-
Einrichtung zum Parallel-Betrieb von Wechselstrommaschinen. Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zum Parallel-Betrieb von Wechselstrommaschinen, insbesondere
für Hochfrequenz.
-
Bei Sendestationen für größere Leistung ist es sehr wünschenswert,
mehrere Hochfrequenzmaschinenparallel zubetreiben. Diese Maschinen haben eine sehr
hohe innere Reaktanz und inneren Widerstand, wodurch besondere Probleme für den
Parallel-Betrieb entstehen. Die hohe innere Reaktanz vermindert beträchtlich den
Ausgleichsstrom und damit das synchronisierende Moment, so daß Mittel notwendig
werden, um diese Reaktanz ganz oder teilweise zu kompensieren. Dies kann, wie bekannt,
dadurch geschehen, daß man zwischen die parallel arbeitenden Maschinen Ausgleichskapazitäten
(Kondensatoren; einschaltet; durch geeignete Bemessung dieser Kondensatoren kann
man dem Kraftaustausch zwischen den synchronisierenden Maschinen den gewünschten
Wert geben. Die zweckmäßigste Bemessung ergibt sich in der Regel für einen Kraftaustausch
von ungefähr 250/o der Vollast.
-
Wenn solche Hochfrequenzmaschinen parallel betrieben werden, entsteht
eine ausgeprägte Tendenz zu Pendelungen zwischen ihnen.- Eine Ursache hierzu scheint
in den Antriebsmotoren zu liegen und rührt wahrscheinlich von gewissen Harmonischen
der Drehmomente her, die nicht in den beiden Motoren zusammenfallen. Eine zweite
Quelle dieser Schwankungen, die die Pendelungen verursachen, liegt im Morsen. Die
Zeichengebung erfolgt gewöhnlich automatisch, so daß die Impulse mit großer Regelmäßigkeit
auftreten. Da der Kraftbedarf des Motors und die Kraftabnahme der Wechselstrommaschine
nicht genau ausgeglichen werden können, ergibt sich eine Tendenz zu Pendelungen,
die, wenn die Tastgeschwindigkeit ihrer Periode entspricht, stark anwachsen können.-In
ähnlicher Weise hat jede Anfangspendelung die Tendenz, sich bei bestimmten Tastverhältnissen
zu vermehren mit Rücksicht auf die Tatsache, daß das Synchronisierungsmoment bei
offener Taste nicht dasselbe ist, als wenn die Taste geschlossen -ist. Eine dritte
Ursache der Pendelungen liegt in irgendeiner Unregelmäßigkeit der Wechselstrommaschine
selbst, die auf ungenaue Polabstände im Rotor oder eine Unregelmäßigkeit des Feldflusses
zurückzuführen ist.
-
Die bisher üblichen Mittel zur Beseitigung von gegenseitigen Pendelungen
bei parallel arbeitenden Wechselstrommaschinen waren nicht durchgreifend, weil die
zur Phasengleichheit rückführende Kraft hier nur von der Größe der Phasenabweichung
der beiden Maschinen gegeneinander abhängig war ohne Rücksicht auf den Änderungssinn
dieser Abweichung, d. h. unabhängig davon, ob -die Phasenabweichung im Abnehmen
oder Zunehmen
begriffen war. Die Pendelungen konnten dabei nicht
unterdrückt werden; wenn auch die rückwirkende Kraft während der Zunahme des Phasenwinkels
zwischen den beiden Maschinen in dem für die Bremsung der P.endelung günstigen Sinne
wirkte (indem sie die voreilende und rascher laufende Maschine verzögerte und die
andere beschleunigte), so hatte doch dieselbe rückführende Kraft beim abnehmenden
Phasenwinkel -eine über das Ziel hinausgehende Wirkung, indem sie der vorderen,
also in diesem Stadium des Vorgangs langsamer laufenden Maschine noch eine weitere,
ziemlich große Verzögerung und der hinteren, schneller laufenden Maschine eine ebenso
große Beschleunigung mitteilte, wodurch das Pendeln über die Mittellage hinaus nach
anderer Richtung begünstigt wurde.
