SE513655C2 - Device for generating single-phase AC voltage - Google Patents

Device for generating single-phase AC voltage

Info

Publication number
SE513655C2
SE513655C2 SE9901938A SE9901938A SE513655C2 SE 513655 C2 SE513655 C2 SE 513655C2 SE 9901938 A SE9901938 A SE 9901938A SE 9901938 A SE9901938 A SE 9901938A SE 513655 C2 SE513655 C2 SE 513655C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
phases
phase
generator
insulation
voltage
Prior art date
Application number
SE9901938A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE9901938L (en
SE9901938D0 (en
Inventor
Thorsten Schuette
Bertil Klerfors
Lars Nilsson
Sture Lindahl
Original Assignee
Abb Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Abb Ab filed Critical Abb Ab
Priority to SE9901938A priority Critical patent/SE513655C2/en
Publication of SE9901938D0 publication Critical patent/SE9901938D0/en
Priority to AU54342/00A priority patent/AU5434200A/en
Priority to PCT/SE2000/001058 priority patent/WO2000073102A1/en
Publication of SE9901938L publication Critical patent/SE9901938L/en
Publication of SE513655C2 publication Critical patent/SE513655C2/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/10Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers
    • H02M5/14Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers for conversion between circuits of different phase number

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

A device for generating a one-phase alternating voltage symmetrical with respect to ground comprises an alternating voltage generator (1) having four phases (11-14) with a shift of 90 electrical degrees. Two first (11, 13) of the phases having a mutual phase shift of 180 DEG are provided with a terminal (15, 16) each for delivering said one-phase alternating voltage thereon. Reactances (17, 18) are connected to the phases of the generator for obtaining that a load connected to the generator will be substantially balanced and phase compensated, so that the currents in the four phases of the generator will be substantially just as high and substantially in phase with the voltage of the respective phase.

Description

20 25 30 35 513 655 växelspänning via en så kallad statisk omriktaranordning, men även denna lösning uppvisar betydande nackdelar. En av dessa nackdelar är att en sådan statisk omriktaranordning är kostsam. 513 655 alternating voltage via a so-called static converter device, but this solution also has significant disadvantages. One of these disadvantages is that such a static drive device is expensive.

En annan nackdel består i att effektförlusterna hos en sådan sta- tisk omriktare blir väsentliga. En ytterligare nackdel är att speci- ella transformatorer krävs för statiska omriktare, då dessa inte kan hantera de spänningar som normalt efterfrågas exempelvis inom järnvägsområdet, och sådana transformatorer medför stora kostnader.Another disadvantage is that the power losses of such a static converter become significant. A further disadvantage is that special transformers are required for static inverters, as these cannot handle the voltages that are normally required, for example in the railway area, and such transformers entail large costs.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en an- ordning av inledningsvis definierat slag, vilken långtgående råder bot på ovannämnda nackdelar hos tidigare kända sådana anord- ningar.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a device of initially defined kind, which largely overcomes the above-mentioned disadvantages of previously known such devices.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att förse en sådan anordning med en växelspänningsgenerator med fyra faser med en delning av 90 elektriska grader, varvid två första av faserna med inbördes fasförskjutning av 180° är försedda med varsin an- slutning för att därpå leverera nämnda enfas-växelspänning, och att anordningen dessutom innefattar reaktanser (17, 18) anslutna till generatorns faser för att åstadkomma att en till generatorn ansluten last blir väsentligen balanserad och faskompenserad, så att strömmarna i generatorns fyra faser blir till beloppet väsentligen lika stora och ligger väsentligen i fas med spän- ningen hos respektive fas.This object is achieved according to the invention by providing such a device with an alternating voltage generator with four phases with a pitch of 90 electrical degrees, the first two of the phases having a mutual phase shift of 180 ° being provided with a connection for supplying said single-phase alternating voltage, and that the device further comprises reactants (17, 18) connected to the phases of the generator to cause a load connected to the generator to be substantially balanced and phase compensated, so that the currents in the four phases of the generator become substantially equal in amount and are substantially in phase with the voltage of each phase.

Genom denna utformning av generatorn med reaktanserna för balansering och kompensering uppnås en rad fördelar. En av dessa är att statorn kan fullt utnyttjas. En annan fördel är att det är möjligt att genom lämpligt dimensionerande av nämnda reak- tanser uppnå en full eller åtminstone långtgående kompensering innebärandes att generatorn roterar jämnt och levererar icke pulserande effekt på sina fyra faser. \ 10 15 20 25 30 35 513 655 Det har visat sig att just denna kombination av fyrfasgenerator och hopkopplingen av de olika faserna på definierat sätt i analogi med Steinmetzkoppiingen uppvisar betydande fördelar i förhål- lande till utnyttjandet av andra generatorer för direktgenerering av enfas-växelspänning. Ett utnyttjande av en tvåfas-generator med faserna ansluten tillivaršsin nämnd anslutning för den mot jord symmetriska enfas-växelspänningen skulle exempelvis re- sultera i mycket stora effektpulsationer på anordningens utgång.Through this design of the generator with the reactances for balancing and compensation, a number of advantages are achieved. One of these is that the stator can be fully utilized. Another advantage is that it is possible to achieve a full or at least far-reaching compensation by appropriately dimensioning said reactances, meaning that the generator rotates smoothly and delivers non-pulsating power on its four phases. It has been found that precisely this combination of four-phase generator and the interconnection of the different phases in a defined manner in analogy to the Steinmetz coupling shows significant advantages in relation to the use of other generators for direct generation of single-phase alternating voltage. . An utilization of a two-phase generator with the phases connected to the said connection for the earth-symmetrical single-phase alternating voltage would, for example, result in very large power pulsations at the output of the device.

Ett användande av en trefas-växelspänningsgenerator och an- slutande av två av dennas faser till varsin nämnd anslutning för enfas-växelspänningen och hopkopplande av den tredje fasen med någon av de första faserna via en reaktans skulle medföra att de båda spänningarna som tas ut blir om 120° fasförskjutna, så att en tänkt mittpunkt mellan dessa faser får en spänning mot jord. Detta kan man klara genom att jorda mittpunkten på lind- ningen hos en till generatorn ansluten transformator, så att spänningen tvingas till 180° fassklllnad med mittpunkt på jord- potential. Detta kräver dock ett utnyttjande av en kostsam trans- formator ihop med generatorn.Using a three-phase alternating voltage generator and connecting two of its phases to each mentioned connection for the single-phase alternating voltage and connecting the third phase to one of the first phases via a reactant would mean that the two voltages taken out are converted into 120 ° phase-shifted, so that an imaginary center point between these phases gets a voltage towards ground. This can be done by grounding the center point of the winding of a transformer connected to the generator, so that the voltage is forced to 180 ° phase difference with the center point of ground potential. However, this requires the use of an expensive transformer together with the generator.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar anordningen medel för reglerande av kapacitansen eller in- duktansen hos åtminstone en av nämnda reaktanser. Genom ett tillhandahållande av en sådan reglerbarhet hos reaktanserna kan anordningen tillse att önskad reaktiv kompensering för leve- rerande av en effekt mednjsjmjå pulsationer kan uppnås oberoende av förekommande större variationer hos effektuttaget från anord- ningen.According to another preferred embodiment of the invention, the device comprises means for regulating the capacitance or inductance of at least one of said reactants. By providing such a controllability of the reactances, the device can ensure that the desired reactive compensation for delivering an effect with medium pulsations can be achieved independently of any major variations in the power output from the device.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är åtminstone en av nämnda reaktanser fast och anordningen innefattar en dämplindning. Detta äíeijïkostnadsgynnsam lösning för en an- ordning som används-förväsentligen konstant effektuttag, då det kan räcka med fasta reaktanser ochatt den variation runt en me- deleffekt som dessa reaktanser dimensioneras för tas omhand av en sådan dämplindning, som kan göras betydligt mindre än den 10 20 25 30 35 513 655 dämplindning som en konventionell enfas-växelspänningsgene- rator har att uppvisa.According to a preferred embodiment of the invention, at least one of said reactants is solid and the device comprises a damping winding. This is a cost-effective solution for a device which uses substantially constant power output, as fixed reactances may suffice and the variation around an average power for which these reactants are dimensioned is taken care of by such a damping winding which can be made considerably smaller than the 20 25 30 35 513 655 attenuation winding which a conventional single-phase AC voltage generator has to exhibit.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är nämnda båda första faser vid sin ena ände motsatt nämnda an- slutningar vid en gemensam punkt anslutna till jord. Härigenom blir det möjligt att med enkla medel uppnå att de på nämnda an- slutningar genererade spånningarna blir symmetriska mot jord.According to another preferred embodiment of the invention, said two first phases are connected at one end opposite said connections at a common point to earth. This makes it possible to achieve by simple means that the voltages generated on the said connections become symmetrical with respect to earth.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är samtliga fyra faser vid sina ändar motsatt nämnda anslutningar i en gemensam punkt förbundna med jord. En i en sådan anord- ning ingående fyrfas-generator blir enkel till sin utformning.According to another preferred embodiment of the invention, all four phases are connected at their ends opposite said connections in a common point with earth. A four-phase generator included in such a device becomes simple in its design.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är de fyra faserna parvist seriekopplade med de båda första faserna förbundna med respektive anslutning via varsin av de andra fa- serna. En fördel med denna utföringsform är att antalet lind- ningsvarv per fas reduceras med en faktor kvadratroten ur två.According to another preferred embodiment of the invention, the four phases are connected in pairs in series with the first two phases connected to the respective connection via each of the second phases. An advantage of this embodiment is that the number of winding turns per phase is reduced by one factor square root out of two.

