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Vorrichtung zur selbsttätigen Einregelung einer bestimmten Blindleistung
oder eines bestimmten Leistungsfaktors in Wechselstromnetzen Es sind Vorrichtungen
zur Einregelung einer bestimmten Blindleistung oder eines bestimmten Leistungsfaktors
in Wechselstromnetzen bekannt, bei denen ein. SpeziaIspannungswandler mit Mittelanzapfung
verwendet wird. Zu einer gegenüber dem Netzstrom um go° phasenverschobenen Spannung
werden die beiden an .den unterteilten Wicklungen des Spezialwandlers gebildeten
entgegengesetzten Spannungen addiert. Die so gewonnenen resultierenden Spannungen
wirken auf die Spule eines Quotientenrelais ein, welches dann die Verstellvorrichtung
beeinflußt.
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Bei dieser bekannten Anordnung müssen besondere Spezialwandler verwendet
werden. Die Erfindung vermeidet diese Spezialwandler und arbeitet mit einem normalen
Spannungswandler.
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Es sind auch Anordnungen bekannt, bei denen zur Konstanthaltung des-Leistungsfaktors
eines Synchronmotors die Erregung des Motors von der Leistung und der Spannung abhängig
gemacht wird. Bei dieser bekannten Einrichtung wird das Relais, welches die Verstellvorrichtung
beeinflußt, von nur je einem normalen an .das Wechselstromnetz angeschlossenen Strom-
und Spannungswandler gespeist. Diese bekannte Anordnung hat aber den Nachteil, daß
sie auf die Charakteristik des Synchromnotors abgestimmt werden muß, so daß sie
in einem Netz, in welchem verschiedene Abnehmer aufgestellt sind, nicht einen beliebigen
Leistungsfaktor einzuregeln gestattet.
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Bei der Anordnung nach. der Erfindung sind diese Nachteile vermieden.
Die Anordnung nach der Erfindung ermöglicht es, einen bestimmten Leistungsfaktor
einzuregeln, unabhängig davon, was an das Netz angeschlossen wird.
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Bei der Anordnung nach der Erfindung wird die Verstellvorrichtung
für einen Transformator, welcher zwei Netze miteinander kuppelt, ebenfalls von einem
von nur je einem normalen an das Wechselstromnetz, angeschlossenen Strom- und Spannungswandler
gespeisten Relais gesteuert. Gemäß der Erfindung wirken auf das Relais zwei Steuerspannungen
ein, von denen die eine von der Netzspannung abhängig und die zweite eine aus zwei
Komponenten zusammengesetzte Spannung .ist, von denen die eine in. Größe und Phase
der Netzspannung, die zweite der Größe des Stromes entspricht, in der Phasenlage
aber abweicht. Die aus zwei Spannungen zusammengesetzte Steuerspannung wird mit
Hilfe
eines Zwischenwandlers gebildet, in welchem der Netzstrom einen zweckmäßig um go°
phasenverschobenen Fluß hervorruft. Um den Ohmschen- Spannungsfall zu kompensieren,
kann gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung .zu der von der Netzspannung
abhängigen Steuerspannung eine mit dem Leitungsstrom phasengleiche Spannung addiert
werden. Durch das Reglerrelais kann das Übersetzungsverhältnis des Transformators
derart geändert werden, daß das Verhältnis der Flußverkettungen beider Wicklungen
des Transformators gleich dem Verhältnis der Spannungen der zu kuppelnden Netze
ist, so daß kein Blindstromaustausch zwischen den beiden Netzen stattfinden kann.
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Die Anordnung nach der Erfindung unterscheidet sich daher von einer
anderen bekannten Anordnung, bei der auch der Blindleistungsfaktor eingeregelt werden
soll, bei der aber zur Erregung des Relais zwei hochspannungsseitig erforderliche
Stromwandler und ein Spannungswamdler dienen. Außerdem besitzt die Anordnung nach
der Erfindung gegenüber dieser bekannten den Vorteil, daß das Relais viel einfacher
ausgeführt werden kann, nämlich mit nur zwei Erregerwicklungen, während bei der
bekannten Anordnung auf jeder Seite des Relais eine Spannungs-und zwei Stromwicklungen
benötigt werden.
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Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel 'der Erfindung.. Die beiden
Netze i und 2 sind mit entsprechenden Wicklungen 3 und 4 eines Kupplungstransformators
5 verbunden. Durch diesen Transformator kann in beiden Richtungen zwischen den Netzen
ein Energieaustausch stattfinden. Um das Verhältnis der wirksamen Wicklungen des
Transformators 5 gleich dem Verhältnis der Spannungen der beiden Netze i und 2 zu
halten, ist die eine Wicklung 4 des Transformators 5 mit einer Anzahl von Anzapfungen
6 bis io versehen. Eine Stufenschalteinrichtung, die als beweglicher Kontaktarm
i i dargestellt ist, dient dazu, die Anzahl der wirksamen Windungen zu verändern.
