NO891185L - Kompensasjonskrets for elektriske generatorer. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og en" innretning til å forbedre effektiviteten av elektriske generatorer.

Tidligere har elektriske generatorer lidd av et visst effek-tivitetstap som et resultat av magnetisk fluksforstyrrelse frembragt av den genererte strøm i generatoren.

I en typisk generator er det en magnetisk fluksbane som går gjennom en stator og gjennom en rotor. Når en primær magnetfluks varierer i fluksveien induseres en elektrisk spenning og når kretsen er sluttet en elektrisk strøm i en leder som omgir eller er kveilet rundt et parti av fluksveien. Denne 'leder blir vanligvis betegnet som en armaturvikling. Ettersom den induserte strøm varierer i armaturviklingen, induseres en annen magnetfluks i den magnetiske fluksvei på grunn av den induserte strøm. Denne magnetiske fluks vil bli betegnet som den "genererte fluks" eller den "sekundære fluks". Den genererte fluks forstyrrer den primære magnetfluks når den induserte strøm i armaturviklingen har en ohmsk komponent.

I tilfelle det ikke går strøm i armaturviklingen eller når armaturviklingen er kortsluttet eller lasten over armaturviklingen er rent reaktiv, er den primære magnetfluks ved en polflate mellom statoren og rotoren symmetrisk omkring sentrum av flaten. Den magnetiske tiltrekning mellom rotorpolen og statorpolen er derfor symmetrisk omkring sentrum av polflaten. Således er energien lagret ved å bevege rotorpolflaten mot og på linje med statorpolflaten den samme som energien som forbrukes ved å bevege rotorpolflaten ut av linje og bort fra statorpolflaten. Derfor er energien som behøves for å dreie rotoren, bortsett fra friksjons-, viklings- og jerntapene, null når bare den primære magnetfluks befinner seg i fluksveien eller når det magnetiske fluksmønster eller -form gjøres symmetrisk over polflaten.

Når den primære magnetfluks imidlertid forstyrres av den genererte fluks indusert i armaturviklingen, er ikke den magnetiske fluks lenger symmetrisk over polflaten mellom stator og rotor. Således er energien lagret ved bevegelse av rotor-polf laten mot og på linje med en statorpolflate ikke lenger lik energien som behøves for å bevege rotorpolflaten ut av linje med og bort fra statorpolflaten. Derfor er det nødvendig med ekstern energi for å dreie rotoren når strøm som har en ohmsk komponent induseres i armaturviklingen. Effekten som er nødvendig for å dreie rotoren når strømmen induseres i armaturviklingen, sammenlignet med effekttilførselen når det ikke er noen indusert strøm i armaturviklingen, vil bli betegnet som det "forstyrrede effekttilførselsbehov".

For å redusere energimengden som er nødvendig for å dreie rotoren og derfor redusere mengden av energi som er nødvendig for å generere elektrisk kraft, må forstyrrelsen av magnetfluksen over polflåtene elimineres eller i det minste reduseres.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse kan forstyrrelsen av magnetfluksen elimineres eller i det minste reduseres ved å benytte en kompensasjonsleder eller -vikling som omgir eller er viklet om et parti av den magnetiske fluksveien. En kompenserende elektrisk strøm føres gjennom kompensasjonskveilen slik at en magnetisk fluks, betegnet som kompensasjonsfluksen, induseres av strømmen i kompensasjonsviklingen. Kompensasj onsf luksen har en komponent som virker mot den genererte eller sekundære fluks indusert av den genererte strøm i armaturviklingen.

For å eliminere forstyrrelsen av den magnetiske fluks på grunn av den genererte fluks, bør komponenten av kompensasjonsfluksen som virker mot den genererte fluks være lik den genererte fluks. Hvis den motvirkende komponent av kompensasjonsfluksen er mindre enn den genererte fluks, vil forstyrrelsen av magnetfluksen reduseres, men ikke helt elimineres.

Hvis forstyrrelsen av magnetfluksen blir helt eliminert av kompensasjonskveilen, reduseres effekttilførselsbehovet til rotoren til null (bortsett fra friksjons-, viklings- og jerntap) og det has en fullstendig eller 100%'s kompensasjon. Hvis imidlertid forstyrrelsen av magnetfluksen ikke blir fullstendig eliminert av kompensasjonsviklingen, vil effekttilførselsbehovet til rotoren reduseres til noe større enn null og det has delvis kompensasjon.

Når virkningen av den genererte fluks er redusert ved bruk av kompensasjonsviklingen, enten det has fullstendig eller delvis kompensasjon, vil effekttilførselen som er nødvendig for å dreie rotoren, 'sammenlignet med effekttilførselen når det ikke går noen strøm i enten armaturviklingen eller klompensas-jonsviklingen, bli betegnet som det "kompenserte effekttilfør-selsbehov".

Forskjellen mellom det forstyrrede effekttilførselsbehov og det kompenserte effekttilførselsbehov utgjør graden av reduksjon i effekttilførselsbehovet som et resultat av kompensasjon. Graden av reduksjon i effekttilførselen som et resultat av kompensasjonen blir betegnet som "reduksjon i effekttilførselsbehovet".

