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Einrichtung zur Erzeugung von Drehstromenergie, deren Spannung phasentreu
zu einer primären Steuerspannung liegt Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur
Erzeugung von Drehstromenergie, deren Spannung phasentreu zu einer primären Steuerspannung,
insbesondere hoher Frequenzkonstanz liegt.
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Für Fernseheinrichtungen sind Dreiphasenstromversorgungsanlagen erforderlich,
deren Spannung phasentreu einer primären Steuerspannung von höchster Frequenzkonstanz
angepaßt sein muß. Diese Steuerspannung wird einem Schwingquarzgenerator entnommen,
welcher nach mehrmaliger Frequenzverteilung genau z. B. 5o Hz erzeugt. Die Frequenz
solcher Generatoren ist bis auf relative Abweichungen von 1o-6 .... 1o-7
konstant, während die Frequenz eines örtlichen Stromversorgungsnetzes, aus dem die
Energie durch rotierende Umformer entnommen wird, nur eine Frequenzkonstanz etwa
1o-2 aufweist. Wollte man die Frequenzkonstanz und Phasentreue durch entsprechende
überwachung und Regelung der Drehzahl eines Motorgenerators erreichen, so würde
man auf praktisch unüberwindliche Schwierigkeiten infolge der Massenwirkung der
Rotoren stoßen. Die Regulierung der Frequenz mit derart hohem Ger nauigkei@ten muß
infolgedeseen ohne Einwirkung auf die Drehzahl der rotierenden Massen erfolgen.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Drehstromenergie
einer
Synchronmaschine mit Rotordrehfelderregung zu entnehmen, wobei die Phasenlage des
Rotordrehfeldes aus dem Phasenvergleich zwischen der primären Steuerspannung und
der erzeugten Netzspannung abgeleitet und die Phasenschwankung auf ein Minimum reduziert
wird.
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Als Synchronmaschine mit Drehfelderregung ist eine Asynchronmaschine
mit Schleifringanker vorgesehen,, wobei den Schleifringen ein Erregerstrom niederer
Frequenz aus einem rotierenden Frequenzwandler zugeführt wird. Dieser Frequenzwandler
ist mit der Asynchronmaschine starr gekuppelt. Über zwei Schleifringpaare werden
diesem zwei um 9o° phasenverschobene Wechselströme zugeführt, deren Frequenz konstant
ist und einem hochkonstantem Schwingquarzgenerator entnommen sind. Belastungsschwankungen
im Netz werden vom Generator übernommen, ohne daß dabei eine Frequenzschwankung
auftritt, selbst dann nicht, wenn die Drehzahl des Generators Schwankungen unterworfen
sind..Als Antriebsmotor dient ein Synchronmotor.
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Die Speisung des Frequenzumformers mit zwei in der Phase um 9o° verschobenen
Spannungen von an sich konstanter Frequenz ermöglicht es, die mittlere Frequenz
im Verbrauchernetz konstant zu halten. Das Kleinhalten von Phasenschwankungen ist
aber nicht ohne weiteres möglich. Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, diese Phasenschwankungen
auf einen Minimalwert zu reduzieren.
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Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Fig. i zeigt das Schaltbild, Fig. 2 ein Diagramm der Erregerspannungen
und Fig.3 eine Maschinenverstärkeranordnung.
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In Fig. i bedeutet i das Netz, auf welches der Asynchrongenerator
2 seine Drehstromenergie abgibt und dabei die Spannung praktisch phasenstarr gegenüber
einer primären Steuerspannung von hoher Frequenzkonstanz gehalten werden soll. Der
Generator ist durch einen vom Versorgungsnetz gespeisten Synchronmotor 3 angetrieben.
