DE270435C

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Publication number: DE270435C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 270435 KLASSE 2\d. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. Juni 1913 ab.

Die Spannungen mehrphasiger Kraftübertragungssysteme sind oft unbalanciert, weil eine Last oder Lichtstromkreise an eine einzelne Phase angeschlossen sind oder weil ein unausgeglichener mehrphasiger Apparat von dem System betrieben wird. Solche Unausgeglichenheiten setzen den Nutzeffekt des Kraftübertragungssystems herab und machen es notwendig, daß spezielle und teure Apparate an ein derartiges System angeschlossen werden. In Notfällen ist es oft erwünscht, Leistung aus einem System für ein anderes zu entnehmen; dies ist aber untunlich, wenn eines der Systeme balanciert und das andere unbalanciert ist, weil das ausgeglichene System dadurch aus dem Gleichgewicht gebracht wird.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ausgleichen der Phasen, mehrphasiger Kraftübertragungssysteme und bezweckt, ein derartiges System auf einfachste und wirksamste Weise durch einen Phasenausgleicher zu balan- · eieren, der aus einer Synchronmaschine und einem mit dieser verbundenen Booster besteht, wobei der Phasenwechsel dieser beiden Maschinen in umgekehrter Reihenfolge vor sich geht.

Diese Maschinen und deren später beschriebene Einzelheiten können dabei in der mannigfaltig-

. sten zweckentsprechenden Weise untereinander . geschaltet werden.

Die Wirkungsweise des neuen Phasenausgleichers möge an Hand der Zeichnung dargestellt werden. Fig. 1 stellt den Phasenausgleicher schematisch dar; Fig. 2 und 3 gibt eine Modifikation desselben wieder; Fig. 4 ist ein zugehöriges Spannungsdiagramm.

In Fig. ι sind 1, 2, 3 die Leiter eines mehrphasigen Kraftübertragungssystemes, an die u. a. eine unausgeglichene Last angeschlossen sein möge. Dies sei z. B. eine einphasige Kraftübertragungsvorrichtung, die an eine Phase, z.B. an die zwei äußeren Leitungen 1 und 3, angeschlossen sei. Diese unbalancierte Last wird die Spannung zwischen den Leitungen 1 und 3 gegenüber der zwischen den Leitungen 1 und 2 und 2 und 3 ztt verringern suchen. Um nun diese unbalancierten Spannungen zwischen den Leitungen zu korrigieren, wird ein Phasenausgleicher vorgesehen, der aus einer Synchronmaschine α und einem Booster b besteht, die in Hintereinanderschaltung an die Leitungen angeschlossen sind. Hierbei sollen die Phasenwechsel in der Maschine einerseits und dem Booster andererseits in umgekehrter Reihenfolge vor sich gehen. Die Phasen der Spannungen sind dabei vorzüglich derart miteinander verbunden, daß relative Verschiebungen zwischen ihnen vorgenommen werden können. Besonders vorteilhaft ist es, die Phasen der Booster-Spannungen relativ zu jenen der Synchronmaschine zu verschieben. Synchronmaschine und Booster haben eine bestimmte Beziehung zwischen den Phasen ihrer Spannungen,

die zweckmäßig durch z. B. mechanische Kupplung der Maschinen α und b gesichert wird. Um die Phase der Booster-Spannung bezüglich der der Synchronmaschine zu verschieben, wird der Booster mit einer aus einer Anzahl einzelner Teile bestehenden Feldwicklung versehen, die verschiedene magnetische Achsen besitzen und deren Erregung unabhängig voneinander variiert werden kann. In der Zeichnung ist die

ίο Feldwicklung des Boosters z. B. aus zwei Teilen ό¹ und δ² zusammengesetzt, deren magnetische Achsen um annähernd 90 elektrische Grade gegeneinander versetzt sind. Jede dieser Teilwicklungen besitzt eine regulierbare Erregung, die z. B. von einer Gleichstrom-Erregermaschine e bzw. e¹ geliefert werden kann. Die Armatur des Boosters b kann mit der Synchronmaschine und den Leitungen in einer Weise verbunden werden, wie im folgenden beschrieben wird. Wird der Booster zwischen Synchronmaschine und Leitungen gelegt, so muß er entsprechend der Spannung in den Leitungen isoliert werden. In der Zeichnung ist darum ein dreiphasiges System dargestellt, bei dem die Armatur des dreiphasigen Boosters δ in Serie mit der ' Armatur der Dreiphasensynchronmaschine α geschaltet ist und deren Nullpunkt enthält. Bei dieser Schaltung befinden sich also die Wicklungen des Boosters b zwischen dem neutralen Punkt und den Wicklungen der Maschine α und müssen nur entsprechend der dort erzeugten Spannung isoliert werden. Regulatoren f und f¹ ändern in Abhängigkeit von der Spannung der Leitungen 1, 2 und 3 die relativen Beziehungen der Phasen der Spannungen der Maschinen α und b.

