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Anordnung zur Einführung von beliebigen Regelspannungen im Wechselstromkreise
Die Erfindung betrifft eine Anordnung, um in Wechselstromkreise Regelspannungen
beliebiger Größe und Phase einzuführen, wobei sowohl die Größe als auch die Phase
dieser Spannungen leicht geregelt werden kann. Die Anordnung hat vor den bisher
für diesen Zweck verwendeten gewöhnlichen Stromtransformatoren oder Drehtransformatoren
den Vorzug der allgemeineren Anwendbarkeit, insbesondere ist es nunmehr möglich,
in den Stromkreis eine Regelspannung einzuführen, die beliebigen, vorher festgelegten
Gesetzen unterworfen ist, die also beispielsweise der Frequenz oder der Frequenz
und dem Strom in diesem Kreise proportional ist, was mit Strom- oder Drehtransformatoren
nicht möglich ist. Ein weiterer Vorteil gegenüber Drehtransformatoren besteht in
der besseren Kühlung, da es sich um rotierende Maschinen handelt.
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Erfindungsgemäß sind zur Einführung von Regelspannungen beliebiger
Größe und Phase in Wechselstromkreise zwei unmittelbar oder über Transformatoren
hintereinandergeschaltete und synchron rotierende Frequenzwandler vorgesehen, von
deren nach außen führenden Stromkreisen der eine, der die Regelspannung liefert,
in den Wechselstromkreis eingeschaltet ist, während der zweite von der der Regelspannung
proportionalen Erregerspannung beeinflußt ist. Einer der beiden Frequenzwandler
ist mit einer Kompensationswicklung ausgerüstet. Die Kompensationswicklung bewirkt,
daß die Leistung, die der in den Wechselstromkreis eingeschaltete Frequenzwandler
aufzunehmen oder abzugeben hat, nicht in den Erregerstromkreis des zweiten Frequenzwandlers
übergeleitet wird, sondern als mechanische Leistung an die Antriebsmaschine der
beiden Frequenzwandler abgegeben oder von dieser aufgenommen wird. Man kann also
nunmehr auch den zweiten Frequenzwandler von einem Stromtransformator aus, der in
den Wechselstromkreis eingeschaltet ist, erregen und so eine Zusatzspannung einführen.
die dem Strom im Wechselstromkreise proportional ist.
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Eine derartige Anordnung ist in dem Ausführungsbeispiel der Abb. I
der Zeichnung dargestellt. I ist eine Wechselstromfernleitung, deren Ohmscher oder
induktiver, dein Strom proportionaler Spannungsabfall durch Einführung einer selbsttätig
regelbaren Zusatzspannung kompensiert werden soll. Es sind dazu zwei rotierende
Frequenzwandler 2 und 3 vorgesehen, die miteinander gekuppelt sind und von einem
vom Netz gespeisten Asynchronmotor 4 angetrieben werden. Die Frequenzwandler sind
über die Kommutatorseiten und über einen Transformator 5 hintereinandergeschaltet.
Der Frequenzwandler 3 besitzt eine Kompensationswicklung 6. Die Schleifringseiten
der beiden Frequenzwandler sind an zwei in das Wechselstromnetz i eingeschaltete
Stromtransformatoren
7 und 8 angeschlossen. Infolge der Kompensationswicklung
6 wird durch diese Anordnung in die Leitung I eine Spannung eingeführt, die dem
Strom in dieser Leitung proportional ist. Um die Leistung des Antriebsmotors 4 für
die beiden Frequenzwandler 2 und 3 auf ein Minimum, das für die Deckung der Leerlaufverluste
ausreicht, zu reduzieren, kann man mittels der Bürsten an den Frequenzwandlern oder
durch passende Einstellung einer Kupplung die Anordnung derart einstellen, daß die
von dem Frequenzwandler 2 in die Leitung I eingeführte Spannung mit dem Strom dieser
Leitung eine Phasenverschiebung von 90° einschließt, so daß von dem Frequenzwandler
3 mechanische Leistung an den Asynchronmotor 4 nicht abgegeben bzw. aufgenommen
wird, da ihm vom Frequenzwandler 2 nur Blindleistung zugeführt wird. Selbstverständlich
könnte man den Frequenzwandler 3, sofern auf die Einführung einer selbsttätig mit
dem Strom in der Leitung I sich ändernden Spannung verzichtet wird, auch in Parallelschaltung
und gegebenenfalls regelbar vom Netz i aus erregen.