For å oppnå fullstendig kompensasjon er graden av reduksjon den samme som det forstyrrede effekttilførselsbehov. For delvis kompensasjon kan graden av reduksjon variere fra like over null til like under det forstyrrede effekttilførselsbehov.

For at kompensasjonsstrømmen skal gå i kompensasjonsviklingen, må elektrisk effekt leveres til kompensasjonsviklingen og det dannes en spenning over kompensasjonsviklingen. Denne elektriske effekt vil ha en reaktiv komponent og kan eller ikke ha en reell eller ohmsk komponent.

For å sikre at kompensasjonen som beskrevet ovenfor, lønner seg fra et økonomisk eller energisparesynspunkt, må den ohmske eller reelle effekt som leveres til kompensasjonsviklingen være mindre enn det reduserte effekttilførselsbehov forårsaket av kompensasjonsviklingen. Med andre ord må den reelle effekt som leveres til kompensasjonsviklingen være mindre enn graden hvormed den tilførte effekt til rotoren reduseres i forhold til det forstyrrede effekttilførselsbehov når det has en armaturstrøm, men ingen kompensasjonsstrøm og til situasjonen hvor det has armaturstrøm og kompensasjonsstrøm.

En måte å oppnå denne hensikt på er å tilføre kompensasjonsviklingen elektrisk strøm som har en reaktiv komponent relativt til spenningen over kompensasjonsviklingen.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå ved lesning av den følgende détaljerte beskrivelse og tegningen som illu-strerer oppfinnelsen og utførelsene av denne. Fig. 1 viser skjematisk perspektivriss av en utførelse av en 'kompensasjonskrets i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser skjematisk fremstilling av forskjellige relasjoner i forbindelse med oppfinnelsen. Fig. 3 viser et skjematisk grunnriss av en annen utførelse av en kompensasjonskrets i henhold til oppfinnelsen. Fig. 4 viser et skjematisk perspektivriss av en utførelse av et tvillinggeneratorsett eller et tvilling-generator motorsett i henhold til oppfinnelsen. Fig. 5 og 6 viser fasediagrammer som representerer forholdene mellom forskjellige trekk ved en utførelse av oppfinnelsen. Fig. 7 viser et skjematisk diagram av en ytterligere utførelse av en kompensasjonskrets og en tvillinggenerator eller generator/motorsett i henhold til oppfinnelsen. Fig. 1 viser en representativ vekselstrøms elektrisitetsgenera-tor som innbefatter en utførelse av kompensasjonskretsen i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Generatoren 10 omfatter en magnetisk fluksvei 12 gjennom hvilken den magnetiske fluks kan passere. Typisk omfatter fluksveien 21 en rotor 14 og en stator 16 som begge er fremstilt av et magnetisk materiale såsom jern.

En primær magnetfluks Fp (fete typer angir vektorer) frembringes og bringes til å gå gjennom den magnetiske fluksvei 12 ved hjelp av en hvilken som helst hensiktsmessig kilde. På fig. 1 er den primære fluks Fp vist frembragt ved induksjon gjennom en magnetiseringsvikling 18 med en magnetiseringseffekttilfør-sel 20. Det er mulig at primærfluks Fp kunne frembringes av en permanentmagnet.

En armaturviklihg 22 er viklet rundt eller omgir på annen måte et parti av fluksveien 12. Når den primære fluks Fp i fluksbanen 12 bringes til å variere innenfor viklingene til armaturviklingen 22, genereres en spenning Va over armaturviklingen 22. I generatoren vist på fig. 1 er variasjonen i primærfluksen Fp forårsaket av rotasjonen av rotoren 14. Ettersom rotoren 14 roterer fullføres fluksveien 12 når rotorpolene 14A,14B,14C eller 14D befinner seg på linje med statorpolene 16A.16B. Imidlertid brytes fluksveien 12 når rotoren 14 og rotorpolflåtene 14A-14D ikke lenger befinner seg på linje med statorpolene 16A,16B.

Når fluksveien 12 brytes, vil primærfluksen Fp variere i fluksveien 12 og derfor generere spenning Va over armaturviklingen.

Hvis en ohmsk last R eller annen last enten den nå er kapasitiv eller induktiv, forbindes med armaturviklingen 22, vil en strøm Ia gå i armaturviklingen 22 gjennom lasten R eller annen last.

Hvis strømmen Ia går gjennom armaturviklingen 2 i henhold til Lenz's lov, induseres en sekundær magnetfluks Fs i den magnetiske fluksvei 12. Den sekundære magnetfluks Fs har en komponent som er motsatt av retningen til primærfluksen Fp.

