DE594317C

DE594317C -

Info

Publication number: DE594317C
Application number: DENDAT594317D
Authority: DE

Description

Die Erfindung behandelt den Lastausgleich in- aus mehrphasiger Quelle gespeisten elektrischen Anlagen, insbesondere bei Wechselstrombahnanlagen.

Man hat bereits vorgeschlagen, die Lastverteilung bei Einphasenverbrauchern, die an Mehrphasenspeisenetzen angeschlossen sind, durch Zwischenschaltung von Drosselspulen zu verbessern. Diese Lösung findet jedoch ihre Anwendung hauptsächlich nur bei Einphasenverbrauchern, die sich unmittelbar an das Mehrphasennetz anschließen lassen. Anders liegt der Fall, wenn es sich beispielsweise um Wechselstrombahnanlagen handelt, bei denen für den Betrieb der Fahrzeuge Einphasenwechselstrom benötigt wird, der den Fahrdrahtleitungen über Umformeraggregate aus Mehrphasennetzen zugeführt wird.

Bei der unmittelbaren Speisung elektrischer Fernbahnen aus den fünfzigfrequentigen Netzen der allgemeinen Landesversorgung steht man z. B. vor der Aufgabe, die Lastverteilung auf die einzelnen Betriebsphasen der Landesversorgung möglichst gleichmäßig vorzunehmen. Es ist nämlich aus bahntechnischen Gründen nicht zweckmäßig, sich mehrphasiger Fahrzeuge zu bedienen, weil hierdurch die Oberleitungsanlagen bei Weichen und besonders in den Bahnhöfen zu kompliziert werden; deshalb muß man die einphasige Speisung für die Fahrzeuge unbedingt beibehalten. Man gelangt so zu der Einteilung einer Strecke in mehrere Abschnitte, die an die einzelnen Phasen der Landesversorgung angelegt werden. Hierzu kann man die Strecke so einteilen, daß man dreiphasig speisen kann, man kann aber auch die Phasenzahl des Drehstromsystems, in bekannter Weise beispielsweise durch Anwendung der Scottschen Schaltung, auf zwei Phasen umändern, um auch in dieser Beziehung eine noch größere Einfachheit-zu haben und weil die Strecken in Abschnitten abwechselnd aus der einen oder anderen der beiden neu erzeugten Phasen gespeist werden.

Ein solches Speisungssystem ist in der Abbildung dargestellt. Es bedeuten 5" die Fahrschienen, F die Fahrdrähte und L₁ und L₂ die beiden Zuleitungen aus den beiden Spannungsphasen, die durch einen Scottschen Transformator T aus der dreiphasigen Maschine M gewonnen sind. Da nun nicht vorauszusehen ist, in welcher Weise die einzelnen Fahrdrahtabschnitte belastet sind, so besteht immer die Aufgabe, die beiden Phasen möglichst gleichmäßig zu belasten.

Erfindungsgemäß soll diese Aufgabe durch ruhende Apparate, nämlich durch gesteuerte Vakuumapparate, gelöst werden, die derartig von den Leistungen oder irgendeiner anderen wichtigen Betriebsgröße an den beiden Fahrdrahtabschnitten abhängig gemacht sind, daß

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Or .-Ing. c. h. Emmerich Frischniuth in Berlin-Dahlem und Dr.-Ing. e. h. Moritz Schenkel in Berlin-Charlottenburg.

sie dem stärker belasteten Fahrdrahtabschnitt aus dem schwächer belasteten Energie zuführen.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

An die Erdleitung E₁ die zu den Fahrschienen S führt, sind zwei einphasige Transformatoren T₁ und T₂ angeschlossen, deren andere Klemmen an die beiden Phasen L₁

ίο und L₂ des Scottschen Transformators T geführt sind. Jeder dieser Transformatoren T₁ und T₂ speist in bekannter Schaltung einen Vakuumapparat U₁ bzw. U₂ (Quecksilberdampfgleichrichter), der durch Gitter G zu steuern ist. Beide Vakuumapparate sind derart in Reihe geschaltet, daß sie, wenn sie nicht durch die Gitter geregelt und gesperrt werden könnten, sondern vermöge der ihnen von den Transformatoren T₁ und T₂ gelieferten Spannung als Gleichrichter arbeiten würden, einen Kurzschlußkreis bilden würden. Dieser Kurzschluß wird nur infolge der Wirkung der Steuergitter nicht zustande kommen. Ein Schalter V vermittelt die jeweilig richtige Aufeinanderschaltung der. Apparate.