Die Armatur des Boosters b besitzt die drei Phasen i¹, 2¹ und 3¹, die in Sternschaltung verbunden sind. Die drei Phasen der Armatur der Synchronmaschine α sind mit i², 2² und 3² bezeichnet und sind auf einer Seite an die entsprechende Leitung angeschlossen; auf der anderen Seite sind die Phasen der Armatur an die eine Seite der-Phasen der Armatur des Boosters b angeschlossen. Hierbei ist z. B. Phase 2² der Maschine α derart mit Phase 2¹ des Boosters b verbunden, daß diese Phasenspannung des Boosters der der Phase 2² der Synchronmaschine entgegengerichtet ist; Phase i² und 3² der Maschine α sind mit Phase 3¹ bzw. i¹ der Maschine b verbunden. Dadurch wird erzielt, daß der Phasenwechsel in den Maschinen α und b in umgekehrter Reihenfolge erfolgt.

Die Synchronmaschine α besitzt eine FeIdwicklung α², die von einer geeigneten Quelle, z. B. einer Erregermaschine g, erregt wird. Wie in der Zeichnung dargestellt, kann im Feld der Maschine α auch eine Dämpferwicklung α¹ vorgesehen werden, die bezweckt, die synchronisierende Kraft der Feldwicklung α² zu verstärken und Pulsationen zu vernichten, die durch die Ankerrückwirkung der einzelnen Phasen dadurch entstehen, daß ein Teil der Wicklungen der Armatur als Motor- und ein Teil als Generatorwicklungen arbeiten. Die Felderregung der Maschine α kann z. B. mittels eines Regulators h geregelt werden, der von der unausgeglichenen Belastung der Leitungen 1 und 3 abhängt. Dieser Regler h ist schematisch als Spannungsregler der Tirrill-Type dargestellt, dessen Wirkungsweise im übrigen bekannt ist.

Angenommen, die Leitungen i, 2 und 3 seien u. a. durch eine unbalancierte Last zwischen den Leitungen 1 und 3 belastet, welche die Spannung zwischen diesen Leitungen herabzusetzen trachten wird, während die Spannungen zwischen den Leitungen 1 und 2 bzw. 2 und 3 steigende Tendenz annehmen werden. Bei \^;erwendung der neuen Phasenbalanciereinrichtung wird nun die Spannung zwischen den Leitungen 1 und 3 erhöht, während die zwischen den Leitungen ι und 2 bzw. 2' und 3 herabgesetzt wird. Dies rührt daher, daß zwei der Phasen des Phasenausgleichers als Generatoren arbeiten, während die dritte Phase motorisch wirkt. Die Motorphase ist im angenommenen Falle Phase 2, die Leistung aus Leitung 2 entnimmt und an die Leitungen 1 und 3 abgibt. Um die Spannungen zwischen den Leitungen zu balancieren, werden die Phasen der Spannungen der Maschinen α und b gegeneinander verschoben, bis diese Spannungen ausgeglichen sind. Das re-, sultierende Feld des Boosters δ kann durch geeignetes Variiren und Umkehren der Erregung der Teilwicklungen δ¹ und δ² der Booster-Feldwicklung um 360 ° verschoben werden.

Im Spannungsdiagramm der Fig. 4 sind die \^ektoren der Spannungen gleich bezeichnet mit den bezüglichen Leitungen und Maschinenteilen, in denen die dargestellten Spannungen erzeugt oder denen diese Spannungen aufgedrückt werden. So stellt der mit 1-2 bezeichnete Vektor die Spannungen zwischen den Leitungen 1 und 2, Vektor i² die in Phase i² der Maschine a' erzeugte Spannung dar, Vektor 3¹ entspricht der Spannung der Phase 3¹ des Boosters δ usw.

