser Art wird die Erregung der Elektromagnete oder die Bewegung der drehbaren Scheibe geregelt mittels einer Hilfsvorrichtung. Im ersten Falle schaltet die Hilfsvorrichtung die Elektromagnete erst, wenn der erforderliche Synchronismus auftritt, so daß sie alle erregt werden und die Scheibe in Drehung versetzen, während im letzteren Falle die drehbare Scheibe verhindert wird, sich zu drehen, bevor die Span-

nungen an den beiden Maschinen gleich sind. Es ist z. B. eine Vorrichtung der ersten Art bekannt, in welcher ein Teil der Elektromagnete mit einer der Maschinen oder dem Netz verbunden ist über einen Schalter, der unter dem Einfluß eines an die kombinierten Spannungen der beiden parallel zu schaltenden Maschinen gelegten Relais steht, während die übrigen Magnete stets an der Spannung der zweiten Maschine liegen. Dieser Schalter bleibt geöffnet, solange kein Synchronismus bzw. Phasen- und Spannungsgleichheit auftritt.. Erst wenn diese Bedingungen erfüllt sind, werden die Elektromagnete alle eingeschaltet und wird die Scheibe entgegen der Wirkung eines Gewichtes in Drehung versetzt, wobei ein Schaltorgan bewegt ,wird, das nach gewisser Zeit den Hilfsstromkreis für die Schalter der parallel zu. schaltenden Maschinen oder des Netzes schließt. ^:

. In einer anderen bekannten Vorrichtung. sind zwei Ferrarissche Scheiben vorgesehen. Die eine dieser Scheiben wird- durch einen Elektromagneten beeinflußt, welcher bei Phasengleichheit und normaler Spannung die Scheibe dreht. Die andere Scheibe dagegen steht im, Kraftfeld zweier Magnete, welche an die Spannungen der beiden Maschinen gelegt sind und die Scheibe in ihrer Mittellage belassen, so-. lange die Maschinenspannungen gleich sind. Sind bei gleichen Spannungen auch die Periodenzahlen und also auch die Phasen gleich, so bewegt die erstgenannte Scheibe ein Schaltorgan, welches von der zweiten Scheibe nur dann nicht in seiner Bewegung gehindert wird, wenn die zweite Scheibe sich in ihrer Mittel-, lage befindet, und es wird der Hilfsschaltstrom-; •kreis selbsttätig geschlossen. ·

Diese im Bau und der Anordnung ihrer.

Wesentlichen Teile sehr komplizierte Vorrichtung gestattet jedoch das Parallelschalten, auch wenn die beiden Spannungen z. B. io v. H. zu hoch sind und Frequenzgleichheit, jedoch keine Phasengleichheit besteht, denn in diesem Falle kann das Schaltorgan doch eine Bewegung ausführen und den Hilfsstromkreis schließen.

