DE940843C - Three-phase synchronous machine fed by or from a single-phase network - Google Patents

Description

Von einem Einphasennetz gespeiste oder es speisende Drehstromsynchronmaschine Schließt man eine Drehstromsynchronmaschine an ein Einphasennetz an, entweder um das Einphasennetz generatorisch zu speisen oder sie als Motor zu betreiben, so ist eine dem Anschluß an ein Drehstromnetz entsprechende volle Ausnutzung der Drehstrommaschine auch dann nicht möglich, wenn man die drei Phasen der Maschine in einer Schaltung an das Einphasennetz anschließt, in der sie alle an der Stromlie erung bzw. an der Stromaufnahme beteiligt sind. Es zeigt sich vielmehr, daß in der Maschine sowohl bezüglich der Ströme als auch bezüglich der Spannungen mit- und gegenläufige Drehfeldsysteme entstehen, wobei für die Nutzleistung der Maschine nur die mitläufigen Systeme maßgebend sind. Beispielsweise zeigt Fig. I der Zeichnung eine Schaltung, bei der die drei Phasen UVW einer Drehstrommaschine in Stern geschaltet und mit zwei äußeren Phasenenden an den einen Pol eines einphasigen Verbrauchers Z angeschlossen sind, während das dritte Phasenende mit dem anderen Pol dieses Verbrauchers verbunden ist. Dabei sind alle drei Phasen an der Stromlieferung für den Verbraucher Z beteiligt. Zerlegt man gemäß bekannten Untersuchungsmethoden für die Schaltung der Fig. I sowohl die Belastungsimpedanz Z als auch die in den einzelnen Phasen UVW auftretenden Ströme und Spannungen in mitläufige und in gegenläufige Komponenten, so ergibt sich, daß für die Phase U sowohl die mitläufige Phasenspannung Ui als auch die gegenläufige Phasenspannung U2 gleich ist 1/3 der Spannung Uuv am Verbraucher Z. Die weiteren Untersuchungen zeigen jedoch, daß bei der Schaltung der Fig. I unter dem Einfluß der mit- und gegenläufigen Strom- und Spannungskomponenten der einzelnen Phasen einerseits die für die Erzeugung der mitläufigen Komponenten erforderliche Erregung sehr stark vergrößert wird, andererseits in den beiden Phasen V und W unzulässig hohe, aus mit- und gegenläufigen Komponenten zusammengesetzte Gesamtströme auftreten, die für eine bestimmte, als Beispiel gewählte Belastung etwa das Vierfache des Normalstromes betragen können.Three-phase synchronous machine fed by or from a single-phase network If you connect a three-phase synchronous machine to a single-phase network, either around to feed the single-phase network as a generator or to operate it as a motor, so is a full utilization of the three-phase machine corresponding to the connection to a three-phase network not even possible if you put the three phases of the machine in one circuit connects to the single-phase network, in which they are all connected to the power supply or to the Power consumption are involved. Rather, it shows that in the machine both rotating field systems running in parallel and in opposite directions with regard to currents and voltages arise, whereby only the co-rotating systems are decisive for the useful performance of the machine are. For example, Fig. I of the drawing shows a circuit in which the three Phases UVW of a three-phase machine connected in star and with two outer phase ends are connected to one pole of a single-phase load Z, while the third phase end is connected to the other pole of this consumer. Are there all three phases involved in the delivery of electricity for consumer Z. Disassembled one according to known research methods for the circuit of FIG Load impedance Z as well as the currents occurring in the individual phases UVW and tensions in concurrent and opposing components, it follows that for phase U both the concurrent phase voltage Ui as well as the opposite phase voltage U2 is equal to 1/3 of the voltage Uuv at the consumer Z. The further investigations show, however, that in the circuit of FIG the influence of the parallel and opposite current and voltage components of the individual Phases, on the one hand, are those required for generating the accompanying components Excitation is greatly increased, on the other hand inadmissible in the two phases V and W. high total currents composed of moving and counter-rotating components occur, the load selected as an example for a particular load is approximately four times the normal current can be.

