DE380762C

DE380762C - Installation on alternating current lines for energy transmission over long distances

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Publication number: DE380762C
Application number: DEB99727D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1921-02-15
Filing date: 1921-05-18
Publication date: 1923-09-14

Description

Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, für die Energieübertragung durch Wechselstrom die bestmöglichen Bedingungen für Leitungen großer Länge zu schaffen.The present invention has the purpose for the transmission of energy by alternating current to create the best possible conditions for cables of great length.

Sie besteht im wesentlichen in einer solchen Einrichtung der Leitung, daß die Energieübertragung ohne rücklaufende Welle erfolgen kann, wenn der Empfänger, eine mit seiner Phasenverschiebung im Einklang stehende Impedanz hat, entsprechend den nachstehenden Erläuterungen. It consists essentially in such a device that the transmission of energy can be done without a returning wave if the receiver, one with its phase shift has a consistent impedance, as explained below.

Eine Leitung erhält im allgemeinen ihr Gepräge durch:A line is generally characterized by:

einen Linienwiderstand r, a line resistance r,

eine seitliche Linienkonduktanz c, a lateral line conductance c,

eine Linienselbstinduktanz, deren Produkt bei der Kreisfrequenz des Stromes die Linienreaktanz s ist, unda line inductance, the product of which at the angular frequency of the current is the line reactance s is, and

eine Linienkapazität, deren Produkt bei der Kreisfrequenz α ist.a line capacitance, the product of which is α at the angular frequency.

Es ist bekannt, daß bei einer solchen Leitung, die für die Energiefortpflanzung charakteristischen Größen an einem durch die Entfernung χ von einem beliebigen Ausgangspunkt, z. B. vom Empfänger, bestimmten Punkt im allgemeinen ausgedrückt werden durchIt is known that in such a line, the variables characteristic of the energy propagation at a distance χ from any starting point, z. B. by the recipient, certain point generally be expressed by

A₁ e«^x+ A₂ A ₁ e « ^x + A ₂

coscos

sin ß sin ß

wobei a. und β charakteristische Koeffizienten dieser Leitung. sind, welche aus den Werten r, c, s und α durch Formern, die hier nicht wiederholt zu werden brauchen, abgeleitet werden, während A₁, A₂, B₁, B₂ Parameter sind, welche von den Grenzwerten der die Energiefortpflanzung charakterisierenden Größen abhängig sind. Diese können beispielsweise sein: das Quadrat U² der Spannung an jedem Punkt,where a. and β characteristic coefficients of this line. which are derived from the values r, c, s and α by formulas that need not be repeated here, while A ₁ , A ₂ , B ₁ , B _{2 are} parameters which are from the limit values of the characterizing the energy propagation Sizes are dependent. These can be, for example: the square U ^{2 of} the voltage at each point,

das Quadrat /² des Stromes an jedem Punkt, die wirkliche Leistung P an jedem Punkt, die gegenwirkende Leistung π an jedem Punkt.the square / ^{2 of} the current at each point, the real power P at each point, the opposing power π at each point.

Die vier Größen U^z, J², P und π könnenThe four quantities U ^z , J ² , P and π can

alle durch vorgenannten Ausdruck jedoch mit verschiedenen Werten A₁, A₂, B₁ und B_t fürall by the aforementioned expression, however, with different values A ₁ , A ₂ , B ₁ and B _t for

jede Größe dargestellt werden. Jeder dieser Koeffizienten· ist eine ziemlich komplizierte Funktion der Werte U\, Jl, P₀ und jr₀, welche die vier Größen am Ausgangspunkt und beispielsweise am Empfänger haben.any size can be represented. Each of these coefficients is a rather complicated function of the values U \, Jl, P ₀ and jr ₀ , which the four quantities have at the starting point and, for example, at the receiver.

Wenn man den tiefen Sinn dieser Formeln zu ergründen sucht, so kommt man zu dem Schluß, daß die Ausdrücke A_s, B₁ und B_t darin lediglich eine Zurückwerfung eines Teiles der ίο auf dem Empfänger übertragenen Energie, welche zum Generator zurückgeht, bedeuten. Wenn dies zutrifft, so muß man das Bestreben haben, diese Zurückwerfung zu unterdrücken, indem man die Koeffizienten A₂, B₁ und B_s zum Verschwinden bringt. Eine Prüfung der Formeln zeigt, daß es genügt, dies für B₁ und B_% zu verwirklichen, damit es für A₂ gleichfalls stattfindet. Um dies zu erreichen, muß der Empfänger eine gewisse Impedanz so und eine gewisse Phasenverschiebung haben, die beide durch die charakteristischen Größen der Leitung bestimmt werden.If one tries to fathom the deep meaning of these formulas, one comes to the conclusion that the terms A _s , B ₁ and B _t in them only mean a rejection of part of the energy transmitted to the receiver, which goes back to the generator. If so, one must endeavor to suppress this rejection by making the coefficients A ₂ , B ₁ and B _s disappear. An examination of the formulas shows that it is sufficient to realize this for B ₁ and B _% so that it also takes place for A _2. To achieve this, the receiver must have a certain impedance and a certain phase shift, both of which are determined by the characteristic quantities of the line.