En ytterligare fördel med denna utföringsform är att de båda första fasernas lindningar kan vara försedda med en isolation som endast är dimensionerad för en spänning som är i storleks- ordningen 71 % av den spänning som levereras på nämnda båda anslutningar. I detta fall anses således de båda faser som ligger "innerst", dvs är anslutna till jord, utgöra nämnda första faser, och dessa anses vara anslutna till nämnda anslutningar, ehuru inte direkt, utan via de andra faserna.A further advantage of this embodiment is that the windings of the first two phases can be provided with an insulation which is only dimensioned for a voltage which is of the order of 71% of the voltage supplied on said two connections. In this case, the two phases which are "innermost", i.e. are connected to earth, are thus considered to constitute said first phases, and these are considered to be connected to said connections, although not directly, but via the other phases.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är an- ordningen anordnad att med nämnda båda anslutningar vara di- rekt ansluten till ett enfas-växelspänningsnät, och detta är möjligt tack vare att någon transformator inte krävs för att se till att spänningen blir symmetrisk mot jord. Därvid är det möjligt att åstadkomma en direktgenerering av en enfas-växelspänning till ett sådant nät för höga spänningar, såsom högre än 10 kV och exempelvis mellan 20 och 100 kV, därest enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen en kabellindad högspänningsgene- 10 1.5 20 25 30 35 513 655 rator används. Därvid utnyttjas företrädesvis en högspännings- generator av den typ som finns beskriven i sökandens WO 97/45919, vilken kan utformas att, tack vare utnyttjandet av en kabel i form av en elektriskledare med ett höije som är kapabelt 'att innestänga det kring ledaren uppstående elektriska fältet, ge- nerera höga spänningar, såsom utan vidare i den storleksordning som de matningsledningar som löper parallellt med en kontakt- ledning för spårgående fordon uppvisar, såsom exempelvis i Sve- rige normalt 66 kV, dvs en spänning av 132 kV mellan den till den ena anslutningen hos anordningen anslutna tilledaren och den till den andra anslutningen anslutna àterledaren. Matnings- ledningen kan även innefattas i ett s k autotransformatorsystem där kontaktledningen och eventuella till denna parallellkopplade ledare, t ex på 16.5 kV, utgör anordningens tilledare och en s k negativ feeder i motfas till denna anordningens àterledare. Tille- dare, återledare och rälsen kopplas ihop med längs banan place- rade spartransformatorer. Nlan får exempelvis ett 2*16.5 = 33 kV- system. Uppfinningen är således speciellt intressant i samband med utnyttjande av en sådan generator, som kan direktgenerera till nätet, eftersom anordningen möjliggör ett utelämnande av transformatorn.According to another preferred embodiment of the invention, the device is arranged to be directly connected to a single-phase alternating voltage network with said two connections, and this is possible thanks to the fact that no transformer is required to ensure that the voltage becomes symmetrical with earth. In this case, it is possible to provide a direct generation of a single-phase alternating voltage to such a network for high voltages, such as higher than 10 kV and for example between 20 and 100 kV, in which case according to a preferred embodiment of the invention a cable-wound high-voltage gene. 35 513 655 rator is used. A high-voltage generator of the type described in the applicant's WO 97/45919 is preferably used, which can be designed to, thanks to the use of a cable in the form of an electrical conductor with a height which is capable of enclosing the electrical arising around the conductor, the field, generate high voltages, such as without further ado in the order of magnitude of the supply lines running parallel to a contact line for rail vehicles, as for example in Sweden normally 66 kV, ie a voltage of 132 kV between the one conductor connected to one connection of the device and the return conductor connected to the other connection. The supply line can also be included in a so-called autotransformer system where the contact line and any conductors connected to it in parallel, for example 16.5 kV, constitute the device's conductor and a so-called negative feeder in opposite phase to this device's return conductor. The conductors, return conductors and rails are connected to energy-saving transformers placed along the track. Nlan gets, for example, a 2 * 16.5 = 33 kV system. The invention is thus of particular interest in connection with the use of such a generator, which can generate directly to the network, since the device enables an omission of the transformer.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är ge- neratorn utformad att till nämnda anslutningar leverera en en- fasväxelspänning med en frekvens som är 50 Hz, 60 Hz, 25 Hz eller 16 2/3 Hz, vilka är vanliga frekvenser hos banmatningen av spårgående fordon. Därvid är uppfinningen speciellt intressant vid önskemål om genererande av en enfas-växelspänning med en- frekvens som är lägre än frekvensen hos spänningen på det all- männa växelhögspänningstransmissionsnätet för elektrisk effekt, sàsom exempelvis i Sverige, där den önskade enfas-växelspän- ningen för banmatningen är 16 2/3 Hz, medan transmissionsnäten för en spänning med en frekvens av 50 Hz. Detta beror på att det vid sådan avvikande frekvens krävs frekvensomriktare, i det fall ingen separat anordning med en generator för levererande av en enfas-växelspänning användes för uppnàende av en sådan spänning, och därför en anordning av det uppfinningsenliga 10 20 25 30 35 513 655 slaget är speciellt intressant vid en sådan avvikande frekvens. I fallet av samma frekvens hos enfas-spänningen som hos det allmänna transmissionsnätet, blir det ju möjligt att klara sig utan frekvensomriktare utan att någon anordning för separat genere- ring av en enfas-växelspänning används.According to another preferred embodiment of the invention, the generator is designed to supply to said connections a single-phase alternating voltage with a frequency which is 50 Hz, 60 Hz, 25 Hz or 16 2/3 Hz, which are common frequencies of the track supply of tracked vehicles. . The invention is particularly interesting in the case of a desire to generate a single-phase alternating voltage with a single frequency which is lower than the frequency of the voltage on the general alternating high-voltage transmission network for electrical power, such as in Sweden, where the desired single-phase alternating voltage for the path supply is 16 2/3 Hz, while the transmission networks for a voltage with a frequency of 50 Hz. This is because with such a deviating frequency, a frequency converter is required, in case no separate device with a generator for supplying a single-phase alternating voltage is used to achieve such a voltage, and therefore a device of the invention according to the invention the stroke is particularly interesting at such a deviating frequency. In the case of the same frequency of the single-phase voltage as of the general transmission network, it will of course be possible to manage without a frequency converter without using any device for separate generation of a single-phase alternating voltage.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är en rotor hos växelspänningsgeneratorn anordnad att drivas till rota- tion av vindkraft. Ett utnyttjande av ett vindkraftverk hos en an- ordning av detta slag möjliggör direktgenerering av en enfas- växelspänning med en låg frekvens, då en sådan rotor har ett lågt varvtal, och det vid krav på högre frekvenser skulle krävas otroligt många poler hos denna eller en kostsam växellåda. Just i fallet av vindkraft är tidigare kända roterande enfasmaskiner ej tänkbara, då det hos vindkraftverk är mycket ogynnsamt med en pulserande effekt genom att det krävs en låg vibrationsnivå för att inte olika delar hos vindkraftverket skall skaka sönder. Det uppfinningsenliga sättet att via en fyrfas-generator uppnå ett kraftigt reducerande av effektpulsationer möjliggör därför utnytt- jande av vindkraft för generering av en enfasspänning med en frekvens som vindkraften är speciellt lämpad för.According to another preferred embodiment of the invention, a rotor of the alternating voltage generator is arranged to be driven to rotate by wind power. Utilization of a wind turbine of a device of this kind enables direct generation of a single-phase alternating voltage with a low frequency, when such a rotor has a low speed, and if higher frequencies were required, an incredible number of poles of this or a expensive gearbox. Precisely in the case of wind power, previously known rotary single-phase machines are not conceivable, as in wind turbines a pulsating effect is very unfavorable in that a low vibration level is required so that different parts of the wind turbine do not shake. The method according to the invention to achieve a sharp reduction of power pulsations via a four-phase generator therefore enables the use of wind power for the generation of a single-phase voltage with a frequency for which the wind power is particularly suitable.

