DE663256C - Anordnung zur Regelung und Konstanthaltung von Zaehlereichstationen oder anderen Messeinrichtungen zugefuehrten elektrischen Groessen - Google Patents

Description

• Anordnung zur Regelung und Konstanthaltung von Zählereichstationen oder anderen Meßeinrichtungen zugeführten elektrischen Größen Die bisher für Zählereicheinrichtungen bekanntgewordenen Anordnungen zur Regelung und Konstanthaltung der Spannung von Drehstromspeisequellen sind insofern .unvollkommen, als von den im vollständigen Drehstromnetz auftretenden sechs Spannungen entweder nur die verketteten oder nur die Phasenspannungen konstant und dem Effektivwert nach übereinstimmend gehalten werden. Sie bieten hingegen keine Gewähr für eine dauernde Symmetrie der Phasen- oder verketteten Spannungen oder gar für eine dauernde Konstanz und Symmetrie ;der Phasen- und verketteten Spannung.
• Demgegenüber bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung, durch die trotz weitgehender Belastungsschwankungen alle sechs Spannungen des vollständigen Drehstromsystems, also sowohl die Phasen- als auch die verketteten Spannungen, dauernd symmetrisch und praktisch trägheitslos konstant gehalten werden. Diese Einrichtung ist vorteilhaft für solche Zählerprüfanlagen, bei denen mehrere Eichplätze von einem gemeinsamen Maschinensatz gespeist werden und die unterschiedliche, teils einphasige, teils mehrphasige und unsymmetrische Belastung aufweisen.
• Jedes unsymmetrische Drehstromsystem R, S, T läßt sich in drei symmetrische Spannungskomponenten zerlegen, wie es in einer Arbeit von M. Zorn (ETZ 1930, S. 12733) angegeben ist. Die Beziehungen zwischen diesen Spannungen sind gegeben durch das Gleichungssystem

  R=Ro+R,+12" ho =R=R,=R_"

  S = So + S, + S1, oder R, --_ R --_ Ro - R.=, (1)

  Z'=To+T,+Z'2 R@=R--_Ro-R,.