Die Erscheinungen stehen aber im Widerspruch zueinander, denn angenommen die genannte Bedingung sei erfüllt, so entspricht sie nicht dem höchsten Wirkungsgrad der Energieübertragung. Blond el hat gezeigt, daß der höchste Wirkungsgrad einer Arbeitsweise entspricht, bei welcher der Strom / am schwächsten und ohne Phasenverschiebung in der Mitte der Leitung ist und am stärksten bei gleichen Phasenverschiebungen in entgegengesetztem Sinne an den beiden Enden. Es ist klar, daß unter diesen Umständen in der Formel, und zwar in den Ausdrucken β χ eine Rückwelle der Leitung vorkommt.The phenomena are in contradiction to one another, because assuming the stated condition is fulfilled, it does not correspond to the highest efficiency of the energy transfer. Blond el has shown that the highest efficiency corresponds to a mode of operation in which the current / is weakest and without phase shift in the middle of the line and strongest with the same phase shift in opposite directions at the two ends. It is clear that under these circumstances a back wave of the line occurs in the formula, namely in the expressions β χ.

Dieser scheinbare Widerspruch zwischen einer einfachen Überlegung und der Rechnung rührt davon her, daß bei der Arbeitsweise mit so bestimmtem höchsten Wirkungsgrad der Höchstwert, den die Spannung längs der Leitung erreicht, nicht berücksichtigt wird. Dieser Wert aber ist viel größer als bei der Arbeitsweise ohne Rückwelle. Wenn man eine Höchstspannung annimmt, so ergeben die Bedingungen, welche dem höchsten Wirkungsg.ad entsprechen, die Übertragung einer geringeren Energiemenge als bei der Arbeitsweise ohne Rückwelle. Andererseits ist es durch die Zuordnung gewisser Hilfsmittel zur Leitung möglich, für eine gegebene Höchstspannung den höchsten Wirkungsgrad durch eine Arbeitsweise ohne Rückwelle zu erzielen.This apparent contradiction between a simple consideration and the calculation arises from the fact that in the mode of operation with the highest degree of efficiency determined in this way, the maximum value, which the voltage reaches along the line is not taken into account. But this value is much greater than for the way of working without back wave. If one assumes a maximum voltage, the conditions result which correspond to the highest efficiency ad, the transmission of a lower amount of energy than when working without a back wave. On the other hand, it is more certain through the assignment Aids for conduction possible, the highest degree of efficiency for a given maximum voltage to be achieved by working without backwave.

Bei dieser Arbeitsweise werden alle die Fortpflanzung charakterisierenden Größen ausge-In this way of working, all become reproduction characterizing variables

1-^ drückt durch A S, wobei man vom Empfänger ausgeht. Andererseits ist die Impedanz Z= j in der ganzen Länge der Leitung konstant und gleich der Impedanz Z₀ = — des Empfängers. 1- ^ press through AS, starting with the recipient. On the other hand, the impedance Z = j is constant over the entire length of the line and is equal to the impedance Z ₀ = - of the receiver.

Dasselbe gilt für die Phasenverschiebung φ in der ganzen Länge der Leitung (tg<p = ~w)> die gleich der Phasenverschiebung qi₀ des Empfängers ist (tgcp₀ = ?£■ I. Der Grund aber, aus dem diese Art der Arbeitsweise, die bereits unter der Bezeichnung »Arbeitsweise mit konstanter Phasenverschiebung längs der ganzen Leitung« bekannt ist, nicht die Anerkennung gefunden hat, die ihr gebührt, besteht darin, daß es für eine gegebene Leitung nur einen Impedanzwert Z₀ des Empfängers und nur einen Wert φ₀ seiner Phasenverschiebung gibt, welehe die Durchführung dieser Arbeitsweise erlauben, und daß für eine tatsächliche Leitung diese Phasenverschiebung φ₀ derart ist, daß das Ergebnis wenig vorteilhaft ausfällt.The same applies to the phase shift φ in the entire length of the line (tg <p = ~ w)> which is equal to the phase shift qi _{0 of} the receiver (tgcp ₀ =? £ ■ I. However, the reason why this type of operation, which is already known under the designation "mode of operation with constant phase shift along the entire line" has not found the recognition it deserves, consists in the fact that there is only one impedance value Z _{0 of} the receiver and only one value φ _{0 for a given line} its phase shift, which allow this mode of operation to be carried out, and that for an actual line this phase shift φ _{0 is} such that the result is not very advantageous.

Das Vollkommenste würde natürlich φ₀ — ο 8ο sein, aber dazu wäre eine Leitung erforderlich, bei der die Bedingung s c = r α erfüllt sein müßte, und davon ist* man noch sehr weit entfernt, da die seitliche Konduktanz c bei einer guten Leitung beinahe gleich Null ist. Bei gewöhnlichen Leitungen ist die Phasenverschiebung <p₀ des Empfängers, welche die Arbeitsweise ohne Rückwelle ergibt, ein Voreilwinkel, der 45 ° erreichen oder selbst überschreiten kann. Man kann sich also diese Bedingungen nur durch ein wichtiges Hilfsmittel in der Zuführungsleitung schaffen, und zwar durch übererregte Synchronmotoren oder gleichartige Apparate. Dieser Umstand ist, abgesehen von den Verlusten in den übererregten Synchronmotoren für die Erzielung eines guten Wirkungsgrades wenig günstig, weil die Leitung mit Strom überlastet ist, und zwar um 20 bis 40 Prozent gegenüber der Arbeitsweise ohne Rückwelle bei cos φ = ι.The most perfect would of course be φ ₀ - ο 8ο, but this would require a line in which the condition sc = r α would have to be fulfilled, and from that one is still very far away, since the lateral conductance c is almost with a good line equals zero. In the case of normal lines, the phase shift <p _{0 of} the receiver, which results in the mode of operation without back wave, is a lead angle that can reach 45 ° or even exceed it. You can only create these conditions with an important aid in the supply line, namely with overexcited synchronous motors or similar devices. Apart from the losses in the overexcited synchronous motors, this fact is not very beneficial for achieving good efficiency, because the line is overloaded with current, namely by 20 to 40 percent compared to the mode of operation without back wave at cos φ = ι.

Man hat mit Recht schon darauf aufmerksam gemacht, daß man die Arbeitsweise mit konstanter Phasenverschiebung Null durchführen könnte, indem man c einen der obengenannten Beziehung entsprechenden Wert durch künstlich hervorgerufene seitliche Nebenverluste in den Widerständen gibt, daß aber dieses Hilfsmittel schlechter als schlecht sei, weil man alsdann die Energieverluste in der Leitung mehr als verdoppele.It has rightly been pointed out that one can work with constant Phase shift zero could be carried out by giving c a value corresponding to the above-mentioned relationship there are artificially caused side losses in the resistors, but that this aid is worse than bad, because then one can reduce the energy losses in the Line more than double.

Es gibt aber ein Mittel, die Bedingung s c~ r α zu erfüllen, ohne den gesamten Energieverlust merklich zu erhöhen, und dies besteht' darin, der Leitung Energie durch Abzweigung zu entnehmen, wodurch c vergrößert wird, und sie in Serienschaltung wieder zuzuführen, wodurch r vermindert wird. Dieses Mittel wird so angewendet, daß man längs der Leitung Trantformatoren einbaut, deren Primärleitungen im Nebenschluß liegen, wähiend die Sekundärleitungen in Serie geschaltet sind.There is, however, a means of satisfying the condition sc ~ r α without appreciably increasing the total energy loss, and this consists in taking energy from the line by branching off, thereby increasing c, and feeding it back in series, whereby r is decreased. This means is used in such a way that tantformers are installed along the line, the primary lines of which are shunted, while the secondary lines are connected in series.

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Abb. r zeigt schematisch die Verbindungen eines dieser Transformatoren, der bei einer Dreiphasenleitung Ä vorgesehen ist. Die primären Spulen BBB dieses Transformators Legen im Nebenschluß zu der Leitung und sind in Sternschaltung miteinander verbunden. Die sekundären Spulen CCC sind in Ruhe mit den Leitungen AAA geschaltet.Fig. R shows schematically the connections of one of these transformers, which is provided in a three-phase line Ä . The primary coils BBB of this transformer are shunted to the line and connected in a star connection. The secondary coils CCC are connected to the lines AAA at rest.