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos uppfin- ningen framgår av den efterföljande beskrivningen samt övriga osjälvständiga patentkrav.Additional advantages and advantageous features of the invention appear from the following description and other dependent claims.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Här nedan beskrivs såsom exempel anförda föredragna utfö- ringsformer av uppfinningen under hänvisning till bifogade rit- ningar, på vilka: -- Fig 1 är en schematisk och förenklad vy illustrerande den all- männa uppbyggnaden hos för en anordning enligt en första föredragen utföringsform av uppfinningen använd 513 655 7 för generering av enfas-växelspänning till en matarled- ning för matande av elektrisk effekt via en kontaktled- ning till spârgàende fordon, fig 2 är en fig 1 liknande vy av en anordning enligt en andra föredragen utföringsform av uppfinningen, fig 3a är fig 2 liknande vyer av anordningar enligt ytterligare och 3b föredragna utföringsformer av uppfinningen, fig 4 illustrerar utseendet hos den momentana effekt en två- fas-generator för generering av en mot jord symmetrisk enfas-växelspänning skulle leverera, fig 5 är en fig 4 motsvarande vy för en fyrfas-generator av det uppfinningsenliga slaget, fig 6 illustrerar hur stegvis (i ett steg respektive i två steg) reaktiv kompensering kan kopplas in hos en anordning enligt uppfin_n_i_|_'1_g_en_ vid olika nivåer hos den av anord- ningen levererade aktiva effekten, varvid lastströmmen är uppritat i funktion av den aktiva effekten, fig 7 illustrerar rotorförlusterna hos en fyrfas-generator hos en anordning enligt uppfinningen i funktion av den leve- rerade aktiva effekten vid den stegvisa inkopplingen av reaktiv kompensering enligt fig 6 i jämförelse med fallet av ingen sådan reaktiv kompensering, fig 8 är en schematisk, vy illustrerande en kabellindad hög- spänningsgeneräftör som med fördel utnyttjas som fyrfas- generator hos de uppfinningsenliga anordningarna, och fig 9 visar uppbyggnaden hos en kabel använd hos en hög- spänningsgenerator enligt fig 8. \ 10 15 20 25 30 35 515 655 DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGS- FORMER AV UPPFINNINGEN I fig 1 illustreras schematiskt hur en generator 1 hos en anord- ning enligt en första föredragen utföringsform av uppfinningen le- vererar en mot jord symmetrisk enfas-växelspänning till en ma- tarledning 2 med tvà ledare 3, 4 med en spänning däremellan av 132 kV (+66 kV -(-66)kV), vilken leder till utmed ett järnvägsspàr 5 anordnade banmatningstransformatorer 6 med jordad mittpunkt 7, vilka har en sekundärlindning 8 ansluten med sin ena ände till en kontaktledning 9 för matande av elektrisk effekt till spàrgà- ende fordon 10 och med sin andra ände till jord. Transformatorn 6 levererar därvid exempelvis en spänning av 16.5 kV till kon- taktledningen 9. Vitsen med den högre spänningen pà matarled- ningen 2 är att överföringsförlusterna blir lägre.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Preferred embodiments of the invention are described below by way of example with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 is a schematic and simplified view illustrating the general structure of a device according to a first embodiment. preferred embodiment of the invention is used for generating single-phase alternating voltage to a supply line for supplying electrical power via a contact line to interrogating vehicles, Fig. 2 is a Fig. 1 similar view of a device according to a second preferred embodiment of Fig. 3a is Fig. 2 similar views of devices according to further and 3b preferred embodiments of the invention, Fig. 4 illustrates the appearance of the instantaneous power a two-phase generator for generating a symmetrical single-phase alternating voltage would supply, Fig. 5 is a Fig. 4 corresponding view of a four-phase generator of the type according to the invention, Fig. 6 illustrates how step by step (in a step re reactive compensation can be switched on in a device according to the invention according to the invention at different levels of the active power supplied by the device, the load current being plotted as a function of the active power, Fig. 7 illustrates the rotor losses of a four-phase generator of a device according to the invention in operation of the delivered active power in the stepwise connection of reactive compensation according to Fig. 6 in comparison with the case of no such reactive compensation, Fig. 8 is a schematic view illustrating a cable-wound high-voltage generator is advantageously used as a four-phase generator of the devices according to the invention, and Fig. 9 shows the structure of a cable used in a high-voltage generator according to Fig. 8. DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION In Figs. 1 schematically illustrates how a generator 1 of a device according to a first preferred embodiment of the invention supplies an earth-symmetrical single-phase alternating voltage to a supply line 2 with two conductors 3, 4 with a voltage in between of 132 kV (+66 kV - (- 66) kV), which leads to path supply transformers arranged along a railway track 5 6 with earthed center point 7, which have a secondary winding 8 connected with one end to a contact line 9 for supplying electrical power to the interlocking vehicle 10 and with its other end to earth. The transformer 6 then delivers, for example, a voltage of 16.5 kV to the contact line 9. The point of the higher voltage on the supply line 2 is that the transmission losses are lower.

Det illustreras hur en mycket enkel utföringsform av den uppfin- ningsenliga anordningen skulle kunna se ut, och denna uppvisar en växelspänningsgenerator med fyra faser 11-14 med en del- ning av 90 elektriska grader. Därvid definieras här en fas som en eller flera lindningar hos generatorns stator, vilka genererar en spänning med ett visst fasläge. Två första 11, 13 av faserna med inbördes fasförskjutning av 180° är försedda med varsin anslut- ning 15, 16, för att därpå leverera nämnda enfas-växelspänning.It is illustrated what a very simple embodiment of the device according to the invention could look like, and this has an alternating voltage generator with four phases 11-14 with a division of 90 electrical degrees. Here, a phase is defined here as one or more windings of the stator of the generator, which generate a voltage with a certain phase position. The first two, 11, 13 of the phases with mutual phase displacement of 180 ° are each provided with a connection 15, 16, in order to then supply said single-phase alternating voltage.

De båda andra faserna 12, 14 är via varsin reaktans i form av en kapacitans 17, 18 kopplad till varsin av nämnda anslutningar för uppnàende av en balansering av lasten på generatorns fyra fa- ser. Dimensioneringen av kapacitanserna 17 och 18 väljs därvid under hänsynstagande till det normala effektuttaget från anord- ningen, och eventuellt kan en icke visad dämplindning vara an- ordnad för att ta hand om variationer av effektuttaget kring denna medeleffekt. De fyra faserna är i en gemensam punkt 19 anslutna till jord. Faserna 1-2, 14 är alltså inbördes 180 grader fasförskjutna och dessutom 90 grader fasförskjutna i förhållande till de tvà första faserna 11, 13. Genom att samtliga faser har ena ändpunkten ihopkopplad till en gemensam punkt, som kan fordas, kan en mot jord symmetrisk enfasspänning tas ut mellan de tvà 10 15 20 25 30 35 513 655 första fasernas fria ändpunkter. Genom att ansluta reaktiva ele- ment på lämpligt sätt mellan generatorns olika fasuttag, åstad- koms då att lasten på generatorn blir faskompenserad och balan- serad, d v s att strömmarna i generatorns fyra faser blir till be- loppet lika stora och ligger i fas med respektive fasspänning.The two other phases 12, 14 are connected via each reactance in the form of a capacitance 17, 18 to each of said connections in order to achieve a balancing of the load on the four phases of the generator. The dimensioning of the capacitances 17 and 18 is then chosen taking into account the normal power output from the device, and possibly a damping winding (not shown) can be arranged to take care of variations of the power output around this average power. The four phases are connected to earth in a common point 19. Phases 1-2, 14 are thus mutually 180 degrees phase-shifted and in addition 90 degrees phase-shifted in relation to the first two phases 11, 13. Since all phases have one end point connected to a common point, which can be required, a ground symmetrical single-phase voltage is applied between the two free end points of the two first 15 phases. By connecting reactive elements in a suitable way between the generator's different phase outlets, it is then achieved that the load on the generator is phase compensated and balanced, ie that the currents in the generator's four phases become equal in size and are in phase with the respective phase voltage.