Hvis det ikke går noen strøm Ia i armaturviklingen 22 om denne er kortsluttet eller hvis lasten er rent reaktiv, vil mønsteret til primærfluksen Fp mellom statoren 16 og rotoren 14 ved polflåtene, f.eks. 16A og 14A på fig. 1, være symmetrisk over polflaten. Derfor vil den magnetiske tiltrekning mellom rotorpolen og statorpolen være symmetrisk' om polf laten. Energien som lagres ved å bevege rotorpolen, f.eks. 14A mot og til på linje med statorpolflaten, f.eks. 16A, vil således være den samme som energien som forbrukes ved å bevege rotor-polf laten 14A ut av linje med og bort fra statorpolflaten 16A. Derfor vil energien, bortsett fra friksjons-, viklings- og jerntap, som er nødvendig for å dreie rotoren 14, være null bare når den primære magnetfluks Fp befinner seg i fluksveien 12 eller om deri totale magnetfluks i fluksveien 12 gjøres symmetrisk om polflaten.

Når det imidlertid går strøm Ia som har en ohmsk komponent, i 'armaturviklingen 22, vil sekundærfluksen Fs forårsake en forstyrrelse av den magnetiske fluks som går gjennom polflåtene. Følgelig er den magnetiske fluks ikke lenger symmetrisk over polflåtene mellom stator 16 og rotor 14. Energien lagret ved å bevege rotorpolflaten, f.eks. 14A mot og til på linje med statorpolflaten, f.eks. 16A, vil derfor ikke lenger være lik energien som er nødvendig for å bevege rotorpolflaten 14A ut av linje med og bort fra statorpolflaten 16A. Ekstra energi er således nødvendig for å dreie rotoren 14 når strøm Ia som har en ohmsk komponent induseres i armaturviklingen 22. Effekten Pd som er nødvendig for å dreie rotoren 14 når strømmen Ia induseres i armaturviklingen 22 (og når oppfinnelsen ikke er i bruk) vil bli betegnet som det "forstyrrede effekttilførselsbehov".

En kompensasjonsvikling 30 vist på fig. 1. Kompensasjonsviklingen 3 0 er viklet rundt eller omgir på annen måte et parti av den magnetiske fluksvei 12. Kompensasjonsviklingen 30 er forbundet til en strømkilde 3 2 og en kompensasjonsspenning Vc dannes over kompensasjonsviklingen 30.

Nåt strøm Ic går i kompensasjonsviklingen 30, induseres en kompenserende magnetisk fluks Fc som har en komponent som er motsatt den sekundære magnetiske fluks Fs som ble indusert av strømmen Ia i armaturviklingen 22.

Strømkilden 3 2 leverer kompensasjonsstrømmen Ic til kompensasj onsviklingen 30. Kompensasjonsstrømmen Ic har en reaktiv komponent relativt til kompensasjonsspenningen Vc.

For å eliminere forstyrrelsen av den magnetiske fluks forårsaket av den sekundære magnetiske fluks Fs, bør komponentene av kompensasjonsfluksen Fc som motvirker den sekundære fluks Fs være lik den sekundære fluks Fs. Hvis den motvirkende komponent av kompensasjonsfluksen Fc mindre enn den sekundære fluks Fs, vil forstyrrelsen av magnetfluksen i fluksveien 21 bli redusert, men ikke helt eliminert.

'som et resultat av kompensasjonsfluksen Fc generert av kompensasjonsviklingen 30, reduseres effekttilførselsbehovet for å dreie rotoren 14.

Som vist skjematisk på fig. 2, er et forstyrret effekttilfør-selsbehov Pd nødvendig for å dreie rotoren 14 i generatoren 10 når en bestemt strøm lp av armaturstrømmen Ia går i armaturviklingen 22 og det ikke går noen kompensasjonsstrøm Ic i kompensasjonsviklingen 30. I tillegg er et kompensert effekttilførselsbehov Pc definert som effekttilførselsbehovet som er nødvendig for å dreie rotoren 14 i generatoren 10 når den gitte strømm lp av armaturstrømmen Ia går i armaturviklingen 22 og kompensasjonsstrøm Ic går i kompensasjonsviklingen 30. Forskjellen mellom det forstyrrede effekttilførselsbehov Pd og det kompenserte effekttilførselsbehov Pc betegnes som reduksjon i effekttilførselsbehovet Pred. Således has rela-sjonen Pred = Pd - Pc.

For å gjøre kompensasjonen med kompensasjonsviklingen 3 0 så effektiv som mulig fra et økonomisk eller energisparende synspunkt, bør den reelle effekt Pcc som leveres til kompensasj onsviklingen 30 være mindre enn besparelsen i effekttilfør-selsbehov Pred. oppnådd ved bruk av kompensasjonsviklingen 30. Følgelig has reell Pcc < Pd - Pc.

Fortrinnsvis skal realkomponentene av den elektriske effekt Pcc

på kompensasjonsviklingen 3 0 være så nær null som mulig.

En annen representativ utførelse av en vekselstrøms elektrisi-tetsgenerator er vist på fig. 3. Den elektriske generator 40 på fig. 3 omfatter en magnetisk fluksvei 42 som det kan gå en magnetisk fluks gjennom. Typisk omfatter den magnetiske fluksvei 42 en rotor 44 og en stator 46.

En primær magnetfluks Fp dannes og bringes til å passere gjennom magnetiske fluksveier 42 ved hjelp av enhver hensiktsmessig kilde. På fig. 3 er den magnetiske fluks Fp vist som frembragt av induksjon via en magnetiseringsvikling 4 8 og en magnetiseringsstrømtilførsel 50.