Vermittels dieser Einrichtung kann man nun in der an sich bekannten Weise die Energie beispielsweise von der einen Leitung L₁ entnehmen und über den Transformator T₁ und den Vakuumapparat U₁ an den A^akuumapparat U₂ bzw. den Transformator T₂ zurückgeben und in die Leitung L₂ einführen, von der angenommen sei, daß sie augenblicklich die stärker belastete sein möge. Die richtige Phasenlage der Spannung wird dabei durch die Steuergitter G bewirkt.

Die Voraussetzung zu dem richtigen Arbeiten der gesamten Einrichtung bildet selbstverständlich ein Energiespeicher, der, durch eine Drosselspule D gebildet, zwischen den beiden Vakuumapparaten vorgesehen ist. Diese Form des Energiespeichers ist die einfachste. Es könnte selbstverständlich auch noch eine beliebige andere Art von Energiespeicher vorgesehen werden, beispielsweise könnten diesem Zweck geeignete rotierende Maschinen dienen; im allgemeinen wird man aber den ruhenden Energiespeicher vorziehen.

Die für die Umformung benötigte Blindleistung wird in der Regel der Maschine M über den Transformator T zu entnehmen sein, man kann sie aber auch durch Kondensatoren schaffen, die den Transformatoren T₁ und T₂ hoch- oder niederspannungsseitig parallel geschaltet sind. Solche Kondensatoren K₁ und K₂ sind in verschiedener Schaltung in der Figur angedeutet.

Die Steuervorrichtung, welche veranlaßt, \daß die Energie mit Hilfe der Steuergitter von der einen Phase zur anderen übergeht, kann verschieden je nach dem Bedarf eingerichtet sein. Man wird sich hierbei in erster Linie beispielsweise nach der Leistung selbst richten und die beiden Leistungen der Fahrdrahtabschnitte in wattmetrischen Vorrichtungen miteinander vergleichen. Doch kann man sich auf grundsätzlich gleiche Art auch einer anderen Betriebsgröße, z. B. der Spannung, bedienen, da in der Regel die Fahrdrahtsparinung des stärker belasteten Abschnittes mehr abfällt als die des unbelasteten. Dieser Fall ist ebenfalls in der Figur dargestellt.

Von den beiden Zuleitungen L₁ und L₂ sind zwei Spannungsspulen Sp₁ und Sp₂ gespeist, die durch ihre Kerne auf einen Waagebalken W einwirken. Dieser Waagebalken legt sich je nach Überwiegen der Zugkraft der einen oder der anderen Spule an die Kontakte C₁ und C₂ an, die in der aus der Figur ersichtlichen Weise durch Umpolen einer Erregerwicklung einen Motor m nach rechts oder links laufen lassen, wobei die Erregerwicklungen sowohl wie der Motoranker aus einer Batterie B gespeist werden. Derartige Hilfseinrichtungen sind bekannt, und es soll die in der Figur gezeichnete lediglich eine mögliche Ausführungsform darstellen. Statt der Spannungsspulen Sp₁, Sp₂ können an dem Waagebalken W, wie schon erwähnt, auch wattmetrische Spulen angreifen. Der Motor m seinerseits wird durch seine Rechts- und Linksdrehung dazu benutzt, um die für die Gitter vorgesehene Spannung zu steuern; wenn z. B. die Gittersteuereinrichtung in bekannter Weise aus einer Kontaktwalze besteht, welche aus einer Batterie Gleichstromstöße auf die Gitter gibt, so wird der • Motor m, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme geeigneter Kurvenscheiben, die Kontaktabnehmer an dieser Kontaktwalze in solchem Sinne zu verschieben haben, daß die Leistung von dem schwächer belasteten Fahrdrahtabschnitt zum stärker beanspruchten übergeht.

Ein solcher Lastausgleich, wie er vorstehend für Bahnanlagen im besonderen beschrieben ist, läßt sich auch für andere Mehrphasenanlagen verwenden, wenn es sich darum handelt, einen Ausgleich zwischen den einzelnen Phasen eines und desselben Mehrphasennetzes zu schaffen.

