DE596750C - Anordnung zur Verhuetung der Kurvenverzerrung der Netzspannung in Mehrphasensystemen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Verhütung der Kurvenverzerrung der Netzspannung in Mehrphasensystemen unter Verwendung eines gleichzeitig als Phasenschieber leer laufenden Synchronmotors.

Bei den bekannten Anordnungen werden in Wechselstromanlagen mit langen Übertragungsleitungen Synchronmotoren an das Netz geschaltet und in geeigneter Weise erregt, so daß sie den Magnetisierungsstrom für die Transformatoren und andere induktive Lasten in der Anlage oder den Ladestrom für die Anlage oder beides liefern. Ein solcher Synchronmotor wirkt, wenn er untererregt ist, wie eine

.15 Induktivität und bewirkt eine Erhöhung der induktiven Blindleitung. Ist der Synchronmotor jedoch übererregt, so wirkt er wie ein Kondensator und vermag die nacheilenden Ströme zu kompensieren. Diese Synchron-

ao motoren werden daher so gebaut, daß sich ihr Erregerstrom und der sich ergebende magnetische Fluß schnell verändern können, damit die Maschine schnelle Änderungen in der Blindleistungsbelastung des Wechselstromnetzes rasch ausgleichen kann. Diese bekannte Anordnung ergibt jedoch keine hinreichende Verhütung der Kurvenverzerrung.

Wird jedoch gemäß der Erfindung der Synchronmotor an das System über einen Transformator angeschlossen, dessen Sekundärwicklung den Motor mit einem Mehrfachen der Phasenzahl des Mehrphasensystems speist, so wird eine fast völlige Annäherung der Wellenform der EMK an die Sinusform erreicht. Der gemäß der Erfindung zu benutzende Transformator ist mit einer normalen Primärwicklung an das Wechselstromnetz angeschlossen. Seine Sekundärwicklung ist jedoch so angeordnet, daß sie dem Synchronmotor ein Mehrfaches der Phasenzahl des Wechselstromnetzes zuführt. Es können mehrere derartige Transformatoren und Synchronmotoren in solchen Wechselstromverteilungsanlagenbenutztwerden. So kann beispielsweise an irgendeiner Stelle, an welcher ein Wechselstromerzeuger ein Hochspannungsnetz mittels eines die Spannung heraufsetzenden Transformators speist, die Anordnung unmittelbar an den Wechselstromerzeuger geschaltet werden. Es kann auch ein besonderer Transformator mit einem Synchronmotor verbunden werden, und diese können in die Anlage auf der Niederspannungsseite eines die Spannung herabsetzenden Transformators an irgendeiner Stelle, an welcher eine Last an das Netz geschaltet ist, angeschlossen werden. Im Falle eines Drehstromsystems kann der Transformator eine in Stern geschaltete Primärwicklung haben, obwohl dies kein wesentliches Erfordernis ist, und seine Sekundärwicklung kann dem Synchronmotor ein Mehrphasensystem mit mehr als drei Phasen, z. B. 12, 24, 36 und sogar noch mehr ^r> o· · f ν - rf- \

zuführen. Die Primärwicklung des Motors die auf dem Läufer oder auf dem Ständer angeordnet sein kann, ist so ausgebildet, daß die einzelnen Phasen des Transformators mit Punkten der Primärwicklung des Motors derart verbunden werden können, daß in der Primärwicklung des Motors Stromwege gebildet werden, welche einen Mindestwert an Impedanz für höher frequente Ströme darstellen. ίο Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Anwendung auf eine übliche Drehstromverteilungsanlage mit Transformatoren zur Spannungsherabsetzung und Heraufsetzung ist in der Zeichnung dargesteEt und soll im folgenden beschrieben werden.

Fig. ι ist ein Schaltbild einer vollständigen Anlage. Fig. 2 zeigt schematisch in genauerer Einzeldarstellung die Verbindungen eines Transformators für die Speisung eines Synchronmotors nach Eder rfindung. Fig. 3 ist ein ähnliches Schaubild, aus welchem die Verbindungen der Primärwicklung des Motors genauer zu erkennen sind.