Den momentana effektengP som en anordning av detta slag ge- nererar är uppritad över tiden t i diagrammet i fig 5. Det framgår att effektpulsationerna är förhållandevis ringa, speciellt i jämfö- relse med de mycket stora effektpulsationer som en tvåfasgene- rator utan reaktiv kompensering får hos den momentana effekten P enligt fig 4. Det påpekas att vid dimensionerandet av reaktan- serna tas företrädesviswàívggn hänsyn till de reaktanser som led- ningarna från generatorn uppvisar, varvid dessa i form av luftled- ningar uppvisar främst en serieinduktans och vid kablar främst en shuntkapacitans. De båda anslutningarna 15 och 16 kan därvid anses ligga en bra bitñlfråíníggfaserna hos själva generatorn och därvid mellanliggande ledningspartiers reaktanser inräknas i de reaktanser som utnyttjas för nämnda balansering och fas- kompensering. ' I fig 2 illustreras schematiskt en anordning enligt en andra före- dragen utföringsform av uppfinningen, vilken skiljer sig från den i fig 1 illustrerade genom att här de båda kapacitanserna 17, 18 är reglerbart utformade samt genom att en induktans 20 som även- ledes är reglerbar, är parallellkopplad med de båda andra fa- serna 12, 14 mellan jordningspunkten 19 och fasens motsatta ände. Genom tillhandêbàilênde av både induktanser och kapaci- tanser på detta sätt erhålles önskad fasvridning samt möjlighet till en reaktiv kompensering anpassad till ett varierande effektut- tag på anslutningarrïa 15,16.The instantaneous power output generated by a device of this kind is plotted over time in the diagram in Fig. 5. It can be seen that the power pulsations are relatively small, especially in comparison with the very large power pulsations which a two-phase generator without reactive compensation receives. the instantaneous power P according to Fig. 4. It is pointed out that when dimensioning the reactances, the reactances exhibited by the lines from the generator are preferably taken into account, these in the form of overhead lines having mainly a series inductance and in the case of cables mainly a shunt capacitance. The two connections 15 and 16 can then be considered to be a good bit of the discharge phases of the generator itself and the reactances of intermediate line sections are included in the reactances used for said balancing and phase compensation. Fig. 2 schematically illustrates a device according to a second preferred embodiment of the invention, which differs from that illustrated in Fig. 1 in that here the two capacitances 17, 18 are controllably designed and in that an inductance 20 which is also adjustable, is connected in parallel with the two other phases 12, 14 between the earthing point 19 and the opposite end of the phase. By providing both inductances and capacitances in this way, the desired phase shift is obtained as well as the possibility of a reactive compensation adapted to a varying power output of connection 15/16.

I fig 3a illustreras emanordning enligt en tredje föredragen utfö- ringsform av uppfinningen, hos vilken de bàda första faserna 11, 13 hos fyrfasgeneratorn är anslutna till en gemensam jordpunkt 19 med sin ena ände _jg_c_h_,m_ed sin andra ände till ifrågavarande anslutning 15, 16\för levgererande av enfas-växelspänningen via 10 15 20 25 30 35 513 655 10 en seriekoppling med en andra fas 12 respektive 14. Därvid före- kommer reaktanser för nämnda balansering av lasten på gene- ratorns fyra faser i form av en kapacitans 22 parallellkopplad med de båda första faserna 11, 13 mellan dessas förbindelse med respektive andra fas, och en induktans 23, 24 parallell- kopplad med respektive andra lindning 12 respektive 14. Här har de båda kapacitanserna hos tidigare utföringsformer kunnat sammanfattas med en enda kapacitans. Hos denna utföringsform kommer vidare de bàda första lindningarna 11, 13 endast att behöva uppvisa en isolering som klarar 71 % av spänningen re- lativt omgivningen i förhållande till vad de båda andra faserna 12, 14 här och samtliga faser hos utföringsformerna enligt fig 1 och 2 måste uppvisa. Således kan i ovannämnda fall dessa båda lindningar då förses med en kabel som har en isolering som är avsedd för 47 kV, medan lindningarna hos faserna 12 och 14 är försedda med en kabel som är dimensionerad för 66 kV. Dess- utom reduceras antalet lindningsvarv per fas med faktorn 0,707.Fig. 3a illustrates the emanation device according to a third preferred embodiment of the invention, in which the two first phases 11, 13 of the four-phase generator are connected to a common ground point 19 with one end _jg_c_h_, with its other end to the connection 15, 16 \ for supplying the single-phase alternating voltage via a series connection with a second phase 12 and 14, respectively. There are reactances for said balancing of the load on the four phases of the generator in the form of a capacitance 22 connected in parallel with the two first phases 11, 13 between their connection with the respective second phase, and an inductance 23, 24 connected in parallel with the respective second windings 12 and 14, respectively. Here, the two capacitances of previous embodiments have been able to be combined with a single capacitance. Furthermore, in this embodiment, the first two windings 11, 13 will only need to have an insulation that can withstand 71% of the voltage relative to the environment in relation to what the two other phases 12, 14 here and all phases of the embodiments according to Figs. 1 and 2 must exhibit. Thus, in the above-mentioned case, these two windings can then be provided with a cable having an insulation intended for 47 kV, while the windings of phases 12 and 14 are provided with a cable dimensioned for 66 kV. In addition, the number of winding turns per phase is reduced by a factor of 0.707.

En utföringsform enligt samma princip som den visad i fig 3a il- lustreras i fig 3b. Denna skiljer sig från den föregående endast genom att här kapacitanser 46, 47 parallellkopplats med de andra faserna 12, 14 och i stället en induktans 48 parallellkopp- lats med seriekopplingen av de två första faserna 11, 13. r Såsom redan diskuterats högre upp är det speciellt fördelaktigt att utnyttja den uppfinningsenliga anordningen vid genererande av enfas-växelspänning via vindkraft. Därvid skulle i ett sådant fall rotorns generator kunna vara försedd med exempelvis 16 poler, vilket då skulle kräva en rotationshastighet av 2,08 varv/sekund (2,08 Hz) eller 24 poler med 1,39 Hz, vilket är ty- piska varvtal för stora vindkraftverk. Således skulle man i ett så- dant fall kunna klara sig utan växellåda och uppnå direkt genere- ring av en enfas-växelspänning med en frekvens av 16 2/3 Hz.An embodiment according to the same principle as that shown in Fig. 3a is illustrated in Fig. 3b. This differs from the previous one only in that here capacitances 46, 47 are connected in parallel with the second phases 12, 14 and instead an inductor 48 is connected in parallel with the series connection of the first two phases 11, 13. As already discussed above, it is it is particularly advantageous to use the device according to the invention when generating single-phase alternating voltage via wind power. In such a case, the generator of the rotor could be provided with, for example, 16 poles, which would then require a rotational speed of 2.08 rpm (2.08 Hz) or 24 poles with 1.39 Hz, which are typical speeds for large wind turbines. Thus, in such a case, it would be possible to manage without a gearbox and achieve direct generation of a single-phase AC voltage with a frequency of 16 2/3 Hz.

Genom att enfaseffektfluktuationerna hos den uppfinningsenliga anordningen kan reduceras i så pass hög grad som ovan diskute- rats är det möjligt att använda generatorn i vindkraftsamman- hang, där endast små vibrationer kan tillåtas. 10 15 20 25 30 35 513 655 11 l fig 6 illustreras hur det är möjligt att i steg koppla in reaktiv kompensering i samband med en fyrfasgenerator enligt uppfin- ningen, varvid iastströmmen I är uppritad i funktion av den aktiva effekten P. Därvid visar kurvan 25 iastströmmen, medan det med den med kvadrater försedda linjen 26 visas hur en enstegskom- pensering sker genom inkopplande av en reaktans när den aktiva effekten nàr en tredjedel av märkeffekten. Därvid har den reak- tiva kompenseringen en kapacitet av två tredjedelar av genera- torns märkeffekt. Linjen 27 försedd med trianglar visar hur en re- aktiv kompensering sker i två steg genom att när den levererade aktiva effekten nàr 20% respektive 60% av märkeffekten koppla in en av två reaktiva kompenseringsanordningar, vilka var och en har en kapacitet av 40% av generatorns märkeffekt.Because the single-phase power fluctuations of the device according to the invention can be reduced to the same extent as discussed above, it is possible to use the generator in the context of wind power, where only small vibrations can be allowed. Fig. 6 illustrates how it is possible in step to switch on reactive compensation in connection with a four-phase generator according to the invention, wherein the load current I is plotted in function of the active power P. The curve shows 25, while the line 26 provided with squares shows how a one-step compensation takes place by switching on a reactance when the active power reaches one third of the rated power. In this case, the reactive compensation has a capacity of two thirds of the generator's rated power. Line 27 provided with triangles shows how a reactive compensation takes place in two steps by when the delivered active power reaches 20% and 60% of the rated power, respectively, switch on one of two reactive compensation devices, each of which has a capacity of 40% of generator rated power.

