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Einrichtung zur Anzeige oder Regelung von Betriebsgrößen eines Drehstromnetzes
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umwandlung dreiphasiger Spannungen in
zweiphasige, insbesondere zur Speisung von Spannungsreglern mit zwei Spannungsspulen,
und ermöglicht eine stets gleich gute Regelung, unabhängig davon, ob die Phasenbelastung
gleich oder ungleich ist.
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So lange die Belastung eines drei- oder mehrphasigen Stromkreises
symmetrisch ist, sprechen einphasig angeschlossene Einrichtungen wie Relais oder
Regler zuverlässig an und geben ein ausreichendes Bild des im Netz herrschenden
Zustandes. Sobald jedoch eine Unsymmetrie auftritt, z. B. durch Kurzschluß einer
Phase im dreiphasigen Stromkreis, steigt die Spannung der beiden anderen Phasen
eher an, als daß sie abfällt. Wenn nun ein Regler oder Relais an die Phasen angeschlossen
ist, deren Spannung ansteigt, wenn eine andere Phase kurzgeschlossen wird, so wird
eine falsche Anzeige bzw. eine Regelung in falscher Richtung erfolgen.
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Man hat diese Schwierigkeiten dadurch zu vermeiden gesucht, daß man
die einzelnen Spannungen der Phase gleichrichtet und einem oder getrennten Meßinstrumenten
zuführt oder mehrphasige Drehfeldmotoren anschließt und deren Drehmoment überwacht.
Beim Auftreten einer Unsymmetrie wird nämlich ein beträchtliches Gegensystem erzeugt,
das im Motor ein Gegendrehfeld erzeugt und somit das Drehmoment herabsetzt. Außerdem
hat man sog. Drehfeldscheider zur Aussiebung der symmetrischen Komponenten verwendet.
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Man kann ein beliebig verzerrtes Spannungsvektorbild eines Drehstromnetzes
bekanntlich aus .zwei gegenläufigen symmetrischen Komponentensystemen, einem Mit-
und einem Gegensystem, zusammensetzen. Bei Symmetrie der Spannungen eines Drehstromnetzes
ist das Gegensystem null. Nun ist für die Spannungsanzeige bzw. Regelung die Größe
des Mitsystems maßgeblich, der fälschende Einfluß der Verzerrungen durch das Gegensystem
ist möglichst auszugleichen. Dies gilt natürlich ebenso für andere Betriebsgrößen,
die mit der Spannung in Zusammenhang stehen, z.,B. die Leistung.
Alle
diese erwähnten Einrichtungen besitzen erhebliche Mängel: Gleichrichter bringen
beispielsweise Temperatur- und sonstige Fehler. Motoren, deren Drehmoment überwacht
wird, sind mit der erforderlichen Genauigkeit und-Empfindlichkeit nur schwer und
sehr teuer herstellbar. Drehfeldscheider müssen sehr sorgfältig abgestimmt und berechnet
werden. Außerdem besitzen sie einen hohen Wattverbrauch und nur eine geringe Ausgangsleistung,
wenn Fehler vermieden werden sollen. Ihre Arbeitsweise ist frequenzabhängig, da
sie Drosseln oder Kondensatoren als Phasenschiebungsmittel enthalten.
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Diese Nachteile vermeidet die Erfindung durch Schaffung einer neuen
und einfaclien Einrichtung, die billig in der Herstellung und exakt in der Arbeitsweise
ist.
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Erfindungsgemäß wird zur frequenzunabhängigen Erfassung einer mittleren
Spannung, die der Mitsystemspannung des Netzes ungefähr verhältnisgleich ist, eine
Skottschaltung für Transformatoren benutzt, deren zweiphasige Ausgangsspannung die
Meßspulen des Regel- oder Anzeigegerätes erregt.
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`''eitere Einzelheiten sollen an Hand der Abbildung näher erläutert
werden. Dort ist beispielsweise die Anwendung des Erfindungsgedankens bei Regler
i dargestellt, der einen Widerstand selbsttätig verstellt, der im Stromkreis der
Erregermaschine 4. einer Drehstrommaschine, beispielsweise eines Synchrongenerators
2 liegt. Die Maschine 2 hat einen normalen Erregerstromkreis, der aus einer Feldivicklung
3 und einer Erregermaschine ,4 besteht, deren Nebenschlußerregung durch einen veränderlichen
Widerstand geregelt wird, der in der Abbildung schematisch dargestellt und mit 5
bezeichnet ist. Der Widerstandsregler 5 kann von irgendeiner beliebigen Bauart,
beispielsweise ein Kohledrucl1-- oder Schiebewiderstandsregler sein. Der eingestellte
Widerstandswert wird hierbei über eine Stange 6 und eine Kurbel 7 von einer Achse
8 aus verstellt, auf die eine Feder 12 und über einen Arm 9 zwei Magnete io und
i i wirken. Die Magnetspulen sind so angeschlossen, daß im Normalfall beide Magnete
gleichsinnig u-irken und den Arm 9 in einer Richtung entgegengesetzt dem Uhrzeiger
zu drehen versuchen. Dieser Drehung wirkt die Feder 12 entgegen. Außerdem kann noch
eine Dämpferkammer 13 angeordnet sein, wobei die Dämpfung über eine federnde Verbindung
1q. an den Hebelarm 9 angreift.
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Die Wicklungen der Magnete i o und i i werden von Spannungen des Generators2
oder seiner Leitung 15 über zwei Spannungswandler 16 und 17 erregt. Diese
Transformatoren sind in T- oder sog. Skottschaltung untereinander verbunden.
Durch diese Schaltung wird ein symmetrisches Dreiphasensystem in ein ausgeglichenes
Zweiphasensystem umgeformt. Je eine Sekundärwicklung der Transformatoren ist dann
mit einer Magnetwicklung über je einen Reihenwiderstand 18 verbunden. Dieser Widerstand
kann so bemessen bzw. aus solchem Material hergestellt sein, daß sich Temperaturfehler
vermeiden lassen. Außerdem ist ein gemeinsamer veränderlicher Widerstand 19
für beide Stromkreise vorgesehen, um etwa notwendige Einstellungen oder Veränderungen
am Regler vornehmen zu können. Durch diese Art der Umwandlung eines Dreiphasensystems
in ein Zweiphasensystem werden Änderungen im Dreiphasensystem immer in der richtigen
Weise übertragen, gleichgültig, ob das Dreiphasensystem angeglichen ist oder nicht.
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Man könnte auch an Stelle der beiden hintereinandergeschalteten Wicklungen
der Magnete io und ii ein einziges auf das Meßsystem wirkendes Magnetsystem vorsehen,
das von den Spannungen beider Transformatoren beeinflußt wird. Bei einer Einrichtung,
wie sie in der Abbildung dargestellt ist, ist jedoch auch ein mechanischer Ausgleich
vorhanden, so- daß der Widerstandswert bei Schwankungen der räumlichen Lage des
Reglers sich nicht ändert. Hierdurch ist der Regler besonders für Schiffsanlagen
geeignet.