DE286058C - - Google Patents

Description

KAISERLICHESIMPERIAL

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Die Erfindung bezweckt eine selbsttätige Regelung der Spannung in Ein- oder Mehrphasen-Wechselstromleitungen bzw. Kraft- oder Transformatorstationen für normale Periodenzahlen. The aim of the invention is to automatically regulate the voltage in single or multi-phase alternating current lines or power or transformer stations for normal periods.

In Fig. ι mögen I, I und II, II einen Teil einer Wechselstromleitung darstellen, die von links mit einef Spannung E gespeist wird und einen Strom / mit einer Wattkomponente / · cos φ und einer nacheilenden wattlosen Komponente / · sin φ führt. Der Strom sei unter einer Spannung V abzugeben, die beim Anwachsen der Stromstärke vom Wert O auf den Wert / um p Prozent zunehmen soll.In Fig. I, I, I and II, II represent part of an alternating current line, which is fed from the left with a voltage E and carries a current / with a watt component / · cos φ and a lagging wattless component / · sin φ. The current is to be delivered at a voltage V , which should increase by p percent as the current strength increases from the value O to the value /.

In einem der beiden Leiter liegt in an sich bekannter Weise die Niederspannungsspule eines Hilfstransformators t, dessen Unterspannung = e und dessen Oberspannung = a · e, dessen Übersetzungsverhältnis also α : ι ist. The low-voltage coil of an auxiliary transformer t, whose undervoltage = e and whose high-voltage = a · e, whose transformation ratio is α: ι, is located in one of the two conductors in a manner known per se.

so Die Oberspannungsspule desselben Transformators ist erfindungsgemäß in Reihe mit einem Kondensator C zwischen Hin- und Rückleitung geschaltet.so The high-voltage coil of the same transformer is connected according to the invention in series with a capacitor C between the forward and return lines.

Wäre in Fig. 1 der Kondensator kurz geschlossen, so würde sich die bekannte Schaltung des Zusatztransformators ergeben, der die Spannung V gegen die Spannung E in einem nur von seinem Übersetzungsverhältnis abhängigen, also festen Betrag erhöhen würde.If the capacitor in FIG. 1 were short-circuited, the known circuit of the additional transformer would result, which would increase the voltage V against the voltage E in an amount that is only dependent on its transformation ratio, that is, a fixed amount.

Wären umgekehrt die beiden Wicklungen des Transformators kurzgeschlossen, so würde eine gleichfalls bekannte Schaltung (Kondensator parallel zum Verbrauchsstromkreis) übrigbleiConversely, if the two windings of the transformer were short-circuited, one would also known circuit (capacitor parallel to the consumer circuit) left over

ben, deren Erfolg eine teilweise Aufhebung der wattlosen Komponente des Nutzstromes wäre.ben, the success of which a partial abolition of the wattless component of the useful electricity were.

Die vorliegende Erfindung erzielt nun beide Wirkungen der Grenzfälle. Ihr Erfolg ist:The present invention now achieves both effects of the borderline cases. Your success is:

1. daß die Phasenverschiebung zwischen E und / kleiner wird als die zwischen V und /, und1. that the phase shift between E and / is smaller than that between V and /, and

2. daß die Spannung V gegen die Spannung E. gesteigert wird, aber nicht mehr um einen festen Betrag, sondern um2. that the voltage V is increased against the voltage E. , but no longer by a fixed amount, but by

p = 100 p = 100

Vc · sin ep
(α+ ΐ)·Ε Vc · sin ep
(α + ΐ)

vom Hundert.by the hundred.

Da infolge der Schaltung der Kondensatorstrom i = — ist, so ändert sich auch die Kon- Since the capacitor current i = - as a result of the switching, the con-

densatorspannung V₀ und damit p im gleichen Verhältnis wie der Nutzstrom /.capacitor voltage V ₀ and thus p in the same ratio as the useful current /.