Det illustreras i fig 7 hur sådan kompensering i ett respektive två steg inverkar på rotorförlusterna PR hos en uppfinningsenlig fyr- fas-generator i fallet av en ren ohmsk last. Därvid är rotorför- lusterna R uppritade i funktion av den levererade aktiva effekten P i förhållande till märkeffekten för referensfallet 28 av ingen kompensering och fallen av enstegskompensering 29 respektive tvàstegskompensering 30 i enlighet med fig 6. Det framgàr att enstegskompensering reducerar rotorförlusterna till cirka 11% av rotorförlusterna vid full effekt i referensfallet, medan tvàstegs- kompenseringen reducerar rotorförlusterna till cirka 4% av rotor- förlusterna vid full effektHingreferensfallet. Således uppnås redan genom en enstegskompensering en högst betydande reducering av rotorförlusterna.It is illustrated in Fig. 7 how such compensation in one and two steps, respectively, affects the rotor losses PR of a four-phase generator according to the invention in the case of a pure ohmic load. The rotor losses R are plotted as a function of the delivered active power P in relation to the rated power of the reference case 28 of no compensation and the cases of one-stage compensation 29 and two-stage compensation 30, respectively, according to Fig. 6. It can be seen that one-stage compensation reduces rotor losses to about 11%. the rotor losses at full power in the reference case, while the two-stage compensation reduces the rotor losses to about 4% of the rotor losses at full power in the reference case. Thus, already through a single-stage compensation, a highly significant reduction of the rotor losses is achieved.

Såsom redan nämnts oval; gär uppfinningen speciellt fördelaktig vid användande av en generator som möjliggör direktgenerering av en enfas-växelspänning av den storlek som skall utnyttjas, vanligtvis den spänning som krävs på en matarledning till en kontaktledning för överföring av elektrisk effekt till spàrgàende fordon eller till kontaktledningen, och en sådan generator för högspänningsfallet är tidigare känd genom sökandens egna WO 97/45919, och den allmänna uppbyggnaden därav visas mycket 10 15 20 25 30 35 513 655 12 schematiskt i fig 8. Rotorn 31 visas mycket schematiskt med två rotorpoler 32, 33 (den kan i praktiken ha fler), och statorn 34 uppvisar element 35, i vilka en magnetkrets bildas. Statorn är på konventionellt sätt sammansatt av en laminerad kärna av elplàt successivt sammansatt av sektorformade plåtar. Från ett radiellt ytterst beläget ryggparti 36 av kärnan sträcker sig ett antal tän- der 37 radiellt in mot rotorn. Mellan tänderna finns ett motsva- rande antal spår 38. Spåren mottager en lindning av väsentligen axiellt löpande skikt av kablar 39 anordnade radiellt utvändigt om varandra. Kablarna 39 innefattar en inre ledare 40 bestående av ett flertal kardeler 45 (se fig 9) och en utvändigt därom anordnad isolation 41. Genom användande av kablar av längre ned beskri- vet slag hos en sådan generator kan höga spänningar direkt ge- nereras däri utan isolationsproblem. Detta uppnås genom att ka- beln företrädesvis har den uppbyggnad som är illustrerad i fig 9.As already mentioned oval; The invention is particularly advantageous in the use of a generator which enables direct generation of a single-phase AC voltage of the magnitude to be used, usually the voltage required on a supply line to a contact line for transmitting electrical power to an in-vehicle or to the contact line, and such generator for the high voltage case is previously known from the applicant's own WO 97/45919, and the general construction thereof is shown very schematically in Fig. 8. The rotor 31 is shown very schematically with two rotor poles 32, 33 (it can in practice have more), and the stator 34 has elements 35 in which a magnetic circuit is formed. The stator is in a conventional manner composed of a laminated core of electrical plate successively composed of sector-shaped plates. From a radially outermost back portion 36 of the core, a number of teeth 37 extend radially towards the rotor. Between the teeth there is a corresponding number of grooves 38. The grooves receive a winding of substantially axially extending layers of cables 39 arranged radially externally around each other. The cables 39 comprise an inner conductor 40 consisting of a plurality of strands 45 (see Fig. 9) and an externally arranged insulation 41. By using cables of the type described below in such a generator, high voltages can be generated directly therein without insulation problems. This is achieved in that the cable preferably has the structure illustrated in Fig. 9.

Denna kabel uppvisar en inre elektrisk ledare 40 med ett hölje 41 som är kapabelt att innestänga det kring ledaren uppstående elektriska fältet. Den inre elektriska ledaren 40 är böjlig, och höljet 41 bildar ett isolationssystem, vilket innefattar en isolation 42 bildad av ett fast isolationsmaterial, företrädesvis ett poly- merbaserat material, och ett polymerbaserat material, och utan- för isolationen ett yttre skikt 43, som har en elektrisk kondukti- vitet som är högre än isolationen för att det yttre skiktet genom anslutning till jord eller eljest relativt låg potential skall förmå dels att fungera potentialutjämnande, dels att i huvudsak inne- stänga det på grund av nämnda elektriska ledare 40 uppstående elektriska fältet innanför det yttre skiktet 43. Vidare bör det yttre skiktet ha en resistivitet som är tillräcklig för att minimera elek- triska förluster i det yttre skiktet. lsolationssystemet innefattar vidare ett inre skikt 44, vilket har nämnda åtminstone ena elek- triska ledare 40 anordnad innanför sig och besitter en elektrisk konduktivitet som är-lägre än den hos den elektriska ledaren men tillräcklig för att det inre skiktet skall fungera potentialut- jämnande och därmed utjämnande vad avser det elektriska fältet utanför det inre skiktet. En sådan kabel är således av ett slag motsvarande kablar med fast extruderad isolation idag använda 10 20 25 30 35 515 655 13 inom kraftdistribution, t ex s k PEX-kablar eller kablar med EPR- isolation. Den använda termen “fast isolationsmateriaV' innebär att lindningen skall sakna vätskeformig eller gasformig isolation, exempelvis i form av olja. I stället avses isolationen bildas av ett polymeriskt material. Även de inre och yttre skikten är bildade av ett polymeriskt material, ehuru ett halvledande sådant. isolationen 43 kan utgöras av ett fast termoplastiskt material, sàsom làgdensistetspolyeten (LDPE), högdensistetspolyeten (HDPE), polypropylen (PP), poly-butylen (PB), polymetylpenten (PMP), tvärbunden polyetylen (XLPE) eller gummi sàsom etylen- propylengummi (EPR) eller silikongummi. Vad gäller resistiviteten hos det inre skiktet och det yttre skiktet bör denna ligga inom området 10'6Qcm - 100 kQcm, lämpligen 10'3-1000Q cm, företrädesvis 1-500Qcm. För det inre och yttre skiktet är en resistans som per meter ledare/isolationssystem ligger inom om- rådet SOuQ - SMQ fördelaktig.This cable has an internal electric conductor 40 with a housing 41 which is capable of enclosing the electric field arising around the conductor. The inner electrical conductor 40 is flexible, and the housing 41 forms an insulation system, which comprises an insulation 42 formed of a solid insulating material, preferably a polymer-based material, and a polymer-based material, and outside the insulation an outer layer 43, which has an electrical conductivity which is higher than the insulation so that the outer layer, by connection to earth or otherwise relatively low potential, will be able to function as a potential equalizer and to close off the electric field arising mainly due to said electrical conductor 40; the outer layer 43. Furthermore, the outer layer should have a resistivity sufficient to minimize electrical losses in the outer layer. The insulation system further comprises an inner layer 44, which has said at least one electrical conductor 40 arranged inside it and has an electrical conductivity which is lower than that of the electrical conductor but sufficient for the inner layer to function as a potential equalizer and thus leveling with respect to the electric field outside the inner layer. Such a cable is thus of a type corresponding to cables with fixed extruded insulation currently used in power distribution, for example so-called PEX cables or cables with EPR insulation. The term 'solid insulation material' used means that the winding must have no liquid or gaseous insulation, for example in the form of oil. Instead, the insulation is intended to be formed of a polymeric material. The inner and outer layers are also formed of a polymeric material, although a semiconducting one. The insulation 43 may be a solid thermoplastic material, such as low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), polypropylene (PP), polybutylene (PB), polymethylpentene (PMP), crosslinked polyethylene (XLPE) or rubber such as ethylene propylene. EPR) or silicone rubber. As for the resistivity of the inner layer and the outer layer, this should be in the range 10'6Qcm - 100 kQcm, preferably 10'3-1000Q cm, preferably 1-500Qcm. For the inner and outer layers, a resistance that per meter of conductor / insulation system is within the range SOuQ - SMQ is advantageous.

Den elektriska belastningen på isolationssystemet minskar som en konsekvens av faktumet att de inre och yttre skikten av halv- ledande material kring isolationen kommer att tendera att bilda väsentligen ekvipotentiella ytor och på detta sätt kommer det elektriska fältet i isolationen att fördelas förhållandevis likformigt över isolationens tjocklek.The electric load on the insulation system decreases as a consequence of the fact that the inner and outer layers of semiconductor material around the insulation will tend to form substantially equipotential surfaces and in this way the electric field in the insulation will be distributed relatively uniformly over the thickness of the insulation.

