DE527081C - Anordnung zur Phasenkompensation in Speisepunkten von Wechselstromnetzen mit Hilfe einer an die Wechselstromleitung angeschlossenen Induktionsmaschine mit Kondensatoren im Sekundaerkreis - Google Patents

Anordnung zur Phasenkompensation in Speisepunkten von Wechselstromnetzen mit Hilfe einer an die Wechselstromleitung angeschlossenen Induktionsmaschine mit Kondensatoren im Sekundaerkreis

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DE527081C DEN23131D DEN0023131D DE527081C DE 527081 C DE527081 C DE 527081C DE N23131 D DEN23131 D DE N23131D DE N0023131 D DEN0023131 D DE N0023131D DE 527081 C DE527081 C DE 527081C
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Description

  • Anordnung zur Phasenkompensation in Speisepunkten von Wechselstromnetzen mit Hilfe einer an die Wechselstromleitung angeschlossenen Induktionsmaschine mit Kondensatoren im Sekundärkreis Es ist bekannt (s. z. B. J o n e s »Power Factor Correction<#, Journal of the American Institute of Electrical Engineers, jUli 1920, S. 654), zur Phasenkompensation ül Speisepunkten einen Transformator zu verwenden, dessen Sekundärkreis durch statische Kondensatoren kapazitiv belastet ist. Diese Anordnung hat gegenüber dem direkten Anschluß der Kondensatorbatterie an das Net z den Vorteil, daß man, unabhängig von der Netzspannung wird, d. h. die an den Kondensatorbelegen liegende Sekundärspannung beliebig wählen kann. Sie hat aber noch den Nachteil, daß die voreilende Blindleistung im allgemeinen unveränderlich ist und nur mit Hilfe besonderer, betriebstechnisch unbequemerMaßnahmen zur sekundären Spannungsänderung, wie z. B. durch Abschaltspulen im Transformator, der nacheilenden Blindleistung der zu kompensierenden, jeweils in Betrieb stehenden Maschinengruppen angepaßt werden kann.
  • Gemäß der Erfindung wird eine besondere Form des gewöhnlichen Transformators, nämlich eine Induktionsmaschine mit Kondensatoren im Sekundärkreis, für die Zwecke der regelbaren Phasenkompensation dadurch brauchbar gemacht, daß durch Schlupfänderung des Sekundärkreises relativ zu dem umlaufenden Erregerfeld gleichzeitig mit der Spannung an den Kondensatoren auch der kapazitive Blindwiderstand kontinuierlich geändert wird. Zu diesem Zweck wird der Läufer der Induktionsmaschine von einem Motor angetrieben, dessen Drehzahl und Drehrichtung veränderlich sind. Die für diesen Antriebsmotor aufzu-,vendende Energie ist außerordentlich gering, da die Induktionsmaschine infolge der rein kapazitiven Belastung des Sekundärkreises leerläuft und demgemäß nur ein Teil ihrer Verluste mechanisch zu decken ist.
  • Die Verhältnisse, welche auf diesem Wege geschaffen werden, sind ähnlich wie bei der Verwendung eines gewöhnlichen Drehtransformators mit daran angesälossenen statischen Kondensatoren. Gegenüber einem solchen Drehtransformator hat aber der Ge enstand #g der Erfindung den Vorteil, daß der mit beliebiger Drehzahl rechts oder links laufende, d. h. im Sinne des Drehfeldes oder entgegengesetzt angetriebene Induktionsmotor nicht nur als Spannungswandler wie der Drehtransformator, sondern gleichzeitig auch als Frequenzwandler wirkt. Da nun der vom Kondensator aufgenommene Blindstrom außer der aufgedrückten Wechselspannung auch der Frequenz proportional ist und beide Werte gleichsinnig von der Drehzahl beeinflußt werden, so ist der vom Kondensator aufgenommene voreilende Blindstrom eine quadratische Funktion der Drehzahl und deshalb in sehr weiten Grenzen stetig veränderlich. Aus der Tatsache, daß der Kondensatorstrom außer von der Spannung noch von der Frequenz abhängig ist, ergibt sich gegenüber der Verwendung eines ruhenden Drehtransformators noch der weitere Vorteil, daß zur Erzielung gleich hoher Kondensatorströme- eine geringere Spannung verwendet werden kann bei gleicher Größe der Kapazität oder bei gleicher Spannungshöhe die Kapazität kleiner bemessen werden kann. Die Anordnung hat außerdem den Vorteil, daß der mit dem Primärkreis transformatorisch gekuppelte Sekundärkreis für die an seinen Klernmen liegende Kondensatorbatterie als Schutzimpedanz für Einschaltstromstöße und Oberwellen und beim Abschalten vom Netz als Entladewiderstand wirkt.
  • Eine Ausführungsform der Schaltung gemäß der Erfindung ist in Abb. i dargestellt. Mit i ist ein Drehstromnetz bezeichnet, an das über die Schleifringe-- der in Stern geschaltete Läufer3 der Induktionsmaschine angeschlossen ist. Die Läuferwelle ist gekuppelt mit einem hinsichtlich der Drehzahl und Drehrichtung stetig regelbaren Motor4. 5ist der Sekundärkreis im Ständer des Induktionsmotors, der durch die Kondensatoren6 belastet ist.
