DE913559C - Anordnung zur Spannungsregelung von Synchronmaschinen - Google Patents

Anordnung zur Spannungsregelung von Synchronmaschinen

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DE913559C
DE913559C DES3379D DES0003379D DE913559C DE 913559 C DE913559 C DE 913559C DE S3379 D DES3379 D DE S3379D DE S0003379 D DES0003379 D DE S0003379D DE 913559 C DE913559 C DE 913559C
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DE
Germany
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current
transformer
primary
rectifier
voltage
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Expired
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DES3379D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Hermann Harz
Dr-Ing Helmut Jacobi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/38Self-excitation by current derived from rectification of both output voltage and output current of generator

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  • Anordnung zur Spannungsregelung von Synchronmaschinen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Spannungsregelung von Synchronmaschinen mit Hilfe eines Gleichrichters. (Entladungsgefäß), der die Erregerwicklung der Synchronmaschine aus dem Wechselstromnetz unmittelbar oder mittelbar speist.
  • Nach denn Patent 648 302 ist der Transformator des Gleichrichters mit einem von, der Belastung der Synchronmaschine unabhängigen Scheinwiderstand in Reihe geschaltet, dessen Leistung ein Vielfaches der über ihn an den Gleichridh,tertransformator gelieferten Leistung ist. Dem Gleichrichtertransformator kamn dabei über einten Compoundtran:sformator noch der Strom der Synchronmaschihe überlagert werden, der eine selbsttätige Verstärkung der Erregung bei Belastung (Aufhebung der Ankerrückwirkung) bewirkt. Das diesen Schaltungen gemeinsame Prinzip ist in Fig. i für das Beispiel eines Drehstromgenerators nochmals dargestellt. Mit i ist der Generator angedeutet, mit z als Gleichrichter ein Entladungsgefäß, mit 3 dessen Transformator. Die spannungsabhängige Stromkomponente 11 wird durch dem Strom eines. Scheinwiderstandes, angedeutet ist eine Drossel q., gebildet und über den Stromtransformator 5 abgenommen; ein zweiiteir Stromtransformator 6 Iiefert, vom Generatorstrom abgenommen, die Last-Strom-Komponente J2. Die Drosselleistung ist ein Mehrfaches der durch den Stromtransformator 5 entnommenen Wirkleistung; ebenso ist die Generatorleistung groß gegenüber der durch dien Stromtransformator 6 entnommenen Leistung, so daß eine gegenseitige Beeinflussung der Stromkomponenten bei dar Überlagerung im Gleichrichter 2 nicht stattfinden. kann.
  • In Fig. 2 ist ein Zeigerdiagramm dargestellt, das die Generatorspan.nung U und den Generatorstrom J bei induktiver Belastung unter einem Phasenwinkel (p zeigt sowie die der Generatorspa..nnumg U unter 9o° .nacheilende Stromkompo@nent°_ J1, die mit leim Generatorstrom. J phaseingleiche Stromkomponente J2 sowie die geometrische; Summe J12 aus 11 und J2. Fig. 3 zeigt, wie die Größe dieser Summe J12 sich ändert, wenn der Generator von Leerlauf zu Vollast übergeht oder wenn bei konstantem Vollaststrom der Phasenwinkeil rp sich von o bis 9o° ändert. Diese Darstellung zeigt auch, daß die Stromsumme J12, die im Gleichrichtertransformator auftritt und für die Größe des Errege.rstrümes wie auch für die Phasenlage des Anodenstromes maßgebend ist, je nach der Belastung des Generators. verschiedene Phasenlage gegenüber der Geineratorspannung haben kann: und daß der Winkel zwischen U und. J12 sogar dann, sich ändern kann, wenn der Generatorstrom bei konstantem Leistungsfaktor cos T sich ändert. Bei Generatoren normaler Bauart, bei denen der Erregerstrom bei Nennstrom und cos cp-o sich zum LeerlaufeTrege.rstrom etwa wie 2 : i verhält, kann sich der Strom J12 im ganzen Belastungsbereich des Generators mit den Grenzen cos (p =i und cos (p =o (induktiv) in einem Bereich vorn insgesamt rund 45°, d. h. gegenübeir der Generatorspannung von rund 45 bis 9o°, verdrehen.