Die Erfindung setzt sich nun zur Aufgabe, an einer derartigen Drehstromsynchronmaschine, an der die drei Phasen in Stromverzweigung an das Einphasennetz angeschlossen sind, eine ungleichmäßige Strombelastung der drei Phasen zu vermeiden bzw. nur das Auftreten von mitläufigen Stromkomponenten an den drei Phasen zuzulassen, so daß die Drehstrommaschine, trotzdem sie an ein Einphasennetz angeschlossen ist, genauso wie eine an ein Drehstromnetz angeschlossene und symmetrisch belastete Maschine ausgenutzt ist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das durch die einphasige Belastung an der Drehstrom Synchronmaschine hervorgerufene gegenläufige Stromsystem durch eine zweite Drehstromsynchronmaschine kompensiert wird, die durch entsprechende Schaltung mit der ersten Drehstrommaschine dieser eine gegenläufige Drehstromspannung aufdrückt und dadurch das gegenläufige Stromsystem in der ersten Drehstrommaschine kompensiert.The invention is now set to the task of such a three-phase synchronous machine, at which the three phases are connected to the single-phase network in current branching, to avoid an uneven current load of the three phases or only the occurrence to allow concurrent current components on the three phases, so that the three-phase machine, even though it is connected to a single-phase network, just like one is connected to a three-phase network connected and symmetrically loaded machine is used. According to the invention this is achieved by the single-phase load on the three-phase current Synchronous machine caused opposite current system by a second three-phase synchronous machine is compensated by appropriate switching with the first three-phase machine this pushes an opposing three-phase voltage and thus the opposing one Compensated for the power system in the first three-phase machine.

Bei der Schaltung nach Fig. I wird also das gegenläufige Stromsystem, dessen Phasenspannung U2 - wie oben zitiert - gleich ist 1/3 der am Verbraucher Z auftretenden Gesamtspannung, durch ein von der zweiten Drehstrommaschine erzeugtes, bezüglich der ersten Drehstrommaschine gegenläufiges Spannungssystem kompensiert, so daß die erste Maschine in den drei Phasen nur symmetrisch verteilten mitläufigen Verbraucherstrom führt, trotzdem an der äußeren Belastung Einphasenstrom vorhanden ist. Das gegenläufige Spannungssystem der zweiten Drehstrommaschine muß dabei mit seinen Phäsenspannungen in der Größe gleich sein 1/3 der einphasigen Verbraucher-oder Nutzspannung Uuv, außerdem muß es mit dieser Spannung bezüglich der Phasenspannung U2 in der Phasenlage übereinstimmen.In the circuit according to Fig. I, the opposing current system, its phase voltage U2 - as quoted above - is equal to 1/3 that of the consumer Z occurring total voltage, by a generated by the second three-phase machine, with respect to the first three-phase machine compensates voltage system running in opposite directions, so that the first machine only rotates symmetrically in the three phases Load current leads, despite the fact that single-phase current is present at the external load is. The opposing voltage system of the second three-phase machine must be included its phase voltages be equal in size to 1/3 of the single-phase consumer or Usable voltage Uuv, in addition it must be with this voltage with regard to the phase voltage U2 match in phase position.