Nimmt man beispielsweise eine Leitung, welche 125 KVA. bei E = 475 Volt / = 250 Ampere und cos φ = 0,8 also sin φ = 0,6 zu übertragen hat, so wird mit einem Kondensator von 9,7 Mikrofarad, welcher Spannungen bis zu 1500 Volt aushalten kann, bei 50 Perioden in der Sekunde eine Steigerung der Spannung V gegen E um 5 vom Hundert erzielt, wenn das Übersetzungsverhältnis des Transformators 55 : ι ist. Bei Erhöhung der Kapazität können Kondensatorspannung und Übersetzungsverhältnis entsprechend erniedrigt werden; nur die scheinbaren Leistungen desFor example, if you take a line that has 125 KVA. at E = 475 volts / = 250 amperes and cos φ = 0.8, i.e. sin φ = 0.6, a capacitor of 9.7 microfarad, which can withstand voltages of up to 1500 volts, is used for 50 periods an increase in the voltage V against E by 5 per cent is achieved per second if the transformation ratio of the transformer is 55: ι. If the capacitance is increased, the capacitor voltage and the transformation ratio can be reduced accordingly; only the apparent achievements of the

Transformators und Kondensators sind durch die Bedingungen festgelegt und betragen hier 8,2 bzw. 6,8 KVA. Der Magnetisierungsstrom des Transformators und die Verluste in diesem und im Kondensator werden dieses Ergebnis natürlich beeinträchtigen, jedoch nur im Verhältnis zu den scheinbaren Leistungen dieser Einrichtungen.Transformer and capacitor are determined by the conditions and are here 8.2 or 6.8 KVA. The magnetizing current of the transformer and the losses in it and in the capacitor will of course affect this result, but only in proportion to the apparent achievements of these institutions.

Fällt also mit steigender Belastung der Anlagen die Spannung E, so kann durch diese Anordnung eine gleichbleibende Spannung V am Ende der Leitung erreicht werden, wie auch natürlich durch anderweitige Bemessung der Einrichtungen eine Überhöhung dieser Spannung erzielt werden kann. If the voltage E falls as the load on the systems increases, this arrangement allows a constant voltage V to be achieved at the end of the line, and of course an increase in this voltage can also be achieved by otherwise dimensioning the equipment.

Fig. 2 zeigt das Vektordiagramm des Vorganges. Hier ist die Spannung F und der ihr um den Winkel φ nacheilende Strom / gegeben. Mit letzterem ist infolge der Ver-Fig. 2 shows the vector diagram of the process. Here the voltage is F and the given its current / lagging by the angle φ. With the latter is due to the

kettung durch den Transformator der Kondensatorstrom i — — phasengleich, daher ist V_c, chain through the transformer the capacitor current i - - is in phase, therefore V _c ,

die Kondensatorspannung, um ^x/₄ Periode hinter / zurück. Aus Fig. 1 ergeben sich die Vektorgleichungen:the capacitor voltage by ^x / ₄ period behind / behind. The vector equations result from Fig. 1:

E+e —V=o E-Vc—α· e = o,
hieraus folgen die Vektorgleichungen: E + e —V = o E-Vc —α · e = o,
the vector equations follow from this:

a aa a

(α. +ι), e= V-Vc.(α. + ι), e = V-Vc.

Erstere kommt im Dreieck 0-1-2, letztere im Dreieck 0-3-1 der Fig. 2 zur Darstellung.The former is shown in the triangle 0-1-2, the latter in the triangle 0-3-1 of FIG. 2.