-
Durch die Anordnung nach der Erfindung können nun diese gegenseitigen
Pendelungen auf das wirksamste bekämpft werden, wobei die Maschinen schnell auf
die Phasengleichheit gebracht werden; dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht,
daß die synchronisierende Kraft beim abnehmenden Phasenwinkel zwischen den Maschinen
kleiner gemacht wird gegenüber ihrem Betrag bei demselben, aber zunehmendem Phasenwinkel.
Zu diesem Zweck wird die Anordnung so getroffen, daß die resultierende Impedanz
des Maschinenausgleichskreises jedesmal bei abnehmendem Phasenwinkel zwischen den
Maschinen kleiner wird gegenüber dem Impedanzbetrag bei zunehmendem Phasenwinkel.
Wird beispielsweise zur Vergrößerung der synchronisierenden Kraft die bekannte obenerwähnte
Schaltung mit Kondensatoren im Ausgleichskreis der Maschine verwendet, so maß man
gemäß der Erfindung die volle Wirkung dieser Kondensatoren auf die Verminderung
der Reaktanz des Ausgleichskreises nur während der Zeit der Zunahme der Phasenabweichung
bestehen lassen. Dies kann am besten dadurch erreicht werden, daß im Ausgleichskreis
der Maschine eine Induktanz bei der Abnahme des Phasenwinkels eingeschaltet und
bei der Zunahme desselben kurzgeschlossen wird. Die Größe der obenerwähnten Kondensatoren
wird am besten so bemessen, daß; wenn diese Induktanz kurzgeschlossen ist, der Kraftaustausch
zwischen den beiden Maschinen bei der höchstzulässigen Phasenabweichung ungefähr
z50/0 der Vollbelastung jeder Maschine ist, während er halb so groß ist, wenn die
Induktanz im Kreise liegt. Das Kurzschließen der Induktanz kann durch ein Relais
bewirkt werden, derart, daß die Induktanz kurzgeschlossen wird, wenn keine Pendelung
auftritt und während einer Pendelung, wenn der Phasen-Winkel zwischen den Maschinen
wächst. Nimmt dieser Phasenwinkel aber ab, so öffnet das Relais den Kurzschluß und
legt die Induktanz in den Ausgleichskreis.
-
Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erklärt.
-
Abb. i zeigt eine bekannte Einrichtung, bei der das Synchronisierungsmoment
der parallel geschalteten Maschine dauernd vergrößert wird.
-
" Abb. z zeigt eine Einrichtung nach der Erfindung zur schnellen Dämpfung
der Pendelangen, wobei das Synchronisierungsmoment nur in bestimmten, für die Dämpfung
günstigen Zeitabschnitten bedeutend vergrößert wird.
-
Abb. 3 bzw. Abb. ¢ zeigen ein vollständiges Schaltungsschema bzw.
Kurvendiagramme der Einrichtung nach der Erfindung.
-
In Abb. i sind Al und A= zwei parallel arbeitende Wechselstrommaschinen,
L1 undL2 ihre inneren Induktanzen. Diese Induktanz ist gewöhnlich groß genug, um
den zirkulierenden Strom und damit das Synchronisierungsmoment beträchtlich unter
den Wert herunterzubringen, der notwendig ist, um die Maschinen in Tritt zu halten.
Die Wirkung dieser inneren Induktanz wird durch in Reihe geschaltete Kondensatoren
C1 und C2 aufgehoben, wodurch der Leistungsfaktor im Ausgleichskreis L1,'Cl, C2,
L° verbessert und das Fließen eines größeren Ausgleichsstromes verursacht
wird. Durch - richtige Bemessung der Kondensatoren Cl und C2 kann man diesem Strom
jeden beliebigen Wert geben.
