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Einrichtung zur Zerlegung des Spannungssystems eines Mehrphasennetzes
in die mit- und gegenläufigen Komponenten Bei unsymmetrischen Belastungen entsteht
in Mehrphasennetzen eine Verzerrung des Spannungspolygones, die in dem Auftreten
einer gegenläufigen Komponente des Spannungssystems ihren Ausdruck findet. Das Verhältnis
der Größe des gegenläufigen Spannungssy stems zum mitläufigen Spannungssystem ist
demnach ein Maß für den Unsymmetriegrad des Netzes. Die Gewinnung der mit- und gegenläufigen
Komponente hat weiterhin Bedeutung für eine Anzahl von bekannten Schutzschaltungen,
bei denen im Falle des Auftretens unsymmetrischer Belastungen und einphasiger Kurzschlüsse
bestimmte Schaltoperationen ausgeführt werden. Auch zu Meß- und Regelzwecken ist
die Zerlegung eines Mehrphasensystems in seine mit-und gegenläufige Komponente vielfach
von Bedeutung.
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Es, sind Schaltungen bekannt, in denen eine derartige Zerlegung vorgenommen
wird. Das Spannungssystem wird dabei. über Wandler abgenommen. Mittels besonders
geschalteter Widerstandskombinationen werden einzelne Phasenspannungen unter bestimmtem
Winkel zueinander addiert und voneinander subtrahiert, so daß sich an der Widerstandskombination
des einen Wandlers die mitläufige, an der Widerstandskombination eines getrennten
zweiten Wandlers die gegenläufige Komponente ergibt. Diese Schaltungen erfordern
eine Anzahl von genau gegeneinander abgeglichenen Widerständen und Wandlersätzen.
Sie sind sehr umständlich und müssen sorgfältig, durchgeführt werden, wenn Fehler
vermieden werden sollen.
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Nach der Erfindung werden diese Nachteile bei einer Einrichtung zur
Zerlegung des Spannungssystems eines Mehrphasennetzes in die mit- und gegenläufige
Komponente dadurch vermieden, daß an das Netz ein Spannungsteiler angeschlossen
wird, der aus mehrphasigen miteinander gekuppelten und für gegensinnigen Lauf in
Reihe geschalteten Drehfeldmaschinen besteht, so daß die eine Maschine für das mitläufige
Spannungssystem einen sehr großen Widerstand und für das gegenläufige Spannungssystem
einen sehr kleinen Widerstand besitzt, während die Widerstandsverhältnisse bei der
zweiten Maschine umgekehrt sind.
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Es läßt sich infolgedessen *an der ersten Maschine die mitläufige,
an der zweiten die gegenläufige Spannungskomponente ziemlich genau abnehmen. Infolge
der Reihenschaltung für gegensinnigen Lauf beispielsweise zweier miteinander gekuppelter
Asynchronmotoren
läuft der eine Motor in der Nähe des Synchronismus,
der andere mit einem Schlupf von ungefähr gleich 2.. An dem ersten Motor erscheint
dann angenähert die mitläufige Komponente, an dem zweiten angenähert die gegenläufige
Komponente.
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In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Bei der Anordnung in Abb. i sind die Ständerwicklungen zweier asynchronen Drehstrommotoren
I und II, deren Rotoren kurzgeschlossen sind, so miteinander in Reihe geschaltet,
daß die Ständerströme Drehfelder von entgegengesetzten Drehrichtungen erzeugen.
Von den beiden miteinander gekuppelten Rotoren läuft demnach der eine annähernd
synchron, der andere mit einem Schlupf, dessen Wert annähernd 2 beträgt. Zum Anlassen
der Motoren wird man zweckmäßig denjenigen, der die gegenläufige Spannungskomponente
liefert, überbrücken. Es können außer Asynchron- auch Synchronmotoren mit guter
Dämpferwicklung verwendet werden. Die mitläufige Komponente ergibt sich in beiden
Fällen für die Phasenspannung als Spannungsabfall der Wicklung einer Phase, für
die verkettete Spannung als Spannung zwischen den Klemmen an den Enden zweier verschiedener
Phasenwicklungen.