Da in ersterem Dreieck die Seite 1-2 klein ist gegen die beiden anderen, läßt sich die Beziehung zwischen den wirklichen Werten V, E, Vc ohne erheblichen Fehler in der Form:Since side 1-2 in the first triangle is small compared to the other two, the relationship between the real values V, E, Vc can be expressed without significant errors in the form:

τ/ ^tt + ^{x V}' τ / ^tt + ^{x V} '

V = V =

—- E -j sin φ- E -j sin φ

μ. αμ. α

schreiben. Hieraus ergibt sich für den Leerlauf die Spannung:to write. This results in the voltage for idling:

a + ia + i

E,E,

die Spannungserhöhung wird also:the voltage increase is thus:

V-Vo Vcsin■ V-Vo Vc sin ■

p = ioo ■ p = ioo ■

V₀ V ₀

100100

vom Hundert. Die oben geschilderte Anordnung kann ebensogut auf der freien Strecke als im Inneren von Transformatorenstationen ausgeführt werden, sofern nicht im letzten Fall eine Schaltung nach Fig. 3 bevorzugt werden sollte. Hier ist T der Stations-, t der Hilfstransformator. Eine Wicklung des letzteren, mit dem Kondensator in Reihe, ist so geschaltet wie in Fig. 1, nämlich zwischen die Pole des Nutzstromkreises. Die andere Wicklung dagegen ist vom Primärstrom des Stationstransformators durchflossen.by the hundred. The arrangement described above can just as well be carried out on the open route as inside transformer stations, unless a circuit according to FIG. 3 should be preferred in the latter case. Here T is the station transformer, t the auxiliary transformer. A winding of the latter, with the capacitor in series, is connected as in Fig. 1, namely between the poles of the useful circuit. The other winding, on the other hand, has the primary current of the station transformer flowing through it.

Sind die verschiedenen Stromstärken, wie in Fig. 3 angegeben, J₁, J₂, i und /, so ergeben sich, wenn man beide Transformatoren als verlustlos ansieht, die Beziehungen:If the different currents, as indicated in Fig. 3, are J ₁ , J ₂ , i and /, then, if both transformers are considered to be lossless, the following relationships result:

,6
C
daraus:, 6
C.
from it: • V
ι · e • V
ι · e -Ji-Ji
-Ji-Ji = V= V •Λ
i • Λ
i ii ClCl da nun auchthere now too hH

i -I- J₂ - /, i -I- J ₂ - /,

so folgt:so follows:

a + ßa + ß

und i =and i =

«7«7

Es wird also auch hier die Kondensatorspannung V_c um ¹Z₄ Periode hinter / zurückbleiben. Here too, the capacitor voltage V _{c will} lag behind / lag behind by ¹ Z _{4 period.}

Es ergeben sich ferner die Vektorgleichungen :The vector equations also result:

E — ue = ßV und E - ue = ßV and

e = V+ V₀, woraus e = V + V ₀ , from which

VcVc

a+ß '_ft+ß a + ß ' _ft + ß

folgt. Das Dreieck 0-1-2 in Fig. 2 kann auch als Darstellung dieser Vektorgleichung gelten, man muß nur der Seite 1-2 die Bedeutung —^-t F_c geben, dann stellt 0-2 den Wertfollows. The triangle 0-1-2 in Fig. 2 can also be used as a representation of this vector equation, you only have to give the side 1-2 the meaning - ^ - t F _c , then 0-2 represents the value

j?
_s dar. Auch hier ist, weil Seite 1-2 klein j?
_s . Again, because page 1-2 is small

ist, gegen die beiden anderen eine Vereinfachung erlaubt, welche zur Gleichung:is, against the other two a simplification is allowed, which leads to the equation:

F = ——- H ^-r F_c sin φF = ——- H ^ -r F _c sin φ

a+ß a+ßa + ß a + ß

führt.leads.

Als Spannungserhöhung läßt sich wie oben leicht ermitteln:The voltage increase can easily be determined as above:

p = 100 p = 100

a. · V₀ sin φ a. · V ₀ sin φ

vom Hundert. Natürlich kann man auch Fig. 3 dahin abändern, daß man die Sekundärwicklungen beider Transformatoren in Reihe und die Primärwicklungen parallel schaltet, wobei der Kondensator auf die Hochspannungsseite verlegt werden muß.by the hundred. Of course, you can also modify Fig. 3 so that the secondary windings both transformers in series and the primary windings in parallel, the capacitor on the High voltage side must be laid.