Mit dem Generator 2 ist der Frequenzwandler 4 starr gekuppelt. Die Kollektorbürsten
sind über die Erregerwicklungen des Frequenzwandlers 4 mit den Schleifringen des
Asynchrongenerators verbunden. Über zwei SchleifringpeLre; 5 des Frequenzwandlers,
an welche zwei um 9o° e1. versetzte Rotorwicklungen liegen, werden aus Verstärkern
61
und 6" dem Rotor zwei unter sich um 9o° phasenverschobene Erregerspannungen
UI und Ull zugeführt. Die Steuerung d-er Verstärker erfolgt durch entsprechende,
ebenfalls um 9o° phasenverschobene Steuerspannungen Ul* und Ull*. Diese Steuerspannungen
setzen sich zusammen aus je zwei unter sich ebenfalls um 9o° in der gleichen Richtung
phasenverschobenen Komponenten VI, WI bzw. VII, W,1, wie dies in Fig. 2 dargestellt
ist. Je die eine Komponente V, bzw. VII jedes Verstärkers wird dann über Modulatoren
7 bzw. 9 durch einen Spannungsregler 15 in Abhängigkeit der Größe der erzeugten
Netzspannung U reguliert. Die andere senkrecht dazu stehende Komponente W, bzw.
WII jedes Verstärkers wird über Modulatoren 8 bzw. To durch einen Phasenregler 16
in Abhängigkeit des Phasenwinkels zwischen der primären Steuerspannung und der erzeugten
Netzspannung reguliert. Die gemäß Fig. 2 gewünschte Phasenlage der Steuerspannungen
werden dann in der Weise erhalten, daß die primäre Steuerspannung h für den Verstärker
61, zunächst über den Phasenschieber 13 um 9o° in der Phase vorverschoben
wird. Jeder Verstärker erhält außer den spannungsabhängigen Komponenten Vi und VII
zusätzliche, um 9o° phasenverschobene Komponenten WI und WII, über weitere go°-Phasendrehglieder
i i und 12.
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Der Spannungsregler 15 wirkt in der Weise, daß die Netzspannung U
konstant gehalten wird. Zu diesem Zwecke regelt er die Komponenten V, und VII über
Modulatoren unter Berücksichtigung der gerade vorhandenen Komponenten WI und W,1,
so daß die resultierenden Komponenten Ul* und Uli* bzw. die resultierende Netzspannung
U konstant ist. Der Phasenregler 16 regelt entsprechend der momentanen Phasenlage
der Netzspannung U in bezug auf die primäre Steuerspannung h über die Modulatoren
8 und 9 die Komponenten WI bzw. WII, so daß damit eine Verringerung der Phasenabweichung
zwischen U und h erreicht wird.
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Durch die vorliegende Schaltung kann erreicht werden, daß Belastungsschwankungen
im Netz i und damit Drehzahlschwankungen sich nicht in Frequenzschwankungen auswirken.
Dies ist allein schon dadurch gegeben, daß die Frequenz des Netzes genau der Frequenz
an den Schleifringen 5 entspricht. Phasenschwankungen, die durch Belastungsschwankungen
entstehen können, werden durch den Phasenregler 16 verringert. Dabei ist eine Art
Phasenrückkopplung wirksam. Je größer diese Rückkopplung ist, um so kleiner sind
die noch verbleibenden Phasenunterschiede. Diese Unterschiede lassen sich so klein
halten, daß sie für den Fernsehbetrieb nicht mehr störend sind.
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An Stelle der starren Frequenz der Spannung h könnte natürlich auch
eine veränderliche Frequenz angewendet werden. Auch in diesem Falle sind Belastungs-
und Frequenzschwankungen mit keiner Drehzahländerung verbunden, d. h., es sind keine
mechanischen Massen vorhanden, die auf den Reguliervorgang Einfluß haben würden.
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Die Verstärker 6 können Röhrenverstärker sein, wobei die Komponenten
V und W additiv die Steuerspannungen bilden. Es können auch Maschinenverstärker
verwendet werden, wobei gemäß Fig. 3 für jede Komponente eine Maschine mit einer
separaten Erregung vorhanden ist und deren Antrieb gemeinsam durch einen vom Versorgungsnetz
gespeisten Motor erfolgt.