Von diesen und ähnlichen bekannten Einrichtungen unterscheidet sich die den Gegenstand der Erfindung bildende Vorrichtung dadurch, daß die auf die Ferrarissche Scheibe einwirkenden Elektromagnete, wenn die Vorrichtung zum Anzeigen des Synchronismus eingeschaltet ist, ohne Zwischenschaltung von Hilfsapparaten an der Spannung der betreffenden Maschinen oder des Netzes liegen. Die Ströme der Elektromagnete sind in Phase gegeneinander verschoben, so daßbei Synchronismus, Phasen- und Spannungsgleichheit auf die Scheibe ein konstantes, maximales Drehmoment ausgeübt wird, welches die Scheibe entgegen der Wirkung von Federn o. dgl., d. h. entgegen der Wirkung einer anwachsenden Kraft, in ihre äußerste Lage zu drehen sucht. Bei Ungleichheit der Phasen und Frequenzen jedoch unterliegt die Scheibe einer pendelnden Bewegung entgegen der Wirkung einer anwachsenden Kraft in einer oder in beiden Drehrichtungen. Die Schwingungszahl wird kleiner, je mehr sich die Geschwindigkeiten der Maschinen dem Synchronismus nähern, während hierbei der Ausschlag größer wird. Letzterer erhält <· erst bei Synchronismus, Phasen- und Spannungsgleichheit einen vorher bestimmten maximalen Wert. In dem Augenblick, in welchem dieser Wert erreicht wird, kann also parallel geschaltet werden. Gegebenenfalls kann die Anzeigevorrichtung so ausgebildet sein, daß bei Erreichung des maximalen Ausschlages die Parallelschaltung selbsttätig erfolgt, indem der Hilfsstromkreis für die Hauptschalter geschlossen > wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Anordnung vorgesehen sein, wodurch zu jeder Zeit vor dem Synchronisieren oder während desselben die Elektromagnete auf jede Maschine oder das Netz für sich geschaltet werden können. In diesem Falle wirkt die Vorrichtung als Voltmeter. Sind die beiden Maschinen parallel geschaltet, so wirkt die Vorrichtung ebenfalls als Voltmeter, ohne daß die Schaltung geändert zu werden .braucht.

Die auf die Scheibe einwirkenden Elektromagnete sind vorzugsweise, behufs Verstärkung des Einflusses der Schwankungen in ihrer Erregung auf diese Scheibe, mit zwei parallelen magnetischen Kreisen ausgeführt, deren einer unter normalen Verhältnissen stark gesättigt ist, während der andere durch einen die Scheibe aufnehmenden Luftspalt unterbrochen und wenig gesättigt ist, so daß prozentual geringe Schwankungen in der Induktion des ganzen magnetischen Kreises verhältnismäßig starke Schwankungen in der Luftspaltinduktion hervorrufen. ,

Falls Überschreitung der bestimmten Spannung befürchtet wird, kann gemäß der Erfindung eine Wicklung um den magnetischen Luftspaltkreis der Elektromagnete angeordnet werden, welche einen Maximalausschalter für den Hilfsstromkreis der Hauptschalter für die parallel ' zu schaltenden Maschinen oder das Netz betätigt.

Die beiliegenden Zeichnungen veranschauliehen ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes. , ..

Fig. ι ist ein senkrechter Schnitt durch die' Mitte des Apparates.

Fig. 2 ist eine Vorderansicht.

Fig. 3 zeigt die Schaltung.

Fig. 4 zeigt schematisch eine Ergänzung des Apparates, die gestattet, auch die Gleichheit der Spannungen beim Parallelschalten zu sichern. ■' ■ 85·

Eine isolierende Fußplatte 1 trägt die durch die Spulen 8 und 9 mit Wechselstrom erregten Magnete 2 und 3, welche nach der Schaltung gemäß Fig. 3 mit Schaltmessern 4, 5 bzw. 6, 7 verbunden sind. Die Magnete besitzen vorzugsweise zwei parallele magnetische Kreise, von welchen der eine durch einen Luftspalt 10 unterbrochen ist und bei normaler, an die Spulen 8 bzw. 9 gelegter Spannung wenig gesättigt ist, während der andere ununterbrochen und normal stark gesättigt ist. Änderungen in der Spannung an den Spulen verursachen demnach nichtproportionale Feldänderungen in dem Luftspaltkreis, so daß die Aluminiumscheibe 11, welche auf der Achse 12 drehbar in dem Luftspalt angeordnet ist, der Wirkung eines nichtproportionalen Feldes ausgesetzt ist. Die Wirkung des Apparates wird durch die Anordnung dieser Transformatoren kräftiger als bei Anwendung gewöhnlicher Magnete.

Die Scheibe 11 wird, wenn der Apparat außer Betrieb ist, durch zwei entgegengesetzt gewundene Spiralfedern 13 und 14, welche mit ihrem' einen Ende an einer festen Säule 15 und mit ihrem anderen Ende an der Achse 12 befestigt sind, in der Mittellage gehalten. Wie später erläutert, kann eine dieser Spiralfedern durch einen Anschlag ersetzt werden.