Der eine Leiter des Netzes 2 ist an den beweglichen Kontaktarm i i angeschlossen.
Der Kontaktarm ii ist um den Punkt 12 drehbar angeordnet und mit einem Getriebeteil
13 verbunden, mit dem ein von einer Welle 15 angetriebenes Schneckenrad 14 zusammenarbeitet.
Die Welle 15 wird in der einen oder anderen Richtung durch den Motor 16 über ein
Zahnradvorgelege 17, 18 angetrieben.
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Wenn das Übersetzungsverhältnis des Transformators .gleich dem Verhältnis
der Spannungen -der beiden Netze ist, dann ist die Spannung pro Windung in jeder
. Wicklung des Transformators gleich groß, und es kann kein Blindstrom zwischen
den beiden Netzen fließen. Wenn die Spannung der Wicklung 4. jedoch merklich größer
als die Spannung der Wicklung 3 wird, dann tritt im Netz 2 ein nacheilender und
im Netz i ein voreilender Strom auf. Wenn die Spannung der Wicklung 4 kleiner als
die Spannung der Wicklung 3 wind"dann tritt im Netz z ein voreilender und im Netz
i ein nacheilender Strom auf.
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Der Motor 16 kann mit Hilfe der Schalter 22 bzw. 23 an ein Drehstromnetz
ig, 20, 21 gelegt werden und wird je nachdem, welcher der beiden Schalter
Leingelegt ist, in dereinen oder in der anderen Drehrichtung betrieben. Die Schalter
22 und 23 werden von einem mit zwei einander entgegenwirkenden Spulen 25 und 26
versehenen Regelrelais 24 betätigt. Ein beweglicher Kontakt 27 dieses Regelrelais
schließt beim Überwiegen der von der Spule 25 ausgeübten Kraft Kontakte 28, beim
Überwiegen der von der Spule 26 ausgeübten Kraft Kontakte 29. Hierdurch wird der
Erregerstromkreis entweder für den Schalter 22 oder 23 geschlossen.
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Die Spule 26 wird von einer Spannung erregt, die proportional der
Spannung des Netzes 2 ist. Ein Zwischenwandler 3o dient dazu, eine Spannungskomponente
in den Stromkreis der Spule 26 einzuführen, die dem Belastungsstrom in diesem Netz
proportional und mit ihm in Phase ist.
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Die Spule 25 wird von einer Spannung erregt, die .die Vektorsumme
ist von einer Spannungskomponente, welche proportional der Spannung des Netzes 2
ist, und einer Spannungskomponente, die proportional dem in diesem Netz fließenden
Strom und um go° gegenüber diesem Strom phasenverschoben ist. Ein Zwischenwandler
31 dient dazu, diese zweite Spannungskomponente in den Stromkreis der Spule 25 einzuführen.
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Der Zwischenwandler 30 kann irgendeine bekannte Form haben.
In .der Figur ist er dargestellt als ein geschlossener magnetischer Kreis 32 mit
zwei Wicklungen 33, 34, die auf gegenüberliegenden Schenkeln angeordnet sind. Bei
Erregung, der Wicklung 33 wird in der Wicklung 34 eine Spannung induziert, die in
Phase mit dem Strom des Netzes 2 ist.
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Der Zwischenwandler 31 besteht aus einem magnetischen Kreis 35 mit
einem Luftspalt 36 und zwei Wicklungen 37 und 38, die auf gegenüberliegenden Schenkeln
angeordnet sind. Wenn die Wicklung 38 erregt wird, wird in der Wicklung 37 eine
Spannung induziert, die um 9o° gegenüber dem im Netz 2 fließenden Strom phasenverschoben
ist.
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Die Wicklung 38 des Zwischenwandlers 31 und die Wicklung 33 des Zwischenwandlers
30 sind in Serie geschaltet und an die Sekundärwicklung eines Stromwandlers
39 angeschlossen. Die Spulen 25 und 26 werden von
einem Spannungswandler
43 durch eine Spannung erregt, die proportional der Spannung des `Netzes 2 ist.
Die Wicklung 37 des Zwischenwandlers 31 ist in Serie mit der Spule 25 des Relais
24 geschaltet. Es geht also ein Stromkreis von der einen Seite der Sekundärwicklung
des Spannungswandlers 43 über einen Leiter 44, die Wicklung 37, einen Leiter 45,
die Spule 25, einen Leiter 46, einen einstellbaren Widerstand 47, einen Leiter 48
und einen Leiter 49 zur anderen Seite der Sekundärwicklung des Spannungswandlers.
