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Einrichtung zur Ermittlung der Phasenlage des einer unsymmetrischen
Belastung entsprechenden Gegensystemvektors Eine unsymmetrische Belastung in einem
Mehrphasennetz ruft bekanntlich eine Verzerrung in dem Spannungs- und Stromsystem
hervor, die das Entstehen zweier Drehsysteme, ein mitläufiges und ein gegenläufiges,
zur Folge hat. Der Vektor des Gegensystemsentspricht dabei der unsymmetrischen Belastung.
Will man diese durch Ausgleichskreise beseitigen, dann muß nicht nur die Größe des
Gegensystemvektors, sondern auch dessen Phasenlage berücksichtigt werden. Die Erfindung
hat sich daher zur Aufgabe gemacht, diese Phasenlage durch ein Gerät eindeutig anzuzeigen.
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Dies geschieht durch die Verwendung eines nach Art eines Asynchronmotors
ausgebildeten Anzeigegerätes oder Relais, dessen eine Wicklung in bekannter Weise
mehrphasig ausgebildet und von der Netzspannung mehrphasig gespeist wird, während
die zweite Wicklung nach der Erfindung: über einen Drehfeldscheider von einem dem
Gegensystem proportionalen Strom gespeist wird, so daß die Läuferstellung der vektoriellen
Lage des Stromgegensystems entspricht.
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Es ist bereits eine Einrichtung zum Messen der Unsymmetrie eines
Drehstromsystems bekannt, welche jedoch nicht die Phasenlage des einer unsymmetrischen
Last entsprechenden Stromgegensystemvektors gegenüber gegenüber dem Spannungs dreieck
sichtbar macht, sondern auf dem Vergleich mit einer bekannten Unsymmetriegröße beruht.
Diese Einrichtung besteht aus einem mit synchroner Drehzahl angetriebenen Asynchronmotor,
dessen Läuferwicklung geöffnet ist. Die Ständerwicklungen dieser Maschine werden
von den Strömen der drei Phasen des zu messenden Systems durchflossen. Die zwischen
zwei Schleifringen des Läufers auftretende und nur von dem gegenläufigen Stromsystem
erzeugte Spannung kann dann für die Messung benutzt werden.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung bei2 spielsweise veranschaulicht.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. I ist die Verwendung einer derartigen
Vorrichtung zum Steuern von Ausgleichskreisen dargestellt, die die unsymmetrische
Last des Netzes kompensieren, gleichgültig, in weicher Phase des Netzes diese Last
auftritt. Mit I ist ein Transformator bezeichnet, dessen Phasen verschieden, durch
Lichtbogenschweißwiderstände beispielsweise, belastet werden können.
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Es besteht im Netz die Aufgabe, in allen Fällen dafür zu sorgen, daß
die auftretende
Last auf alle Phasen gleichmäßig verteilt wird.
Zu diesem Zweck werden Ausgleichskreise 1 1 verwendet, die durch die Vorrichtung
der Erfindung geregelt werden. Diese Vorrichtung besteht aus einem nach Art eines
Asynchronmotor gel)auten Dreh system 5, dessen Primärwicklung, dreiphasig ausgebildet
und über einen Wandler an das Netz augeschlossen ist. während die Sekundärwicklung
über einen Drehfeldscheider 2 vom Netzstrom l>eeinflußt wird. Der Drehfeldscheider
besteht aus den Ohmschen Widerständen 25, 26 und der Tncluktivität 27 sowie einem
Instrument 3. an dem die Größe des mitläufigen Stromsystems der Last abgelesen werden
kann. Die an sich bekannte Schaltung liefert unter der Voraussetzung eines gegen
den Widerstand 25 vernachlässigbaren Widerstandes des Instruments 3 und eines vernachlässigbaren
Widerstandes des Rotors 4 einen Strom J1 im Instrument. der der Gleichung genügt
Dieser Strom entspricht der Größe nach dem auf den Strom im Leiter R des unsymmetrisch
belasteten Netzes bezogenen Mitsystem
eilt diesem jedoch um 600 nach.