En armaturvikling 52 er viklet rundt eller omgir på annen måte et parti av fluksveien 42. Armaturviklingen 52 omfatter enkelte viklinger 52a, 52b og 52c som representative viklinger.

Som det var tilfelle ved utførelsen på fig. 1, vil en spenning Va genereres over armaturviklingen 5 2 når primærfluksen Fp bringes til å variere i viklingene til armaturviklingen 52.

Hvis en ohmsk last R eller en hvilken som helst annen last forbindes med armaturviklingen 52, vil en strøm Ia gå i armaturviklingen 52 gjennom lasten R eller en hvilken som helst annen last.

I henhold til Lenz<1>s lov genereres i den magnetiske fluksvei 42 en sekundær magnetisk fluks Fs som har en komponent motsatt retningen av primærfluksen Fp hvis strømmen Ia går gjennom armaturviklingen 52. Som beskrevet med hensyn til den elektriske generator i utførelsen på fig. 1, forstyrrer den sekundære magnetfluks Fs generert av strømmen Ia når den har en ohmsk komponent, symmetrien til magnetfluksmønsteret over polflatene hvilket fører til et forstyrret effekttilførsels-behov Pd.

En kompensasjonsvikling 60 er vist på fig. 3. Kompensasjonsvik lingen 60 er viklet om eller omgir på annen måte den magnetiske fluksvei 42. Kompensasjonsviklingen 60 omfatter tre enkelte viklinger 60a,60b,60c. Kompensasjonsviklingen 60 er forbundet til en strømkilde 62.

Når strøm Ic går i kompensasjonsviklingen 60 induseres en kompenserende magnetfluks Fc som har en komponent som motvirker den sekundære magnetfluks Fs indusert av armaturstrømmen Ia i armaturviklingen 52.

Som ved utførelsen av oppfinnelsen vist på fig. 1, leverer strømkilden 62 kompensasjonsstrømmen Ic til kompensasjonsviklingen 60 og kompensasjonsstrømmen har en reaktiv komponent.

Utførelsen av oppfinnelsen som beskrevet med hensyn til utførelsen på fig. 3, virker i henhold til de samme prinsipper som omtalt ovenfor med hensyn til utførelsen på fig. 1.

Betraktes nå hver utførelse, har effekten levert til kompensasj onsviklingen 30 eller 60 fra strømkilden 32 eller 62 en reaktiv komponent og kan eller kan ikke ha en reell komponent. Hvis det has en reell komponent av kompensasjonsstrømmen Ic, er fortrinnsvis den reaktive komponent større enn den reelle komponent. Mest fortrinnsvis har kompensasjonsstrømmen Ic hovedsakelig bare en reaktiv komponent og hovedsakelig ingen reell komponent.

Når spenning Va genereres over armaturviklingen 22 eller 52 og armaturstrøm Ia går i armaturviklingen 22 eller 52, leveres effekt Pa til lasten R. Fortrinnsvis er den reelle effekt Pa levert av armaturviklingen 22 eller 52 større enn realkomponen-ten av effekten Pcc levert til kompensasjonsviklingen 30 eller 60.

Den foreliggende oppfinnelse har spesiell anvendelse i generatorer som hovedsakelig ikke har noen Lorentz-kraft. I generatorer uten Lorentz-kraft skjærer ikke strømmen Ia i armaturviklingen 22 eller 52 den magnetiske fluksvei 12 eller 42. Kompensasjonsstrømmen Ic som går gjennom kompensasjonsviklingen 30 eller 60 skjærer dessuten fortrinnsvis ikke den magnetiske fluksvei 12 eller 42.

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen genereres elektrisk effekt Pa i armaturviklingen 22 eller 52. Den elektriske effekt Pa generert i armaturen har en reaktiv komponent og en reell komponent. Fortrinnsvis er den reelle komponent av armatur-effekten Pa i armaturviklingen 22 eller 52 større enn den reelle komponent av effekten Pcc levert til kompensasjonsviklingen 30 eller 60.

'i en foretrukket utførelse av oppfinnelsen har generatoren 10 eller 40 en reell effekttilførsel Pi som er nødvendig for å generere en bestemt mengde utgangseffekt Pa i armaturviklingen 22 eller 52. Den nødvendige reelle tilførselseffekt Pi omfatter effekttilførselsbehovet som er nødvendig for å dreie rotorene

14 eller 44, enten Pd eller Pc samt den elektriske effekt Pcc

levert til kompensasjonsviklingen 30 eller 60. Fortrinnsvis er det reelle effekttilførselsbehov Pi for generatoren 10 eller 40 mindre når kompensasjonsstrømmen Ic går i kompensasjonsviklingen 30 eller 60 enn når det ikke går noen kompensasjonsstrøm Ic i kompensasjonsviklingene 30 eller 60.