-
Abb. 2 zeigt das Dämpfen von Pendelschwingungen. Zwecks größerer Klarheit
sind alle Kreise und Einzelheiten aus dieser Abbildung weggelassen mit Ausnahme
des Ausgleichskreises und der Vorrichtungen und Kreise, die zur Dämpfung der - Pendel'-schwingung
erforderlich sind.
-
Die beiden Maschinen Al und A2 sind durch den Kreis A',
138, 139, A2, 140 miteinander verbunden. Zwischen 138 und 139 liegt eine
Induktanz 131, die unter gewissen später zu beschreibenden Bedingungen durch das
Relais 132 kurzgeschlossen wird. Parallel zu Al und A2 liegen Transformatoren
1z8, 129, deren Sekundärwicklungen in Reihe liegen, so daß ihre Spannungen sich
aufheben, wenn die Maschinen in Phase sind. Im Kreise mit diesen Sekundärwicklungen
liegen der Widerstand 136 und der Gleichrichter 130. Eine Klemme des Widerstandes
136 ist mit einem Spulenende des polarisierten Relais 133, das andere Ende des letzteren
mit einem Pol des Kondensators 135 und der andere Pol dieses Kondensators mit dem
freien Ende des Widerstandes 136 verbunden.
-
Wenn beim Auftreten von Pendelungen die Maschinen außer-Phase zu kommen
beginnen,
gleichen sich die Spannungen in den Transformatoren 128,
129 nicht länger aus, so daß ein gleichgerichteter Strom durch den Wiclerstand 136
7u fließen beginnt. Dieser wird so lange anwachsen, als der Phasenwinkel zwischen
den Wechselstrommaschinen zunimmt, und es wird deshalb die Spannung am Widerstand
zunehmen. Hierdurch wird der Kondensator 135 geladen. Der Anker des polarisierten
Relais 1,;3 hat eine geringe Vorspannung, so daß seine Kontakte so lange offen bleiben,
als am Widerstand 136 keine Spannung ist und solange die Spannung zunimmt. Wenn
die Maschinen in die Phase zurückzuschwingen beginnen, nimmt die Spannung am Widerstand
ab, der Kondensator 135 fängt an, sich zu entladen und schickt einen umgekehrten
Strom durch das Relais 133, was ein Schließen der Kontakte zur Folge hat.
Diese Kontakte bleiben so lange geschlossen, als die Spannung am Widerstand 136
abnimmt, und deshalb so lange, als der Phasenwinkel zwischen den Maschinen abnimmt.
Wenn dieser Winkel gleich Null wird und nach der anderen Richtung zu wachsen beginnt,
fließt wieder ein zunehmender Strom durch den Widerstand 136, wodurch der Kondensator
sich auflädt und das Relais 1,3- seine Kontakte öffnet.
-
Die Kontakte von Relais 133 steuern einen Kreis, enthaltend eine Stromquelle
B und das Relais 132, dessen Kontakte einen Kurzschluß an der Induktanz 131 öffnen
und schließen und dessen Anker so abgespannt ist, daß, solange kein Strom durch
die Relaisspule fließt, die Kontakte geschlossen sind, und umgekehrt. Die Induktanz
131 dient, wenn sie im Kreise liegt, dazu, den Ausgleichsstrom und damit
das Svnclironisierungsmoment beträchtlich zu verringern. Wenn während der Pendelschwingungen
der Phasenwinkel zwischen den Wechselstrommaschinen in beiden Richtungen wächst,
wird die Spannung am Widerstand 136 größer, das Relais 133 hält seine Kontakte offen,
das Relais 132 geschlossen, und es fließt ein starker Ausgleichsstrom nvischen den
Wechselstrommaschinen, der so lange andauert, bis diese ihre größte Außerphasenstellung
erreicht haben. Wenn der Phasenwinkel abnimmt, nimmt auch die Spannung am Widerstand
136 ab und entlädt sich Kondensator 135; infolgedessen schließt Relais 133 und öffnet
Relais 132 seine Kontakte, wodurch der Kurzschluß an der Induktanz 131 ausgeschaltet
und die Induktanz in den Ausgleichskreis eingeschaltet wird. Dadurch nimmt der Ausgleichsstrom
und damit das Synchronisierungsmoment ab.. Man erkennt also; daß, solange der Phasenwinkel
zwischen den Wechselstrommaschinen zunimmt, ein großes Synchronisierungsmoment wirksam
ist, das sich der Änderung -entgegensetzt. Nachdem der Phasenwinkel sein Maximum
erreicht hat und abzunehmen beginnt, wird ein kleineres Synchronisierungsmoment
wirksam und damit eine verringerte Tendenz für die Anker der Wechselstrommasrhinen,
nach der Rückkehr in die mittlere Lage über diese hinauszuschwingen.