Die Achse 12 dreht mittels eines Triebes 16 einen Zahnsektor 17 und einen Zeiger 19 um die Achse 18. Hinter diesem Zeiger ist die Zeigerplatte 20 angeordnet. Diese ist mit einer Volteinteilung versehen und trägt den verstellbaren Synchronzeiger 21 und gewünschtenfalls die Hilfsstromkontakte 22, welche durch den Zeiger 19 leitend verbunden werden können.

Es ,ist selbstredend auch möglich, die Anord-

nung* so .'zu" treffen, daß der Zeiger 19 stromführend ist,- wobei dann nur ein einzelner Kontakt 22 notwendig sein würde. Diese Anordnung ist sogar vorzuziehen. Die gezeichnete Anordnung ist nur gewählt, um das Prinzip recht deutlich zu veranschaulichen. .

In den Lagen II und IV der Schaltmesser 4, 5, 6, 7 liegt die verkettete Spannung des Netzes N an der Spule 8 und die Phasenspannung der Maschine M an der Spule 9. Falls der Gang der beiden Maschinen genau synchron ist und die Spannungen gleich und in Phase sind, besteht 90 ° Phasenverschiebung zwischen diesen Spannungen, und demzufolge wird das Maximaldrehmoment auf die Scheibe wirken. Arbeiten die Maschinen nicht synchron und ist auch den anderen Bedingungen nicht genügt, so ändert sich die gegenseitige Richtung der Felder fortwährend und schwingt die Scheibe hin und her. Die Schwingung um ·' die Mittellage geht um so rascher vor sich, je verschiedener die beiden Frequenzen sind. Je größer der Ausschlag des Zeigers in den beeiden Richtungen ist, desto geringer ist auch der Frequenzunterschied, mit anderen Worten, die Anzahl der in einer bestimmten Zeit gemachten Schwingungen ist ein Maß für die Ungleichheit der Frequenzen.

Da für die Angabe des Augenblickes der

Zulässigkeit der Parallelschaltung nur die Seite der Zeigerplatte, wo sich der Synchronzeiger 21 befindet, in Betracht kommt, kann ein Anschlag angebracht werden, welcher an Stelle der Feder 13 die Schwingung des Zeigers 19 nach der dem Synchronzeiger 21 entgegengesetzten Seite begrenzt.

Beim Parallelschalten kann unter zwei Umständen das Maximaldrehmoment auftreten, falls die Schaltmesser sich in den Lagen II und IV befinden, und zwar:

a) wenn die Scheibe 11 der Wirkung von Feldern ausgesetzt ist, welche Spannungen im Gleichgewicht halten/ die genau 90 ° gegeneinander verschoben sind, also wenn zwischen den übereinstimmenden Spannungen der parallel zu schaltenden Maschine und des Netzes Phasengleichheit, besteht ;_i( .

Tj). wenn die Scheibe 11 der Wirkung von Feldern ausgesetzt ist, welche Spannungen im Gleichgewicht halten, die genau 270° Phasenverschiebung aufweisen, oder mit anderen Worten, wenn zwischen den übereinstimmenden parallel zu schaltenden Spannungen i8o° Phasenunterschied besteht

Nur beim äußersten Stand des Zeigeis in dem unter a) genannten Falle darf parallel geschaltet werden. Der äußerste Stand bei dem unter b) genannten Fall kann also außer Betracht bleiben. Dieser Stand liegt nämlich an der dem Synchronzeiger 21 entgegengesetzten Seite.