Den foreliggende oppfinnelse kan beskrives uttrykt ved forskjellige fysiske karakteristikker forbundet med driften av generatoren 10 eller 40 i samband med kompensasjonsviklingen 30 eller 60 som følger: Va er spenningen som induseres over armaturviklingen 22 eller 52,

Vc er spenningen som utvikles over Kompensasjonsviklingen 30 eller 60,

Ia er strømmen i armaturviklingen 22 eller 52,

Ic er strømmen i kompensasjonsviklingen 30 eller 60,

AV er den elektriske vinkel fra spenningen Va til spenningen Vc,

AA er den elektriske vinkel fra spenningen Va til strømmen Ia i armaturviklingen 22 eller 5 2 og

AC er den elektriske vinkel fra spenningen Vc til strømmen Ic i kompensasjonsviklingen 30 eller 60.

Når kompensasjonsspenningen Vc har et forsprang på armaturspenningen Va med en elektrisk vinkel som varierer fra 0 til 9 0°, kan den relative orientering i den elektriske vinkel til 'de tilsvarende strømmer Ic og Ia ses skjematisk på fig. 5. Således har kompensasjonsspenningen Vc et forsprang på kompensasjonsstrømmen Ic og derfor er vinkelen AC mellom disse to negativ. Armaturstrømmen Ia har også et forsprang på armaturspenningen Va og således er vinkelen AA mellom disse to positiv.

I denne situasjon hvor kompensasjonsspenningen Vc har et forsprang på armaturspenningen Va med en vinkel som varierer fra 0 til 9 0°, kan vinkelen AC mellom kompensasjonsspenningen Vc og kompensasjonsstrømmen Ic variere fra -315 til 45°. Dessuten kunne vinkelen AA mellom armaturspenningen Va og armaturstrømmen Ia variere fra 90° til 270°.

Hvis kompensasjonsviklingen 3 0 eller 60 må arbeide med reaktiv strøm Ic, vil kompensasjonsstrømmen Ic ha et etterslep i forhold til kompensasjonsspennigen Vc fra -225 til -135° eller fra -45° til 45° når kompensasjonsspenningen Vc har et forsprang på armaturspenningen Va fra mellom 0 og 9 0°.

I tillegg vil armaturstrømmen Ia ha et forsprang på armaturspenningen Va fra 135 til 225°.

Når kompensasjonsspenningen Vc kommer etter armaturspenningen Va med en elektrisk vinkel som varierer fra 0 til 90°, kan den relative orientering av den elektriske vinkel til de tilsvar ende strømmer Ic og Ia ses skjematisk på fig. 6. Således kommer kompensasjonsspenningen Vc etter kompensasjonsstrømmen Ic og derfor er vinkelen AC mellom disse to positiv. I tillegg har armaturstrømmen Ia et forsprang på armaturspenningen Va og vinkelen AA mellom disse to er således positiv.

I den situasjon hvor kompensasjonsspenningen Vc har et etterslep til armaturspenningen Va med en vinkel som varierer fra 0 til 90°, 'kunne vinkelen AC mellom kompensasjonsspenningen Vc og kompensasjonsstrømmen Ic variere fra -45 til 315°. I tillegg kunne vinkelen AA mellom armaturspenningen Va og armaturstrømmen Ia variere fra 90 til 27 0°.

Hvis kompensasjonsviklingen 3 0 eller 60 må arbeide med reaktiv strøm Ic, vil kompensasjonsstrømmen Ic komme etter kompensasj onsspenningen Vc fra -45 til +45° eller fra 135 til 225°.

Når kompensasjonsstrømmen Vc kommer etter armaturspenningen Va fra 0 til 90°.

I tillegg vil armaturstrømmen Ia ha et forsprang på armaturspenningen Va fra mellom 135 til 225°.

Således vil de følgende relasjoner være tilfredsstilt når kompensasjonsviklingen 3 0 eller 60 er i drift i kompensasj onsmoden:

når: 0° <_ AV _< + 9 0°

-45° <_ AC <_ + 45° eller -225° <. AC 1 -135°

+ 135° <_ AA _£ +225°

og når: -90° 1 AV 1 0°

-45° < AC < +45° eller + 135° < AC < +225°

+135° 1 AA 1 +225°

Et annet trekk ved oppfinnelsen består i å skaffe en passende innretning for å levere en kompensasjonsstrøm Ic med en reaktiv komponent til kompensasjonsviklingen 3 0 eller 60. Fortrinnsvis omfatter oppfinnelsen "tvillinggeneratorer" slik at innretningen for å levere kompensasjonsstrømmen Ic til en generator såsom generatoren 10 som vist på fig. 1, er en annen lignende generator 10' som vist på fig. 4.

Generator 10 på fig. 1 er vist som en generator av et sett av tvillinggeneratorer 10 og 10' som vist på fig. 4. Generator 10 har lignende trekk som beskrevet ovenfor med hensyn til generator 10. Merkede tall hva angår generator -10' svarer til trekk av generator 10' som er de samme eller hovedsakelig lik de som er vist og beskrevet hva angår generator 10.

'Således induserer magnetiseringsviklingen 18' i generator 10' en primærfluks Fp' i den magnetiske fluksvei 12' som genererer en armaturspenning Va' i armaturviklingen 22' som er viklet rundt eller på annen måte omgir den magnetiske fluksvei 12'.