Fig. 2 der Zeichnung zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung das Schaltungsschema für die mit einer zweiten Drehstrommaschine II als Symmetriermaschine ausgerüsteten Schaltung der Fig. I. An beiden Maschinen I und II läuft das Erregerdrehfeld gemäß den eingezeichneten Pfeilen entgegen dem Uhrzeiger um. Die einander entsprechenden Phasen UI und UII, der beiden Maschinen sind in Reihenschaltung an die obere Leitung des Einphasennetzes angeschlossen. Die Phase VII der Maschine II ist jedoch mit der Phase WI der Maschine I in Reihe geschaltet, ebenso die Phase WII mit der Phase VI. Das hat zur Folge, däß in den durch die Reihenschaltung gebildeten Gesamtphasen das Erregerfeld in der Maschine I gegenüber der Maschine II Spannungen entgegengesetzter Phasenfolge induziert. Schließlich sind dann die so gebildeten Gesamtphasen an der Maschine II zu einem Sternpunkt vereinigt. Außerdem sind die äußeren Enden der Gsamtphasen VII, WI und WII, VI in Parallelschaltung an die untere Leitung des Einphasennetzes angeschlossen.Fig. 2 of the drawing shows as an embodiment of the invention Circuit diagram for those with a second three-phase machine II as a balancing machine equipped circuit of Fig. I. On both machines I and II, the exciter rotating field is running counterclockwise according to the arrows drawn. The corresponding Phases UI and UII, of the two machines are connected in series to the upper line of the single-phase network. The phase VII of the machine II is however with the phase WI of the machine I is connected in series, as is the phase WII with the phase VI. This has the consequence that in the total phases formed by the series connection the excitation field in the machine I compared to the machine II voltages opposite Phase sequence induced. Finally, the overall phases formed in this way are then at the Machine II combined to a star point. In addition, the outer ends are the overall phases VII, WI and WII, VI connected in parallel to the lower line of the single-phase network connected.

Fig. 3 zeigt das Spannungsdiagramm, wobei - abweichend von Fig. 4 - die Bezeichnungen der Spannungsvektoren mit den Phasenbezeichnungen der Fig. 2 übereinstimmen. Nimmt man an, daß die beiden Erregerfelder an den Phasen UI und UII zur gleichen Zeit gleichgerichtete maximale Spannungen induzieren, so kann man diese Spannungen gemäß Fig. 3 vektoriell in gleicher Richtung aneinandersetzen. In der Reihen-Schaltung der Wicklungen der Gesamtphasen für den Anschluß an das Einphasennetz sind nun die Phasenteile VII, WI und WII, VI parallel geschaltet. Die Phasenlage ihrer Spannungen ist aus dem Diagramm der Fig. 3 zu ersehen, wobei zu berücksichtigen ist, daß gegenüber der Phase U die Phasen W und V in die Reihenschaltung gegensinnig eingefügt sind. Man sieht, daß die beiden parallelen Wicklungsstränge zwei gleich große und in der Phasenlage übereinstimmende Spannungen VWI,II liefern, die also durch die Verbindung der, Phasenenden ohne weiteres parallel geschaltet werden können. Die untereinander gleich großen Spannungen UI, UII und VWI,II liefern dann in Reihenschaltung die Spannung Uuv, des Einphasennetzen.FIG. 3 shows the voltage diagram, with - unlike FIG. 4 the designations of the voltage vectors with the phase designations of FIG. 2 to match. If one assumes that the two excitation fields at the phases UI and UII induce rectified maximum voltages at the same time, so one can set these voltages to one another vectorially in accordance with FIG. 3 in the same direction. In the series connection of the windings of the total phases for connection to the Single-phase network, the phase parts VII, WI and WII, VI are now connected in parallel. The phase position of their voltages can be seen from the diagram in FIG. 3, where it must be taken into account that, compared to phase U, phases W and V are connected in series are inserted in opposite directions. You can see that the two parallel winding phases supply two voltages VWI, II of equal size and matching phase positions, which are therefore easily connected in parallel by connecting the phase ends can be. The voltages UI, UII and VWI, II that are equal to one another are supplied then in series connection the voltage Uuv, of the single-phase network.