  • Bei allen, diesen Regelungen, die sich durch die Größe des Compoundierungsgrad#es unterscheiden, beträgt bei normal gebauten Maschinen die allein durch die Compounderregung mit zwei Stromkomponenten ohne jede zusätzliche Regelung eirzielte Genauigkeit der zu regelnden Größd (Spannung bzw. Blindlast bzw. Leistungsfaktor) wenige Prozent positiver oder negativer Abweichung. In manchen Fällen, wird diese Genauigkeit für den. Betrieb genügen; in vielen Fällen jedoch ist darüber hinaus- eine Feinregelung für dien Betrieb unerläßlich. Zu diesem Zweck wurde bereits die Gittersteuerung des Gleichrichtergefäßes vorgeschlagen. Es ist nach Vorstehendem klar, daß die Gittersteuerung dabei stets nur einen kleinen Regelbereich (den Korrekturbereich der Fein-Aus,-Regelung) zu überstreichen hat, also unter besonders günstigen Voraussetzungen arbeitet. Bei der Anordnung nach Fig. i der Zeichnung kann man, die Größe des dein Synchrongenerator zugeführten Erregerstromes nicht ohne weiteres mit Hilfe einer normalen Gittersteuerung an dem Gleichrichter 2 regeln, da der Strom am Gleichrichter durch den Scheinwiderstand 4 und durch den Scheinwiderstand der Synchronmaschine i vorgeschrieben wird. Eine Gittersteuerung würde nur die primäre Spannung des Gleichrichtertra:nsformators und den Leistungsfaktor der aus dem Netz entnommenen Leistung verändern. Dementsprechend sind in den Patenten 703970 und 7o6 457 besondere Schaltungen beschrieben, die eine Regelung des. Erregerstromes des Generators mit Hilfe der Gittersteuerung am Erregergleichrichtertransformator gestatten. Fig. 4 der Zeichnung zeigt eine ähnliche Schaltung. Es darf stets nur ein Teil der vorhandenen. Anoden, des Gleiichrichters gesteuert werden, beispielsweise von sechs vorhandenen. Anoden eines Gefäßes nur drei, -,vie dargestellt, oder von mehreren. vorhandenen Gefäßen nur ein Teil deir Gefäße. Bei allen diesen Schaltungen wechseln sich die ungesteuerten, und gesteuerten Anoden in der Stromführung dauernd ab, und zwar arbeitest innerhalb einer Halbperiode jeder Strom- bzw. Spannungsphase stets zuerst allein. eine urigesteuerte, (wobei die gesteuerten Anoden gesperrt sind) und danach nach Aufheben der Gittersperrung eine gesteuerte Anode.
  • Bei der Schaltung nach FG. 4 arbeiten nur die ungeste:uerten Anoden 7 des Gledchrichtergefäßes 2 auf den Nutzkreis (inunserem Beispiel die Erregerwicklung des Generators i), während. die gesteuerten Anoden 8 auf einen vollkommen getrennten Parallelkreis arbeiten, der gleichstromseitig einen einstellbaren Widerstand 9 enthalten. oder kurzgeschlossen sein kann; die gesteuerten. Aboden.8 sind an ein Trans.formatorwicklungssystem io des Gleichrichtertra:ns.formators 3 angeschlossen" das von dem Wiicklungssystam i i der unge@steuerten Anoden, 7 elektrisch ganz getrennt ist, aber magnetisch mit jenem durch Anordnung auf dienselben, Tra:nsformatorschenkeln gut verkettet ist. Zunächst sind die, gesteuerten Anoden. 8 gesperrt, und es brennt eine: urigesteuerte. Sobald die gesteuerten Anoden freigegeben werden, übernehmen eine oder mehrere, gesteuerte Anoden, die gerade positive Spannung führen., teilweise oder ganz den Strom für den restlichen Teil der begonnenen Halbperiode, je nach dem Wert des Widerstandes im Parallelkreis g. Der ganze Strom wird vom Parallelkreis übernommen, wenn sein Widerstand Null ist. Während dieses zweiten Teiles der Halbperiode sinkt des Magnetisierungszustand des ganzen Transformators a1>.
