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Anordnung zur Phasen- und Periodenvergleichung mit einem Anzeigegerät
nach Art eines Asynchronmotors mit zwei oder mehreren räumlich versetzten Wicklungsabteilungen
im Ständer. Um zwei Wechselstromgeneratoren parallel zu schalten, müssen sie gleiche
Spannung, gleiche Phase und gleiche Frequenz haben. Das Einstellen auf gleiche Spannung
macht keine Schwierigkeiten. Für Mehrphasengeneratoren gibt es eine Anzahl von Phasen-
und Periodenvergleichern, die sich mit großer Richtkraft und genügender Genauigkeit
einstellen, so daß sie geeignet sind, auch die selbsttätige Parallelschaltung zu
übernehmen. Da derartige Phasen- und Periodenvergleicher für Drehstrom sechs Anschlußklemmen
besitzen, so können bei einer größeren Anzahl von parallel zu schaltenden :'Maschinen
die Umschaltvorrichtungen und Zuführungsleitungen unerwünscht umfangreich werden.
Ferner sind diese Einrichtungen nicht ohne weiteres auch für Einphasenmaschinen
verwendbar. Es besteht daher ein Bedürfnis nach derartigen Meßgeräten für Einphasenstrom,
die außerdem nur vier Anschlußklemmen erfordern.
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Werden die Spannungen zweier Netze miteinander verglichen, so haben
sie bei gleicher Frequenz einen feststehenden Phasenunterschied. Eine Änderung dieses
Unterschiedes im voreilenden oder zurückbleibenden Sinne erfolgt nach zeitweiser
Erhöhung oder Erniedrigung der Frequenz des einen Netzes. Die Phase des einen Netzes
verschiebt sich gegen die des anderen entsprechend dem Unterschied der Frequenzen.
Sy@nchronismuszeiger sind daher als Phasenzeiger anzusprechen. Aul den Phasenunterschied
stellen sich Meßgeräte mit mehrphasiger M'icklung ein, wenn die einzelnen Wicklungen
mit gleichphasigen Strömen gespeist werden, die ein feststehendes Wechselfeld erzeugen,
dessen räumliche Stellung dem Phasenunterschied entspricht. Dies ist z. B. der Fall,
wenn bei einem Meßgerät mit zweiphasiger Wicklung der Strom in der einen Wicklung
sich mit dem Kosinus, in der anderen Wicklung mit dem Sinus eines der Phasenverschiebung
entsprechenden Winkels ändert. Steht nur Einphasenstrom zur Verfügung, so können
Hilfsphasen, die im oder am Meßgerät erzeugt werden, die erforderlichen phasenverschobenen
Ströme liefern. Ein Phasen- und Periodenvergleicher, wie er in seiner inneren Ausführung
für Drehstrombetrieb bekannt ist, ist in Abb. Z durch die eigenartige Schaltung
unter Erzeugung von Hilfsphasen für Einphasenstrom verwendbar gemacht. R, S, und
R, S. sind die beiden parallel zu schaltenden Netze. An die sekundären Wicklungen
der Transformatoren ti und t2 sind Drosselspulen d, und d., und Wirkwiderstände
r1 und r., angeschlossen, durch die die Spannungen in um etwa 6o ° gegeneinander
verschobene Komponenten geteilt sind. Das Diagramm ist aus Abb. 2 zu ersehen. Die
Spannung e1 wird gespalten in die beiden Spannungen e,. und e,(. Wie aus dem Diagramm
zu ersehen, sind hierbei e,. und ei (das sind die Spannungen an dem Wirkwiderstand
und an der Drosselspule) um 6o ° verschoben, d. h. ei muß um (o ` gedreht werden,
um in die Richtung von e, zu gelangen. Durch den Wandler t wird Spannung ed um i8o
° verschoben, so daß man je zwei Spannungen - e,( und -f- e, mit dem Phasenunterschied
von 120 ' erhält, wie sie für Drehstrombetrieb in offener Schaltung (V-Schaltung)
verwendbar sind. Auf diese Weise kann der Phasen- und Periodenvergleicher
I lt in bekannter Weise betrieben werden, indem durch Kreuzung zweier Leitungen
auf der einen Seite erreicht wird, daß die Ströme in den drei Wicklungen des Phasenvergleichers
gleiche Phase besitzen und sich wechselnd so ändern, daß sie eine resultierende
Magnetisierung von gleichbleibender Stärke erzeugen. Das Magnetfeld wandert mit
einer Geschwindigkeit, die der Differenz der Frequenzen der beiden Netze entspricht.