  • Die Ableitung der allgemeinen Theorie der Induktionsmaschine als Spannungs- und Frequenzwandler mit sekundärer Kapazitanz geschieht unter der hier stets zulässigen Vernachlässigung sämtlicher Wirkströme am einfachsten an Hand des Strombildes (Abb. 2), und zwar, wie praktische Messungen zeigen, zugleich mit genügender Genauigkeit. Bezeichnet E die primäre Phasenspannung, JO den primären Phasenstrom bei synchronem Leerlauf, J,. den Primär- und J2 den Sekundärstrom für einen beliebigen Betriebszustand, x, den kapazitiven Blindwiderstand der Kondensatorbatterie bei Netzfrequenz und endlich n die jeweilige Drehzahl des Sekundärteiles der Indüktionsmaschine gegen den Primärteil, wobei n positiv zu rechnen ist, wenn diese Drehung im Sinne des Drehfeldes, dagegen negativ, wenn sie entgegengesetzt erfolgt, so ist unter der vereinfachenden Voraussetzung gleicher Phasen- und Windungszahlen im Ständer und Läufer nach dem Strombild: J, = JO - J.. Ferner ist gesetzt ist. Hieraus ergibt sich in welchem Ausdruck s - E die Spannung an C der Kondensatorbatterie und x, ihr kapazitiver Blindwiderstand beim Schlupf s bedeutet. JI. ist der Blindstrom, 'den die Anlage aufnimmt. Er wird negativ, d.h. voreilend, sobald wird. Multipliziert man den Ausdruck fürJI. noch mit der PhasenspannungE, so erhält man die Blindleistung einer Phase als einfache quadratische Funktion des Schlupfess, deren Koeffizienten selbst wieder in einfachster Weise nur von den drei GrößenE, JO und x, abhängen. Diese Formel ist an folgendem Beispiel experimentell nachgeprüft worden.
  • Es wurde benutzt ein vierpoliger 15-PS-Drehstrommotor als Zwischentransformator. Die primäre Phasenspannung betrug 225 Volt. Der primäre Leerlaufstrom je Phase betrug 4,7Amp. Die Kapazität je Phase betrug i2,6Mikrofarad. Die Primarwicklung war in Dreieck geschaltet. Die Netzfrequenz betrug 5o Per./Sek. Die synchrone Drehzahl betri#g i5oo Umdrehungen, je Minute.
  • Die Prüfung wurde vorgenommen bei zwei verschieden eingestellten Werten des kapazitiven Widerstandes. Diese wurden dadurch hergestellt, daß die Sekundärwicklung einmal in Dreieck und das zweitemal in Stern geschaltet wurde. Die Ergebnisse zeigt Abb. 3. Die ausgezogenen Kurven sind nach der Formel für die Blindleistung errechnet. Die durcli Kreuze angegebenen Punkte sind Meßwerte. Die Kurvea gilt für die Dreieckschaltung der Sekundärwicklung mit einem kapazitiven Ohmwiderstand von 122 Ohm, reduziert auf den Primärkreis. Die Kurveb gilt für Sternschaltung der Sekundärwicklung mit einer reduzierten Kapazitanz von 40,70hm. Aufgetragen sind als Ordinaten nach oben die von dem Motor abgegebene nacheilende Blindleistung und nach unten die von dem Motor abgegebene voreilende Blindleistung. Als Abszisse ist aufgetragen die Drehzahl des Sekundärteiles der Maschine gegen den Primärteil und zwar nach links bei Drehung im Sinne des Drehfeldes und nach rechts bei Drehung im entgegengesetzten Sinne.
  • Die Abb.3 zeigt deutlich die gute übereinstimmung zwischen Theorie und Versuch. Aus der Formel geht schließlich noch. hervor, daß die Anlage, wenn nötig, auch eine nacheilende Blindleistung aufnehmen kann, welche der Größe des als Transformator verwendeten Motors entspricht, eine Eigenschaft, die C der statische Kondensator im Gegensatz zum dynamischen (untererregte Synchronmaschinen) nicht besitzt.
  • Bei der Verwendung einer Induktionsmaschine gemäß der Erfindung zur Phasenkompensation ist es vorteilhaft, den zum Antrieb der Induktionsmaschine dienenden Motor gleichzeitig zur Förderung der Kühl- mittel für die Induktionsmaschine und die Kondensatoren zu verwenden. Dadurch wird erstens einmal eine besondere Antriebsmaschine erspart und zweitens verhütet, daß die Kühlmittelförderung infolge irgendeines Betriebsunfalles einmal ausbleibt, denn solange der Antriebsmotor für die Induktionsmaschine noch läuft, solange also die Anlage in Betrieb ist, solange wird auch das Kühlmittel gefördert.
  • Besonders vorteilhaft zum Antrieb der Induktionsmaschine gemäß der Erfindung ist ein ein- oder mehrphasiger Kollektormotor. Die Drehzahl eines solchen Kollektormotors kann bekanntlich durch Bürstenverschiebung in hinreichend weit-en Grenzen verändert werden. Man ist dabei also in der Lage, mit Hilfe dieses einfachen Mittels jede gewünschte Schlupfänderung einzustellen. Vielfach wird auch das Bedürfnis auftreten, die Anlage ohne dauernde Kontrolle in Betrieb halten zu können. Das läßt sich leicht und sicher dadurch erreichen, daß die Bürstenverschiebung des Kollektormotors durch einen selbsttätigen, z. B. elektro-hydraulischen Schnellregler betätigt wird, der von einem den cos ef des Speisepunktes messenden Instrument gesteuert wird.