  • Sobald die Spannung der nächsten urigesteuerten Anode größer als die der gerade stromführenden gesteuerten wird, übernimmt erstere allein den Strom, und der Transformatorfluß steigt wieder auf den früheren Wert usw. Der Strom wechselt also ständig zwischen dem Nutzkreis und dem Parallelkreis (Kurzschlußkreis) hin und. hqr. Der Nutzgleichstrom ist bei Teilaussteuerung gleich dem Mittelwert aus den zeitlich unterbrochenen, im Kreis fließendien Stromfetzen. Durch Verschieben der Lage des Zündzeitpunktes wird der zeitliche Anteil für die beiden Stromkreise gegeneinander und damit der Mittehvert des Nntzstromcs geändert. Beim Höchstwert des Nutzstromes brennen nur die urigesteuerten Anoden, die gesteuerten sind ganz gesperrt. Im anderen Grenzfall brennen nur die gesteuerten Anoden, der Kleinstwert des Nutz-' stromes ist Null.
  • Nah verwandt mit dieser beschriebenen ist die Wirkungsweise der in Fig. 5 dargestellten. Schaltung. Auch hier wechselt die Größe des Nutzstromes innerhalb jeder Halbperiode bei Teilaussteuerung zwischen einem kleinsten und eii.nem größten Wert. hin und her, welche gleichzeitig die Grenzwerte des Nutzstromes bei Vollaussteuerung bzw. Aussteuerung Null darstellen. Bei dieser Schaltung aber arbeiten alle Anoden auf den Nutzkreis. Die gesteuerten Anoden 8 sind an höhere Wendungszahlen der Gleichrichtertransformatorsekundärwicklung angeschlossen als die umgesteuerten Anoden 7, führen daher höhere Spannung als letztere, dagegen kleineren Strom, da ja der primär zugeführte Strom und die primären Amperewindungen konstant vorgegeben sind. Bei Freigabe der gesteuerten Anoden innerhalb einer Halbperiode übernimmt eine gesteuerte Anode den Strom voni der igerade, Strom führenden umgesteuerten vermöge ihrer höheren Momentanspannung und gibt ihn erst wieder an eine unges.teuerte ah, wenn deren Momentanspannung größer als die der gesteuerten wird. Der Strom tanzt also auf und ab zwischen einem größten Wert (bei Betrieb der umgesteuerten Anoden) und einem kleinsten (bei Betrieb der gesteuerten Anoden); ebenso ändert sich der Magnetisierungszu-stand des Transformators dauernd zwischen einem Kleinst- und einem Größtwert. Der Gleichstrom entspricht bei Teilaussteuerung wieder einem Mittelwert aus beiden. Grenzwerten; die Größe des Mittelwertes kann mit der Phasenlage der Steuerimpulse, d. h. mit der anteiligen Zeitdauer der Stromführung der beiden Anodengruppen, geändert werden. Während bei der Schaltung Big. 4 der Kleinstwert des Gleichstromes Null war, der Nutzstrom also auch bis Null herabgeregelt werden konnte, ist bei der Schaltung Fig. 5 der Kleinstwert des Nutzstromes ein positiver endlicher Wert, bei letzterer Schaltung ist also auch der Steuerbereich kleiner als bei der Schaltung Fig.4. Es wurde aber oben schon. gezeigt, daß in der Stromschaltung mit Zusammensetzung des Nutzstromes aus zwei «Techselstromkomponenten überhaupt nur noch ein sehr kleiner Feinregelbereich nötig ist, so daß der Regelumfang bei der Schaltung Fig. 5 vollauf genügt. Bei der Schaltung Fig.5 sind die Wicklungen der gesteuerten und der umgesteuerten Anoden getrennt, so d@aß, beispielsweise bei sechs Anoden., eine sechsphasige Sternschaltung entsteht.
  • Bei allen diiesen Schaltungen -ist die Anwendung von Glättungskondensatoren zweckmäßig, welche gleichstromseitig oder wechselstromseitig hier auf der Transformatorprimär- oder -sekundärseite angeschlossen werden können..