Erfindungsgemäß kann dieser Lastausgleich auf verschiedene Weise erfolgen. Z. B. ist es mit Hilfe der in der Zeichnung angegebenen Anordnung, nämlich der dort zwischen den beiden Phasen einer Scott-Schaltung vorgenommenen Lastausgleichung, möglich, die Last auf die einzelnen Phasen eines und desselben Drehstromnetzes zu verteilen, indem jeweils zwei Vakuumapparate dazu dienen,

die Last von einer Phase auf die Nachbarphase zu legen oder auch von einer Phase auf zwei oder mehrere Nachbarphasen zu verteilen.

Erfindungsgemäß kann aber weiter dieser Lastausgleich auch so ausgeführt werden, daß die beiden Vakuumumrichterapparate gleichzeitig an die verschiedenen Phasen eines und desselben Drehstromnetzes angeschlossen und

ίο lediglich die zu den einzelnen Phasen gehörigen Anoden in verschiedenem Maße ausgesteuert werden. Hierzu würde also eine Steuereinrichtung gehören, welche nicht nur die Anoden eines Gleichrichterapparates in gleicher Weise bedient, sondern in verschiedener Weise. Dies konnte z. B. so ausgeführt werden, daß die zu einem Gleichrichterapparat gehörigen Bürsten nicht als gemeinsamer Bürstensatz verschoben werden, sondern daß auch Einstellmittel vorgesehen sind, die gestatten, die einzelnen Bürsten gegeneinander zu verschieben, so daß die einzelnen Gleichrichteranoden in verschiedener Weise ausgesteuert werden. In diesen Fällen ist allerdings der Energierichtungsausgleich einseitig, da zwischen zwei Umrichterapparaten nur eine Energierichtung bestehen kann. Wünscht man einen allgemeinen Energieaustausch, so müßte für jede Energierichtung eine Gruppe, bestehend aus je zwei Umrichterapparaten, vorgesehen werden.

Bei Ausführung der Erfindung kann man diejenigen Wicklungen, welche die ausgleichenden Umrichterapparate speisen, als dritte Wicklungen auf die betreffenden Haupttransformatorkerne aufwickeln, so daß besondere Transformatoren für die Umrichterapparate erspart, die Umrichtertransformatoren und die sonstigen vorhandenen Haupttransformatoren also zu einer Einheit verbunden werden.

Claims

Patentansprüche:

i. Anordnung zum Phasenbelastungsausgleich für mehrphasig gespeiste S'tromverbraucher, insbesondere für aus mehrphasigen Anlagen einphasig gespeiste Wechselstrombahnen, dadurch gekennzeichnet, ■ daß eine Umrichteranlage (U-i, U₂), bestehend aus gittergesteuerten Entladungsgefäßen, verwandt wird, die unmittelbar Energie innerhalb der einzelnen Phasen bzw. Phasengruppen überträgt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Vakuumapparate (CZ₁, U₂) von einer Betriebsgröße, beispielsweise von der Leistung in den einzelnen Teilen der zu regelnden Anlage (z. B. in den einzelnen Fahrdrahtabschnitten einer Einphasenwechselstrombahn oder in einzelnen Phasen eines Drehstromnetzes) oder auch von deren Spannung, abhängig gemacht ist, so daß dem jeweils stärker belasteten Abschnitt aus dem schwächer belasteten Energie zugeführt wird.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Belastungsausgleich zwischen den Phasen eines Mehrphasensystems je einem Phasenpaar Gruppen von Umrichtern zugeordnet sind.-
4. Anordnung zum Belastungsausgleich nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtlichen Phasen gemeinsam eine Belastungsausgleichsgruppe zugeordnet ist und die einzelnen Anoden dieser Belastungsgruppe in verschiedener Weise auszusteuern sind.
5. Anordnung nach Anspruch 4, da- 80' durch gekennzeichnet, daß für jede Energierichtung je eine Ausgleichsgruppe mit je zwei Umrichterapparaten vorgesehen ist.
6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Umrichtergruppen speisenden Transformatorwicklungen (T₁, T₂) auf den Magnetkernen der Haupttrans.formatoren (T) selbst liegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen