DE460169C

DE460169C - Arrangement for drawing reactive power from capacitors connected in AC circuits

Info

Publication number: DE460169C
Application number: DES65527D
Authority: DE
Inventors: Jaroslav Kozisek
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1924-03-23
Filing date: 1924-03-23
Publication date: 1928-05-23

Description

Anordnung zur Entnahme von Blindleistung aus in Wechselstromkreisen eingeschalteten Kondensatoren. Zur Verbesserung des Leistungsfaktors von Induktionsmotoren bzw. von ganzen Wechselstromnetzen kann man bekanntlich Kondensatoren benutzen, die parallel zu den Blindstromverbrauchern geschaltet sind. Die Kapazität dieser Kondensatoren und damit ihre Größe hängt bei einer bestimmten Größe des aufzunehmenden Blindstromes unter anderem von der Höhe der dem Kondensator aufgedrückten Wechselspannung ab. Je höher diese Spannung, desto kleiner fällt der Kondensator aus. Man hat daher für die Verkleinerung des Kondensators bereits die Vorschaltung eines Transformators vorgeschlagen. Dabei muß aber wieder die Isolationsschicht zwischen den Kondensatorplatten vergrößert werden, so daß der angestrebte Zweck doch nicht in vollem Umfange erreicht wird.Arrangement for the extraction of reactive power from AC circuits switched on capacitors. To improve the power factor of induction motors As is well known, capacitors can be used from entire AC networks, which are connected in parallel to the reactive power consumers. The capacity of this Capacitors and therefore their size depends on a certain size of the to be recorded Reactive current, among other things, on the level of the alternating voltage impressed on the capacitor away. The higher this voltage, the smaller the capacitor will be. One therefore has the upstream connection of a transformer is required to reduce the size of the capacitor suggested. In this case, however, the insulation layer between the capacitor plates must again be enlarged so that the intended purpose is not yet fully achieved will.

Die Erfindung betrifft nun eine Anordnung, die auf einem anderen Wege die Verkleinerung der Kapazität des Kondensators erreicht. Erfindungsgemäß wird zwischen dem Kondensator und der Wechselstromleitung eine Vorrichtung eingeschaltet, die eine Erhöhung der Periodenzahl der dem Kondensator aufgedrücktenWechselspannung herbeiführt. Proportional mit der Erhöhung der Periodenzahl kann die Kapazität des Kondensators verkleinert werden, ohne daß eine Verringerung des vom Kondensator aufgenommenen Blindstronies eintritt. Im Gegensatz zu der Anordnung, bei der die Spannung an den Klemmen des Kondensators erhöht wird, braucht die Isolierung des Kondensators bei der obigen Anordnung nicht erhöht werden.The invention now relates to an arrangement in a different way the reduction in the capacitance of the capacitor is achieved. According to the invention a device is connected between the capacitor and the AC line, an increase in the number of periods of the alternating voltage impressed on the capacitor brings about. The capacity of the Capacitor can be reduced in size without reducing the capacity of the capacitor recorded blindstronies occurs. In contrast to the arrangement in which the Voltage at the terminals of the capacitor is increased, the insulation needs to be carried out Capacitor cannot be increased in the above arrangement.

In der Abb. i der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der zwischen dem Wechselstromnetz i und den zur Lieferung von Blindleistung verwendeten Kondensatoren z, 3, .1 eine Induktionsmaschine 5 eingeschaltet ist, -derart, daß die Netzspannung an die Primärwicklung der Maschine angeschlossen ist, während an die Sekundärwicklung drei Kondensatoren angeschlossen sind. Um nun die Frequenz der den Kondensatoren aufgedrückten Spannung zu erhöhen, wird der Läufer der Induktionsmaschine, auf dem- sich die Sekundärwicklung befindet, von einer besonderen Antriebsmäschine 6 (in der Zeichnung ein an das Netz angeschlossener Induktionsmotor) entgegen der Umlaufrichtung des von der Primärwicklung erzeugten Drehfeldes angetrieben. Ist die Induktionsmaschine beispielsweise zweipolig gewickelt, so daß das Drehfeld mit der Drehzahl 3000 umläuft, und wird der Läufer in entgegengesetzter Richtung ebenfalls mit Drehzahl 3ooo angetrieben, dann herrscht an den Schleifringen der Asynchronmaschine eine Wechselspannung mit der Frequenz ioo, wenn die N:etzfrequem 5o ist. Die Kapazität der Kondensatoren kann also gegenüber direktem Anschluß an das Netz auf die Hälfte verringert werden. Die Anordnung hat den weiteren Vorteil, da.ß bei der Erhöhung der Frequenz in gleichem Maße die den Kondensatoren aufgedrückte Wechselspannung steigt, so daß dadurch eine weitere Verminderung der Abmessungen der Kondensatoren herbeigeführt wird. Ist eine noch größere Erhöhung der Kondensatorspannung erwünscht, dann läßt sich dies ohne weiteres durch entsprechende Umänderung der Wicklung im Läufer der Asynchronmaschine erreichen. Man braucht nur die Sekundärwicklung mit mehr Windungen auszuführen als die Primärwicklung. Besondere Kosten, wie sie die Zwischenschaltung eines Transformators zur Folge hat, sind mit der Änderung des Übersetzungsverhältnisses in der Induktionsmaschine nicht verbunden.In Fig. I of the drawing, an embodiment of the invention is shown in which between the alternating current network i and the capacitors z, 3, .1 used to supply reactive power, an induction machine 5 is switched on, so that the mains voltage is applied to the primary winding of the Machine is connected, while three capacitors are connected to the secondary winding. In order to increase the frequency of the voltage applied to the capacitors, the rotor of the induction machine on which the secondary winding is located is driven by a special drive machine 6 (in the drawing an induction motor connected to the mains) against the direction of rotation of the one generated by the primary winding Rotating field. If the induction machine is wound in two poles, for example, so that the rotating field rotates at 3000 speed, and if the rotor is also driven in the opposite direction at 3ooo, then there is an alternating voltage at the slip rings of the asynchronous machine with a frequency of ioo when the N: mains frequency is 5o is. The capacitance of the capacitors can therefore be reduced by half compared to direct connection to the network. The arrangement has the further advantage that when the frequency is increased, the alternating voltage impressed on the capacitors increases to the same extent, so that this leads to a further reduction in the dimensions of the capacitors. If an even greater increase in the capacitor voltage is desired, this can easily be achieved by changing the winding in the rotor of the asynchronous machine accordingly. You only need to design the secondary winding with more turns than the primary winding. The change in the transmission ratio in the induction machine does not entail any special costs, such as the interconnection of a transformer.

Die Antriebsmaschine für den Läufer der Induktionsmaschine fällt nur sehr klein aus, da ihre Antriebsleistung nur für die Deckung der Verluste in der Induktionsmaschine zu bemessen ist. Man kann sich einen besonderen Antriebsmotor für die Induktionsmaschine ersparen, indem man in den primären und sekundären Teil der Induktionsmaschine 5 eine zweite Induktionswicklung einbaut, die gegenüber der ursprünglichen Wicklung eine verschiedene Polzahl und die entgegengesetzte Umlaufrichtung des Drehfeldes besitzt. Der primäre Teil. dieser Induktionswicklung kann dann ebenfalls an die Wechselstromleitung i angeschlossen werden, an den sekundären Teil können Anlaßwiderstände angeschlossen werden. Die Induktionsmaschine kann nur im Sinne der zweiten, neu eingebauten Wicklung anlaufen, da infolge der in der ursprünglichen sekundären Wicklung eingeschalteten Kondensatoren ein Anlaufen in der entgegengesetzten Drehrichtung nicht möglich ist. Statt an die Schleifringe der Indulz:tionsmaschine Kondensatoren für die Abgabe von Blindleistung anzuschließen, kann man natürlich auch ähnlich wirkende Vorrichtungen, wie übererregte Synchronmaschinen, anschließen.The drive machine for the rotor of the induction machine just falls very small, as their drive power is only used to cover the losses in the Induction machine is sized. One can get a special drive motor save for the induction machine by going into the primary and secondary part of the induction machine 5 incorporates a second induction winding opposite the original winding has a different number of poles and the opposite direction of rotation of the rotating field. The primary part. this induction winding can then also can be connected to the AC line i, to the secondary part Starting resistors can be connected. The induction machine can only be used in the sense start of the second, newly installed winding, as a result of the in the original secondary winding switched on capacitors a tarnishing in the opposite Direction of rotation is not possible. Instead of the slip rings of the induction machine You can of course connect capacitors for the delivery of reactive power also connect devices that act similarly, such as overexcited synchronous machines.

,Besonders zweckmäßig gestaltet sich die Anwendung der Erfindung für die Verbesserung des Leistungsfaktors von Einphasen-Induktionsmotoren bzw. für das restlose Wegdämpfen des bei diesen Motoren auftretenden gegenläufigen Drellfeldes. Das Drehmoment eines EinphaseiiAnduktionsmotors und auch dessen Leistungsfaktor ist um so größer, in je höherem Maße das gegenläufige Drehfeld von der Kurzschlußwicklung auf den Läufer des Motors weggedämpft wird. Diese Wegdämpfung ist aber durch. die Höhe der Streuinduktivität in der kurzgeschlossenen Läuferwicklung begrenzt. Je größer diese Induktivität ist, ein desto größeres gegenläufigee Restfeld bleibt bestehen., The application of the invention is particularly useful for the improvement of the power factor of single-phase induction motors or for the complete dampening of the counter-rotating drill field that occurs with these motors. The torque of a single phase induction motor and also its power factor is the greater, the greater the counter-rotating field from the short-circuit winding is damped away on the rotor of the motor. This path damping is through. the The amount of leakage inductance in the short-circuited rotor winding is limited. Ever the greater this inductance, the greater the residual field in the opposite direction exist.

In Abb. 2 der Zeichnung ist 7 der Vektoz für das gegenläufige Drehfeld, wie es vom Ständerstrom 8 aus erzeugt wird. Um i8o° in der Phase verschoben ist der Vektor 9 für den Dämpferstrom, der das Dämpferfeld io erzeugt. -Das resultierende gegenläufige Feld aus beiden, i i, ist in Phase mit dem ursprünglichen Feldvektor 7. Dieses resultierende Feld erzeugt in der Läuferwicklung die um 9o° nacheilende Spannung 12, die im wesentlichen den durch den Dämpferstrom 9 und die Läuferstreuung verursachten induktiven Spannungsabfall deckt. Die Spannung 12 und damit das gegenläufige Restfeld i i ist daher um so größer, je höher die Streuinduktivtät der D,ämpferwicklung ist.In Fig. 2 of the drawing, 7 is the vector for the opposing rotating field, as it is generated by the stator current 8. Is shifted in phase by i8o ° the vector 9 for the damper current that generates the damper field io. -The resulting opposing field from both, i i, is in phase with the original field vector 7. This resulting field generates the 90 ° lagging field in the rotor winding Voltage 12, which is essentially caused by the damper current 9 and the rotor spread caused inductive voltage drop. The voltage 12 and thus the opposite The residual field i i is therefore greater, the higher the leakage inductance of the damper winding is.