Bei Belastung der Gesamtanordnung treten zu den durch die Erregerfelder erzeugten Spannungen an den drei Phasenwicklungen noch an der ersten Drehstrommaschine die von der Ankerrückwirkung des mitläufigen Belastungsstromes erzeugte Reaktanzspannung, deren Synchronreaktanz mit XdI bezeichnet ist, ferner an der zweiten Drehstrommaschine die durch das gegenläufige Stromsystem erzeugte Spannung, deren Inversreaktanz mit X2II bezeichnet ist. Es ergibt sich dabei das Spannungsdiagramm gemäß der Fig. 4. In diesem Diagramm ist die Spannung Uuv, die Spannung des Einphasennetzes. Wie bereits angegeben, ist mit dieser Spannung gleichphasig die mitläufige Phasenspannung U1. Sie ist - wie dargestellt -1/3 von Uuv. Gleichphasig mit der Spannung U1 ist die vom Polrad der Maschine II in der Phase UII induzierte Spannung E2 des gegenläufigen Spannungssystems dieser Maschine. Sie dient - wie geschildert- . zur Unterdrückung des gegenläufigen Stromsystems. Zu der Spannung U1 tritt nun noch in der Phase U der Spannungsabfall infolge der mitläufigen Synchronreaktanz an der Maschine I und der Inversreaktanz an der Maschine Il. Diese mit Ju ₧ (X"I + X2II) bezeichnete Spannung, deren Phasenlage durch den cos 9 des äußeren Belastungsstromes Ju bestimmt ist, setzt sich mit der Spannung U1 vektoriell zu der Spannung E1 zusammen. Dieser Spannung E1 muß in Phasenlage und Größe die Polraderregung an der Maschine I entsprechen. Die Erregung an der Maschine II ist durch den Vektor E2 gegeben, der durch die Belastung der Gesamtanordnung nicht beeinflußt wird.When the overall arrangement is stressed, the excitation fields occur generated voltages on the three phase windings still on the first three-phase machine the reactance voltage generated by the armature reaction of the concurrent load current, whose synchronous reactance is denoted by XdI, also on the second three-phase machine the voltage generated by the opposing current system, its inverse reactance with X2II is designated. The result is the voltage diagram according to FIG. 4. In this diagram, the voltage Uuv is the voltage of the single-phase network. As already specified, the phase voltage U1 running in phase with this voltage is in-phase. She is - as shown -1/3 of Uuv. The is in phase with the voltage U1 voltage E2 of the opposite direction induced by the pole wheel of machine II in phase UII Voltage system of this machine. It serves - as described -. to oppression of the opposing current system. In addition to voltage U1, phase U now occurs the voltage drop due to the synchronous reactance on the machine I and the inverse reactance on the machine II. This is denoted by Ju ₧ (X "I + X2II) Voltage whose phase position is determined by cos 9 of the external load current Ju is, is composed of the voltage U1 vectorially to the voltage E1. This The phase position and size of voltage E1 must correspond to the rotor excitation on machine I. The excitation at the machine II is given by the vector E2, that by the load the overall arrangement is not affected.