In Fig. ι ist eine Energieverteilungsanlage dargestellt, in welcher ein Drehstromerzeuger A durch Sammelschienen B mit den in Dreieck geschalteten Primärwicklungen T₁ eines die Spannung heraufsetzenden Transformators verbunden ist, dessen Sekundärwicklung T₂ die Hochspannungsdrehstromleitung C speist. Ein die Spannung herabsetzender Transformator ist bei S₁, S₂ dargestellt, der durch die Niederspannungsleitung D Energie einer induktiven Last E zuführt, die beispielsweise eine Gruppe von Wechselstrommotoren sein kann. Es sei angenommen, daß die Hochspannungsleitung C verhältnismäßig kurz ist, so daß das dargestellte Beispiel etwa für eine große Stadt gilt. Die Sammelschienen B seien beispielsweise mit 11000 Volt gespeist, die Hochspannungsleitung C führe 33000 Volt, und der die Spannung herabsetzendeTransformatorS^Sa setze die Spannung beispielsweise auf 3000 Volt oder auf eine noch niedrigere Spannung herab.

Die Anwendung der Erfindung ist auch besonders zweckmäßig, wenn die Länge der Hochspannungsleitung C sehr groß ist, z. B. wenn sie 30 km und mehr beträgt, und wenn eine zweite, der Station mit dem Drehstromerzeuger A ähnliche Kraftstation am entfernten Ende der Leitung angeschlossen ist.

Es ist üblich, den Drehstromerzeuger A so zu bauen, daß er eine möglichst sinusförmige EMK ergibt. Diese Sinusform bleibt erhalten, wenn der Wechselstromerzeuger A unmittelbar eine Last speist, für welche der aufgenommene Strom der Spannung proportional, ist. Sind jedoch ein die Spannung heraufsetzender Transformator T₁, T₂ sowie eine induktive Last, wie z. B. die Motoren E, angeschlossen, so benötigen diese einen Strom, der infolge der nicht linearen Magnetisierungscharakteristik des Eisens die Spannungskurve verzerrt, so daß diese nunmehr höhere Harmonische enthält.

Bei einem Drehstromsystem, wie dem dargestellten, verzerren diese höheren Harmonischen die Spannungskurve bedeutend. Bekanntlich treten nur ungeradzahlige Harmonische auf, die eine kleinere Amplitude als die Grundwelle haben.

Unter gewöhnlichen Bedingungen, wenn also ein oder mehrere Generatoren unmittelbar eine Leitung speisen, an die ihrerseits ein oder mehrere Transformatoren und Verbrauchsapparate, wie Glühlampen, angeschlossen sind, und insbesondere dann, wenn die Belastung in einem sinngemäßen Verhältnis zur Leistungsfähigkeit des Generators oder der Generatoren steht, ist der verzerrte Magnetisierungsstrom der Transformatoren nur ein kleiner Bruchteil des Gesamtstromes, und infolgedessen ist die Störung nur gering. Werden hingegen die Generatoren mit die Spannung heraufsetzenden Transformatoren verbunden, die an lange Leitungen angeschlossen sind, die ihrerseits wieder Transformatoren speisen, welche die Spannung herabsetzen, und ist insbesondere das Verhältnis des Magnetisierungsstromes der Transformatoren zum Gesamtstrom groß, so bewirken die Harmonischen des Magnetisierungsstromes ernstliche Störungen. Es müssen also Mittel vorgesehen werden, um diese Harmonischen der Magnetisierungsströme zu beseitigen, wenn die Kurvenform der Spannung auch nur einigermaßen sinusförmig bleiben soll.

In Fig. ι ist der Synchronmotor, welcher an das Wechselstromnetz angeschlossen ist, mit F, R bezeichnet. Die Wechselstromwicklung liegt in diesem Beispiel auf dem Läufer R, und das Gleichstromfeld F ist schematisch zweipolig dargestellt. Der Läufer R ist mit den Sammelschienen B über einen Transformator besonderer Bauart verbunden, dessen Primärwicklung P₁ eine normale Drehstromwicklung in Dreieckschaltung ist. Die Sekundärwicklung P₂ hingegen ist so ausgeführt, daß sie ein Zwölfphasensystem ergibt. In dem oben angedeuteten Falle, in welchem die Hochspannungsleitung C sehr lang ist und an ihrem entfernten Ende eine zweite Kraftquelle besitzt, no wird die Ausgleichseinrichtung am entfernten Ende der Leitung C in der Nähe der zweiten Kraftquelle an das Netz angeschlossen. Sie kann jedoch auch an irgendeinem beliebigen Punkte der Leitung C oder auf der Niederspannungsseite des die Spannung herabsetzenden Transformators S₁, S₂ eingebaut werden, z. B. an der Stelle, wo der Motor E an das Drehstromsystem angeschlossen ist. Die auf dem

auf er R angeordnete Mehrphasenwicklung ist in Fig. ι nur schematisch dargestellt. Sie ist an zwölf Schleifringe b¹ bis &¹² angeschlossen,

so daß die einzelnen Phasen der Transformatorwicklung P₂ mit der Wicklung des Läufers R verbunden werden können.