Utgangen på armaturviklingen 22' på generator 10' er forbundet med kompensasjonsviklingen 30 på generatoren 10. Således virker generatoren 10' som strømkilden 32 som vist på fig. 1. I tillegg virker strømmen Ia' generert av generatoren 10' som kompensasjonsstrømmen Ic som vist på fig. 1. På fig. 4 er armaturstrømmen Ia' fra generatoren 10' kompensasjonsstrømmen Ic levert til kompensasjonsviklingen 30.'

Da generatoren 10 er elektrisk forbundet til generatoren 10' gjennom armaturstrømmen Ia' fra generatoren 10', vil den fysiske orientering av rotoren 14' og generatoren 10' med hensyn på statorpolene 14A',16B' i statoren 16' på generatoren 10' i sammenligning med den fysiske orientering av rotoren 14 i generatoren 10 med hensyn på statorpolene 16A,16B i statoren 16, påvirke kompensasjonseffektiviteten. Dette skyldes at rotoren 14' til generatoren 10' relativt har et forsprang eller et etterslep i forhold til rotoren 14 i generatoren 10, slik at de respektive spenninger Va og Va' vil ha forskjellige faser. Således har de respektive armaturstrømmer Ia og Ia' forskjellige faser. Da Ia' = Ic, vil den sekundære fluks Fs indusert en armaturstrømmen Ia ha forskjellig fase fra kompensasjonsfluksen

Fc indusert av kompensasjonsstrømmen Ia=Ia'.

Hvis linjen mellom sentrene til polflaten gitt stator tas som referanselinjen, vil rotoren 14 i generatoren 10 til enhver tid danne en vinkel A med referanselinjen mellom statorpolene 16A og 16B. Tilsvarende vil rotoren 14' i generatoren 10' på et hvert tidspunkt danne en vinkel B med hensyn på referanselinjen mellom statorpolflåtene 16A' og 16B'. Således vil den relative vinkel mellom rotor 14 og rotor 14<1>være vinkelen C som er vinkel A minus vinkel B. På fig. 4 har rotor 14' således et forsprang på rotor 14 med en vinkel på C = A - B.

<T>Jet er blitt funnet at ved å styre den relative vinkel C mellom de respektive rotorer 14 og 14' kan virkningene av kompensasj onsviklingen 30 forbedres. For gitte elektriske og mekaniske karakteristikker for generatorene 10 og 10' og for en gitt last R, kan den relative vinkel C mellom de respektive rotorer forbedre effektiviteten av kompensasjonsviklingen 30 eller 60. For en gitt kompensasjonsstrøm Ic er det således en større reduksjon i tilførselseffekten som er nødvendig for å dreie rotoren 14 ved bestemte vinkler C enn ved andre vinkler.

I en ytterligere foretrukket utførelse av oppfinnelsen, omfatter oppfinnelsen et dobbelt generatormotorsett. I denne utførelse er motoren den samme som generatoren 10' vist på fig. 4. Imidlertid drives generatoren 10' for å virke som en synkron motor som leverer reaktiv effekt og strøm til kompensasjonsviklingen 30.

I en ytterligere foretrukket utførelse av oppfinnelsen som vist på fig. 7, er generatoren 70 som er lik generatorene 10 eller 40, en trefasesynkrongenerator. Mer nøyaktig er en fase av generatoren 7 0 armaturviklingen 7 2 og en annen fase 74 virker som en kompensasjonsvikling. Fortrinnsvis virker den tredje fase 7 6 også som en del av kompensasjonsviklingen. Fasene 74 og 76 er i serie.

I ennå en annen utførelse av oppfinnelsen som vist på fig. 7, er generatoren/motoren 80 forbundet til generatoren 7 0 og generatoren/motoren 80 leverer kompensasjonsstrøm til fasene 74 og 76 på generatoren 70. Mer nøyaktig leverer fasene 84 og 86 i generator/motoren 80 kompensasjonsstrøm til fasene 74,76 på generatoren 70. Fase 82 på generator/motoren 80 holdes nøytral.

Ved ytterligere utførelser av oppfinnelsen forblir den hovedsakelig dén samme som beskrevet ovenfor, bortsett fra at det i tillegg er mer enn én armaturvikling eller alternativt mer enn én kompensasjonsvikling eller alternativt mer enn én armaturvikling og mer enn én kompensasjonsvikling.

Hvis M representerer antallet første ledere (eller armatur-viklinger), og T representerer antallet andre ledere (eller kompensasjonsviklinger), da er M større eller lik 1 og T er større eller lik 1. Fortrinnsvis er M lik 1,2,3,4 eller 5 og T er lik 1,2,3,4 eller 5.

Selv om det i beskrivelsen er omtalt og vist visse foretrukne utførelser av oppfinnelsen, skal det forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset til disse spesielle utførelser. Oppfinnelsen omfatter alle utførelser som er funksjonelle, mekaniske eller elektriske ekvivalente til utførelser som er omtalt og beskrevet heri.