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Eine besonders empfindliche Schaltung zeigt Abb 2. Es sind hier zwei
miteinander gekuppelte Synchronmotoren verwendet, mit je einem rotierenden Anker
A1 und A2 und feststehenden Polsystemen P1 und P2 sowie Dämpferwicklungen Dl und
D.. Jeder der beiden Anker trägt außer der dreiphasigen Drehstromwicklung I und
II noch eine Gleichstromwicklung g1 und ä2, an die je ein Kommutator angeschlossen
ist. Zweckmäßig wird das feststehende Polsystem ohne ausgeprägte Pole, also mit
gleichmäßig verteiltem Eisen, ausgeführt. Die Erregerwicklungen P1 und P2 sind im
feststehenden Teil untergebracht. Das mitläufige . Spannungssystem 2t, erzeugt dabei
eine Gleichspannung am Kommutator g2 und das gegenläufige Spannungssystem u, eine
Gleichspannung am Kommutator g1, deren Komponenten a und b an zwei senkrecht zueinander
stehenden Bürstenpaaren abgenommen werden können. Die Messung wird sehr genau, da
sie mit Gleichstrominstrumenten vorgenommen wird. Die Messung liefert an dem einen
Bürstenpaar eine Spannung, die gleich der zu messenden mit- oder gegenläufigen Spannungskomponente
st, bzw. 2zg - sin gg ist, und an dem dazu senkrecht stehenden Bürstenpaar
eine Spannung, die gleich der entsprechenden Komponente mal cos p ist. Man erhält
also entsprechend dem Diagramm der Abb.3 an dem einen Bürstenpaar der Maschine
1 die Komponente ag = ug - sin Tg, an dem anderen Bürstenpaar
b9 = ,zig - cos cpg, entsprechend an den Bürsten der Maschine II a, = u,
sin p, und b, = u, - cos (p,. Setzt man die beiden an den aufeinander
senkrecht stehenden Bürstenpaaren eines Kommutators abgenommenen Spannungen senkrecht
aneinander, so erhält man als Resultierende die Größe der Spannung des mit- -bzw.
gegenläufigen Systems zt, und ug. Da b, mit b, und a, mit ag in Phase ist, ist auch
die gegenseitige Phasen-' tage von u, und ug gegeben.
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Daß-die Spannung des mitläufigen Systems bei der Anordnung nach Abb.
2 an der zweiten Maschine, bei der Anordnung nach Abb. i an der ersten Maschine
gemessen wird, rührt von der beiden Anordnungen gemeinsamen Voraussetzung her, daß
bei der ersten Maschine das mitläufige Stromsystem im. Sinne der mechanischen Umdrehung
rotiert. Bei der Anordnung nach. Abb. i rotiert daher das Drehfeld gegenüber der
in Ruhe befindlichen Wechselstromwicklung. An der Wechselstromwicklung erscheint
infolgedessen das mitläufige Spannungssystem. Bei der Anordnung nach Abb. 2 rotiert
dagegen die Wechselstromwicklung gemeinsam mit dem Drehfeld. An der Wechselstromwicklung
erscheint daher nicht das mitläufige, sondern das gegenläufige Spannungssystem.
Das mitläufige Spannungssystem erscheint bei dieser Anordnung an der Maschine II,
bei der elektrisch dieselben Verhältnisse vorliegen wie bei der Maschine I in der
Schaltung des Ausführungsbeispiels der Abb. i.
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Der Gleichspannung überlagert sich natürlich eine Wechselspannung
von der doppelten Netzfrequenz. Die Größe dieser Spannung ist aber wegen der vorhandenen
Dämpferwicklungen sehr gering; da sie außerdem von den Gleichstrominstrumenten nicht
erfaßt wird, kann sie das Meßergebnis nicht fälschen.