  • Die Erfindung bezieht sich nun auf eine besonders zweckmäßige Erregung der Steuergitter an dem die Erregerwicklung der Synchronmaschine speisenden oder für diese Speisung dienenden Gleichrichter. Erfindungsgemäß ist die zur Herstellung der Gittersteuerung dienende Eingangsspannung oder der Eingangsstrom des Gittersteuergerätes proportional dem Primär- oder Sekundärstrom des Gleichrichtertransformators, so daß sie der bei wechselnder Generatorbplastung gegenüber der Generatorspan.nung sich ändernden Phasenlage des Primär- oder Sekundärstromes des Gleichrichtertrans.formators folgt.. Während nun in einer bisher üblichen Spannungsschaltung die Eingangsspannung des Steuertra.nsformatoTs ohne weiteres von der Generatorspannung abgenommen werden konnte, ist dies bei Stromschaltung nicht zweckmäßig, das ja, wie oben gezeigt, der Transformatorprimärstrom und der Anodenstrom bei wechselnder Generatorspannung ihre Phasenlage gegenüber der Generatorspannung ändern. Wenn nun die Steuerimpulse die Phasendrehung des Anodenstromes nicht mitmachten, würde man einen beträchtlichen Teil des zur Verfügung stehenden Steuerbereiches von vornherein verlieren; mach den obigen Ausführungen würde der Verlust. am Steuerbereich etwa 45 elektrische Grade betragen, so da.ß für den ausnutzbaren Teil nur noch. wenige Grade oder gar kein Steuerbereich, mehr zur Verfügung stehen. würden.
  • Bei der Anordnung nach der Erfindung wird also das Steuergerät stromabhängig gespei&t von einerSpannung, die von einem demTransformatorstrom J12 in der Phasenlage folgenden Strom i12 gebildet wird. Hierzu kam. der Strom i12 entweder in einen Widerstand geschickt werden, an dem ein Spannungsabfall abgegriffen und denn Steuertransformator als Eingangsspannung zugeführt wird, oder der transformatorisch gebildete Strom i12 wird dem Steuertransformator unmittelbar zugeführt. In letzterem Fall muß nun, da der Strom i12 mit der Generatorbelastung sich ändert, der Steuertransformator eine sich. ändernde Eingangsleistung und -spannung ohne Verlagerung der Zündzeitpunkte aufzunehmen, in der Lage sein, was siech praktisch. leicht urreichem lä,Bt.
  • Die in. den Fig. 6 bis 8 dargestellten An,wenrdungsbeispiele sollen den Gedanken der Erfindung näher erläutern. Man kann, wie in Fig. 6 dargestellt, den Strom i12 dadurch bilden:, daß man zu den Kreisen der Komponentenströme 1, und J2 Parallelkreise für entsprechend kleinere Leistung für die Speisung des Steuergerätes 1a aufbaut. Die beiden Komponenten il und i2 zur Bildung des Stromes i12 «-erden dabei über zwei kleine Stromtransformatoren 5' und 6' entnommen, und zwar il vom Strom einer kleinen Drossel 4' und i2 unmittelbar vom Generatorstrom. Der Spartransformator 3' dient nur zur Überlagerung der beiden Komponenten il und i2. Der Strom i12 ist dann, sowohl elektrisch, als auch in der Art der Entstehung ein genaues Abbild des Stromes J12.
  • Einfacher ist es, wie in Fig.7 gezeigt, dein Strom i12 direkt transformatorisch von J12 abzuleiten, und zwar ist dies in vielen Fällen möglich durch einen kleinen. Transformator 13, der in den Sternpunkt der Primärwicklung des Gleichrichtertransformators 3 eingeschaltet ist und zweckmäßig bei Drehstrom auch dreiphasig ausgedührt wird. Diese Transformatoranordnung ist allerdings nur dann zweckmäßig, waren denn Gleichrichtertransforma@tor außer den Stromkomponenten J1 und J2 kein anderer Strom (etwa der Strom von Kondensatoren) zugefü rt wird, welcher letzteres den Transformatorstrom stark verzerren kann gegenüber der Sinusform. Wenn, dies der Fall ist, kann der Strom il, erfindungsgemäß in einfacher Weise in der in Fig. 8 dargestellten Welse hergeleitet werden; ein kleiner Stromtransformator 1q., der für die Eingangsleistung des Steuertransformators bemessen ist, besitzt in jeder Phase drei Wicklungen; die beiden Primärwicklungen 15 und 16 werden von. den Stromkomponenten J1 und J., durchflossen vor ihrer Einführung in den Gleichrichtertransformator 3, während die Sekundärwicklung 17 den Summenstrom i12 an den, Steuertransformator abgibt. Die beiden Primärwicklungen 15 und 16 können durch eine einzige ersetzt werden, wenn man, die Sternpunkte der Sekundärwicklungen der beiden, Stromtransformatoren 5 und 6 auflöst, sie, gemeinsam über diese Primärwicklung des Transformators 14 führt und hinter diesem zu einem neuen gemeinsamen Sternpunkt vereinigt.