Die Regulatoren f bzw. f¹ enthalten Magnete f² bzw. Z"³, die an je zwei der mehrphasigen Leitungen angeschlossen sind. Diese Magnete beherrschen schwingende Kontakte k entgegen der Kraft einer Feder i in einer Weise, die ähnlich der Arbeit eines Tirrill-Regulators ist. Der schwingende Kontakt k schaltet einen Widerstand r bzw. r¹ in den Feldstromkreis der Erregermaschinen e und e¹ ein und aus. Die Kontakte sind dabei derart angeordnet, daß bei erhöhter Spannung zwischen zweien der Leitungen einer der Widerstände r bzw. r¹ kurzgeschlossen wird und das Feld der bezüglichen Erregermaschine hierdurch zunimmt, so daß auch die Spannung der Erregermaschine und eines Teiles der Feldwicklung des Boosters δ er-

höht wird. In Fällen, in denen z. B. die Spannung zwischen den Leitungen ι und 2 zu hoch ist, arbeitet der entsprechende Regulator darauf hin, die Spannung der Erregermaschine β und damit die Erregung des Teiles 5² der Feldwicklung des Boosters zu erhöhen.

Dadurch wird das resultierende Feld des Boosters verschoben und die Lage der Phasen ■seiner Spannungen in bezug auf jene der Sy nchronmaschine α geändert, bis die resultierende Spannung des Phasenausgleichers die Spannung zwischen den Leitungen 1 und 2 herabdrückt.

Die Erregermaschinen e, e¹ und g können in

eine Maschine zusammengezogen werden, wie \ in den Fig. 2 und 3 dargestellt. In diesem Falle besteht der Phasenausgleicher nur aus drei Maschinen, nämlich einer Synchronmaschine a, einem Booster b und einer Erregermaschine m. Die Erregermaschine m kann ein gewöhnlicher Gleichstromerzeuger sein, bei welchem verschiedene Widerstände in Reihe mit der Feldwicklung a- und den Teilwicklungen b und b¹ der Feldwicklung des Boosters geschaltet sind. Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung der Bürstensätze, wobei die Bürsten diametral gegenüberliegend angeordnet sind, ist an die Bürsten g¹ die Feldwicklung α² angeschlossen, an den Bürstensatz ,e ist der Teil δ² der Feldwicklung des Boosters b und an den Bürstensatz e¹ ist der Teil δ¹ der Feldwicklung des Boosters angeschlossen. Diametral gegenüberliegende Feldpole der. Erregermaschine m sind in Nebenschluß zu entsprechenden Bürstensätzen geschaltet und die Felderregung eines Polpaares kann reguliert werden und infolgedessen zwischen den Bürstensätzen g, g¹, e, e und e¹, e¹ die gewünschte Spannung in derselben Weise erzeugt werden, wie die Felderregung der Maschinen e, e^l und g durch die Regler f, f¹ und h reguliert wird.

Ein Phasenausgleicher nach der Erfindung

kann in einer Kraftstatioh aufgestellt werden, die unausgeglichenen Mehrphasenstrom liefert,

, z. B. weil eine einphasige Last angeschlossen ist. In diesem Fall wird- er benutzt, um die Spannungen balanciert zu erhalten. Er ermöglicht' auch, Generatoren größerer Leistung als bisher in den Kraftstationen aufzustellen, weil er balancierten Mehrphasenstrom zu erzeugen gestattet. Der neue Phasenausgleicher kann afeo in Verteilungs- und Kraftübertragungssystemen verwendet werden, um eine Unausgeglichenheit der Spannung des Systems zu korrigieren und auch, falls er mit einem geeigneten Regulator versehen wird, der von der unbalancierterl Last abhängig ist, um als Synchronkondensator zu arbeiten und die Spannung und den Leistungsfaktor des Systems zu erhöhen.

Claims

60 Patent-An Sprüche:

1. Einrichtung zum Balancieren der Phasen mehrphasiger Systeme, gekennzeichnet durch eine Synchronmaschine und einen mit dieser z. B. mechanisch verbundenen Booster, die in Reihe an das Netz gelegt sind

. und deren Drehfelder in umgekehrtem Sinne umlaufen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsphasen der Synchronmaschine und des Boosters oder einer dieser Maschinen relativ verschiebbar sind.

3. Einrichtung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die relativen Phasenverschiebungen von . Synchronmaschine und Booster oder einer dieser Maschinen in Abhängigkeit von der Spannung der Leitungen, z. B. durch einen Schnellregler, bewirkt werden.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldwicklung des Boosters aus mehreren Teilen besteht, deren z. B. von je einer besonderen Stromquelle herrührende Erregung relativ veränderlich ist, so daß die Phasenspannung des Boosters relativ zu der der Synchronmaschine verschoben werden kann.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldwicklung des Boosters aus zwei um go elektrische Grade gegeneinander versetzten Teilen besteht und durch Veränderung der Erregung derselben eine Verschiebung des resultierenden Feldes des Boosters bewirkt wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Booster den Sternpunkt der Synchronmaschine enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.