  Sind also nach Abb. a R, S, T die unsymmetrischen Spannungen eines Hauptgenerators H, so folgt aus dem angegebenen Gleichungssystem (1), daß sich am Verbraucher 11l die zu fordernden symmetrischen Phasen- und damit auch -die symmetrischen verketteten Spannungen des Mitsystems einstellen, wenn von den Spannungen des Hauptgenerators H die Spannungen zweier in Reihe mit dem Hauptgenerator geschalteten Zusatzgeneratoren G und N (vgl. auch Diagramm Abb. 1) in Abzug gebracht werden, von denen der eine Zusatzgenerator G das nach Größe und Richtung noch näher zu definierende Gegensystem R@, S2, T@ und der andere das analoge Nullsystem Ro, So, To liefert. Die gewünschte Größe des Mitsystems R1, S1, T1 ist dann lediglich eine Frage der aufeinander abzustimmenden Erregungen der mechanisch gekuppelten Generatoren H, G und N, und die Konstantlialtung der Phasen- und der verketteten Spannungen des Mitsystems 111 ist eine Angelegenheit der im folgenden zu beschreibenden, erfindungsgemäß für diesen Zweck vorgesehenen Meß- und Steuereinrichtung.
• Erfolgt abweichend von Abb.2 die Speisung der Verbraucher 1H nicht von einem Hauptgenerator, sondern, wie aus Abb. 3 hervorgeht, aus einem vorhandenen Drehstromnetz, so können die über- oder unterschreitenden Beträge der Netzspannungen von einem weiteren entsprechend erregten und an Stelle des Hauptgenerators tretenden Zusatzgenerator Z gedeckt werden.
• Die weitere der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, aus dem unsymmetrischen Dr eiphasensystem des Hauptgenerators H (Abb. 2) oder des Drehstromspeisenetzes die symmetrischen Komponenten zu bestimmen, um demgemäß die drei Generatoren 11, G und N zu erregen. Bekanntlich sind die symmetrischen Komponenten bestimmt durch das Gleichungssystem worin a =ei "" und a2 = ei 24o° besagen, daß der jeweilige Spannungsvektor um i2o bzw. 240° entgegen dem Uhrzeiger zu drehen ist.
• Anstatt nun die so gegebene Null-, Mit-und Gegenspannung zur Regelung heranzuziehen, empfiehlt es sich, den Spannungen ho) R1, R2 proportionale Ströme zu benutzen. Diese ergeben sich aus den folgenden, in den Abb. 4a, d.b, q.c dargestellten Schaltungen. Nach Abb. 4.a werden zwischen Nulleiter und den drei Phasenleitungen drei gleich große induktions- und kapazitätsfreie Widerständen gelegt. Dann ist, wie sich aus den Gleichungen (i) ableiten läßt, die Summe der drei in den Widerständen fließenden und im Nullleiter zum Nullstrom i, sich vereinigenden Ströme proportional und gleichgerichtet der Nullspannung Ro.
• Ein der Mitspannung R1 proportionaler Strom il resultiert aus der Schaltung nach Abb. q.b. Hiernach werden über Spannungswandler an die Phasenspannungen Kombinationen von Widerständen, Induktivitäten und Kapazitäten so angeschlossen, wie es das Diagramm der Abb. 5 vorschreibt. Gilt dann für die Widerstandskombination so ist unter Berücksichtigung der Phasenlage der Widerstände entsprechend den Bedingungsgleichungen (2) die Summe il der zum Nulleiter fließenden Ströme proportional und gleichgerichtet der Mitspannung hl.
• 'Dasselbe gilt bezüglich des der Gegenspan-!-nung R2 proportionalen Stromes i2, wenn man die Widerstandskombination in einer Weise an die Phasenspannungen des Drehstromnetzes anlegt, wie es in Abb. q.c dargestellt und durch das Vektordiagramtn der Abb.6 veranschaulicht wird. Die Richtigkeit dieser Anordnung ist an Hand der Gleichungen (3) ohne weiteres nachzuprüfen.
• Um nun, bezogen auf die Spannung 121 des Mitsystems, die nach Phase und Größe richtigen Spannungen des Null- und Gegensystems zu erhalten, werden die Zusatzgeneratoren gemäß Abb. 7 mit zwei Erregerwicklungen versehen, die um go° gegeneinander versetzt sind. Davon wird jeweils die eine Erregerwicklung mit einem Erregerstrom gespeist, der proportional i, # sin rpo bzw. i2 # sin q#2 ist, und die andere Erregerwicklung wird mit einem Erregerstrom gespeist, der proportional io # cos po bzw. i2 # cos #92 ist, wobei p, und 9"2 die Winkel der Phasenverschiebung zwischen der Spannung 1Z1 des Mitsystems und den entsprechenden Spannungen IZo und R2 bzw. den entsprechenden Strömen i, und i2 des Null-und Gegensystems sind. Zu diesem Zweck können wattmetrische Systeme W und 13 für Wirk- und Blindleistung benutzt werden, deren Spannungskreise an der Spannung R1 liegen und deren Stromspulen vom Strom i, bzw. i2 durchflossen werden. Die Ausschläge dieser somit notwendigen vier Instrumente sind dann proportional dem erforderlichen Erregerstrom der Zusatzgeneratoren. In Abhängigkeit von den Aufschlägen der Instrumente können z. B. Photozellen Ph mehr oder weniger belichtet und der damit zu erzielende Effekt benutzt werden, um eine entsprechende Röhrenverstärkeranordnung TI zu beeinflussen, deren Anodenstrom die Gleichstromerregung der Generatoren G, N ganz oder teilweise liefert.
• Abweichend davon können auch andere Meßanordnungen benutzt werden, denen die Spannung hl des Mitsystems und die entsprechenden Ströme von Null- und Gegensystem zugeführt werden, um einen Steuereffekt hervorzurufen, mit dem auf Röhrenverstärker eingewirkt wird. Die Röhrenverstärker regeln dann in gleicher Weise die Gleichstromerregung der Generatoren G und N. So können nach Abb. $ Gleichrichterbrückenanordnungen verwendet werden, denen die Spannung R1 des Mitsystems und die entsprechenden Ströme von Null- und Gegensystem zugeführt werden. In jeder einzelnen Brücke ist in dem einen Brückenzweig die Summe beider zugeführten Größen, in dem anderen ihre Differenz wirksam. Der Summen- und der Differenzstrom werden je für sich durch eine Vollweggleichrichteranordnung gleichgerichtet, und die Differenz der Gleichströme stellt den Steuereffekt dar, mit dem auf die Elektronenröhren eingewirkt wird. Gemäß der Abb. 8 erhält jeweils die eine der beiden Brücken eine Impedanz. Diese bewirkt eine Phasenverschiebung des Stromes i,bzw, i, gegenüber dem Stromi.. bzw. i, in der anderen Brücke. Die nicht mit der Impedanz versehene Brücke erzeugt demnach einen Steuereffekt proportional einer Wirkleistung, die mit der Impedanz ausgestattete Brücke aber einen um c)o° verschobenen Steuereffekt, der also einer Blindleistung entspricht. Auf diese Weise wird eine Aufteilung in Wirk- und Blindkomponenten erzielt, die verstärkt dann ebenso wie bei der wattmetrischen Anordnung nach Abb. 7 die Röhrenverstärker und die entsprechende Erregung der Generatoren H, G und N beeinflussen.
• Grundsätzlich ist noch zu bemerken, daß die Anordnung zur Erfassung von Null- und Gegensystem sowohl zwischen Hauptgenerator 'und Zusatzgeneratoren ;gelegt werden kann; sie kann sich aber auch zwischen Zusatzgeneratoren und Verbraucher, also Mitsystem, befinden, wie in den Abb. 7 und 8 dargestellt ist. In jedem Falle werden die Zusatzgeneratoren so gesteuert, daß an den Verbraucherklemmen symmetrische Spannung herrscht.
• Was die Höhe der Mitspannung, also der am Verbraucher M zur Verfügung stehenden Spannung anbelangt, so kann die hierfür vorgesehene V erstärkeranordnung entweder in Abhängigkeit von hl oder in Abhängigkeit von il bewirkt werden. Hierzu wird auch für den Hauptgenerator H eine entsprechende Regelvorrichtung vorgesehen.
• Die Erfindung ist an Hand einer Regelvorrichtung für die Spannung bei einer Drehstromanlage beschrieben.
• In entsprechender Weise lassen sich natürlich auch andere elektrische Größen, wie Strom, Leistung, Leistungsfaktor, regeln, als veränderliche Widerstände können auch mit Regelmotoren o. dgl. ausgerüstete Widerstände oder Induktionsregler dienen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Regelung und Konstanthaltung von Zählereichstationen oder anderen Meßeinrichtungen zugeführten elektrischen Größen mit Hilfe von Zusatzgeneratoren, gekennzeichnet durch mehrere hintereinandergeschaltete Generatoren, deren abzugebende Spannungen in ein Mit-, Gegen- und Nullspannungssystem aufgeteilt sind, um sowohl die Phasenals auch die verketteten Spannungen dauernd symmetrisch und praktisch konstant zu halten. a. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit einer Hauptstromquelle ein gegenläufig geschalteter (G) und ein als Nullmaschine (N) arbeitender Stromerzeuger geschaltet sind, wobei bei Symmetrie der elektrischen Größen nur der Hauptstromerzeuger belastet ist, die Gegen- und Nullspannung aber praktisch verschwinden. 3. Einrichtung nach Anspruch i und a, gekennzeichnet durch eine Regel- und Steueranordnung der Generatoren, die auf die an die Verbrauchsstelle zu liefernden Spannungen derartig einwirkt, daß sowohl die Phasen- als auch die verketteten Spannungen nach Größe und Richtung konstant gehalten werden, indem sowohl bei Belastung zwischen den einzelnen Phasenleitungen und dem Nulleiter als auch zwischen den Phasenleitungen eine Beeinflussung der Regel- und Steuerorgane und damit der Generatoren erfolgt. q.. Einrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei eintretender Unsymmetrie durch insbesondere selbsttätige besondere Steuereinrichtungen die Erregungen der Stromerzeuger so gesteuert werden, daß deren abgegebene Leistung sich mit der der Hauptstromquelle derart zusammensetzt, daß die dadurch entstehende Resultierende den bezweckten Betriebszustand (geregelte Größe) darstellt. 5. Einrichtung nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß alle oder ein Teil der Generatoren mit zwei um 9o° versetzten Erregerwicklungen versehen sind, die wahl- und/ oder wechselweise einschaltbar sind. 6. Einrichtung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Meßwandler u. dgl. die drei Spannungen eines Mehrleiternetzes beispielsweise durch Einschaltung von Ohmschen, induktiven und-kapazitiven Widerständen derart zusammengelegt werden, daß eine resultierende Spannung bzw. ein entsprechender Strom entsteht, der nach Größe und Phasenlage den Spannungsunsymmetrien im ungeregelten Netz proportional ist. 7. Einrichtung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Unsymmetrien gewonnene Spannung bzw. Stromstärke einem oder mehreren Meßgeräten zugeführt wird, die mittel- oder unmittelbar die Erregung der Generatoren steuern. S. Einrichtung nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung aus cos T- und sin cp-Geräten, vorzugsweise Wirk- und Blindleistungsmeßanordnungen, besteht, denen einerseits die nach Anspruch 6 gewonnenen Spannungen oder Ströme, andererseits eine entsprechende Phasenspannung zugeführt werden und die .sin,99- und cos 9-abhängige Steuereffekte in Form von Spannungen oder Strömen erzeugen, mit denen auf die veränderlichen Widerstände eingewirkt wird. 9. Einrichtung nach Anspruch i bis ß, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgeräte als Wirk- und Blindleistungsmesser ausgebildet sind, deren Stromspulen von dem nach Anspruch 6 gewonnenen Strom . durchflossen werden und deren Spannunngsspulen an einer entsprechenden Phasenspannung liegen, und daß die MeBgeräte die Belichtung von lichtelektrischen Zellen regeln, die ihrerseits veränderliche Widerstände der Erregerwicklungen der Stromerzeuger steuern. io. Einrichtung nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung aus einer von Strom und Spannung beeinflußten Gleichrichterbrücke besteht, in welcher Ströme und Spannungen mit Wirk- und Blindkomponente so überlagert werden, daß ein den Strom- oder Spannungssystemen proportionaler Gleichstrom entsteht, der eine Regelung der Stromerzeuger bewirkt. i i. Einrichtung nach Anspruch i bis i o, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderlichen Widerstände der Erregerwicklung der Stromerzeuger durch Elektronenröhren gebildet werden. 12. Einrichtung nach Anspruch i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß als veränderliche Widerstände mit Regelmotoren o. dgl. ausgerüstete Widerstände oder Induktionsregler dienen.