Da nun der Vektor E2 (Polradspannung der Maschine II) immer in Phase mit der Spannung des Einphasennetzes U"7, liegen muß; während die Polraderregung der Maschine I entsprechend Ju ihre Phasenlage ändert, so zeigt das Diagramm der Fig. 4, daß die Symmetriermaschine II entweder einen verdrehbaren Ständer oder eine zweiachsige Erregung für die Verdrehung des Erregerfeldes relativ zum Läufer erhalten muß. Im Generatorbetrieb muß E2 um den Belastungswinkel ü zwischen F1 und Uuv zurückgedreht, im Motorbetrieb vorgedreht werden. Das gleiche Ziel kann natürlich auch dadurch erreicht werden, daß die geschilderten Verdrehungen an der Maschine I oder auch an beiden Maschinen vorgenommen werden. Aus dem Diagramm der Fig. 4 ist ferner zu ersehen, daß die erforderliche Erregung E1 mit der Belastung zwar ansteigt, jedoch ist dieses Ansteigen nicht so groß wie bei der Anordnung der Fig. I, bei der die Symmetriermaschine fehlt und bei der unter gleichen Verhältnissen E1 auf den Betrag 2,6 ansteigt gegenüber dem Betrag I,88 bei Anordnung mit der Symmetriermaschine. Dabei ist eine Synchronreaktanz XdI von o,8 und eine Inversreaktanz X2II = o,3 vorausgesetzt. Die erforderliche Erregung E1 für die Anordnung der Erfindung ist gegenüber normalem Drehstrombetrieb etwas größer, weil das mitläufige Stromsystem auch noch die Maschine II durchläuft, für die es gegenläufig ist, so daß zu der Synchronreaktanz der Maschine I (XdI) noch die Inversreaktanz (X2II) hinzukommt. Für die Maschine I kann jedoch ein normaler Drehstromgenerator ohne Dämpferwicklung verwendet werden.Since the vector E2 (rotor voltage of the machine II) is always in phase with the voltage of the single-phase network U "7, must lie; during the excitation of the pole wheel the Machine I changes its phase position according to Ju, the diagram in Fig. 4 that the balancing machine II has either a rotatable stand or a biaxial Excitation for the rotation of the excitation field relative to the rotor must be received. in the Generator operation must turn E2 back by the load angle ü between F1 and Uuv, be turned forward in engine operation. The same goal can of course also be achieved by doing this can be achieved that the described rotations on the machine I or can be done on both machines. From the diagram of FIG. 4 is also to see that the required excitation E1 increases with the load, but this increase is not as great as in the arrangement of FIG The symmetrizing machine is missing and in the case of the E1 on the amount under the same conditions 2.6 increases compared to the amount I, 88 when arranged with the balancing machine. A synchronous reactance XdI of 0.8 and an inverse reactance X2II = 0.3 are required. The required excitation E1 for the arrangement of the invention is opposite to normal Three-phase operation somewhat larger, because the current system also runs the machine II runs through, for which it is opposite, so that the synchronous reactance of the machine I (XdI) the inverse reactance (X2II) is added. For the machine I can, however a normal alternator without damper winding can be used.

An der zweiten Drehstrommaschine läuft das vom Belastungsstrom erzeugte Drehfeld gegenüber dem Erregerfeld gegenläufig um. Die Maschine muß daher am Erregerteil eine Dämpferwicklung erhalten. Dafür braucht aber die Maschine II nur für die Leerlauferregung bemessen zu sein, da E2 stets gleich ist Die Dämpferwicklung kann daher leicht ohne Modellvergrößerung untergebracht werden. Hinzu kommt noch, daß an der Maschine II der Luftspalt nicht wie bei Synchronmaschinen mit Rücksicht auf die Ankerrückwirkung bemessen werden muß, da eine solche zum Erregerfeld mitläufige Ankerrückwirkung nicht vorhanden ist. Man kann daher den Luftspalt an der Symmetriermaschine sehr viel kleiner halten und ihn beispielsweise ähnlich wie bei Asynchronmaschinen nur mit Rücksicht auf die mechanischen Erfordernisse bemessen. Die Synchronreaktanz der Maschine II kann also entsprechend dem kleinen Luftspalt sehr groß gewählt werden, es sind also für die Erzeugung der gegenläufigen Spannung E2 nur geringe Erregeramperewindungen erforderlich. Dadurch wird der für die Dämpferwicklung zur Verfügung stehende Raum am Erregerteil noch weiter vergrößert. Diese Verringerung des Luftspaltes wirkt sich auch für die Wegdämpfung der Ständeramperewindungen günstig aus, da die magnetische Streuung zwischen Ständer und Läufer vermindert wird.On the second three-phase machine, the rotating field generated by the load current runs in opposite directions to the exciter field. The machine must therefore have a damper winding on the exciter part. For this, however, the machine II only needs to be dimensioned for the no-load excitation, since E2 is always the same The damper winding can therefore easily be accommodated without enlarging the model. In addition, the air gap on machine II does not have to be dimensioned with regard to the armature reaction, as is the case with synchronous machines, since there is no armature reaction that runs along with the exciter field. You can therefore keep the air gap on the balancing machine very much smaller and, for example, similar to asynchronous machines, only dimension it with regard to the mechanical requirements. The synchronous reactance of the machine II can therefore be selected to be very large in accordance with the small air gap, so only small excitation amp turns are required to generate the opposing voltage E2. As a result, the space available on the exciter part for the damper winding is increased even further. This reduction in the air gap also has a favorable effect on the path damping of the stator ampere windings, since the magnetic scatter between the stator and rotor is reduced.