Wenn man annimmt, daß die ImpedanzAssuming that the impedance

ίο auf die-ganze Länge der Leitung konstant und die Phasenverschiebung gleich Null ist, und daß nach jedem Kilometer ein Transformator eingebaut ist, dessen wirkliche und rückwirkende Verluste zunächst vernachlässigt werden, und dessen umgekehrtes Transformierungsverhältnis gleich Us ist, so wird dieser Transformator in die Leitung eine Spannung von Us in Serienschaltung in die Leitung einbringen und einen Strom Js in Nebenschluß entnehmen. Er wirdίο constant over the entire length of the line and the phase shift is equal to zero, and that after every kilometer a transformer is installed, whose real and retroactive losses are initially neglected, and whose inverse transformation ratio is equal to Us, this transformer becomes part of the line introduce a voltage of Us in series into the line and draw a current Js in a shunt. He will

also die seitliche Konduktanz um -τ-.- oder -yvermthren, indem er gleichzeitig den Widerstand um -^- oder Z ε verringert. Es wirdthus reduce the lateral conductance by -τ -.- or -y , while at the same time reducing the resistance by - ^ - or Z ε. It will

also, um auf künstlichem Wege die gewünschten Bedingungen zu schaffen, genügen, ε einen Wert zu geben, der sich aus der Gleichung s (^c+~y)— (^r — Zf) α ergibt. Dies wirdSo, in order to create the desired conditions in an artificial way, it is sufficient to give ε a value that results from the equation s ( ^c + ~ y) - ( ^r - Zf) α . this will

aber nur unter der Voraussetzung erreicht, daß die Phasenverschiebung gleich Null ist, und es ist daher auch nötig,, daß der Wert Z₀ des Empfängers der Sachlage entspricht,but only achieved under the condition that the phase shift is equal to zero, and it is therefore also necessary, that the value Z _{0 of} the receiver corresponds to the situation,

also im wesentlichen 1/—^- ist und sein <p₀ so essentially 1 / - ^ - and its <p ₀

ebenfalls Null. Wenn dies der Fall ist, wird Z sich auf die ganze Länge der Leitung aufalso zero. If this is the case, Z will be based on the entire length of the line

dem Wert Z_n halten, wenn ε = ;=---hold the value Z _n if ε =; = ---

ebenso wie φ den Wert Null behalten wird. Die Größenordnung von s ist für eine beträchtliche. Leitung gleich 0,0001, d. h. daß für eine Leitung von beispielsweise 500 km Länge die Gesamtleistung der längs der Leitung einzubauenden Transformatoren etwa ¹Z₂₀ der übertragenen Leistung beträgt.just as φ will keep the value zero. The order of magnitude of s is considerable for a. Line equal to 0.0001, ie that for a line of, for example, 500 km in length, the total power of the transformers to be installed along the line is about ¹ Z _{20 of} the power transmitted.

Es ist natürlich angebracht, die Zahl der Transformatoren nicht zu hoch zu nehmen, um die Schwierigkeiten bei der Wicklung der Primärspulen nicht zu erhöhen. Man muß auch ihren wirklichen und rückwirkenden Verlusten Rechnung tragen, die bisher vernachlässigt worden sind. Dies. kommt durch eine geringe Erhöhung von c und r sowie durch eine geringe Erhöhung von s und eine kleine Verminderung von α zum Ausdruck, dem man Rechnung tragen muß.It is of course advisable not to increase the number of transformers too high so as not to increase the difficulties involved in winding the primary coils. One must also take into account their real and retroactive losses, which have hitherto been neglected. This. is expressed by a small increase in c and r as well as a small increase in s and a small decrease in α , which must be taken into account.

Obwohl die günstigsten Umstände für die Anwendung einer Leitung unter diesen Bedingungen einer Phasenverschiebung entsprechen,Although the most favorable circumstances for the application of a line under these conditions correspond to a phase shift,

die überall gleich Null ist, ist die Zuhilfenahme solcher Transformatoren auch von Nutzen, wenn die Phasenverschiebung des Empfängers von Null verschieden ist. In gewissen Fällen ist es möglich, daß man es vorzieht, die Phasenverschiebung an der Empfangsstelle nicht auf Null zu bringen, um sich von der Verwendung übererregter Synchronmotore frei zu mache'n, und daß man die Leitung mit Phasenverschiebung, aber immer noch ohne Rückwelle verwenden will.which is zero everywhere, the help of such transformers is also useful, when the phase shift of the receiver is different from zero. In certain In some cases it is possible that one prefers the phase shift at the receiving point not to be brought to zero in order to free yourself from the use of overexcited synchronous motors to do 'n, and that one the line with phase shift, but still without Wants to use back wave.

Wenn der Leitungsstrom gegen die Spannung um φ-phasen verschoben ist, so haben die auf die Leitung verteilten Transformatoren nicht nur die Wirkung, daß sie von der wirklichen Leistung einen Teil im Nebenschluß entnehmen, um ihn in Hintereinanderschaltung wieder zuzuführen (oder umgekehrt, wenn ε negativ ist), sondern daß sie auch eine gleiche Rolle für die rückwirkende Leistung spielen, wobei die Charakteristika der Leitung sich ändern wie folgt:If the line current is shifted by φ-phases with respect to the voltage, then have The transformers distributed on the line not only have the effect that they differ from the real ones Take a part of power in the shunt in order to feed it back in series connection (or vice versa, if ε negative), but that they also play an equal role in retrospective performance, where the characteristics of the line change as follows:

r wird vermindert um den Betrag Z ε cos φ, c wird erhöht um. den Betrag —^- cos φ, s wird vermindert um den Betrag Z = sin φ, α wird vermindert um den Betrag -^- sin ψ, r is reduced by the amount Z ε cos φ, c is increased by. the amount - ^ - cos φ, s is reduced by the amount Z = sin φ, α is reduced by the amount - ^ - sin ψ,

wobei der Wert von Z im übrigen wenig verschieden ist von demjenigen, der für eine gegebene Leitung dem Wert φ = 0 entspricht. Es erscheint nicht erforderlich, diesbezüglich noch mehr ins Einzelne zu gehen; doch sei noch bemerkt, daß, wenn der für den Empfänger anzunehmende Wert, von Z₀ sich sehr wenig mit φ₀ ändert, das gleiche nicht für ε der Fall ist, das viel größer für die Phasenverschiebung werden wird, die man gewöhnlich bei den Verteilungen trifft.where the value of Z is otherwise little different from that which corresponds to the value φ = 0 for a given line. It does not seem necessary to go into any further detail in this regard; but it should also be noted that if the value to be assumed for the receiver of Z ₀ changes very little with φ ₀ , the same is not the case for ε, which will be much larger for the phase shift that is usually found in the distributions meets.

Wie dem auch sei, · kann man bei irgend einer Phasenverschiebung die Arbeitsweise ohne Rückwelle durchführen, indem man den Wert« nimmt, der dieser Phasenverschiebung gerecht wird und ebenso den angemessenen Wert Z₀.Be that as it may, with any phase shift the operation can be carried out without backwave by taking the value which does justice to this phase shift and also the appropriate value Z ₀ .

Es ist also noch zu bemerken,- daß, wenn die Arbeitsweise ohne Rückwelle auf einem Widerstand Z₀ aufgebaut ist sie es ohne Rücksicht auf die Frequenz ist, da s und a, welche allein mit der Frequenz und dieser proportional wechseln, zu beiden Seiten des Gleichheitszeichens der Gleichung liegen. Dies gilt wohlverstanden in dem Maße, als c, r und ε von der Frequenz unabhängig sind.It should also be noted - that if the mode of operation is based on a resistor Z ₀ without a back wave, it is so regardless of the frequency, since s and a, which change proportionally with the frequency alone, on both sides of the Equal sign of the equation. This is well understood to the extent that c, r and ε are independent of the frequency.

Es geht daraus hervor, zunächst daß die Frequenzschwankungen nicht schädlich sind, und daß die Gegenwart von Harmonischen in dem System weniger Einfluß hat, als wenn diese Arbeitsweise nicht durchgeführt wird, was nicht ohne Bedeutung für dieselbe ist.It follows from this that first of all, the frequency fluctuations are not harmful, and that the presence of harmonics in the system has less influence than if it did this procedure is not carried out, which is not without importance for the same.

Wenn man dann bemerkt, daß diese Unabhängigkeit von der Frequenz auch in ge-If you then notice that this independence from the frequency is also

wissem Maße für die von Null abweichenden Phasenverschiebungen besteht, kann das beschriebene Verfahren vorteilhaft auch zur Verbesserung telephonischer Verbindungen auf große Entfernung benutzt werden, welche nichts weiter sind, als Energieübertragungen für beliebige Frequenzen. Die Erfindung läßt sich somit für elektrische Energieübertragung durch wechselnde Ströme jeder Art verwenden, ίο für große und kleine Energie (Stark- und Schwachstrom) für einfache und mehrphasige Freileitungen, wie unterirdische und Unterseeleitungen, für hohe und niedrige Frequenzen. Für einen ganz anderen Zweck nämlich, um bei mit Pupinschen Spulen versehenen Leitungen für die Schwingungen von geringerer Periodenzahl eine kleinere Dämpfung als für die höheren Periodenzahlen zu erzielen, hat man schon vorgeschlagen, längs der Linie so Transformatoren anzubringen, bei denen aber, im Gegensatz zu der vorliegenden Erfindung, in jede im Nebenschluß liegende Spule eine Kapazität eingeschaltet ist.certain measure for those deviating from zero If phase shifts exist, the method described can advantageously also be used for improvement long distance telephone connections, which are nothing more than transmissions of energy for any frequencies. The invention can thus be used for electrical energy transmission using alternating currents of any kind, ίο for large and small energy (strong and Low current) for simple and multi-phase overhead lines, such as underground and sub-sea lines, for high and low frequencies. For a completely different purpose, namely to use with Pupin's coils Cables for vibrations with a lower number of periods have less damping than for It has already been proposed to achieve the higher number of periods along the line so to install transformers, but in which, in contrast to the present invention, A capacitance is switched on in each shunted coil.