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Für den Strom im Rotor 4 gilt analog
J entspricht der Größe nach dem auf den Strom im Leiter R des unsymmetrisch belasteten
Netzes bezogenen Gegensystem
eilt diesem jedoch um 60° voraus. Unter der Voraussetzung, daß die Scheinwiderstände
von Rotor 4 und Instrument 3 nach Größe und Phase (Z £j) übereinstimmen, geht Gleichuiig
(IA über in
und Gleichung (3) über in
Die Gleichungen (, ) und (6) gehen für Z=o in die Gleichungen (I) und (3) fieber,
die sich vom Mit- und Gegensystem (2) bzw. (3) nur durch die Vektorlage unterscheiden.
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Nachprüfungen zeigen, daß bei Z < R die Abweichungen von (5) und
(6) gegen (I) und (3) vernachlässigbar gering sind.
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Es ist also zu ersehen, daß in der Rotorwicklung4ein Strom auftritt,
der dem Gegensystem nach Größe und Phasenlage entspricht.
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Dieser Einphasenstrom bedingt ein Wechselfell, das sich in zwei gegenläufige
Drehfelder zerlegen läßt. Der Rotor nimmt daher eine derartige Stellung ein, daß
die Achse des statorseitigen Drehfeldes und des gleichsinnigen Rotordrehfeldes zur
Deckung kommen.
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Da diese Drehfelder synchron umlaufen, steht der Rotor im Raum still
und dreht sich nur nach Maßgabe einer Veränderung der vekto riellen Lage des dem
Gegen system der Netzlastströme proportionalen Stromes. Die Stellung des Zeigers
6 des Rotors 4 entspricht demnach der vektoriellen Lage des Gegensystems.
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Es ist nun zu berücksichtigen, daß der Winkel zwischen der festen
Spannung an einer Einphasenlast und den Ausgleichsspannungen, die zwecks Beseitigung
der Unsym-. metrie Ausgleichskreise speisen, der Beziehung a = (o° oder I800) +
450 + L 2 genügen muß. + bzw. 450 gilt für einen kapazitiven bzw. induktiven Ausgleichskreis,
+ bzw. - fB gilt für kapazitiven bzw. ininduktiven Leistungsfaktor der Einphasenlast.
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Bei einer vorgegebenen Einphasenlast läßt sich der Winkel a sofort
angeben, so daß die über Drehregler oder Stufentransformatoren in ihrer vektoriellen
Lage regelbaren Ausgleichsspannungen leicht eingestellt werden können.
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Es ist ferner bekannt, daß sich die Aus gleichsspannungen gleichsinnig
um den Winkel drehen müssen, wenn sich der Stromgegensystemvektor JG (RJ um den
Winkel y dreht.
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Versieht man daher die Welle des zweipoligen Drehorgans 5 mit einer
Übersetzung 2: I, so gibt der mit der Welle unmittelbar verbundene Zeiger 6 die
Richtung des Laststromgegensystems, ein mit der über ein Getriebe 7,1 7bJ 7c untersetzten
dritten Welle verbundener Zeiger, die für die Symmetrierung erforderliche Richtung
der kapazitiv oder induktiv belasteten Ausgleichsspannung an. Mit 8 ist derjenige
Zeiger bezeichnet, der die Ausgleichsspanung beispielsweise eines kapazitiven Ausgleichskreises
regeln soll. Ist gleichzeitig noch ein induktiver Ausgleichskreis vorgesehen, der
gleichsinnig wie der
kapazitive Kreis geregelt wird, so ist diesem
der Zeiger 8' zugeordnet, der die Phasenlage der Spannung dieses Ausgleichskreises
angibt. Die Spannung des induktiven Kreises ist gegen die Spannung des kapazitiven
Kreises um go0 verschoben, entsprechend steht der Zeiger 8' auf dem Zeiger 8 senkrecht.
Der Zeiger 8 arbeitet mit einem Kontaktsystem 9, 10 zusammen, das- über ein elastisches
Glied von dem Spannungsregler gesteuert ist. Die Steuerung erfolgt jeweils dann,
wenn der Zeiger 8 an einem der Kontakte g oder 10 anliegt.