Claims (21)

1. Vekselstrøms elektrisk generator med en magnetisk fluksvei og en første leder som omgir en del av den magnetiske fluksvei for å generere elektrisk strøm med en ohmsk komponent i den første leder når magnetfluksen varierer i magnetfluks-veien og hvor den genererte strøm i den første leder induserer en magnetfluks i den magnetiske fluksvei, og hvor det er anordnet en kompensasjonskrets, karakterisert ved at kompensasjonskretsen omfatter en annen leder som omgir et parti av den magnetiske fluksvei for å indusere en kompenserende magnetfluks som ■motvirker magnetfluksen som er indusert av den genererte strøm i den første leder når en elektrisk strøm går i den annen leder og en innretning for å levere en kompensasjonsstrøm til den annen leder for å indusere den kompenserende magnetfluks, idet kompensasjonsstrømmen har en reaktiv komponent.

2. Kompensasjonskrets i henhold til krav 1, karakterisert ved at den magnetiske fluksvei går igjennom en rotor og at den reelle komponent av den elektriske effekt til den annen leder er mindre enn en reduksjon i rotorens effekttilførselsbehov og hvor (a) et forstyrret effekttilførselsbehov er nødvendig for å dreie rotoren når en bestemt strøm går i den første leder vinkelstrøm i den annen leder, (b) et kompensert effekttilførselsbehov er nødvendig for å dreie rotoren når den bestemte strøm går i den første leder og kompensasjonsstrøm går i den annen leder og (c) reduksjonen i effekttilførselsbehovet er forskjellen mellom det forstyrrede effekttilførselsbehov og det kompenserte effekttilførselsbehov.

3. Kompensasjonskrets i henhold til krav 2, karakterisert ved at kompensasjonsstrømmen har en reell komponent, og at den reaktive komponent av kompensasjonsstrømmen er større enn den reelle komponent av kompensasjonsstrømmen.

4. - ■Kompensasjonskrets i henhold til krav 3, karakterisert ved at kompensasjonsstrømmen hovedsakelig har bare en reaktiv komponent og hovedsakelig ingen reell komponent.

5. Kompensasjonskrets i henhold til krav 1, karakterisert ved at den annen leder tilføres elektrisk effekt med en reaktiv komponent og en reell komponent og at den elektriske effekt genereres i den første leder med en reaktiv komponent og en reell komponent, slik at den reelle effektkomponent i den første leder er større enn den reelle effektkomponent i den annen leder.

6. Kompensasjonskrets i henhold til krav 1, karakterisert ved at den induserte magnetfluks i den magnetiske vei som induseres av strømmen i den første leder når ingen strøm går i den annen leder, frembringer et øket behov for tilførsel av reell effekt til den annen generator, at strøm som går i den annen leder forårsaker en reduksjon av det reelle effekttilførselsbehov til generatoren, og at en reell effektkomponent i en annen leder er mindre enn reduksjonen i behovet for tilførsel av reell effekt i den annen generator frembragt av strømmen som går i den annen leder.

7. Kompensasjonskrets i henhold til kravene 1,2 eller 3, karakterisert ved at den første leder ikke skjærer den magnetiske fluksvei, og at den annen leder ikke skjærer den magnetiske fluksvei.

8. Kompensasjonskrets i henhold til kravene 4,5 eller 6, karakterisert ved at den første leder ikke skjærer den magnetiske fluksvei, og at den annen leder ikke skjærer den magnetiske fluksvei.

9.. Kompensasj onskrets i henhold til krav 1, karakterisert ved at den elektriske generator har et behov for tilførsel av reell effekt for å generere en bestemt mengde utgangseffekt og at det reelle behov for generatorens tilførsel av reell effekt er mindre når kompensa- - sjonsstrømmen går i den annen leder enn når ingen strøm går i den annen leder.

10. Innretning med et magnetmateriale som skaffer en magnetisk fluksvei for en primær magnetfluks og en første elektrisk sløyfe som omgir et parti av fluksveien, karakterisert ved at en variasjon i primærfluksen i den magnetiske fluksvei frembringer en elektrisk strøm i den første elektriske sløyfe og den elektriske strøm i den første elektriske sløyfe ikke skjærer den magnetiske fluksvei, at den elektriske strøm i den første elektriske 'sløyfe frembringer en sekundær magnetfluks i fluksbanen, at en kompensasjonsinnretning omfatter en sekundær sløyfe som omgir et parti av fluksbanen og en elektrisk strømkilde for å levere elektrisk effekt til den sekundære sløyfe med liten eller ingen reell effektkomponent og en delvis eller fullstendig reaktiv strøm.

