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Symmetrierungs- und Kompensierungsvorrichtung für ein Dreiphasennetz,
bei dem ein einphasiger Stromverbraucher an zwei Phasen angeschlossen ist Die Erfindung
betrifft eine Symmetrierungs- und Kompensierungsvorrichtung für ein Dreiphasennetz,
bei dem ein einphasiger Stromverbraucher an zwei Phasen angeschlossen ist, mit einer
Ausgleichsdrosselspule und einer Ausgleichskapazität. Die Erfindung besteht in einer
besonderen Schaltung der Ausgleichsimpedanzen in Verbindung mit dem die einphasige
Last speisenden Haupttransformator und einem Hilfstransformator, und zwar ist nach
der Erfindung die Ausgleichsdrosselspule parallel zu einem Hilfsspartransformator
geschaltet und diese Parallelschaltung einerseits an die eine Klemme des Drehstromnetzes,
andererseits an eine passende Anzapfung der an die beiden freien Drehstromnetzklemmen
angeschlossenen Primärwicklung eines die einphasige Last speisenden Haupttransformators
angeschlossen, und ferner liegt die Ausgleichskapazität zwischen der einen Primärklemme
des Haupttransformators und einer Anzapfung des Hilfsspartransformators.
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Durch diese Schaltung nach der Erfindung wird gegenüber bekannten
Schaltungen zum Zwecke der Symmetrierung und Kompensierung die Größe der Ausgleichsimpedanzen
erheblich vermindert.
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Bekanntlich wird der vollständige Ausgleich einer zwischen zwei Phasen
geschalteten einphasigen Last an einem Dreiphasennetz dann erreicht, wenn die drei
einphasigen Ströme, die am Eintrittsende des Systems (Stromaufnehmer -E- Ausgleichsvorrichtung)
auftreten, in. ihrem absoluten Wert gleich sind und um z2o° verschoben sind und
so ein Ganzes von drei symmetrischen Vektoren bilden.
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Es sind zwar schon praktische Angaben gemacht worden, wie die Ausgleichsimpedanzen
zu berechnen sind. Es sind aber dabei keine Regeln aufgestellt worden, nach welchen
das geringste Maß der zur Sicherung des Ausgleichs notwendigen Blindleistungen bestimmt
werden kann.
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Man hat für Dreiphasennetze mit Nulleiter zum Zwecke der Entlastung
dieses Nulleiters die Anwendung einer Zickzackdrossel ernpfohlen. Dadurch wird indes
nicht ein Ausgleich der oben angegebenen Art erzielt, denn wenn man dazu gelangt,
.den Nulleiter zu entlasten, so `yerden die die drei Phasen des mit der Zickzackdrossel
versehenen Netzes durchfließenden Ströme in ihrem absoluten Wert nicht einander
gleich und sind nicht um 12o° gegeneinander versetzt.
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Es sind auch schon statische Drehfeldumformer angewendet worden, die
die Umwandlung einer Dreiphasenspannung in eine Einphasenspannung bewirken, wenn
der Läufer des Umformers eine einphasige Wicklung trägt. Belastet man aber die einphasige
Wicklung des Läufers solcher Umformer, so entstehen in der dreiphasigen Wicklung
des
Ständers Ströme, die keinen symmetrischen Dreiervektor bilden.
Die Werte der betreffenden Ströme sind in zwei der Phasen proportional dem Werte
i und in der dritten Phase proportional dem Werte 2. Die Apparate wirken wie ein
Sterndreiecktransförmator, von dem man lediglich eine der Phasen der Dreieckseite
benutzen würde.
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Die Schaltung gemäß der Erfindung ist in Fig. i der Zeichnung schematisch
dargestellt; Fig. 2 zeigt ein Vektordiagramm der Spannungen und Ströme für die Schaltung
nach Fig. i ; Fig. 3 zeigt das Schema einer selbstregelnden Schaltung nach der Erfindung;
die Fig. q. bis 6 zeigen verschiedene Vektordiagramme für die Schaltung nach Fig.
3; Fig. 7 zeigt das allgemeine Schema für den Anschluß der den Gegenstand der Erfindung
bildenden Vorrichtung an einen einphasigen Verbraucher.
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Gemäß Fig. i wird :die einphasige Schweißmaschine M von einem Transformator
T gespeist, dessen Primärwicklung an die Klemmen 2 und 3 .des Drehstromnetzes i,
2, 3 angeschlossen sind. Die Ausgleichsdrosselspule ist mit S, .die Ausgleichskapazität
mit C bezeichnet. Die Ausgleichsdrosselspule S ist parallel zu einem Hilfsspartransformator
A geschaltet und einerseits an die eine Klemme i des Drehstromnetzes, andererseits
an eine passende Anzapfung B der Primärwicklung des die einphasige Last 1V1 speisenden
Haupttransformators T ,angeschlossen. Die Ausgleichskapazität C liegt zwischen der
einen Primärklemme 2 des Haupttransformators T und einer reicht näher bezeichneten
Anzapfung des Hilfsspartransformators A.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung, wie sie in Fig. i dargestellt ist,
ergibt sich aus dem Vektordiagramm der Fig. 2. Die Spannungen sind in dieser durch
gestrichelte, die Ströme durch ausgezogene Linien .dargestellt. Die Bezeichnung
der Ströme in den verschiedenen Kreisen des Systems stimmt.überein mit der Bezeichnung
der Stromkreise selbst. So ist der den Stromzweig A-i durchfließende Strom, der
von A nach i fließt, mit IAi he-'zeichnet. Die Phasenvoreilung ist durch den Pfeil
AV, die Phasennacheilung durch den Pfeil AR bezeichnet.
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Die Abmessungen der Vektoren entsprechen einem besonderen Fall, bei
welchem das Verhältnis
und das Verhältnis
ist; die Kapazität .des Kondensators C beträgt 16 500 Mikrofarad. Der Kondensator
verbraucht 9 i o Ampere bei i 76 Volt. Die Induktivität der Drosselspule S beträgt
0,00235 Henry. Die Drosselspule verbraucht 28o Ampere bei 207 Volt. Die einphasige
Belastung durch die Schweißmaschine M beträgt 98o Ampere bei z2o Volt bei einem
Leistungsfaktor cos (p = 0,58 induktiv ohne jede Kompensation.
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Die drei Leitungsströme Il, I2 und I" können leicht graphisch bestimmt
werden, wenn man beachtet, daß der Kondens-atorstrom I,A = 9 i o Ampere bei einer
Pbasenvoreilung von 9o° gegenüber der Spannung 2A, der Drosselspulenstrom Ils =
'28o Ampere bei. einer Phasennacheilung von go° gegenüber der Spannung i B, die
Ströme im Spartransformator A
und
beide in Phase mit I2A sind.
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Die Summe 11,0 + IAB stellt den Strom an der AnzapfungB dar,
von dem 86°o den Strom IB3 und 140/a den Strom IB2 bilden.
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So kann man feststellen, daß die Ströme Il, h und I3 richtig ein symmetrisches
Dreiphasensystem mit einem Leistungsfaktor von ungefähr o,85 induktiv bilden.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung gestattet, eine veränderliche Belastung
lediglich durch die Reglung der Speisespannungen der Ausgleichsblindwiderstände
und sogar praktisch verschiedene einphasige Belastungen zu symmetrieren, ohne daß
dazu eine andere Reglung nötig -ist als die der Stärke des Arbeitsstromes. In Fig.
3, in .der eine Primärwicklung des den Schweißapparat M speisenden Transformators
Tdargestellt ,ist, die mit mehreren Anzapfungen versehen ist, um die Ausführung
möglichst verschiedener Arbeiten zu gestatten, sind .der Spartransformator A und
die Ausgleichsdrosselspule S zu einem einzigen Apparat AS vereinigt; es ist ersichtlich,
daß man, wenn man die untere Klemme dieses Apparates nicht an die Klemme 3, sondern
an eine Anzapfung -der Primärwicklung des .den Schweißapparat M speisenden Transforinators,
T anschließt, eine weitere Veränderliche in das oben beschriebene System einführt,
das zur Erzielung der Symmetrie und der Kompensierung erläutert worden ist.
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Es ist ersichtlich, daß bei im übrigen gleichen Verhältnissen die
Verstellung der unteren Klemme des Apparates AS gestattet, eine veränderliche Belastung
zu symmetrieren und zu kompensieren; diese Anordnung ist offensichtlich vorteilhafter
als die üblichen Vorrichtungen, bei. welchen man die Symmetrie je nach der Belastung
:nur dadurch erzielen kann, :daß man zugleich an der Drosselspule und an der Kapazität
entsprechend: regelt.
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Dadurch, daß man die Anzapfstelle des Transformators T, an welche
die untere Klemme des Apparates AS angeschlossen wird, passend auswählt, kann man
zu dem
wichtigen trgebnis gelangen, daß die Symmetrie und die Kompensation
der Anlage praktisch für den. gänzen Arbeitsbereich der Schweißmaschine gewährleistet
sind-, wobei die Verbindung von AS und T fest bleibt. Die beschriebene Vorrichtung
wirkt dann selbstregelnd.
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Die Fig. q, 5 und 6 zeigen, wie sich die Diagramme der Spannungen
gestalten, wenn die Netzklemme 3 nacheinander an die Kontakte e, c und a des den
Schweißapparat H speisenden Transformators T angeschlossen wird, wobei die Spannungen
zwischen den Klemmen, r, a und 3 durch das Dreieck 1-a-3 dargestellt werden, Uc
die Spannung an den Klemmen der Kapazität C und UAS die Spannung an den Klemmen
des ApparatesA S ist.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann in sehr einfacher Weise an
eine gewöhnliche Schwemmaschine angepiaßt werden. Sie ist in Fig. 7 durch das Rechteck
D angedeutet. Sie ist einerseits verbunden mit zwei Klemmen der Schweißmaschine
M, andererseits mit einem dreipoligen Kontaktapparat, den man vorteilhaft mit Schutzwiderständen
r mit Rücksicht auf die Einschaltstromstöße des Kondensators C versehen kann.