Der drehbare Teil des Phasenzeigers, der kurzgeschlossene Einphasenwicklung enthält,
stellt sich auf den Mindestwert des Stromes dieser Wicklung ein, folgt also genau
der Wanderung des Ständerfeldes. Bei der Einrichtung des Apparates mit einphasiger
Kurzschlußwicklung im drehbaren Teil entsteht eine große Richtkraft, so daß das
Gerät sich mit großer Genauigkeit einstellt und für das selbsttätige Parallelschalten
vorteilhaft zu verwenden ist. In der beschriebenen Weise ist das bekannte Meßgerät,
das im Drehstrombetrieb in bekannter Weise bereits Verwendung findet, für Einphasenstrom
verwendbar gemacht.
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Einfacher und auch in der Wirkungsweise übersichtlicher ist ein Meßgerät
mit zwei senkrecht zueinander stehenden Wicklungen. Spaltet man die Netzspannung
in zwei Spannungen, die gegeneinander eine Phasenverschiebung von 9o ° haben, z.
B. durch Drosselspulen und (Ohmsehen) Widerstand, durch Kondensatoren, durch Einfügen
einer Brücke, so seien ei und e.
(Abb. 3) diese Spannungen auf der
einen Netzseite. Die Spannungen auf der anderen mit der ersten zu vergleichenden
Netzseite sei gespalten in die Spannungen Ei und E2. Wenn die beiden Netzseiten
nicht frequenzgleich sind, ändert sich die Phasenverschiebung zwischen den Spannungen.
Der veränderliche Phasenwinkel sei cp. Man kann nun die Spannungen ei und e2 mit
den Spannungen Ei und E2 so verbinden, daß phasengleiche Spannungen entstehen. Wie
aus Abb. 3 hervorgeht, ist ei - El e2 + E?, ei E2 i Ei - e2 ei E1 / E2 - e2, ei
+E2@e2+Ei. Man kann jede der vier Kombinationen verwenden, um die Zweiphasenwicklung
des Meßgerätes zu speisen. Da die Spannungen parallel sind, sind die von ihnen erzeugten
Magnetisierungsströme phasengleich. Wie aus der Abb. 3 hervorgeht, ändern sich die
Werte auf der einen Seite, beispielsweise ei - Ei, gegen die auf der anderen Seite
angegebenen Spannungen, beispielsweise e2 + e2, wie der Sinus und der Kosinus von
Die in den beiden Zweiphasenwicldungen des Meßgerätes erzeugten Magnetisierungen
setzen sich daher zu einer resultierenden Magnetisieiung zusammen, die entsprechend
der Änderung von wandert und in allen Stellungen gleich groß
ist, so daß das 1VIeßgerät sich in jeder Phasenstellung mit gleicher Richtkraft
einstellt. Vorausgesetzt wird nur, daß die Spannungen e1 und e, gleich sind.
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In Abb. q. ist eine der nach Abb. 3 möglichen Ausführungsformen für
die Kombination ei -E- E2 und e2 +. Ei dargestellt. Der Phasenvergleicher Ph trägt
zwei um go ° versetzte Wicklungen. Der Läufer stimmt mit dem nach Abb. z überein.
Bei Verschiebung der Spannung Ei gegen ei, ebenso s2 gegen e2 um den Winkel cp dreht
sich teer Läufer um den Winkel
Heirscht zwischen den beiden Spannungen ei und e2 nicht ein Winkel von go °, sondern
ein Winkel a (Abb. 5), ebenso zwischen ei und e2, so kann man die Spannungen 6l,
e2 und ei, e2 gleichfalls so kombinieren, daß die rosultierenden Spannungen und
entsprechend die magnetisierenden Ströme phasengleich sind. Es ist ei - E2 Ei -
e--, ei -I- E2 e2 + Ei.
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Die eine Vorbedingung, daß in den Spulen einer Zweiphasenstromwicklung
einphasige Wechselfelder erzeugt werden sollen, ist also erfüllt. Es ist ferner
wobei e die Spannung der beiden parallel zu schaltenden Netze bedeutet. Man erhält
daher bei Frequenzunterschieden der beiden Netze auch ein Wanderfeld, aber nicht
von gleichbleibender Stärke. Die Stärke der resultierenden Magnetisierung ändert
sich von einem Werte 2 e
bis 2 e
Der Unterschied ist um so größer, je mehr der Winkel a von go ° abweicht. Wird die
Differenz der Spannungen für den Phasenvergleicher verwandt, so erhält man den kleinsten
Wert bei Phasengleichheit für cp = o. 'Wählt man die Kombination der Summe der Spannungen,
so erhält man den größten Wert für cp = o. Da es zumeist darauf ankommt, in der
Nullstellung die größte Richtkraft zu erhalten, so wird es im allgemeinen am vorteilhaftesten
sein, die Summe der Spannungen zu verwenden.