Vidhäftningen mellan isoleringsmaterialet och de inre och yttre halvledande skikten gmíästemvara likformig över väsentligen hela gränsytan däremellan, så att inga hàlrum, porer eller dylikt kan uppstå. Detta är naturligtvis speciellt viktigt vid högspän- ningsapplikationer, och en kabel av detta slag har företrädesvis ett isolationssystem utformat för hög spänning, lämpligen över 10kV, särskilt över 36kV och företrädesvis över 72,5 kV. Vid sà- dana höga spänningaru-štä-llver uppkomna elektriska och termiska belastningar mycket höga krav pà isolationsmaterialet. Det är känt att s k delurladdningar, PD, i allmänhet utgör ett allvarligt problem för isoleringsmaterialet vid högspänningsinstallationer.The adhesion between the insulating material and the inner and outer semiconducting layers must be uniform over substantially the entire interface therebetween, so that no voids, pores or the like can occur. This is of course especially important in high voltage applications, and a cable of this type preferably has an insulation system designed for high voltage, suitably above 10 kV, especially above 36 kV and preferably above 72.5 kV. At such high voltage levels, electrical and thermal loads arise on very high demands on the insulation material. It is known that so-called partial discharges, PD, generally constitute a serious problem for the insulation material in high-voltage installations.

Om hàlrum, porer eller dylikt skulle bildas vid ett isoleringsskikt, skulle inre corona-urladdningar kunna uppträda vid höga elek- 10 20 25 30 35 513 655 14 triska spänningar, varigenom isoleringsmaterialet gradvis för- sämras och resultatet skulle kunna bli elektriska genombrott ge- nom isolationen. Detta skulle kunna leda till ett allvarligt sam- manbrott hos reaktorn.If voids, pores or the like were to form on an insulating layer, internal corona discharges could occur at high electrical voltages, whereby the insulating material would gradually deteriorate and the result could be electrical breakthroughs through the insulation. This could lead to a serious breakdown of the reactor.

För att undvika uppträdande av dylika hàlrum eller porer är det av fördel att de inre och yttre skikten och den fasta isoleringen uppvisar väsentligen lika termiska egenskaper, varvid det är speciellt viktigt att de har väsentligen samma värmeutvidg- ningskoefficient, så att perfekt vidhäftning mellan de olika skik- ten kan bibehållas vid temperaturförändringar hos dessa och ka- beln expanderar och drar ihop sig likformigt som en monolitisk kropp vid temperaturförändringar utan någon förstörelse eller försämring av gränsytorna. För exempelvis en PEX-kabel är det isolerande skiktet av tvärbunden lågdensitetspolyeten och de halvledande skikten av polyeten med inblandade sot- och metall- partiklar. Volymförändringar till följd av temperaturförändringar upptas helt som radieförändringar i kabeln, och tack vare den jämförelsevis ringa skillnaden hos skiktens värmeutvidgningsko- efficlenter i förhållande till den elasticitet som dessa material har, kommer kabelns radiella expansion att kunna ske utan att skikten lossnar från varandra.In order to avoid the appearance of such cavities or pores, it is advantageous that the inner and outer layers and the solid insulation have substantially the same thermal properties, it being especially important that they have substantially the same coefficient of thermal expansion, so that perfect adhesion between the different the layers can be maintained in the event of temperature changes in these and the cable expands and contracts uniformly as a monolithic body in the event of temperature changes without any destruction or deterioration of the interfaces. For example, for a PEX cable, the insulating layer is of crosslinked low density polyethylene and the semiconducting layers are of polyethylene with soot and metal particles involved. Volume changes due to temperature changes are taken up entirely as radius changes in the cable, and thanks to the comparatively small difference in the thermal expansion coefficients of the layers in relation to the elasticity of these materials, the radial expansion of the cable will be possible without the layers coming apart.

Kabeln måste vidare uppvisa sådan böjlighet, att den är böjlig ned till en krökningsradie som understiger 25 gånger kabelns di- ameter för att böjning skall kunna ske under säkerställande av god vidhäftning mellan respektive skikt och den fasta isole- ringen. Lämpligen är kabeln böjlig till en krökningsradie under- stigande 15 x kabeldiametern, och företrädesvis till en krök- ningsradie understigande 10 x kabeldiametern. För att icke indu- cera onödiga skjuvspänningar i gränszonen mellan de olika skikten i isolationssystemet bör de olika skiktens elasticitetsmo- dul vara väsentligen-lika, så att en reduktion kan ske av de skjuvspänningar som kan uppstå mellan de olika skikten vid ut- sättande av kabeln för kraftig böjning innebärandes dragspän- ningar pà böjutsidan och tryckspänningar på böjinsidan. \ 10 15 20 513 655 15 Uppfinningen är givetvis inte pà något sätt begränsad till de ovan beskrivna föredragna utföringsformerna, utan en mängd möjlig- heter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fack- man på området, utan attdenne för den skull avviker fràn uppfin- nlngens grundtanke, sådan denna definieras i patentkraven.The cable must furthermore have such a flexibility that it is flexible down to a radius of curvature which is less than 25 times the diameter of the cable in order for bending to take place while ensuring good adhesion between the respective layer and the solid insulation. Suitably the cable is flexible to a radius of curvature of less than 15 x the cable diameter, and preferably to a radius of curvature of less than 10 x the cable diameter. In order not to induce unnecessary shear stresses in the boundary zone between the different layers in the insulation system, the modulus of elasticity of the different layers should be substantially equal, so that a shear stress can occur between the different layers when laying the cable. for strong bending involving tensile stresses on the bending outside and compressive stresses on the bending inside. The invention is of course not in any way limited to the preferred embodiments described above, but a number of possibilities for modifications thereof should be obvious to a person skilled in the art, without this deviating from the invention for that reason. - the basic idea of nlngen, as defined in the claims.

Exempelvis vore det fulltmöjligt att koppla in reaktanser hos de olika utföringsformerna på annorlunda sätt, och det vore även möjligt att låta vissa av dem vara fasta och tillhandahålla regler- barhet av vissa. n* Det påpekas att ”fyrfas-generator” med en jordad gemensam mittpunkt egentligen är att likställa med en tvåfas-generator med varje fas försedd med en jordad mittpunkt, så att det även går att beteckna fyrfas-generatorn enligt uppfinningen som en alldeles speciell typ av tvàfas-generator, och patentkravsdefinitionen är avsedd att täcka in detta. g iFor example, it would be possible to connect reactants of the different embodiments in different ways, and it would also be possible to let some of them be fixed and provide controllability of some. n * It is pointed out that "four-phase generator" with a grounded common center point is in fact equivalent to a two-phase generator with each phase provided with a grounded center point, so that it is also possible to designate the four-phase generator according to the invention as a very special type. of two-phase generator, and the patent definition is intended to cover this. g i

Claims (37)

