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Selbsttätiger, die Erregung einer Synchronmaschine einstellender,
wattmetrischer Phasenregler. Will man den Leistungsfaktor eines Netzes oder einer
Anlage verbessern, so kann man einen Synchronkompensator oder allgemein eine Svnchronmaschine
anwenden, die man übererregt, um ihr diejenige Blindleistung zu entnehmen, die das
Netz oder die Anlage braucht.
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Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Regler, durch den die Erregung
der Synchromnaschine selbsttätig so eingestellt wird, daß ein gewollter Leistungsfaktor,
z. B. cos #o - i, erzielt wird. Der neue Regler weist zwei Elektromagnete
auf, die unter Vermittlung zweier miteinander starr verbundener Anker den Feldwiderstand
der Synchronmaschine oder ihrer Erreger rnaschine unmittelbar oder mittelbar verstellen.
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Jeder Elektromagnet ist mit Strom- und Spannungsspule ausgerüstet,
und diese Spulen sind so hintereinandergeschaltet, daß. wenn die Stromspulen beider
Magnete im gleichen Sinne vom Strom dti:-cliflossen werden, ihre Spannungsspulen
vc n einander entgegengerichteten Strömen erregt werden, oder umgekehrt.
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Will man beispielsweise an einem bestimmten Netzpunkte auf cos (p
- r regeln, so schließt man an diesem Punkt die Reglerspulen so an, daß die Stromvektoren
der beiden Spulenstromkreise bei cos p - i aufeinander senkrecht stehen. Das kann
man durch bekannte Mittel, wie Drosselspulen, Kondensatoren, Widerstände, kurzgeschlossene
Windungen usw., oder bei Mehrphasensystemen durch Anschluß an geeignete Phasen erreichen.
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Abb. I zeigt das Amperewindungsdiagramm für (p - o. VQ und Tlb sind
die Vektoren der Amperewindunggn in den von Cr eichgerichteten Erregerströmen durchflossenen
Spannungsspulen der beiden Elektromagnete, während IQ und Ib die Vektoren der Amperewindungen
in den beiden einander entgegengesetzt geschalteten Stromspulen der Elektromagnete
darstellen. Die Stromvektoren I" und Ib stehen senkrecht auf den Spannungsvektoren
V" und TTF" sind aber infolge des entgegengesetzten Wicklungssinnes der Stromspulen
einander entgegengerichtet, während die Spannungsvektoren gleiche Richtung haben.
Aus dem Diagramm erkennt man, daß die resultierenden Amperewindungen 1a und Tb für
die Gesamtwicklungen jedes der beiden Magnete einander gleich sind. Die Anziehungskraft
auf beide Magnetkerne ist gleich groß, und das bewegliche System verharrt in der
Gleichgewichtslage.
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Gemäß Abb.2 hat das Diagramm seine Form geändert, da der Winkel 99
nicht mehr Nullist und beispielsweise einer Phasennacheilang
entspricht.
Die Amperewindungen des Stromkreises folgen der Phasenverschiebung des Hauptstromes
und «-eichen ihrerseits urn den Winkel a von der auf dem Spannungsspulenamperewindungsvektor
stehenden Senkrechten ab. Wie man erkennt, sind nunmehr die resultierenden Amperewindungen
Tu und Tb für die beiden Magnete verschieden, die Magnete üben auf ihre Anker eine
ungleiche Anziehung aus, und das bewegliche System verschiebt sich derart, daß die
Erregung der Synchronmaschine zunimmt. Dadurch wird der Winkel (p auf \u11 gebracht
und das Diagramm der Abb. i wieder erreicht. In- gleicher Weise würde die Regelung
bei voreilendem Strom ablaufen. Ein Regler nach der Erfindung wird also unabhängig
von der Belastung immer auf cos p - i regeln.
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Man kann es aber auch einrichten, daß bei cp - o die Strom-
und Spannungsvektoren miteinander einen Winkel 9o° + a einschließen; in diesem Fall
wird der Regler im Gleichgewicht sein, wenn 9p--aist; man hat dann also ein Regelgesetz,
bei dem cos (p konstant und von i verschieden ist.
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Wenn man auf das bewegliche System des Reglers eine zusätzliche konstante
Kraft wirken läßt, so müssen, damit der Regler im Gleichgewicht bleibt, die Elektromagnete
Anziehungskräfte ausüben, deren Differenz gleich jener Zusatzkraft ist. Das bedeutet,
daß die Synchronmaschine außer der zur Phasenkompensation nötigen . Blindleistung
eine weitere Blindleistung abgeben oder aufnehmen wird, die konstant und jener Zusatzkraft
proportional ist.
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Allgemein läßt sich auch die Zusatzkraft selbst wieder nach bestimmten
Gesetzen verändern, so daß man j e nach Bedürfnis die selbsttätige Regelung der
Synchronmaschine nach allen möglichen Gesichtspunkten einstellen kann.
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In Abb. 3 ist als Ausführungsbeispiel für die Erfindung ein Schaltschema
dargestellt. Darin sind a und b die Wicklungen der beiden Elektromagnete; c und
c' sind die Spannungsspulen, die in gleichem Sinne von Strom durchflossen werden,
d und d' die Stromspulen, bei denen die Stromrichtung einander entgegengesetzt
ist; e und e' sind die Spannungsklemmen, f und f' die Stromklemmen
und g und g' die Elektromagnetanker. An deren Verbindungsstück ist unter Zwischenschaltung
des Armes la und eines l solierstückes j starr der Läufer k des Widerstandes 1 befestigt,
der zur Regelung der Synchronmaschinenerregtlng dient; in ist eine regelbare Selbstinduktionsspule,
die zur Einstellung der Phase des Spannungsstromkreises e, c, c'
e' dient; ra ist eine Feder, Sie es gestattet, eine zusätzliche Kraft auf
das bewegliche System auszuüben.
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lVill man den Regler zur Phasenregelung in einem Dreiphasennetz anwenden,
so gilt das Diagramm nach Abb. 4., und zwar für (p =: o. Die Hauptstromspulenerregung
der Magnete sei unmittelbar oder über einen Stromwandler der Netzphase R entnommen,
derart, daß die Hauptstromamperewindungen in Phase sind mit IR. Die Spannungsspulenerregung
ist, gegebenenfalls über einen Spannungswandler, an die Phasen R und S angeschlossen;
Widerstand und Selbstinduktion des Spannungsspulenstromkreises sind so eingestellt,
daß der in ihm fließende Strom gegen die Spannung um 6o° nacheilt; die Spannungsspulenamperewindungen
sind demnach in Phase mit dem Vektor V; die Bedingung, daß Spanungs- und Stromamperewindungsvektoren
senkrecht aufeinander stehen, ist gleichfalls erfüllt, \voraus sich ein Betrieb
mit cos (p - i ergibt.
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Verändert man mittels der regelbaren Selbstinduktion an den Phasenwinkel
zwischen Strom- und Spannungskreis des Reglers, so erhält man einen Betrieb mit
konstantem cos #p - (- a).
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Die Feder n, durch die auf das bewegliche Reglersystem eine Zusatzkraft
ausgeübt werden kann, gestattet einen Betrieb einzustellen, bei dem die Synchronmaschine
eine bestimmte Blindleistung aufnimmt oder abgibt außer der normalerweise für die
Phasenkompensation gelieferten.
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In Abb. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Phasenregler
nach der Erfin-'dung dargestellt. Darin tragen beide Spulen a und b je eine Spannungs-
und eine Stromwicklung, von denen wie beim vorigen Beispiel die Spannungsspulen
in einander gleichem, die Stromspulen in einander entgegengesetztem Sinne von Strom
durchflossen werden. Die Anker der beiden Elektroinagnete werden von zwei Tauchkernen
g und g' gebildet, die an einem um die Achse o schwenkbaren Hebel angelenkt sind.
Dieser Hebel 1a trägt durch das Isolierstück j getrennt eine Schleifbürste
k, die auf der Kontaktbahn des Feldwiderstandes Z der Synchronmaschine gleitet.
e und e' sind die Klemmen des Stromkreises der Spannungsspule, f und
f' diejenigen des Stromkreises der Stromspule. Dem letzteren Stromkreis,
der induktiver \Tatur ist, ist ein regelbarer Widerstand q parallel geschaltet.
Endlich ist am Hebel h noch ein verschiebbares Gewicht p vorgesehen, durch das auf
das bewegliche System eine Zusatzkraft ausgeübt werden kann.
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Soll der Regler zur Leistungsfaktorregelung in einem Z,v.eiphasennetz
verwendet werden,
wie das diagrammatisch in Abb.6 veranschaulicht
ist, so legt man die Spannungsspulen des Reglers, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung
eines Spannungswandlers, zwischen die Phasen TV und TV'; der Strom in diesem
Stromkreise eile der Spannung um den Winkel (3 nach, der gegeben ist durch Widerstand
und Selbstinduktion dieses Stromkreises. Der Hauptspulenkreis ist, mit oder ohne
Stromwandler, in die Phase l' eingeschaltet. Durch den Parallelwiderstand q wird
der in den Stromspulen fließende Strom i ebenfalls uni den genau gleichen Winkel
ß gegenüber seiner Spannung verschoben. So wird erreicht, daß die Ströme in den
beiden Spulensysteinen aufeinander senkrecht stehen und man ein Regelungsgesetz
für cos p - I erhält. Durch Verschieben des Läufers am Widerstand q kann man eine
beliebige konstante Phasenverschiebung einstellen und durch Verschieben des Gewichts
p die Maschine zur Aufnahme oder Abgabe einer konstanten zusätzlichen Blindleistung
veranlassen.