Wollte man bei der vorliegenden Einrichtung derartige Kapazitäten anbringen, so könnte die beabsichtigte Wirkung nicht erzielt werden. Selbst für eine einzige Periodenzahl würde die erzielte Wirkung nicht allein eine Vergrößerung der seitlichen Konduktanz und eine Verminderung des Längswiderstandes sein, sondern sie würde viel verwickelter sein. Andererseits würde sich diese Wirkung, statt, wie es notwendig ist, merklich unabhängig von der Periodenzahl zu bleiben, bei einer Änderung der Periodenzahl erheblich mit ihr ändern, weil die Reaktanz der Kapazitäten, statt sich proportional der Periodenzahl zu verändern, im umgekehrten Verhältnis zu derselben ändert.If you wanted to add such capacities to the present facility, so the intended effect may not be achieved. Even for a single number of periods the effect achieved would not only be an increase in lateral conductance and be a decrease in the longitudinal drag, but it would be much more involved. on the other hand this effect would, instead of, as it is necessary to remain noticeably independent of the number of periods, remain with one Change in the number of periods changes significantly with it, because the reactance of the capacities, instead of changing proportionally to the number of periods, in inverse proportion to the same changes.

Zunächst sei die Energieübertragung durch Starkstrom konstanter Frequenz betrachtet. Als Transformatoren kann man natürlich die verschiedensten bekannten Arten benutzen. Bei mehrphasigen Leitungen können die Transformatoren ein- oder mehrphasig sein. Als einfache Transformatoren kann man Transformatoren mit gegenseitiger Induktion benutzen, die beliebig änderbar ist, um nach Wunsch über das Verhältnis ε zu verfügen. Als mehrphasige Transformatoren kann man Drehfeldtränsformatoren mit beweglicher Sekundärwicklung benutzen, bei welchen durch Verschiebung der Sekundärwicklung das Verhältnis s verändert werden kann, um es dem gewünschten Wert genau anzupassen. Von vornherein ist man geneigt anzunehmen, daß diese Apparate auch eine Änderung von Z₀ erlauben, durch ihren Einfluß auf s und a, weil sie erlauben, im Nebenschluß einen Teil der rückwirkenden Leistung zu entnehmen, um sie in Serie wieder zuzuführen; dies gibt es aber nicht, denn diese Übermittlung der rückwirkenden Leistung ändert Z₀ nicht.First of all, the energy transmission by means of heavy current of constant frequency will be considered. A wide variety of known types can of course be used as transformers. In the case of multi-phase lines, the transformers can be single-phase or multi-phase. As simple transformers, transformers with mutual induction can be used, which can be changed as required in order to have the ratio ε available as desired. As multi-phase transformers, rotary field transformers with movable secondary windings can be used, in which the ratio s can be changed by shifting the secondary winding in order to adapt it precisely to the desired value. From the outset one is inclined to assume that these devices also allow a change in Z ₀ , through their influence on s and a, because they allow a bypassing part of the retroactive output to be fed back in series; This does not exist, however, because this transmission of the retroactive benefit does not change Z ₀ .

Unabhängig von dem gewählten Transformarortyp ist es zweckmäßig, denselben, um ε ändern zu können, so anzuordnen, daß man den Schwankungen, welchen die Linienkonstanten längs der ganzen Leitung unterworfen sein können, Rechnung trägt. Es ist in mehreren Fällen sogar von Bedeutung, ε selbsttätig sich ändern zu lassen. In allen Fällen kann man natürlich die Linienkonstanten s und α durch bekannte Mittel ändern, durch Selbstinduktionsspulen oder Kondensatoren, unter- oder übererregte Synchronmotoren usw., um einen günstigen Wert von Z₀ zu finden. Für eine gleichbleibende zulässige Höchstspannung der Leitung erlaubt es die Zuhilfenahme von im Nebenschluß oder in Serie liegenden Selbstinduktionsspulen, kombiniert mit Transformatoren, in der vorgeschilderten Anordnung einen Wirkungsgrad zu erzielen, der demjenigen von Leitungen ohne Hilfsmittel wesentlich überlegen ist. Wenn man dagegen eine höchstmögliche Leistung bei Gleichheit des Wirkungsgrades übertragen will, so zeitigt die Arbeitsweise ohne Rückwelle noch bessere Ergebnisse. Regardless of the type of transformer selected, it is advisable to arrange the same in order to be able to change ε in such a way that one takes into account the fluctuations to which the line constants can be subjected along the entire line. In several cases it is even important to let ε change automatically. In all cases, of course, the line constants s and α can be changed by known means, such as self-induction coils or capacitors, underexcited or overexcited synchronous motors, etc., in order to find a favorable value for Z ₀ . For a constant maximum voltage of the line, the use of shunted or series-connected self-induction coils, combined with transformers, allows the above arrangement to achieve an efficiency that is significantly superior to that of lines without tools. If, on the other hand, you want to transfer the highest possible performance with the same degree of efficiency, the method of operation without backwave produces even better results.