Die drei Bedingungen, bei denen parallel geschaltet werden kann, werden unter den normalen Bedingungen nur für kurze Zeit erfüllt. Bei Ό, ί Prozent Frequenzunterschied und 50 Perioden wird die Ausschlsigbewegung des Zeigers nach 10 Sekunden umgekehrt und bleibt der Zeiger so lange in dern unter a) genannten Stand, daß mit der Hand ein Hilfsstromkreis geschlossen werden kann, welcher den Schaltmagrieten des- ölschalters erregt. Falls das Parallelschalten selbsttätig geschehen soll, kann der Hilfsstromkreis vorn Zeiger über die Kontakte 22 geschlossen werden. ;

Zum Parallelschalten wird nun wie folgt vorgegangen: ' ? '."'

Die Schaltmesser 4, 5, 6, 7. werden zunächst in die Lagen II und III umgelegt, so daß die Magnetspulen 8, 9 an den Phasen- und verketteten Spannungen des Netzes IV gelegt sind. Hierauf regelt man die Spannung (vorausgesetzt, daß sie nicht selbsttätig auf das genaue Maß gehalten wird) derart, daß dor Zeiger 19 über dem verstellbaren Synchrprizeiger 21 steht. Will man aus irgendeinem Grunde die Spannung nicht mitregeln, so stellt man den Synchronzeiger 21 unterhalb des beweglichen Zeigers 19. Darauf legt man die Schaitmesser in die Stellungen I und IV und regelt die Spannung der Maschine M derart; daß der Zeiger 19 wieder über dem Synchronzeiger 21 steht. Der Apparat arbeitet dabei als Voltmeter für die Maschine M.

Die beiden Spannungen sind nun gleich, und man legt die Schaltmesser in die Stellungen II und IV. Die Scheibe 11 wird darauf fast ohne Ausnahme in Schwingung geraten. Wird die Anzahl der Schwingungen großer, wenn die^x Tourenzahl der Maschine gesteigert wird, so ist dies ein Zeichen, daß die Maschine 'zu viel .Umdrehungen macht. Bei der Verstellung der Maschine in der falschen Richtung wird der Ausschlag des Zeigers kleiner. Durch entsprechende Regelung der Maschine wird der Ausschlag des Zeigers vergrößert, bis er über den Synchronzeiger 21 kommt. In diesem Äugenblick wird mit , der ; Hand oder selbsttätig parallel geschaltet. Der Apparat zeigt demnach selbst an, ob die Richtungsänderung richtig gewählt ist. .

Die Vorrichtung nach Fig. 4 kann in den Stromkreis der Kontakte 22" aufgenommen -werden. Diese Vorrichtung soll das' Parallelschalten verhindern, falls die Spannung des Netzes oder der Maschine während der Schalt-Vorbereitungen über , einen zulässigen Wert steigt. Eine besondere Vorrichtung, welche das ParaHelschalten verhindern soll, wenn die Spannungen herabgehen, ist iinnötig, denn bei einer zu niedrigen Spannung kann der Zeiger nicht den eingestellten äußersten Stand erreichen.

Falls, diese; Hilfsvorrichtung, welche sich nur unter besonderen Umständen als notwendig erweisen !wird, angebracht werden soll, werden '.'die ^" magnetischen Stromkreise mit Luftspalt der Transformatoren 2 und 3 mit Sekundärspulen 23, 24 versehen, welche auf Elektrömägnete 25, 26 von Maximalausschaltern einwirken können. Die an Federn befestigten Anker 27, 28 tragen Kontakte, welche normal die Kontaktplatte 29, den Bügel 30 und die Kontaktplatte 31 leitend verbinden. Steigt die Spannung in einer der beiden primären Spulen 8, 9 über das für die Maschinen festgestellte Maximum, so wird dieser Spannungsüberschuß auf die betreffende Sekundärspule 23 bzw. 24 übertragen, und es zieht der zugehörige Magnet 25 bzw. 26 seinen Anker an. Der Stromkreis, worin die Kontakte 22 und die Kontakte 29, 30 und 31 eingeschlos-

ao sen sind, wird also geöffnet, und es kann nicht parallel geschaltet werden.

Der Apparat nach der vorliegenden Erfindung besitzt die folgenden Vorteile:
i. Phasen voltmeter sind überflüssig.

2, Ein Null voltmeter ist ebenfalls überflüssig, weil in dem Synchronstand des Zeigers 19 der Spannungsunterschied zwischen dem Netz und der Maschine Null ist.

3. Es ist wahrnehmbar, ob die Tourenzahl der parallel zu schaltenden Maschine vergrößert oder verkleinert werden soll.

4. Vor dem Parallelschalten können die Spannungen rasch und. in einfacher Weise überwacht werden.

5. Der Apparat veranlaßt die selbsttätige Parallelschaltung in einfacher Weise mittels einer Kontaktvorrichtung.

6. Die Bauart des Apparates ist einfach, die Bedienung leicht, die Wirkung sicher und die Herstellung billig.

Es sei noch bemerkt, daß das Netz und die.Maschine in verschiedenen dem Fachmann geläufigen ' Weisen Spannungen, welche 90 ° gegeneinander verschoben sind, hervorrufen können. Die Benutzung der Phasen- und der verketteten Spannung ist eine der einfachsten Maßnahmen, um der gestellten Bedingung zu genügen. ,

Die Scheibe kann durch einen anderen,

z. B. verschiebbaren Körper ersetzt werden. Auch lcann ein .Stahlmagnet zur Erzielung der notwendigen Dämpfung, wie bei Meßapparaten üblich, benutzt werden.

Claims

'Patent-Ansprüche:

i. Mit einer drehbaren Scheibe o. dgl. versehene Vorrichtung zum Anzeigen des Synchronismus von parallel zu schaltenden

Wechselstrommaschinen oder einer Wechsel-., Strommaschine mit einem Netz durch Einwirkung von Elektromagneten, deren Ströme in Phase gegeneinander verschoben sind und zu einem Teil durch die eine elek-, trische Maschine oder das Netz und zum anderen Teil durch die dazu parallel zu schaltende Maschine erregt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Scheibe auf eine Anzeigevorrichtung wirkt und die Elektrömägnete nach Einschaltung i der Vorrichtung zum Anzeigen des Synchronismus an der Spannung der betreffenden Maschinen oder des Netzes liegen, derart, daß sie auf die Scheibe ein Drehmoment ausüben und dieser mit der Anzeigevorrichtung bei Ungleichheit in Phase und Frequenz in einer oder beiden Drehrichtungen entgegen der Spannung von Federn eine pendelnde Bewegung erteilen, deren Schwingungszahl ab- und deren Schwingungswinkel zunimmt mit abnehmendem Unterschied in Phase, Frequenz und Span-, nung, welcher Winkel nur einen vorher bestimmten maximalen Wert erhält bei Synchronismus, Phasen- und Spannungsgleichheit. . ■
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektrömägnete zu jeder ,Zeit vor dem Synchronisieren oder während desselben auf jede Maschine oder das Netz für sich geschaltet werden können, zum Zweck, die Vorrichtung als Spannungsanzeiger zu benutzen.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Scheibe einwirkenden Elektrömägnete, behufs Verstärkung des Einflusses der Schwankungen in ihrer Erregung auf diese Scheibe, mit zwei parallelen magnetischen Kreisen ausgeführt sind, deren einer unter normalen Verhältnissen stark gesättigt ist, während der andere durch einen die Scheibe aufnehmenden Luftspalt unterbrochen und wenig gesättigt ist, so daß prozentual geringe Schwankungen in der Induktion des ganzen magnetischen Kreises verhältnismäßig starke Schwankungen in der Luftspaltinduktion hervorrufen.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem magnetischen Luftspaltkern der Elektromagnete Wicklungen (23, 24) angeordnet sind, welche bei Überschreitung einer maximalen Spannung einen in den Hilfsstromkreisen für_; die Schalter der parallel zu schaltenden Maschinen liegenden Maximalausschalter betätigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.