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Die geschilderte Eigenschaft der neuen Anordnung, in einen Wechselstromkreis
eine Spannung einführen zu können, die dem Strom in diesem Kreise proportional ist
bzw. auch die Einstellbarkeit der Phase dieser Spannung, gibt grundsätzlich die
Möglichkeit, den Ohmschen oder den induktiven oder auch den kapazitiven Widerstand
des Wechselstromkreises in beliebiger Weise zu vergrößern oder auch zu vermindern,
indem man mit der Vorrichtung eine Spannung einführt, die entweder mit dem Ohmschell
Spannungsabfall in dem Kreise einen Phasenwinkel von o oder I8o° einschließt oder
auch mit den induktiven oder kapazitiven Spannungen in diesem Kreis. Selbstverständlich
kann auch eine Spannung. sowohl den Ohmschen als auch den induktiven oder kapazitiven
Widerstand beeinflussen, sofern sie sich aus zwei entsprechenden Komponenten zusammensetzt.
Zum Beispiel kann auf diese Weise der Ohmsche Widerstand eines Wechselstromkreises
durch Einführung einer Spannung, die entgegengesetzt gerichtet ist als der Ohmsche
Spannungsabfall, beliebig stark vermindert, bis auf o reduziert oder sogar in einen
negativen Ohmschen Widerstand umgewandelt werden. Wenn gewünscht, kann der Ohmsche
Widerstand auch in beliebiger Weise vergrößert werden, ohne daß damit eine entsprechende
Vergrößerung der Verluste verbunden - ist, da die Energie nicht- in Wärme umgesetzt,
sondern über die Frequenzwandler und über die Antriebsmaschine für diese wieder
nutzbar gemacht wird. Man kann also mit der geschilderten neuen Allordnung beispielsweise
die Resonanz eines Wechselstromkreises verbessern, indem man seine Dämpfung durch
Verminderung des Ohmschen Widerstandes vermindert, oder man kann auch die Resonanzfrequenz
durch Beeinflussung der induktiven oder kapazitiven Spannungen verändern.
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Abb. 2 der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die beiden
Frequenzwandler 2 und 3 dazu dienen, in einem Wechselstromkreis mit der Selbstinduktion
L, der Kapazität C und dem Ohmschen Widerstand R die Größe des Ohmschen oder auch
des induktiven Widerstandes zu beeinflussen bzw. zu regeln. Der Frequenzwandler
3 ist dazu an die beiden Anschlußpunkte eines Ohmschen Widerstandes r angeschlossen,
der in den Stromkreis eingeschaltet ist, so daß der Frequenzwandler 3 mit einer
dem Strom proportionalen Spannung erregt wird. Je nach der Phase der vom Frequenzwandler
2 abgegebenen Spannung kann dann auf die Induktivität L oder auf den Ohmschen Widerstand
R des Kreises eingewirkt werden.
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Der Anschluß des Frequenzwandlers 3 an einen in den Stromkreis eingeschalteten
Ohmschen Widerstand hat den Vorzug, daß die von den beiden Frequenzwandlern gelieferte
Spannung in ihrer Größe durch die Frequenz des Wechselstromkreises nicht beeinflußt
wird. Dieser Umstand kann dann erwünscht sein, wenn der Wechselstromkreis eine veränderliche
Frequenz aufweist, beispielsweise wenn es sich um Schlupffrequenz aufweisende Stromkreise
von Asynchronmaschinen oder deren Kommutatorhintermaschinen handelt. Verwendet man
andererseits statt des Ohmschen Widerstandes r der Abb. 2 einen Stromtransformator,
dann wird bei veränderlicher Frequenz in den Wechselstromkreis eine Spannung eingeführt,
deren Größe einerseits von der Größe des Stromes in diesem Kreis, andererseits von
der Höhe der Frequenz abhängt. Man kann daher die Anordnung dazu benutzen, den induktiven
Spannungsabfall im Wechselstromkreis gerade aufzuheben, da sch dieser Spannungsabfall
bei veränderlicher F sich nach denselben Gesetzen ändert. Diese Aufhebung des induktiven
Spannungsabfalles spielt bekanntlich im Erregerstromkreis von ständererregten Kommutatorhintermaschinen
eine große Rolle.