10 15 20 25 30 35 513 655 16 krv10 15 20 25 30 35 513 655 16 krv 1. Anordning för generering av en mot jord symmetrisk enfas- växelspänning, därav, att den innefattar en växel- spänningsgenerator (1) med fyra faser (11-14) med en delning av 90 elektriska grader, att två första (11, 13) av faserna med inbör- des fasförskjutning av 180° är försedda med var sin anslutning (15, 16) för att därpå leverera nämnda enfas-växelspänning, och att anordningen dessutom innefattar reaktanser (17, 18) anslutna till generatorns faser för att åstadkomma att en till generatorn ansluten last blir väsentligen balanserad och faskompenserad, så att strömmarna i generatorns fyra faser blir till beloppet väsentligen lika stora och ligger väsentligen i fas med spänningen hos respektive fas.Device for generating an earth-symmetrical single-phase alternating voltage, in that it comprises an alternating voltage generator (1) with four phases (11-14) with a division of 90 electrical degrees, that two first (11, 13) of the phases with mutual phase shift of 180 ° are each provided with a connection (15, 16) for supplying said single-phase alternating voltage, and that the device further comprises reactants (17, 18) connected to the phases of the generator to cause a the load connected to the generator is substantially balanced and phase compensated, so that the currents in the four phases of the generator become substantially equal in amount and are substantially in phase with the voltage of the respective phase. 2. Anordning enligt krav 1, därav, att nämnda re- aktanser förekommer i form av kapacitanser (17, 18, 22) och/eller induktanser (20, 21, 23, 24).Device according to claim 1, in that said reactants occur in the form of capacitances (17, 18, 22) and / or inductances (20, 21, 23, 24). 3. Anordning enligt krav 1 eller 2, käflnetegkgad därav, att den innefattar medel för reglerande av kapacitansen eller induktan- sen hos åtminstone en av nämnda reaktanser (17, 18,20, 21).Device according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises means for regulating the capacitance or inductance of at least one of said reactants (17, 18, 20, 21). 4. Anordning enligt något av kraven 1-3, kännetgcknag därav, att åtminstone en av nämnda reaktanser är fast och anordningen innefattar en dämplindníng.Device according to any one of claims 1-3, characterized in that at least one of said reactants is solid and the device comprises a damping winding. 5. Anordning enligt något av kraven 1-4, känngtggkgag därav, att nämnda båda första faser (11, 13) är vid sin ena ände motsatt nämnda anslutningar vid en gemensam punkt (19) anslutna till jord.Device according to any one of claims 1-4, characterized in that said two first phases (11, 13) are connected at one end opposite said connections at a common point (19) to earth. 6. Anordning enligt något av kraven 1-5, därav, att samtliga fyra faser (11-14) är vid sina ändar motsatt nämnda anslutningar (15, 16) i en gemensam punkt förbundna med jord (19). 10 20 25 30 35 513 655 17Device according to any one of claims 1-5, in that all four phases (11-14) are connected at their ends opposite said connections (15, 16) at a common point with earth (19). 10 20 25 30 35 513 655 17 7. Anordning enligt krav 5, därav, att de fyra fa- serna är parvist seriekopplade med de båda första faserna (11, 13) förbundna med respektive anslutning (15, 16) via varsin av de andra faserna (12, 14).Device according to claim 5, in that the four phases are connected in pairs in series with the two first phases (11, 13) connected to the respective connection (15, 16) via each of the second phases (12, 14). 8. Anordning enligt krav 6, därav, att vardera andra fas (12, 14) är förbunden med nämnda anslutning (15, 16) via en kapacitans (17, 18).Device according to claim 6, wherein each second phase (12, 14) is connected to said connection (15, 16) via a capacitor (17, 18). 9. Anordning enligt krav 6 och eventuellt något eller nägra av kraven 2-5. OCh 8. därav, att den för varje första fas (11, 13) innefattar en därmed mellan jordningspunkten (19) och nämnda anslutning (15, 16) parallellkopplad kapacitans (17, 18).Device according to claim 6 and optionally one or more of claims 2-5. AND 8. that it comprises for each first phase (11, 13) a capacitance (17, 18) connected in parallel therewith between the earthing point (19) and said connection (15, 16). 10. Anordning enligt krav 6 och något eller några av kraven 2-5 och 8 eller 9, därav, att den för varje andra fas (12, 14) innefattar en därmed mellan nämnda jordningspunkt (19) och fasens motsatta ände parallellkopplad induktans (20, 21).Device according to claim 6 and any one or more of claims 2-5 and 8 or 9, in that it comprises for each second phase (12, 14) an inductance (20 connected in parallel therefrom between said earth point (19) and the opposite end of the phase , 21). 11. Anordning enligt krav 7, därav, att den inne- fattar en mellan de båda första fasernas förbindelse med respek- tive andra fas med dessa båda första faser (11, 13) parallell- kopplad kapacitans (22), och att de andra faserna har mellan sina båda ändar varsin induktans (23, 24) parallellkopplad där- med.Device according to claim 7, wherein it comprises a capacitance (22) connected in parallel with the two first phases (11, 13) between the two first phases and the second phases, and that the second phases have between their two ends each inductance (23, 24) connected in parallel therewith. 12. Anordning enligt krav 7, därav, att de båda första faserna (11, 13) uppvisar lindningar med en isolation di- mensionerad för en lägre spänning än de båda andra fasernas (12, 14) lindningar. 'Device according to claim 7, in that the two first phases (11, 13) have windings with an insulation dimensioned for a lower voltage than the windings of the two other phases (12, 14). ' 13. Anordning enligt-något av föregående krav, därav, att den är anordnafd att med nämnda båda anslutningar (15, 16) vara direkt ansluten till ett enfas-växelspänningsnät (2). 10 15 20 25 30 35 513 655 18Device according to any one of the preceding claims, in that it is arranged to be directly connected to said two connections (15, 16) to a single-phase alternating voltage network (2). 10 15 20 25 30 35 513 655 18 14. Anordning enligt krav 13, därav, att den är utformad för levererande av elektrisk effekt till spårgående for- don (10).Device according to claim 13, in that it is designed for delivering electrical power to tracked vehicles (10). 15. Anordning enligt krav 14, därav, att nämnda enfas-växelspänningsnät innefattar en med nämnda anslutningar (15, 16) förbunden matarledning (2) för matning av elektrisk ef- fekt till en kontaktledning (9) för matning av enfas-växelspänning till spärgående fordon (10).Device according to claim 14, wherein said single-phase alternating voltage network comprises a supply line (2) connected to said connections (15, 16) for supplying electrical power to a contact line (9) for supplying single-phase alternating voltage to cut-off vehicles (10). 16. Anordning enligt något av kraven 1-15, därav, att den är anordnad att till nämnda anslutningar (15, 16) leverera en spänning relativt jord som är högre än 10 kV, med fördel högre än 15 kV och företrädesvis mellan 20 och 100 kV.Device according to any one of claims 1-15, in that it is arranged to supply to said connections (15, 16) a voltage relative to earth which is higher than 10 kV, advantageously higher than 15 kV and preferably between 20 and 100 kV. 17. Anordning enligt något av föregående krav, kännetggknagl därav, att generatorn är utformad att till nämnda anslutningar (15, 16) leverera en enfas-växelspänning med en frekvens som är 50 Hz, 60 Hz, 25 Hz eller 16 2/3 Hz.Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the generator is designed to supply to said connections (15, 16) a single-phase alternating voltage with a frequency which is 50 Hz, 60 Hz, 25 Hz or 16 2/3 Hz. 18. Anordning enligt något av föregående krav, käpnetegknad därav, att generatorn är anordnad att till nämnda anslutningar (15, 16) leverera en enfas-växelspänning med en frekvens som är lägre än frekvensen hos spänningen på det allmänna växel- högspänningstransmissionsnätet för elektrisk effekt.Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the generator is arranged to supply to said connections (15, 16) a single-phase alternating voltage with a frequency which is lower than the frequency of the voltage on the general alternating high-voltage transmission network for electric power. 19. Anordning enligt något av föregående krav, kännetgcknad därav, att en rotor (31) hos växelspänningsgeneratorn är anord- nad att drivas till rotation av vindkraft.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a rotor (31) of the alternating voltage generator is arranged to be driven to rotate by wind power. 20. Anordning enligt något av föregående krav, därav, att generatorn (1) är en högspänningsgenerator anordnad att på nämnda anslutningar (15, 16) direkt generera en högspän- ning.Device according to any one of the preceding claims, wherein the generator (1) is a high voltage generator arranged to directly generate a high voltage at said connections (15, 16). 21. Anordning enligt krav 20, därav, att högspän- ningsgeneratorn (1) är kabellindad. 10 20 25 30 35 513 655 19Device according to claim 20, wherein the high voltage generator (1) is cable wound. 10 20 25 30 35 513 655 19 22. Anordning enligt krav 21, därav, att genera- torns faser (11-14) bildande lindningar är bildade av en kabel (39) i form av böjlig elektrisk ledare (40) med ett hölje (41) som är kapabelt att innestänga det kring ledaren uppstàende elek- triska fältet.Device according to claim 21, in that winding phases (11-14) forming the generator are formed by a cable (39) in the form of a flexible electrical conductor (40) with a housing (41) capable of enclosing it. around the conductor emerging electric field. 23. Anordning enligt krav 22, varvid höljet innefattar ett isola- tionssystem, därav, att isolationssystemet inne- fattar en isolation bildad av ett fast isolationsmaterial (42) och utanför isolationen ett yttre skikt (43), som har en elektrisk kon- duktivitet som är högre än den hos isolationen för att det yttre skiktet genom anslutning till jord eller eljest relativt låg potential skall förmå dels att fungera potentialutjämnande, dels att i hu- vudsak innehålla det på grund av nämnda (40) elektriska ledare uppstàende elektriska fältet innanför det yttre skiktet.The device of claim 22, wherein the housing comprises an insulation system, wherein the insulation system comprises an insulation formed of a solid insulation material (42) and outside the insulation an outer layer (43) having an electrical conductivity which is higher than that of the insulation in order for the outer layer by connection to earth or otherwise relatively low potential to be able to function as a potential equalizer, and partly to contain mainly the electric field arising due to said (40) electrical conductors inside the outer the layer. 24. Anordning enligt krav 22 eller 23, varvid höljet innefattar ett isolationssystem, därav, att isolationssystemet innefattar en isolation (42) bildad av ett fast isolationsmaterial och innanför isolationen ett inre skikt (44), att nämnda åtmins- tone ena elektriska ledare är anordnad innanför det inre skiktet och att det inre skiktet har en elektrisk konduktivitet som är lägre än den hos den elektriska ledaren men tillräcklig för att det inre skiktet skall fungera potentialutjämnande och därmed ut- jämnande vad avser detqelektrisk fältet utanför det inre skiktet.Device according to claim 22 or 23, wherein the casing comprises an insulation system, wherein the insulation system comprises an insulation (42) formed of a solid insulation material and inside the insulation an inner layer (44), said at least one electrical conductor being arranged inside the inner layer and that the inner layer has an electrical conductivity which is lower than that of the electrical conductor but sufficient for the inner layer to function equilibrating and thus equalizing with respect to the electric field outside the inner layer. 25. Anordning enligt krav 23 eller 24, därav, att de inre (44) och yttre (43) skikten och den fasta isoleringen (42) uppvisar väsentligenilika termiska egenskaper.Device according to claim 23 or 24, in that the inner (44) and outer (43) layers and the solid insulation (42) have substantially similar thermal properties. 26. Anordning enligt nåugotwav kraven 23-25, därav, det inre (44)~-och/eller yttre (43) skiktet innefattar ett halvledande materiaLå i WDevice according to claim 23 to 25, wherein the inner (44) and / or outer (43) layers comprise a semiconducting material layer in W 27. Anordning enligt något av kraven 23-26, därav, att det inre-skiktet (44) och/eller det yttre skiktet (43) har 10 15 20 25 30 35 513 655 20 en resistivitet inom området 10-6Qcm - 100 kQcm, lämpligen 10- 3- 1000Qcm, företrädesvis 1-500Qcm.Device according to any one of claims 23-26, in that the inner layer (44) and / or the outer layer (43) has a resistivity in the range 10-6 cm cm - 100 Q cm , preferably 10--3000Qcm, preferably 1-500Qcm. 28. Anordning enligt något av kraven 23-27, därav,, att det inre skiktet (44) och/eller det yttre skiktet (43) har en resistans som per meter ledare/isolationssystem ligger inom området SOpQ - 5 MQ.Device according to any one of claims 23-27, in that the inner layer (44) and / or the outer layer (43) has a resistance which per meter of conductor / insulation system is within the range SOpQ - 5 MQ. 29. Anordning enligt något av kraven 23-28, därav, att den fasta isoleringen (42) och det inre skiktet (44) och/eller det yttre skiktet (43) utgörs av polymera material.Device according to one of Claims 23 to 28, in that the solid insulation (42) and the inner layer (44) and / or the outer layer (43) are made of polymeric materials. 30. Anordning enligt något av kraven 23-29, lgänggjgggknad därav, att det inre skiktet (44) och/eller det yttre skiktet (43) och den fasta isoleringen (42) är fast förbundna med varandra över väsentligen hela gränsytan, för att säkerställa vidhäftning även vid böjning och temperaturförändring.Device according to any one of claims 23-29, characterized in that the inner layer (44) and / or the outer layer (43) and the solid insulation (42) are firmly connected to each other over substantially the entire interface, in order to ensure adhesion even when bending and temperature change. 31. Anordning enligt något av kraven 23-30, därav, att den fasta isolationen (42) och det inre skiktet (44) och/eller det yttre skiktet (43) är av material med hög elasticitet för att bibehålla den inbördes vidhäftningen vid påfrestning un- der drift.Device according to any one of claims 23-30, in that the solid insulation (42) and the inner layer (44) and / or the outer layer (43) are of material with high elasticity in order to maintain the mutual adhesion during stress. during operation. 32. Anordning enligt krav 31, kännetgçknad därav, att den fasta isolationen (42) och det inre skiktet (44) och/eller det yttre skiktet (43) är av material med väsentligen lika elasticitetmodul.Device according to claim 31, characterized in that the solid insulation (42) and the inner layer (44) and / or the outer layer (43) are of material with a substantially equal modulus of elasticity. 33. Anordning enligt något av kraven 23-32, därav, att det inre skiktet (44) och/eller det yttre skiktet (43) och den fasta isoleringen (42) utgörs av material med väsentligen lika termiska utvidgningskoefficienter.Device according to any one of claims 23-32, in that the inner layer (44) and / or the outer layer (43) and the solid insulation (42) are made of materials with substantially equal coefficients of thermal expansion. 34. Anordning enligt något av kraven 23-33, därav, att det inre skiktet (44) är i elektrisk kontakt med den åt- minstone ena elektriska Iedaren (40). 10 20 25 513 655 21Device according to any one of claims 23-33, in that the inner layer (44) is in electrical contact with the at least one electrical conductor (40). 10 20 25 513 655 21 35. Anordning enligt krav 34, därav, att nämnda åtminstone ena elektriska ledare (40) innefattar ett antal kardeler (45) och att åtminstone en kardel hos den elektriska ledaren är åtminstone delvis oisolerad och anordnad i elektrisk kontakt med det inre skiktet (44).The device of claim 34, wherein said at least one electrical conductor (40) comprises a plurality of strands (45) and at least one strut of the electrical conductor is at least partially uninsulated and arranged in electrical contact with the inner layer (44). . 36. Anordning enligt nàgot av kraven 23-35, därav, att ledaren och dess isolationssystem är utformade för hög spänning, lämpligen över 10 kV, särskilt över 36 kV och fö- reträdesvis över 72,5 kV.Device according to any one of claims 23-35, in that the conductor and its insulation system are designed for high voltage, suitably above 10 kV, in particular above 36 kV and preferably above 72.5 kV. 37. Anordning enligt något av föregående krav, därav, att den är utformad att med lindningarna anslutas till en hög spänning, lämpligen över 10 kV, särskilt över 36 kV och fö- reträdesvis över 72,5 kV.Device according to one of the preceding claims, in that it is designed to be connected with the windings to a high voltage, suitably above 10 kV, in particular above 36 kV and preferably above 72.5 kV.
SE9901938A 1999-05-27 1999-05-27 Device for generating single-phase AC voltage SE513655C2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9901938A SE513655C2 (en) 1999-05-27 1999-05-27 Device for generating single-phase AC voltage
AU54342/00A AU5434200A (en) 1999-05-27 2000-05-25 A device for generating a one-phase alternating voltage
PCT/SE2000/001058 WO2000073102A1 (en) 1999-05-27 2000-05-25 A device for generating a one-phase alternating voltage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9901938A SE513655C2 (en) 1999-05-27 1999-05-27 Device for generating single-phase AC voltage