-
Dieses ist in Abb. 4. dargestellt, in der A den Ausgleichsstrom, B
die Phasenbeziehung zwischen den Wechselstrommaschinen und C die Stellung des Relais
13 2 darstellt, alle Kurven mit der Zeit als Abszisse. Man erkennt, daß in
dem Maße, als der Phasenwinkel zunimmt, d. h. die Kurve B steigt, der Ausgleichsstrom
A zunimmt, bis die Phasendifferenz ein Maximum erreicht, worauf durch die Einschaltung
der Induhtanz 131 der Strom A plötzlich vom Punkt P nach dein Punkt
Q abfällt. Diese Bedingungen für -den kleineren Ausgleichsstrom halten an, bis die
Alaschinen am Punkt C in Phase kommen, worauf Relais 132 wieder seine Kontakte schließt,
die Induhtanz 13i kurzschließt und ein Ansteigen des Ausgleichsstromes in der entgegengesetzten
Richtung bis zum Punkt P gestattet, der die maximale Außerphasenstellung der Maschinen
in der anderen Richtung darstellt. In diesem Punkt öffnet Relais 132 wieder seine
Kontakte und schaltet die Induktanz 131 ein, wodurch der Ausgleichsstrom wieder
von dem Punkt P' nach Q' verkleinert wird. Dieses wiederholt sich bei jeder maximalen
Außerphasenstellung, so daß die Pendelschwingungen stark abfallen, wie die Kurve
A erkennen läßt.
-
Abb. 3 zeigt die vollständige Schaltung der vorbeschriebenen Anordnung
in Verbindung mit einer drahtlosen Telegraphieranlage. Gewisse Schwierigkeiten,
die mit dem Tasten bei einem solchen System in Verbindung stehen, verhindern die
Anwendung der ,einfachen Verbindungen, die in Abb. i und 2 allgenommen sind. Das
Tasten verringert wesentlich die Spannung der Wechselstrommaschinen auf einen sehr
geringen Wert, wenn die Taste offen ist. Daher würde unter . diesen Umständen der
Ausgleichsstrom und damit das Synchronisierungsmoment auf einen schr kleinen Wert
abfallen, wenn die Taste geöffnet wird, und es würde deshalb sehr schwierig sein,
die Maschinen in Gang zu halten. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten sind die
einfachen Anordnungen gemäß Abb. i und 2 nach Art der Abb. 3 verändert. Das Arbeitsprinzip
bleibt jedoch genau dasselbe wie bei den einfachen, oben beschriebenen Einrichtungen.