Statt einerseits einen günstigeren Wert für Z₀ ergebende Selbstinduktionsspulen und anderseits die Rückwelle vermeidende Transformatoren gleichförmig zu verteilen, kann man diese beiden Apparatetypen miteinander verbinden und einfach Transformatoren mit großen magnetischen Verlusten verteilen, diegeeignetbemessen, die gleichen Ergebnisse zeitigen können.Instead of uniformly distributing self-induction coils that give a more favorable value for Z ₀ on the one hand and transformers avoiding back waves on the other, one can combine these two types of apparatus and simply distribute transformers with large magnetic losses, which, appropriately dimensioned, can produce the same results.

Es ist klar, daß man statt der einfachen Transformatoren auch Gruppen von Motordynamos einbauen kann, besonders wenn man auf die Selbstinduktion und die Linienkapazitat gleichzeitig einwirken will. Die Maschinen, welche diese Gruppe bilden, können Synchronoder Asynchronmaschinen sein. Wenn sie synchron sind, ist eine Winkelverschiebung zwischen Motor und Generator erforderlich, damit eine Übermittlung der Leistung erfolgt. Wenn sie asynchron sind, muß die Zahl der Pole verschieden sein, es sei denn, daß man noch besondere Erreger vorsieht.It is clear that instead of simple transformers, groups of motor dynamos can also be used can build in, especially if you look at the self-induction and the line capacitance wants to act at the same time. The machines that make up this group can be synchronous or Be asynchronous machines. If they are synchronous, an angular displacement is required between the motor and generator, so that the service is transmitted. If they are asynchronous, the number of Poles may be different, unless special pathogens are also provided.

Es ist bisher stillschweigend vorausgesetzt, daß die Leistung an der Empfangsstelle konstant ist. Wenn sie sehr veränderlich ist, so verwickelt sich die Sachlage wesentlich, und es ist fast nicht möglich, die Arbeitsweise ohne Rückwelle zu gewährleisten, im Falle, daß man die Spannung U₀ oder den Strom I_n konstant halten will.So far it has been tacitly assumed that the power at the receiving point is constant. If it is very variable, the situation becomes considerably more complicated, and it is almost impossible to ensure operation without a back wave in the event that one wishes to keep the voltage U ₀ or the current I _n constant.

Wenn sie aber wenig veränderlich ist, so kann man die Arbeitsweise ohne Rückwelle auch sicher stellen, indem man Maßnahmen trifft, um s sich längs der ganzen Leitung selbsttätig als Funktion der Belastung ändernBut if it is little changeable, you can work without a back wave also make sure by taking measures to s down the whole pipe change automatically as a function of the load

zu lassen. Dies ist auch möglich, wenn die Impedanz'Z₀ der Zuleitung annähernd · konstant bleibt, während ihre Phasenverschiebung φ₀ stark schwankt.allow. This is also possible if the impedance Z _{0 of} the supply line remains approximately constant, while its phase shift φ ₀ fluctuates greatly.

Abb. 2 zeigt schematisch, wie man in diesem Fall die selbsttätige Regelung von ε erzielen kann. Die Transformatoren haben ein Drehfeld. Die Primärspulen P liegen im Nebenschluß zur Leitung, die Sekundärspulen S inFig. 2 shows schematically how the automatic control of ε can be achieved in this case. The transformers have a rotating field. The primary coils P are shunted to the line, the secondary coils S in

ίο Reihe, während die elektrische Verbindung dieselbe ist, wie in Abb. i. Das zwischen den Primär- und den .Sekundärspulen sich bildende Kräftepaar ist proportional dem cosinus des Winkels φ der Phasenverschiebung der Spannung in jedem Punkt. Da es andererseits nötig ist, daß die gegenseitige Induktion zwischen den Wicklungen derselben Phase ein Maximum ist, wenn cos φ klein ist, und ein Minimum, wenn cos φ groß ist, so ist klar, daß dieses Ergeb-ίο row while the electrical connection is the same as in Fig. i. That which forms between the primary and secondary coils The couple of forces is proportional to the cosine of the angle φ of the phase shift of the voltage in every point. On the other hand, since it is necessary that the mutual induction between the windings of the same phase is a maximum when cos φ is small and a minimum when cos φ is large, it is clear that this result