  • Da die Primärströme J1 und. 12 erzwungen werden, und da die für die Steuerung entnommene-Leistung und damit auch der Spannungsabfall ain der Primärseite,- der beschriebenen, Stromtransformatoren, 5', 6' in Fig. 6 bzw. 13 in Fig. 7 bzw. 14 in Fig. 8 klein ist gegenüber der gesamten zugeführten Gleichrichterleistung, sind Kopplungserscheinungen zwischen Anodenspannung und Steuerung in, diesen Schaltungen, nicht zu befÜrchten. Die geschilderte Erfindung bringt den Vorteil, bei Stromschaltungen den ganzen zur Verfügung stehenden: Steuerbereich für die Gittersteuerung ungestört voll ausnutzen. zu können:, und den weiteren Vorteil bei den erwähnten compoundierten Schaltungen, wo nur ein kleiner Steuerbereich zur Feinregelung erforderlich, ist, daß dieser Steuerbereich in das günstigste Gebiet geschoben werden kann, wo die Ausnutzung des Gefäßes bzw. des Gleichrichtertransformatons am günstigsten ist und wo die kleinste Steuerleistung, also auch die kleinste Reglerleistung für die selbsttätige Sehnellreglereinrichtung zur Regelung des Vormagnetisierungs.tromes. des. Steuertransformators benötigt wird.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Spannungsregelung von Synchronmaschinen mit Hilfe eines mit Gittersteuerung arbeitenden Gleichrichters, der die Erregerwicklung der Synchronmaschine aus .dem Wechselstromnetz speist, und bei der der Transformator des Gleichrichters mit einer von der Belastung der Synchronmaschine unabhängigen Scheinwiderstand in Reihe geschaltet ist, dessen Leistung ein Vielfaches der über ihn an den Gleichrichtertransformator gelieferten Leistung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Herstellung der Gittersteuerung dienende Eingangsspannung oder der Eingangsstrom das Gittersteuergerätes proportional dem Primär- oder Sekundärstrom des Gleichrichtextransformators. ist, so daß sie der bei wechselnder Generatorbelastung gegenüber der Generatorspannung sich ändernden Phasenlage des Primär- oder Sekundärstromes des Gleichrichtertransformators folgt. a. Anordnung nach Anspruch. i, dadurch gekennzeichnet daß einerseits der von. einem Stromtransformator gelieferte Belastungsstrom des Synchrongenerators, andererseits dar Strom eines von der Netzspannung gespeisten unabhängigen Scheinwiderstandes in. einem zweckmäßig als, Spa:rtraus,formator ausgebildeten Transformator überlagert werden und der resultierende Strom durch eine diesem Strom proportionale Spannung dem Steuergerät zugeführt werden. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zweckmäßig in den primären Sternpunkt des Gleichrichtertransformators ein Stromtransformator eingeschaltet ist, dessen dem Primärstrom proportionaler Sekundärstrom oder Sekundärspannung das Steuergerät speist. 4. Anordnung nach Ansprueh. i, bei der der Gleichrichtertransformator von zwei Stromtransformatoren gespeist wird, von denen der eine die belastungsabhängige, der zweite die belastungsunabhängige Erregerkomponente liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen dieser beiden Stromtransformatoren an den dem Gleichrichtertransformator abgekehrten Enden in Stromüberlagerung die Primanwü:cklung einfies Stromtransformators speisen, dessen, dem Primärstrom proportionaler Sekundärstrom oder Sekundärspannung das Steuergerät speist. 5. Anordnung nach Anspruch. i, dadurch gekennzeichnet, daß in die beiden, primären, Zuleitungen zum Glaichrichtertransformator, über die einerseits die von :der Belastung abhängige, andererseits. die von der Belastung unabhängige Erregerkomponente zugeführt werden, zwei Primär«#icklungen. eines Stromtransformators eingeschaltet sind, dessen Sekundärwicklung mit einem dem primären Summenstrom proportionalen Strom oder Spannung das Steuergerät speist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1038643B (de) * 1954-02-15 1958-09-11 Licentia Gmbh Spannungsregeleinrichtung mit Stoergroessenaufschaltung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1038643B (de) * 1954-02-15 1958-09-11 Licentia Gmbh Spannungsregeleinrichtung mit Stoergroessenaufschaltung

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