-
In Abb.3 wird die Antenne durch zwei Wechselstrommaschinen i und 2,
etwa vom Alexanderson-Typ, gespeist. Die Ankerspulen
dieser Maschinen
speisen die Primärwicklungen der Transformatoren 6 und 7, die mit den Sekundärwicklungen
8 und 9 in den beiden Zweigen des Antennenkreises gekoppelt sind. Das Tasten verursacht,
daß Teile io und i i dieser Sekundärwicklungen intermittierend durch die magnetischen
Verstärker 16 und 17 kurzgeschlossen werden. Diese Verstärker bestehen beispielsweise
aus Eisenkernspulen 4 5 und .46, die durch von einer gemeinschaftlichen Taste 5o
gesteuerte Relais i 8 und i 9 beeinflußt werden. Wenn die Steuertaste offen, also
die Relaiskontakte geschlos; sen sind, werden die Kerne der Verstärker wegen des
Gleichstromes aus den Batterien 2o und 21 magnetisch gesättigt und damit die Induktanz
der Verstärkerspulen verringert. In dieser Lage bilden die magnetischen Verstärker
zusammen mit den Kondensatoren 1 4 und i2 bzw. 15 und 13 praktisch einen Kurzschluß
an den Kernen io und ii der Sekundärwicklungen. Wenn die Steuertaste geschlossen
und dadurch die Relaiskontakte geöffnet werden, wird der Strom in den Sättigungsspulen
45 und 46 unterbrochen, steigt die Induktanz der Verstärkerspulen an und bietet
der Stromweg durch den Verstärker eine hohe Impedanz für den Strom von den Transformatoren.
Es drücken dann die Wechselstrommaschinen dem Antennenkreis eine höhere Spannung
auf. Die Differenz in der der Antenne bei geöffneter und bei geschlossener Taste
zugeführten Energie gestattet die Ausstrahlung von Signalen aus der Antenne.
-
Eine der Ankerspulen 22 und 23 in jeder Wechselstrommaschine ist aus
dem Speisekreis jeweilig ausgeschaltet, d. h. nicht zur Energielieferung an die
Antenne benutzt. Diese Spulen betätigen durch die Transformatoren--8 und 29 eine
Phasendämpfungseinrichtung ähnlich der oben beschriebenen. Da sie nicht im Speisekreis
liegen, ist ihre Spannung naturgemäß von der Belastung der' Maschine unabhängig.
Dieselben Spulen können auch zugleich zur Regelung der Geschwindigkeit der Antriebsmotoren
in der Weise benutzt werden, wie es in dem amerikanischen Alexanderson-Patent 1
400 847 beschrieben ist. Die Sekundärwicklungen der Transformatoren 28 und 29 sind
durch den Gleichrichter3o mit dem Widerstand36 verbunden und haben dieselben Funktionen
wie der Gleichrichter 130 und der Widerstand 136 in Abb. 2. Mit dem Widerstand
36 in - Reihe liegen das polarisierte Relais 33 und der Kondensator 35, deren Wirkungsweise
genau der von Relais 133 und Kondensator 135 von Abb. 2 analog ist.
-
Die Sekundärwicklungen der Transformatoren 8 und 9 sind durch einen
Kreis verbanden, bestehend aus Leitung 38, Kondensator 12, Leitung 40, Induktanz
31 mit ihren Kurzschlußkontakten, Leitung 41, Kondensator 13 und Leitung 39. Die
Kondensatoren 12 und 13. in diesem Kreis entsprechen den Kondensatoren Cl und C2
in Abb. i und bewirken wie dort die Vergrößerung der synchronisierenden Drehmomente.
Außerdem dienen sie auch als Teile der Kapazität zur Kompensierung der Induktanz
der magnetischen Verstärker 16 und 17, d. h. im vorliegenden Fall ist der Einzelkondensator,
der gewöhnlich zur Kompensation der Verstärkerinduktanz dient, durch die beiden
Kondensatoren 12 und 14, die mit dem magnetischen Verstärker 16 verbunden sind,
bzw. durch die beiden Kondensatoren 13 und 15 ersetzt, die mit 17 verbunden sind.