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Dreht sich also der Laststromgegensystemvektor um den Winkel y, der
durch den Zeiger 6 angegeben wird, so dreht sich der Zeiger 8 gleichsinnig um den
Winkel 2 und verschiebt dadurch die Kontakteg und I0, von denen sich einer an den
Zeiger 8 anlegt. Dadurch erfolgt eine Drehung der Ausgleichsspannungen im positiven
oder negativen Sinne, bis der Zeiger 8 wieder zwischen den Kontakten g und 10 spielt,
die ihrerseits über die federnde Verbindung 23 (Abb. 2) von der Welle des Drehreglers
24 dem Zeiger 8 nachgedreht werden.
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Zur richtigen Symmetrierung ist es jedoch nicht nur erforderlich,
die Phasenlage der Ausgleichsspannungen zu beeinflussen, sondern auch deren Größe.
Diese muß der Gleichung genügen
wenn mit UA die Größe der Ausgleichsspannung, mit JGIRI die Größe des Lastgegensystems,
bezogen auf die Phase R, bezeichnet ist. Zu diesem Zweck ist eine weitere Regeleinrichtulig
I6 vorgesehen, die die Spannungshöhe des Gegensystems mit der Größe der Ausgleichsspannung
vergleicht. Die Vorrichtung I6 besteht aus einem Waagebalken, auf den über eine
Spule I5 der von dem Drehfeldscheider 2 gelieferte Strom des Gegensystems einwirkt,
während die Wicklung 14 von einem Strom durchflossen wird, der dem Gegensystem der
Ausgleichsströme entspricht und von einem Drehfeldscheider I2 geliefert wird.
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Dieser Drehfeldscheider enthält ein Instrumeint 13, das die Größe
des von der Symmetrierungseinrichtung aufgenommenen Mitsystems mißt. Der bewegliche
Kontakt des Regelorgans 16 kommt demgemäß mit den Kontakten I7 und I8 dann in Berührung,
wenn beide Gegensysteme nicht miteinander übereinstimmen, und gibt dadurch einen
Regelimpuls in der einen oder anderen Richtung, der auf die Verstellung der Ausgleichsvorrichtung
1 1 einwirkt.
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Die Ausgleichsvorrichtung II kann beispielsweise aus einem Doppeldrehregler
bestehen, dessen Statoren dreiphasig an das Netz angeschlossen sind, während die
Rotoren,zweiphasig ausgebildet und einmal über eine Kapazität, das andere Mal über
eine Induktivität miteinander verbunden sind. Durch gleichsinniges Verdrehen der
Läufer wird der Phasenwinkel des Gegensystems und durch entgegengesetztes Verdrehen
seine Größe stetig verändert. Die Verstellbewegungen können auch getrennt, beispielsweise
die gleichsinnigen an den Rotoren, die gegensinnigen an den Statoren. vorgenommen
werden.
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Die Kontakte 8, 9 und Io steuern demnach eine gleichsinnige Verdrehung
der Rotoren, die Kontakte 17 und I8 eine gegensinnige.
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Damit beide Steuerkommandos sich nicht gegenseitig stören, ist es
zweckmäßig, die die Vektorenlage der Ausgleichsspannungen beeinflussende Regeleinrichtung
mit einer größeren Regelgeschwindigkeit zu betreiben. Die Kontakte 17 und 18 werden
demnach entweder nur mit Verzögerung betätigt, oder der durch diese Kontakte gegebene
Regelimpuls wird verzögert ausgeführt.
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An Stelle der Drehregler kann auch ein Regeltransformator verwendet
werden, der sich aus zwei Teiltransformatoren zusammensetzt. Der erste dieser Teiltransformatoren
besitzt eine Stufenregelung zwischen Null und der vollen Betriebsspannung und gestattet
demnach, die Größe der Ausgleichsspannung einzustellen. Der zweite besitzt zwei
in Stern geschaltete 5 ekundärwicklungen, und zwar eine mit getrenntem, eine mit
geschlossenem Nullpunkt, so daß Teile der offenen Wicklung mit der anderen Sternwicklung
derart zusammengesetzt werden können, daß zwei um go0 gegeneinander versetzte, dem
Regeltransformator entnommene Spannungen um volle 3600 gedreht werden. Auch mit
Hilfe einer derartigen Einrichtung kann man demnach sowohl die Größe als auch die
Phasenlage der Ausgleichsspannungen beeinflussen.