Bei Mehrphasenstrom können dieselben Schaltungen wie bei Einphasenstrom Verwendung finden. Die Einphasentransformatoren können aber auch durch einen Mehrphasentransformator ersetzt werden, wie dies für Dreiphasenstrom Fig. 4 bei Stern- und Fig. 5In the case of multi-phase current, the same circuits can be used as in the case of single-phase current Find. The single-phase transformers can also be replaced by a multi-phase transformer are replaced, as is the case for three-phase current in Fig. 4 for star and Fig. 5

bei Dreieckschaltung zeigt. Im letzteren Falle ist im Interesse der Übersichtlichkeit die Bewicklung nur eines Kernes dargestellt. Es ist dabei angenommen, Phase 2 eile der Phase 1 um ¹Z₃ Periode vor.with delta connection shows. In the latter case, the winding of only one core is shown in the interests of clarity. It is assumed that phase 2 leads phase 1 by ¹ Z ₃ periods.

Da, wie aus dem Vektordiagramm (Fig. 2) hervorgeht, die Regelung auf dem Zurückbleiben der Kondensatorspannung hinter dem Strom beruht, so kann in allen Fällen der Kondensator durch einen übererregten Synchronmotor ersetzt werden. Mit Hilfe von regelbaren Widerständen . in den Hilfsstromkreisen kann der Grad der Spannungsregelung beeinflußt werden.Since, as can be seen from the vector diagram (Fig. 2), the regulation is lagging behind the capacitor voltage is based behind the current, the capacitor can in all cases be caused by an overexcited synchronous motor be replaced. With the help of adjustable resistors. in the auxiliary circuits the degree of voltage regulation can be influenced.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:Patent Claims: i. Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Spannung von Ein- oder Mehrphasen-Wechselstromleitungen bzw. Kraftoder Transformatorenstationen bei normalen Periodenzahlen durch die Anwendung von Hilfstransformatoren in Verbindung mit Kondensatoren oder übererregten Synchronmotoren, bei welchen die die zusätzliche Regelspannung liefernde Wicklung des Hilfstransformators vom Nutzstrom durchflossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Wicklung jedes Hilfstransformators mit dem Kondensator oder übererregten Synchronmotor in Reihe und zwischen die Pole der Anlage geschaltet ist.i. Device for the automatic regulation of the voltage of single or multi-phase AC lines or power or transformer stations with normal number of periods through the application of auxiliary transformers in connection with capacitors or overexcited synchronous motors, in which the additional The winding of the auxiliary transformer supplying the control voltage is traversed by the useful current, characterized in that that the other winding of each auxiliary transformer with the capacitor or overexcited synchronous motor in series and is connected between the poles of the system. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wicklung jedes Hilfstransformators in Reihe mit einem Kondensator oder übererregtem Synchronmotor parallel zur Sekundärwicklung des Haupttransformators (T), die andere in Reihe zur Primärwicklung des Haupttransformators (T) geschaltet ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that one winding of each auxiliary transformer is connected in series with a capacitor or overexcited synchronous motor in parallel with the secondary winding of the main transformer (T), the other in series with the primary winding of the main transformer (T) . 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wicklung jedes Hilfstransformators in Reihe zur Sekundärwicklung des Haüpttransformators (Γ), die andere in Reihe mit einem Kondensator" oder übererregtem Synchronmotor parallel zur Primärwicklung des Haupttransformators (T) geschaltet ist.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that one winding of each auxiliary transformer is connected in series with the secondary winding of the main transformer (Γ), the other in series with a capacitor "or an overexcited synchronous motor in parallel with the primary winding of the main transformer (T) . Hierzu ι Blatt Zeichnungen.For this purpose ι sheet of drawings.