Die Kurzschlußkontakte der Induktanz 31 werden durch einpolarisiertes Relais 32
gesteuert, dessen Spulenkreis analog der Abb. 2 abwechselnd durch eine polarisierte
Spule 33 gesteuert wird. Solange die Maschinen genau in Phase sind, gleichen sich
die Spannungen der Transformatoren 28 und 29 aus und fließt kein Strom durch den
Widerstand 36. Wenn durch Pendelschwingungen der Phasenwinkel zwischen den Maschinen
sich zu ändern beginnt, sind die Spannungen der Transformatoren 28 und 29 nicht
länger ausgeglichen und beginnt gleichgerichteter Strom durch den Widerstand 36
zu fließen. Dieser nimmt in dem Maße zu, als der Phasenwinkel wächst. Solange der
Spannungsabfall am Widerstand 36 durch den anwachsenden Strom zunimmt, wird Kondensator
35 geladen und hält Relais 33 seine Kontakte offen, wodurch der Steuerkreis von
Relais 32 stromlos wird und die Kurzschlußkontakte an der Induktanz 31 geschlossen
bleiben. Deshalb hat, solange der Phasenwinkel zunimmt, das Synchronisierungsmoment
einen großen Wert. In diesem Fall fließt der zirkulierende Strom durch Leitung 38,
Kondensator 12, Leitung ¢o, geschlossene Kontakte von Relais 32, Leitung ¢1, Kondensator
13 und Leitung 39. Wenn die Maschinen ihre maximale Außerphasenstellung erreichen
und in die Inphasenstellung zurückzuschwingen beginnen, nimmt die Spannungsdifferenz
an den Transformatoren 28 und 29 ab und damit der gleichgerichtete Strom in Widerstand
36 und die Spannung an diesem Widerstand. Nunmehr entlädt sich Kondensator 35 durch
die Spule von Relais 33, schließt deren Kontakte und speist die Spule von Relais
32. Dieses öffnet seine Kontakte und schaltet den Kurzschlußkreis an der Induktanz
31 aus, worauf der Ausgleichsstrom, aus dem sich das Synchronisierungsmoment ergibt,
durch Induktanz 31 fließt. Sein Wert wird daher verringert und das Synchronisierungsmoment
in gleicher. Weise kleiner. Dieses
wiederholt sich jedesmal, wenn
die Maschinen vom Maximum ihrer Außerphasenstellung zurückkehren, wodurch ein schnelles
Abdämpfen der Pendelschwingungen eintritt, wie an Hand der Abb. i und 4. erläutert
ist.
-
In den beiden Antennenzweigen sind Belastungsspulen ¢ und 5 eingeschaltet,
die den zirkulierenden Synchronisierungsstrom am Fließen durch den Umweg über die
Verbindungen zwischen den Generatoren (bzw. Transformatoren 8 und 9) und der Antenne
verhindern, was sonst bei zu kleiner Impedanz dieses Weges und bei ausgeschalteter
Impedanz 31 erfolgen würde.
-
Zu beachten ist, daß in dem oben erläuterten Beispiel der gewöhnliche
einzelne Blokkierungskondensator im Kreis des magnetischen Verstärkers durch zwei,
nämlich die Kondensatoren 12 und 14 ersetzt ist. Diese beiden haben in Reihe dieselbe
Kapazität wie der gewöhnlich benutzte Einzelkondensator, und es dient außerdem der
Kondensator i:! dazu, um den Ausgleichsstrom zwischen den Maschinen zu vergrößern.
Diese Verwendung von Teilen der Kreise des magnetischen Verstärkers als Teile des
Verbindungskreises ist sehr vorteilhaft, da sie die Verbindungen beträchtlich vereinfacht
und eine große Ersparnis im Aufbau der Einrichtung darstellt.
-
Es ergibt sich daraus, daß die Erfindung eine sehr einfache Vorrichtung
zum schnellen Abdämpfen von Pendelschwingungen bei Parallel-Betrieb von Wechselstrommaschinen
darstellt. Es ist noch zu bemerken, daß man bei der Verwendung der beschriebenen
Anordnung die Wechselstrommaschinen nicht zu synchronisieren braucht, bevor man
den Schalter schließt. Dieser Schalter kann ohne Rücksicht auf die Phasenbeziehung
geschlossen bleiben, da der maximale Ausgleichsstrom in der Regel kleiner ist als
der Belastungsstrom der Maschine.