Die dargestellte Anordnung vermag dem Transformator T₁, T₂ und der Last E einen Magnetisierungsstrom zu liefern, der die obenerwähnten ungeradzahligen Harmonischen enthält, und vermag schnell den wechselnden Bedingungen bei wechselnder Belastung im

to Netz zu folgen.

Die Einzelheiten der Verbindungen und die Wicklungen des Transformators P₁, P₂ und des Motors F, R sind genauer in den Fig. 2 und 3 dargestellt.

In Fig. 2 besteht die Primärwicklung P₁ des Transformators aus drei in Dreieck geschalteten Wicklungen auf den drei Schenkeln des Transformatorkernes. Die Sekundärwicklung besteht aus zwölf Einzelwicklungen, von denen je vier auf einem Transformatorschenkel liegen. Die Teilwicklungen sind untereinander so verbunden, daß sie ein Zwölfphasensystem ergeben. Die Teilwicklungen auf dem ersten Schenkel sind mit X¹, X², X³, Xⁱ, die auf dem zweiten Schenkel mit Y¹, Y², Y³, Y⁴ und die auf dem dritten Schenkel mit Z¹, Z², Z³, Z⁴ bezeichnet. Die drei Teilwicklungen X¹, Y¹, Z¹ sind in Dreieck geschaltet, wie sich aus den Fig. 2 und 3 ergibt. Die Teilwicklungen X², Y², Z² sind in Stern geschaltet. Die Teilwicklungen X^s, Y³, Z³ sind wieder in Dreieck geschaltet, jedoch versetzt in bezug auf die Teilwicklungen X¹, Y¹, Z¹. Schließlich sind die Teilwicklungen Z⁴, Y⁴, Z⁴ wieder in Stern geschaltet, jedoch ebenfalls versetzt in bezug auf die Teilwicklungen X², Y², Z².
Die Klemmen der Teilwicklungen sind in

den Fig. i, 2 und 3 mit
Diese Klemmen α¹, a².

, α^ώ... α¹² bezeichnet. α¹² sind unmittelbar mit den Schleifringen b¹, b²... δ¹² des Synchronmotors F, R verbunden. In den Fig. 1 und 2 sind der Einfachheit halber nur einige wenige dieser Verbindungen eingezeichnet, in Fig. 3 sind jedoch alle Verbindungen angegeben. In Fig. 3 ist auch die Wechselstromwicklung auf dem Läufer R des Synchronmotors dargestellt. Die Teile dieser Wicklung sind mit c¹, c²... c¹² bezeichnet. Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf das beschriebene Beispiel beschränkt. Die Erfindung läßt sich außerdem in verschiedener Weise verwirklichen. So kann der Transformator P₁, P₂ auch eine in Stern geschaltete Primärwicklung erhalten. Die Sekundärwicklung P₂ kann dem Synchronmotor F, R irgendein Mehrphasensystem von mehr als drei Phasenspannungen zuführen, nicht lediglich 12. So können auch 24, 36 und selbst noch mehr Phasenspannungen demMotor zugeführt werden. Die Erregerwicklung F des Motors kann auch auf dem Läufer angeordnet werden und über zwei Schleifringe mit Gleichstrom gespeist werden. Die Mehrphasenwicklung wird dann auf dem Ständer angeordnet.

Claims (2)

65 Patentansprüche:

1. Anordnung zur Verhütung der Kurvenverzerrung der Netzspannung in Mehrphasensystemen mit gleichzeitig als Phasenschieber leer laufendem Synchronmotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchron motor an das System über einen Transformator angeschlossen ist, dessen Sekundärwicklung den Motor mit einem Mehrfachen der Phasenzahl des Mehrphasensystems speist.

2. Anordnung nach Anspruch 1 für Drehstromsysteme, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator dem Synchronmotor 12-Phasen-Strom zuführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

beruf. cr.BKUCKT in der ueichsdruckerei