Nach der Erfindung wird nun die Sekundärwicklung des Einphasen-Induktionsmotors über einen Transformator an Kondensatoren angeschlossen. Der Stromkreis in der Dämpferwicklung enthält dann außer der Induktivität infolge der Streuflüsse auch noch die Kapazität der an den Transformator angeschlossenen Kondensatoren. Durch zweckmäßige Bemessung der Kondensatoren kann man es nun erreichen, daß die Induktivität bis auf einen kleinen Restbetrag durch die Kapazität aufgehoben wird. Dementsprechend ist für die Erzeugung des Dämpferstromes dann nicht mehr der volle Betrag der Spannung 12 nach Abb. 2 notwendig, sondern es genügt die wesentlich kleinere Spannung 13. Mit der kleineren Spannung 13 proportional sinkt dann auch das gegenläufige Restfeld i i, das sich durch zweckentsprechende Anordnung fast vollständig beseitigen läßt. In Abb.3 der Zeichnung ist die neue Anordnung an einem Beispiel veranschaulicht. 14 ist die einphasige Primärwicklung des Induktionsmotors, 15 die in Stern geschaltete Sekundärwicklung. Die Enden der drei Sekundärphasen sind über die Schleifringe 16, i 7 , 18 an den Transformator 19 angeschlossen. Mit den drei Sekundärphasen des Transformators sind drei Kondensatoren 20, 2 i, 2;2 verbunden. Da der Arbeitsstrom des Motors nur die geringe Schlupffrequenz hat, so kann er sich ohne weiteres über die drei Phasen des Transformators schließen, ohne daß die Induktivität des Transformators seine Stärke wesentlich beeinflußt. Hingegen wird durch den Dämpferstrom, der sich ebenfalls über den Transformator schließt, infolge der weitaus höheren Periodenzahl des Dämpferstromes in der Sekundärwicklung des Transformators-,eine entsprechend hohe Spannung , induziert, so daß die Kondensatoren einen entsprechenden, der Spannung um 9o° voreilenden Blindstrom aufnehmen. Dieser $lindstrom wirkt dann im Stromkreis der Dämpferwicklung in bezug auf die Veränderung der Induktivität etwa so wie eine unmittelbar eingeschaltete Kapazität, so daß das restli.clie Dämpferfeld, wie schon oben erläutert, auf einen geringen Betrag herabgedrückt wird. Da die Kondensatoren ungefähr mit der doppelten Netzfrequenz gespeist werden, so fallen sie sehr klein aus. Man kann sich daher ebenso wie bei der Anordnung nach Abb. i die Schleifringe am Läufer des Motors ersparen und die Kondensatoren unmittelbar auf dem Läufer einbauen. Dabei und auch bei Verwendung von Schleifringen ist es zweckmäßig, auch den Transformator in die Läuferwicklung des Motors selbst hineinzuverlegen und die Läuferwicklung zugleich als Primärwicklung für den Transformator zu benutzen.According to the invention, the secondary winding of the single-phase induction motor is now connected to capacitors via a transformer. In addition to the inductance due to the leakage flux, the circuit in the damper winding also contains the capacitance of the capacitors connected to the transformer. By appropriately dimensioning the capacitors, it can now be achieved that the inductance is canceled out by the capacitance, apart from a small residual amount. Accordingly, the full amount of voltage 12 according to Fig. 2 is no longer necessary to generate the damper current, but the considerably lower voltage 13 is sufficient can be almost completely eliminated. The new arrangement is illustrated with an example in Fig. 3 of the drawing. 14 is the single-phase primary winding of the induction motor, 15 is the star-connected secondary winding. The ends of the three secondary phases are connected to the transformer 19 via the slip rings 1 6, i 7, 18. Three capacitors 20, 2 i, 2; 2 are connected to the three secondary phases of the transformer. Since the working current of the motor has only the low slip frequency, it can easily be closed over the three phases of the transformer without the inductance of the transformer significantly influencing its strength. In contrast, the damper current, which also closes via the transformer, induces a correspondingly high voltage due to the much higher number of periods of the damper current in the secondary winding of the transformer, so that the capacitors absorb a corresponding reactive current leading the voltage by 90 ° . This inductive current then acts in the circuit of the damper winding with regard to the change in inductance in the same way as an immediately switched-on capacitance, so that the remaining damper field, as already explained above, is reduced to a small amount. Since the capacitors are fed with roughly twice the mains frequency, they are very small. As with the arrangement according to Fig. Here, and also when using slip rings, it is advisable to also place the transformer in the rotor winding of the motor itself and at the same time to use the rotor winding as the primary winding for the transformer.

In Abb. 4. ist eine derartige Anordnung schematisch dargestellt. Die drei Phasen des Läufers sind für den normalen Lauf kurzgeschlossen. Sie dienen außer als Arbeitswicklung auch noch als Primärwicklung für den Transformator nach Abb.3.- Seine drei Sekundärphasen 23, 24., 25 sind dann ebenfalls am Läufer untergebracht, beispielsweise in denselben Nuten wie die Arbeitswicklung. Sie sind mit den Kondensatoren 20, 21 und 22 in der gezeichneten Art verbunden. Die Kondensatoren befinden sich am Läufer selbst, z. B. in einem entsprechenden Raum auf der verlängerten Läuferachse. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist dieselbe wie bei der Abb. ;.Such an arrangement is shown schematically in Fig. 4. the three phases of the runner are short-circuited for normal running. They serve besides as a working winding also as a primary winding for the transformer according to Figure 3.- Its three secondary phases 23, 24, 25 are then also located on the runner, for example in the same grooves as the working winding. You are with the capacitors 20, 21 and 22 connected in the type shown. The capacitors are located on the runner himself, z. B. in a corresponding space on the extended rotor axis. The mode of operation of this arrangement is the same as in Fig.;.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement for the extraction of reactive power from capacitors connected in alternating current circuits, characterized in that a device is connected between the capacitor and the alternating current circuit which brings about an increase in the number of periods of the alternating voltage impressed on the capacitor.

2. Arrangement according to claim i, characterized by one to the AC line Primarily connected induction machine, its secondary winding on capacitors is connected and opposite to the primary winding opposite to the direction of rotation of the rotating field moves.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that one for the drive of the induction machine in its primary and secondary part second induction winding is arranged opposite the original winding a different number of poles and an opposite direction of rotation of the rotating field owns. .1.

Arrangement according to claim 2, characterized in that the secondary winding the induction machine has a higher number of turns than the primary one.

5. Arrangement according to claim i for improving the power factor of single-phase induction motors, characterized in that the secondary winding of the motor is via a transformer connected to capacitors.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that that the secondary winding itself is designed as a transformer. Arrangement according to Claim 2 to 6, characterized in that the capacitors in the rotor of the Induction machine are built in.