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In der Abb. I ist ein weiterer Drehfeldscheider 19 angeordnet, der
die Größe des restlichen Gegensystems und damit die Genauigkeit der Regelung abzulesen
gestattet.
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An Stelle des Drehfeldscheiders I9 kann durch eine Kunstschaltung
20 mit den Instrumenten 21 und 22 erreicht werden, daß die Größe des Mitsystems
(Instrument 21) und die des Gegensystems (Instrument 22) gemessen werden.
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Die erste Einstellung der Regelvorrichtung kann beispielsweise derart
erfolgen, daß der Zeiger 8 diejenige Stellung erhält, daß er bei einem Minimum des
Ausschlages am Instrument oder dem von dem Drehfeldscheider 19 gespeisten Instrument
keine Regelimpulseherbbiführt.
Sind diese Instrumente nicht vorgesehen,
dann muß man bei der Einstellung von folgenden Überlegungen ausgehen: Die Lage des
Stromgegensystemvektors ist für reine Einphasenlast bekannt. Beispielsweise liegt
der auf JR bezogene Gegensystemvektor JGrR bei Belastung der verketteten Spannung
UST des Drehstromsustems mit einer reinen Wirklast in Richtung der Sternspannung
UR.
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Ein Ausgleichsgegensystemvelitor der die Symmetrie herstellen soll,
muß dem von der Eluphasenlast herrührenden Gegensystemvektor entgegengesetzt gleich
sein. Die vektorielle Lage der Ausgleichsspannungen ist bei vorgegel)eller Einphasenlast
nach der Beziehung für z gleichfalls bekannt.
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Belastet man daher die Anlage zwecks Justierung des Drehorgans einphasig,
so hat man den mit dem Rotor verbundenen Zeiger 6 in jene Richtung zu stellen, in
die der Lastgegensystemvektor unter Berücksichtigung des Leistungsfaktors der Einphasenlast
und der Umspannerschaltung fällt, die rechnerisch ermittelt werden kann. Analoges
gilt für die Zeiger 8 und 8', die in die zugehörige Richtung der Ausgleichsspannungen
zu stellen sind. Bei beliebiger Unsymmetrie stellt sich sodann der Zeiger 6 bei
einem zweipoligen Drehorgan jeweils in die Richtung des Gegensvstemvektors und die
Zeiger 8 und 8' in die Richtung der zugehörigen Ausgleichsspannungen. Will man gleichzeitig
neben den Mit-und Gegensystemen die Stromwerte der einzelnen Phasen ermitteln, dann
kann man hierfür die Schaltung der Abb. 3 wählen. In dieser ist der Drehfeldscheider
2 an drei Stromwandler in hekannter Weise derart angeschlossen daß gleichzeitig
der Anschluß von drei Strommessern 30, 3I, 32 für die Dreiphasenströme sowie eines
Strommessers 33 für den Nullpunktstrom möglich wird. r n N A N 5 Pl? 1; cii L I.
Einrichtullg zur Ermittlung der Phasenlage des einer unsymmetrischen Belastung entsprechenden
Gegensystemvektors mittels eines asvnchronmotorähnlichen Anzeigegerätes oder Relais,
dessen eine mehrphasige Wicklung von der Netzspannung mehrphasig gespeist wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, vorzugsweise einphasige Wicklung des nicht
ständig umlaufenden Gerätes über einen Drehfeldscheider o. dgl. mit einem dem Gegensystem
der Netzströme proportionalen Strom gespeist wird, so daß der Läufer des Gerätes
eine der vektoriellen Lage des Stromgegensystems entsprechende Stellung einnimmt.