ao nis leicht erreicht werden kann, wenn man einen Hebel L auf der Achse der beweglichen Sekundärspule befestigt und ihn mittels einer Feder R mit einem festen Punkt verbindet. Dieser Hebel muß auf der Achse der Sekun-ao nis can easily be achieved by attaching a lever L on the axis of the movable secondary coil and connecting it to a fixed point by means of a spring R. This lever must be on the axis of the seconds

s5 därspule in einer solchen Lage befestigt werden, daß bei nicht angespannter Feder R die gegenseitige Induktion am größten ist, und die Kraft der Feder muß derart sein, daß für cos φ = ι der Winkel, um den die Sekundärspule sich dreht, genau zu dem kleinsten Wert der gegenseitigen Induktion führt.s5 därspule be attached in such a position that when the spring R is not tensioned, the mutual induction is greatest, and the force of the spring must be such that for cos φ = ι the angle through which the secondary coil rotates, exactly to the smallest value of mutual induction leads.

Die Feder R könnte auch durch ein Gegengewicht ersetzt werden, oder durch einen Elektromagneten mit langem Weg, der vom Strom oder der Spannung beeinflußt wird, oder durch irgend ein anderes gleichwertiges Mittel.The spring R could also be replaced by a counterweight, or by a long path electromagnet influenced by the current or voltage, or by any other equivalent means.

Bei der Anwendung auf Telephonübertragungen braucht man sich um die Schwankungen der Belastung nicht so sehr zu kümmern, weil sich für eine gegebene Leitung stets derselbe Telephonempfängertyp in der Zuführungsleitung befindet, und weil unter den meist bei der Anwendung in Frage kommenden Verhältnissen die Phasenverschiebung des Empfängers unabhängig von der Frequenz ist und nahe bei 45 ° liegt. In Wirklichkeit schwankt die Impedanz dieses Empfängers ein wenig mit der Frequenz, und zwar zwischen denWhen applied to telephone transmissions, one needs to be concerned about the fluctuations not to worry so much about the load, because for a given line it is always the same Telephone receiver type is located in the feed line, and because among the most the phase shift of the receiver in the application of the ratios in question is independent of the frequency and is close to 45 °. In reality it fluctuates the impedance of this receiver a little with the frequency, between the

äußersten Frequenzen der Ubertragungsströme, doch braucht man bei der Telephonübertragung die Betriebsbedingungen nicht so ängstlich zu erfüllen, wie bei der Übertragung von Starkstromenergie.extreme frequencies of the transmission currents, but they are needed for telephone transmission not so anxious to meet the operating conditions as when transferring High voltage energy.

Es ist andererseits leicht einzusehen, daß hier sowohl bei der Übertragung von Starkstromenergie die Anordnung gleichmäßig verteilter Transformatoren zugleich mit der Zuhilfenahme von im Nebeschluß oder in Serie liegenden Selbstinduktionsspulen erfolgen kann, die auch unter dem Namen Pupinspulen bekannt sind, und daß man auch beide Einrichtungen in Form von Transformatoren mit großem magnetischen \'erlust kombinieren kann.On the other hand, it is easy to see that here both in the case of the transmission of heavy current energy the arrangement of evenly distributed transformers at the same time with the aid by self-induction coils lying in the shunt or in series, which are also known under the name Pupin coils and that both devices can be combined in the form of transformers with a large magnetic loss can.

Claims

Patent claims: -

1. Device on AC power lines to suppress the back wave and to Achieving a mode of operation with high efficiency, characterized in that • along the. Line transformers or converters are distributed, their primary and Secondary elements are arranged in series with them in such a way that these transformers are used without connecting capacitors or converters take real energy from the line in the shunt in order to feed it back in series, or the other way around.

2. Device according to claim 1, characterized in that in order to change the best enable the operation of the energy transmission line without return paths and consistent with the phase shift of the receiver Impedance of the latter in addition to the transformers also self-induction coils, capacitors, overexcited or underexcited Synchronous motors or any equivalent apparatus or machines that change the line constants of the line allow to be distributed over these.

3. Device according to claim 1, characterized in that as transformers those with large magnetic dispersion are provided, for the purpose of doing the same To achieve effect, such as by combining transformers with self-induction coils, Capacitors or other apparatus according to claim 2.

4. Device according to claim I, characterized in that the transformation ratio of the distributed over the line Transformers automatically adjustable so that even in cases where the power of the receiver and its phase shift are variable within certain limits, the conditions for the suppression of the back wave remain fulfilled.

Please refer to the sheet of drawings.

Berlin, printed in the Reichsdruchereu