11. Vekselstrøms elektrisk generator som omfatter en magnetisk fluksvei, en første leder som omgir et parti av den magnetiske fluksvei for å generere elektrisk strøm i den første leder når magnetfluksen varierer i den magnetiske fluksvei, hvor den genererte strøm i den første leder induserer en magnetfluks i den magnetiske fluksvei, hvor en annen leder omgir et parti av den magnetiske fluksvei for å indusere en kompenserende magnetfluks som motvirker magnetfluksen indusert av den genererte strøm i den første leder når en elektrisk strøm går i en annen leder, karakterisert ved at den dessuten omfatter en innretning for å tilføre den annen leder en kompensasjonsstrøm for å indusere den kompenserende magnetfluks, idet kompensasjonsstrømmen har en reaktiv komponent, at innretningen for å tilføre kompensasjonsstrømmen er en annen vekselstrøms elektrisk generator med en annen magnetfluksvei og en tredje leder som omgir et parti av en annen magnetfluksvei for å generere en elektrisk strøm i den tredje leder når magnetfluksen varierer i den annen magnetiske fluksvei og at den tredje leder er elektrisk forbundet til den annen leder slik at elektrisk strøm som genereres i den tredje leder leveres til den annen leder.

12. Kompensasjonskrets i henhold til krav 9 eller 11, karakterisert ved at den første leder ikke skjærer den magnetiske fluksvei og at den annen leder ikke skjærer den magnetiske fluksbane.

13. Kompensasj'onskrets i henhold til krav 1, karakterisert ved at den genererte strøm i den første leder betegnes som Ia, at spenningen over den første leder forbundet med strømmen Ia betegnes som Va, at kompensasjonsstrømmen i den annen leder betegnes som Ic, at en spenning over den annen leder forbundet med strømmen Ic betegnes som Vc, og at AV er den elektriske vinkel fra spenningen Va til spenningen vc, AA er den elektriske vinkel fra spenningen Va til strømmen Ia og AC er den elektriske vinkel fra spenningen Vc til strømmen Ic, slik at de følgende relasjoner er tilfredsstilt: når 0 <_ AV <_ + 9 0° - 45°1 AC < + 45° eller - 225 1 AC ± - 135° + 135°1 AA <_ + 225° eller når - 90° <. AV 1 0° - 45° 1 AC 1 +45° eller + 135° <_ AC <_ + 225 135° 1 AA 1 +225°

14. Kompensasjonskrets i henhold til krav 2, karakterisert ved at strømmen som genereres i den første leder betegnes som Ia, at spenningen over den første leder forbundet med strømmen Ia betegnes som Va, at kompensasjonsstrømmen i den annen leder betegnes som Ic, at en spenning over den annen leder forbundet med strømmen Ic betegnes—som Vc, og at AV er den elektriske vinkel mellom spenningen Va og spenningen Vc, AA er den elektriske vinkel fra spenningen Va til strømmen Ia og AC er den elektriske vinkel fra spenningen Vc.til strømmen Ic, slik at de følgende relasjoner er tilfredsstilt: når 0° 1 AV i + 90° -45° 1 AC 1 + 45° eller - 225° <. AC <_ - 135° +135° 1 AA 1 + 225° eller når - 90° 1 AV 1 0° - 45° 1 AC 1 +45° eller 135° _£ AC <_ + 225° 135° 1 AA 1 +225°

15. Kompensasjonskrets i henhold til krav 6, karakterisert ved at den genererte strøm i den første leder betegnes som Ia, at spenningen over den første leder forbundet med strømmen Ia betegnes som Va, at kompensasjonsstrømmen i den annen leder betegnes som Ic, at en spenning over den annen leder forbundet med strømmen Ic betegnes som Vc, og at AV er den elektriske vinkel mellom spenningen Va og spenningen Vc, AA er den elektriske vinkel mellom spenningen Va og strømmen Ia og AC er den elektriske vinkel mellom spenningen Vc og strømmen Ic, slik at de følgende relasjoner er tilfredsstilt: når 0° 1 AV 1 + 90° -45° <_ AC <_ + 45° eller - 225° < AC < - 135° +135° < AA < + 225° eller når 90° <. AV <. 0° -45° <_ AC 1 +45° eller + 135° <_ AC <. + 225° +135° 1 AA 1 +225°

16. Kompensasjonskrets i henhold til kravene 13,14 eller 15, karakterisert ved at den første leder ikke skjærer den magnetiske fluksvei, og at den annen leder ikke skjærer den magnetiske fluksvei.

17. Kompensasjonskrets i henhold til krav 1, karakterisert ved at generatoren er en trefase synkrongenerator, og at en første fase i denne er den første leder og en annen fase i denne er den annen leder.

18. Kompensasjonskrets i henhold til krav 17, karakterisert ved at den tredje fase av 'generatoren er forbundet i serie til den annen fase.

19. Kompensasjonskrets i henhold til krav 18, karakterisert ved at innretningen for å levere kompensasjonsstrømmen er en trefase, vekselstrøms elektrisk generator/motor.

20. Kompensasjonskrets i henhold til krav 17,18 eller 19, karakterisert ved at den første leder ikke skjærer den magnetiske fluksvei, og at den annen leder ikke skjærer den magnetiske fluksvei.

21. Kompensasjonskrets i henhold til hvert av de foregående krav, karakterisert ved at den har en rekke første ledere som omgir den magnetiske fluksbane av generatoren og hvor T er antallet første ledere, slik at T er større eller lik 1, og at den har en rekke andre ledere som omgir den magnetiske fluksvei til generatoren, slik at M er antallet andre ledere og M er større eller lik 1.