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Die Wicklung 34 des Zwischenwandlers 30 ist in Serie mit der Spule
26 des Relais 24 geschaltet. Hierdurch ist ein Stromkreis geschlossen von der einen
Seite der Sekundärwicklung des Spannungswandlers durch den Leiter 44, einen Leiter
5o, einen einstellbaren Widerstand 5i, die Spule 26, einen Leiter 52, die Wicklung
3.1. und einen Leiter 49 zur anderen Seite der Sekundärwicklung des Spannungswandlers
43.
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Die Widerstände 47 und 51 werden so eingestellt, daß die von den Spulen
25 und 26 ausgeübten Kräfte sich die Waage halten, Wenn das gewünschte Spannungsverhältnis
entsprechend einem bestimmten Belastungsfaktor vorhanden ist. Wenn man die Kompensation
des Ohmschen Spannungsabfalls der Leitung vernachlässigt und annimmt, daß die Widerstände
47 und 51 so eingestellt sind, daß der Leistungsfaktor i aufrechterhalten wird,
dann sind die Kräfte, die von den Spulen 25 und 26 ausgeübt werden, für jedes Spannungsverhältnis
zwischen den beiden Netzen i und 2 gegeneinander ausgeglichen, wenn .der Kontaktarm
i i in einer solchen Anzapfstellung der Wicklung 4 des Kupplungstransformators steht,
daß die Spannungen der entsprechenden Transformatorwicklungen gleich groß sind.
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Die automatische Steuereinrichtung arbeitet folgendermaßen Unter der
Annahme, daß die Widerstände 47 und 51 so eingestellt sind, daß das Relais in einer
neutralen Lage ist, wenn der Leistungsfaktor des Netzes 2 gleich i ist, soll der
Kontakt i i mit dem Anzapfpunkt 8 in Verbindung stehen. Wenn die Spannung des Netzes
2 wächst, wird die Spannung an der Wicklung 4 ,größer als d'ie an .der Wicklung
3. Der Strom im Netz 2 eilt dann in bezug auf die Spannung nach, und die Blindstromkomponente
wächst. Die Wicklung 37 ist mit dem Stromkreis der Spule 25 so verbunden,. daß in
diesem Falle die Vektorsumme der Spannung, die in der Spule 25 zur Wirkung kommt,
sich verkleinert. Die Kraft, die von der Spule 26 ausgeübt wird, ist dann größer
als die von der Spule 25 ausgeübte. Der bewegliche Kontakt 27 schließt die Kontakte
29, wodurch der Schalter 23 geschlossen wird. Damit ist der Motor 16 eingeschaltet
und bewegt den Kontaktarm i i in Richtung auf den Anzapfpunkt 6 hin.
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Der Erregerstromkreis für den Schalter 23 geht von der Phasenleitung
i9 über einen Leiter 53, einen Leiter 54., die Erregerspule des Schalters 23, einen
Leiter 55, die Kontakte 29 und einen Leiter 56 zur Phasenleitung 20.
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Der Motor erhält seinen Strom von den drei Phasenleitern i9, 20 und
21 über die Leiter 57, 58 und 59, die Kontaktglieder des Schalters 23 und die Leiter
6o, 61 und 62. Durch die Bewegung des Armes i i wächst die Anzahl der wirksamen
Windungen auf der Seite des Netzes 2, bis die Spannungen in den Wicklungen 3 und
4. des Kupplungstransformators wieder gleich groß sind.
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Wenn die Spannung im Netz 2 fällt, ist die Spannung an der Wicklung
4 niedriger als die an der Wicklung 3, und der Strom eilt bezüglich der Spannung
vor. Die Vektorsumme der Spannungen, die auf die Spule 25 zur Einwirkung kommt,
wächst, und die von der Spule 25 ausgeübte Kraft ist größer als die von der Spule
26 ausgeübte. Dadurch wird der Erregerstromkreis für den Schalter 22 geschlossen.
Dieser Erregerstromkreis geht von der Phasenleitung i9 über einen Leiter 53, einen
Leiter 63, die Erregerspule des Schalters 22, einen Leiter 64, die Kontakte 28,
einen Leiter 56 zur Phasenleitung 20.
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Durch Betätigen des Schalters 22 wird der Motor 16 in der anderen
Drehrichtung in Betrieb genommen und bewegt jetzt den Kontaktarm i i in Richtung
auf den Anzapfp.unkt io hin. Hierdurch nimmt die Anzahl der wirksamen Windungen
auf der Seite des NNetzes 2 ab, bis die Spannungen auf beiden Seiten des Kupplungstransformators
wieder gleich groß sind.