Claims (2)

  1. PATI--,NTANSPRÜCHF-: i. Anordnung zur Phasenkompensation in Speisepunkten von Wechselstromnetzen mit Hilfe einer an die Wechselstromleitung angeschlossenen Induktionsmaschine mit Kondensatoren im Sekundärkreis, dadurch gekennzeichnet daß die Blindleistung, die die Kondensatoren der Induktionsniaschine an das Netz abgeben, durch Änderung des Schlupfes der Induktionsniaschine stetig regelbar ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung des regelbaren Antriebsmotors für den Läufer der Induktionsmaschine umkehrbar ist. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Antrieb der Induktionsmaschine dienende Motor gleichzeitig die für die Induktionsmaschine und die Kondensatoren erforderlichen Kühlmittel fördert. 4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß der Antriebsmotor als ein- oder mehrphasiger Kollektormotormit Regelung durch Bürstenverschiebung ausgebildet ist. 5. Anordnung nach Anspruch,1, dadurch ,gekennzeichnet daß die Bürstenverschie-D 3 bung am Kollektormotor durch einen selbsttätigen, von einem cos y-Regler beeinflußten Schnellreggler erfolgt.
DEN23131D 1924-04-27 1924-04-27 Anordnung zur Phasenkompensation in Speisepunkten von Wechselstromnetzen mit Hilfe einer an die Wechselstromleitung angeschlossenen Induktionsmaschine mit Kondensatoren im Sekundaerkreis Expired DE527081C (de)

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