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Die Spannung ei - E2 steht auf der Spannung 6,+E2 senkrecht. Verschiebt
man eine der beiden Spannungen um go °, so werden die Spannungen phasengleich, ändern
sich aber mit dem Kosinus und dem Sinus von
Man kann diese beiden Spannungen benutzen, um Magnetfelder von gleichbleibender
Stärke, aber mit dem Winkelt' sichändernder Stellung zu erhalten.
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Allgemein stehen Spannungen, die durch Addition und Subtraktion zweier
phasenverschobener Spannungen erhalten werden, senkrecht aufeinander. Die beiden
Spannungen ändern sich bei Änderung des Winkels der ursprünglichen Spannung. Ist
dieser Winkel cp und sind die Spannungen gleich e, so sind die beiden aufeinander
senkrechten Spannungen e sin
und e cos
Werden die Spannungen an die zwei um go ° verschiedenen Wicklungen des Phasenschiebers
gelegt, so entstehen Wechselfelder, die abwechselnd zu- und abnehmen. Die beiden
Spannungen können jedoch kein stehendes Wechselfeld erzeugen, da die Ströme phasenverschoben
sind und ein rotierendes Drehfeld ergeben. Um ein entsprechend der Änderung des
Winkels cp wanderndes Magnetfeld zu erhalten, ist es erforderlich, die eine der
beiden Spannungen um go ° zu verdrehen.
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Es seien in Abb. 6 0A = e1 und OB = e2
die beiden zu
vergleichenden Netzspannungen, dann ist B A - ei - e2, C A = ei - e2. A B
steht
senkrecht auf A C. Wird die SpannungAB um go ° verschoben, so erhält man
die Spannung A D = A B in Richtung von A C. Die Spannungen
A D und A C erzeugen, da gleichphasig,
ein feststehendes
Wechselfeld. Die Spannung d D erzeugt in der einen Spule ein Feld F,- sin
LV in der Feldrichtung F,, die Spannung .#i C in der zweiten Spule ein Feld F,.
cos ü in der Feldrichtung F, (Abb. 7). Da die beiden Spannungen sich wie Sinus und
Kosinus ändern und phasengleich sind, so setzen sie sich zu einem resultierenden
Feld F,. zusammen, das mit dem Winkel 1L =
wandert und unabhängig von dem M@inkel 41 in allen Phasenstellungen gleich stark
ist.
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In Abb. 8 ist diu Schaltung für einen hiernach hergestellten Phasen-
und Periodenzeiger angegeben. Wenn die Leitungen R, und R;, verbunden sind, so herrscht
zwischen den Leitungen S, und S. die Difierenz der beiden Netzspannungen e, - e."
die an die Brücke Br, die aus induktionsfreien und induktiven Widerständen zusammengesetzt
ist, angelegt ist, wodurch diese Spannung entsprechend obigen Ausführungen um 9o
° erschoben wird. Diese Spannung wird an das- eine Spulenpaar des Phasenvergleichers
angelegt. Durch einen Meßwandler Z' ist die Spannung e, um i8o ° verdreht. Diese
transformierte Spannung wird in Verbindung mit der Spannung e. an das andere Spulenpaar
angelegt. Der Läufer des Phasenvergleichers besitzt, wie bei allen anderen Ausführungen,
kurzgeschlosseneEinphasenwicklung. Entsprechend dem Frequenzunterschied der beiden
Netze R, S, und R.., S., dreht sich der Läufer in einem oder dem anderenSinne mit
einer Drehzahl, die dem Frequenzunterschied entspricht.
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Bei allen diesen Ausführungen wird insbesondei e noch durch die kurzgeschlossene
Einphasenwicklung des Läufers eine große Richtkraft in allen Phasenstellungen des
Meßgerätes erreicht. Die Einstellung ist daher sehr genau, so daß sich derartige
Apparate gut für selbsttätige Parallelschaltung, nötigenfalls auch für selbsttätige
Regelung der Drehzahl der parallel zu schaltenden Maschinen, eignen.