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE9901938D0 SE9901938D0 (en) 1999-05-27
SE9901938L SE9901938L (en) 2000-10-16
SE513655C2 true SE513655C2 (en) 2000-10-16

Family

ID=20415768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE9901938A SE513655C2 (en) 1999-05-27 1999-05-27 Device for generating single-phase AC voltage

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU5434200A (en)
SE (1) SE513655C2 (en)
WO (1) WO2000073102A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9438094B2 (en) * 2013-04-16 2016-09-06 Alstom Technology Ltd Connecting system for connection of an electric machine to a converter

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB215980A (en) * 1923-05-31 1924-05-22 Philip Dawson Improvements in or relating to the transformation of current on electric railways and tramways
GB702892A (en) * 1952-02-14 1954-01-27 Asea Ab Electric railway system
SE9602079D0 (en) * 1996-05-29 1996-05-29 Asea Brown Boveri Rotating electric machines with magnetic circuit for high voltage and a method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
AU5434200A (en) 2000-12-18
WO2000073102A1 (en) 2000-12-07
SE9901938L (en) 2000-10-16
SE9901938D0 (en) 1999-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0901711B1 (en) A rotating asynchronous converter
JP2003501000A (en) Wind power plant and control method
JP2003501993A (en) Wind power plant
KR20010032215A (en) A wind power plant
WO2001052379A2 (en) Electric power system based on renewable energy sources
AU766297B2 (en) Power flow control
US7259491B2 (en) Rotating asynchronous converter
SE519430C2 (en) Wind Power plant
US6873080B1 (en) Synchronous compensator plant
US6465979B1 (en) Series compensation of electric alternating current machines
WO2001026201A1 (en) A plant for transmitting electric power and a method for reconstructing such a plant
AU736272B2 (en) An electric power plant
SE513655C2 (en) Device for generating single-phase AC voltage
SE515953C2 (en) High voltage DC insulated electric power plant
AU736226B2 (en) Rotating electric machine with magnetic circuit
WO1999029034A1 (en) A method and a system for speed control of a rotating electrical machine with flux composed of two quantities
JP2001525654A (en) Switchyard
MXPA00003034A (en) Synchronous compensator plant
WO2000012344A1 (en) A generator device
MXPA00003036A (en) Rotating electric machine with magnetic circuit

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed