DE695168C - Anordnung zur Gewinnung der Unsymmetriekomponenten von Mehrphasensystemen - Google Patents

Anordnung zur Gewinnung der Unsymmetriekomponenten von Mehrphasensystemen

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DE695168C
DE695168C DE1938O0023596 DEO0023596D DE695168C DE 695168 C DE695168 C DE 695168C DE 1938O0023596 DE1938O0023596 DE 1938O0023596 DE O0023596 D DEO0023596 D DE O0023596D DE 695168 C DE695168 C DE 695168C
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DE1938O0023596
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Dr-Ing Guenther Oberdorfer
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GUENTHER OBERDORFER DR ING
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GUENTHER OBERDORFER DR ING
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

  • Anordnung zur Gewinnung der Unsymmetriekomponenten von Mehrphasensystemen Es ist bekannt, zur Ermittlung des Mit-und Gegensystems von Drehstromanlagen Kunstschaltungen von Widerständen zu verwenden, die im wesentlichen darauf hinauslaufen, einzelne Spannungs- und Stromkomponenten unter bestimmten Winkeln, vorzugsweise 6o° und ein ganzes Vielfaches davon, zu addieren. Die Winkelverdrehungen werden dabei meistens durch in Serie geschaltete Ohmsche Widerstände und Induktivitäten oder Kondensatoren erreicht, wozu mehr öder minder umfangreiche Brückenschaltungen erforderlich sind. Alle diese bekannten Schaltungen haben im wesentlichen zwei kaum vermeidbare Nachteile. Die Verwendung von Impedanzen machen erstens die Messungen stark frequenzabhängig. Nun sollen aber solche Symmetriesiebe oder Drehfeldscheider in erster Linie für selbständig wirkende Schutzeinrichtungen, Regler, Abgleichschaltungen usw. verwendet werden, wo es darauf ankommt, im Fehlerfalle (Kurzschluß, Er dschluß- usw.) oder bei starken Belasfungsschwankungen die Größe der beiden symmetrischen Komponenten möglichst genau zu ermitteln. Gerade hierbei ist aber mit größeren Frequenzschwankungen zu rechnen. Es gibt auch kleinere und mittlere Netze, die über längere Zeitabschnitte mit um einige Prozente abweichenden Frequenzen fahren. In all diesen Fällen wird die Messung ungenau und daher dort, wo sie zu Schalthandlungen ausgenutzt werden soll, unzuverlässig.
  • Der zweite Nachteil besteht in der grundsätzlichen Notwendigkeit, zur Phasendrehung Brückenschaltungen verwenden zu müssen. In diesen Brückenschaltungen sind es immer nur einzelne wenige Zweige, die die Komponenten für die Messung liefern. Der Verbrauch der übrigen Brückenzweige geht für die eigentliche Messung verloren. Dadurch wird die Belastung der Meßwandler außerordentlich hoch, so daß mit normalen Wandlern für halbwegs verwertbare Genauigkeiten nicht mehr das Auslangen gefunden werden kann.
  • Diese beiden schwerwiegenden Nachteile haben es bisher verhindert, Unsymmetriesiebe in systematischer Folge in der Starkstrommeß-, Regel-, Steuer- und Schutztechnik anzuwenden, obwohl hierfür ein Bedürfnis vorliegt. Man hat zwar versucht, die Unsymmetriesysteme mit Zuhilfenahme von rotierenden Synchron- und Asynchronmaschinen zu gewinnen *), um vor allem eine Frequenzunabhängigkeit zu erzielen. Hierbei wurde aber durch Speisung der die Meßgröße induzierenden Ständerwicklung mit dem u symmetrischen Drehstromnetz eine starkeBe=_ einflussung durch höhere Harmonische in Kauf genommen. Das gleichzeitige Auftreten des Mit- und Gegensystems in ein und derselben Maschine bringt ferner eine Reihe weiterer Fehlerquellen mit sich, die durch die unsymmetrischen magnetischen Verhältnisse, die gegenseitige Beeinflussung der Wicklungen, die Verschiedenheit der Streuungen usw. bedingt sind. Es ist daher auch diese Art der Messung bis heute praktisch nicht ausgeführt worden.
  • Die vorliegende Erfindung sucht die beschriebenen Mängel durch grundsätzlich andere Mittel zu vermeiden, Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß zu einzelnen Spannungen des Mehrphasensy stems eine oder -mehrere Spannungen addiert werden, die aus einem rotierenden Umformer mit räumlich versetzten festliegenden oder verdrehbar angeordneten Generatorwicklungen gewonnen werden. Durch Drehbarmachung einzelner Spulen oder des ganzen Ständers kann jede beliebige Phasenverschiebung eingestellt «.erden. Die Frequenzunabhängigkeit ist gewährleistet, wenn die Drehzahl des Umformers sich proportional mit der Frequenz ändert. Der Umformer kann dabei noch andere Wicklungen tragen, die eine gleichzeitige Messung von Mit- 'und Gegenkomponente gestattet oder auch die Verwendung beliebig phasenverschobener Meßwerte zu verschiedenen Meß-und Steuerzwecken ermöglicht. Dabei kann die zur Messung oder Steuerung erforderliche Endmeßgröße auch durch Schaltung einzelner Spulen schon im Ständer oder durch besondere Ausbildung der Wicklung oder des Ständers durch Hilfspole, Sättigungsstege, Spaltpole u. dgl. gebildet werden.
  • Dadurch, daß außer dem Verbrauch im Antriebsteil und in der Generatorwicklung nur noch die Maschinenverluste zu decken sind, bleibt die Belastung der 'vleßwandler in erträglichen Grenzen, so daß Wandler normaler Bauart Verwendung finden können. Für reine Meßzwecke oder dort, wo der Verbrauch der hinter dem Symmetriesieb angeordneten Geräte gering ist, kann das Gerät auch in Form eines Zählers, d. h. mit einer als Läufer eines Synchronmotors ausgebildeten Ferrarisscheibe als Antriebsorgan gebaut werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Messung der Gegenspannung eines Drehstrornsystems ist in der Abb. i gezeigt. *Siehe ETZ IQ2j, Seite 899. Die Gegenspannung UR= eines Dreiphasensy stems mit den Phasenspannungen UR, US, UT ist bekanntlich 'ifrüRz = UR -f- a2 US -j- a UT = a2 URS -I- a UR7 @flder mit _ . URT - URS -f-- UST UR, = K (URS -I- a UTS), worin k eine Zahlenkonstante und bedeutet. Um also die Gegenkomponente der Spannung zu finden, ist zur verketteten Spannung URS die um iao° verdrehte Spannung UTS zwischen den Phasen T und S zu addieren. In der Abbildung bedeuten i zwei Spannungswandler in V-Schaltung. 2 ist ein kleiner einphasiger Synchronmotor, der etwa von Hand aus angeworfen wird oder Selbstanlauf besitzt. Dabei ist es gleichgültig, woher der Motor die Erregung bezieht. In der Abbildung ist diesebeispielsweise über einenGleichrichter 3 an die Wechselspannung gelegt. Der Synchr=onmotor treibt direkt oder über ein Getriebe den Generator q, der im Beispiel als Synchrongenerator mit verdrehbarem Stator gezeichnet ist. Er enthält im einfachsten Fall eine um iao° versetzte Wicklung, an der die Spannung a UTS abgenommen werden kann, da die Erregung über einen weiteren Gleichrichter 5, also proportional UTS erfolgt. Diese Wicklung wird in Serie zur Sekundärwicklung des zweiten Spannungswandlers geschaltet; an den Klemmen 6 tritt dann die Gegenspannung des Systems auf.
  • An Stelle des Einphasenmotors 2 kann natürlich jede frequenzproportionale Antriebsanordnung treten, die natürlich auch zwei-oder dreiphasig geschaltet -werden kann. Daß das Gerät ein dauernd rotierendes Aggregat enthält, ist bei der Kleinheit desselben kein Nachteil. In vielen Meßgeräten werden dauernd bewegte Teile grundsätzlich angeordnet, um beispielsweise Kontaktschwierigkeiten zu verhindern. Dagegen gibt es hier noch eine Reihe von Möglichkeiten, um eine universelle Verwendbarkeit des Gerätes sicherzustellen.
  • So können beispielsweise in den Erregerkreisen der Maschinen (oder den entsprechenden Teilen bei anderer Umformeranordnungj Widerstände 7 eingeschaltet werden, die (unter Umständen mit Stufen oder kontinuierlich etwa über einen Kohledr.uckregler) von außen eine noch geringere elektrische Beeinflussung der Phasenlage und der Spannungshöhe für verschiedene Kompensations- und Steuerzwecke ermöglichen. Es ist ferner die Anbringung einer mechanischen oder elektrischen Bremsvorrichtung 8 vorgesehen, die das Kippmoment des Aggregates einzustellen gestattet, so daß es bei einer bestimmten Spannungsabsenkung stehenbleibt und etwa einen Kontakt betätigt. Dadurch wird es beispielsweise möglich, in Selektivschutzanlagen zwischen zwei- und dreipoligen Kurz--':.: schlössen zu unterscheiden und die Relais-. spulen im letzteren Fall an die Mitspannung zu legen, während sie sonst an der Gegenspannung angeschlossen sind. Auch die Anbringung eines Fliehkraftschalters 9 ist möglich, mit dem bestimmte Drehzahländerungen erfaßt werden können. Insbesondere kann damit auch das eventuelle Außertrittfallen oder Stehenbleiben des Umformers gemeldet-oder zu einer Schalthandlung ausgenutzt werden. Alle auf diese Weise getroffenen Schaltungen können dabei überdies von dem Auftreten und der Höhe der Gegenspannung abhängig gemacht werden.
  • Es ist ferner möglich, in an sich bekannter Weise ein zweites System mit konstanter Drehzahl, entsprechend der normalen Netzfrequenz, anzuordnen, das auf mechanischem oder elektrischem. Wege die Frequenzabweiehung vom Normalzustand anzeigt und mit Hilfe einer weiteren Hilfsspannung zur Regelung oder Steuerung mit herangezogen werden kann. Dabei kann die Abweichung vom kurz vorhergehenden Zustand oder auch die Abweichung vom Dauersollzustand erfaßt werden, wenn das zusätzliche System mit hoher Schwungmasse ausgerüstet oder durch ein Uhrwerk angetrieben wird.
  • Die in der Abbildung gezeigte Spannungsschaltung kann, ebenso wie alle anderen im vorstehenden für Spannupgen angegebenen Zusatzanordnungen, natürlich sinngemäß auch für Stromschaltungen, gegebenenfalls durch Erzeugung entsprechender Spannungsabfälle in Widerständen, angewendet werden.

Claims (1)

  1. PATENT ANSIR0CIIE: i. Anordnung zur Gewinnung der Unsymmetriekomponenten von Mehrphasensystemen, dadurch gekennzeichnet, daß zu einzelnen Spannungen des Mehrphasensystems eine oder mehrere Spannungen addiert werden, die aus einem rotierenden Umformer mit räumlich versetzten, festliegenden oder verdrehbar angeordneten Generatorwicklungen gewonnen werden. a. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der phasengedrehten Spannung durch zusätzliche Einrichtungen der nicht gedrehten Spannung proportional gehalten wird und der Proportionalitätsfaktor über Wechselstromvor- oder -nebenwiderstände eingestellt werden kann. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet,- daß zur Vermeidung mehrgliedriger Umformersätze bei der gleichzeitigen Messung mehrerer Meßgrößen eine Mindestzahl an Einzelmaschinen dadurch erreicht wird, daß diese mehrere Wicklungen oder sönstige für die Teilmessungen erforderliche Einrichtungen, wie Spaltpole, Sättigungswege u. dgl., erhalten. q. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Motorantrieb ein nach Art eines Zählers ausgebildeter Synchromnotor verwendet wird. 5. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in den Läufer- oder Ständerkreisen des Umformers feste oder veränderliche Wechselstromwiderstände eingeschaltet sind, durch die die Phasenlage der Hilfsspannung selbsttätig oder von Hand verändert werden kann. 6. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische, hydraulische oder mechanische Bremsvorrichtung vorgesehen ist, durch die das Kippmoment eingestellt werden kann, und daß das Aggregat im laufenden oder gekippten Zustand Kontakte betätigt, die zur Messung, Steuerung oder Regelung bei geordnetem oder gestörtem Betrieb dienen. 7. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein zusätzliches, drehzahlabhängiges Steuerorgan die Drehzahl des Umformersatzes überwacht wird und bei eingetretenen, einstellbaren Abweichungen von der Solldrehzahl Kontakte zur' Meldung, Steuerung oder Regelung betätigt werden, wenn diese Abweichungen mit dem Auftreten von Uns5mmetriesystemen (in .Strom oder Spannurig) verknüpft sind. B. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise noch ein zweites rotierendes System angeordnet ist, das die jeweilig der Frequenz entsprechende Drehzahl auf längere Zeit beibehält oder gemäß einer Sollfrequenz dauernd gleichförmig umläuft, und daß damit die jeweiligen oder dauernden Frequenzabweichungen oder beide auf elektrischem oder mechanischem Wege erfaßt werden, wenn diese Abweichungen mit dem Auftreten von Unsymmetriesystemen (in Strom oder Spannung) verknüpft sind:
DE1938O0023596 1938-05-31 1938-05-31 Anordnung zur Gewinnung der Unsymmetriekomponenten von Mehrphasensystemen Expired DE695168C (de)

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