Vergleicht man die Anordnung nach der Erfindung mit zwei Einphasenmaschinen gleicher Modellgröße, die in normaler Parallelschaltung an ein Einphasennetz angeschlossen sind, so ergeben sich folgende Unterschiede. Die aus den zu vergleichenden Anordnungen entnehmbare Leistung steht im Verhältnis so daß also aus den normalen Einphasen- maschinen eine um I5% höhere Leistung entnehmbar ist. Die Anordnung nach der Erfindung weist aber folgende, den Nachteil der geringeren Leistungsentnahme weitaus überwiegende Vorteile auf. Die eine Drehstrommaschine kann als normale Drehstrommaschine gebaut werden, wobei infolge der vollständig symmetrischen Drehstrombelastung von einer Dämpferwicklung abgesehen werden kann und das Drehmoment nicht pulsiert. Dies ist von ganz besonderem Wert bei I62/3periodigen Turbogeneratoren, die über Getriebe (Zahnradübersetzung) arbeiten müssen. Die zweite Drehstrommaschine muß allerdings eine Dämpferwicklung für die Wegdämpfung des gegenläufigen Belastungsfeldes aufweisen. An dieser Maschine steht aber - wie geschildert - genügend viel Raum für die Unterbringung einer kräftigen Dämpferwicklung zur Verfügung. Beispielsweise kann bei Verwendung der Turbogeneratorbauart mit Walzenläufer für die beiden Drehstrommaschinen an der Maschine mit Dämpferwicklung diese ganz oder zum großen Teil in den Nuten der Erregerwicklung untergebracht werden, da der erforderliche Erregerwicklungsraum nur gering ist. Würde man die zum Vergleich herangezogenen parallel geschalteten Einphasenmaschinen verwenden, so müßten an beiden Maschinen für die Wegdämpfung des gegenläufigen Ankerrückwirkungsfeldes Dämpferwicklungen vorgesehen werden, wobei aber außerdem an beiden Maschinen die Erregung nicht nur für den Leerlauf, sondern auch für den infolge der mitläufigen Ankerrückwirkung vermehrten Erregerbedarf bei Belastung zu bemessen ist. Dies führt bereits bei vielpoligen Maschinen mit ausgeprägten Polen zu schwierigen Verhältnissen, da die Dämpferwicklung in Verein mit der Erregerwicklung am Läufer nur schwer unterbringbar ist. Bei Maschinen in der Bauart von Turbogeneratoren, also mit Walzenläufern, war es bisher sehr schwierig, größere Maschinen für Einphasenstrom zu bauen, da kein Raum für die Unterbringung einer genügend kräftigen Dämpferwicklung zur Verfügung stand. Bei der Anordnung der Erfindung können jedoch beide Drehstrommaschinen die Bauart von Turbogeneratoren mit Walzenläufer aus den geschilderten Gründen aufweisen.If one compares the arrangement according to the invention with two single-phase machines of the same model size, which are connected in normal parallel connection to a single-phase network, the following differences result. The power that can be taken from the arrangements to be compared is in proportion so that the normal single-phase machines a 15% higher performance can be drawn. However, the arrangement according to the invention has the following advantages, the disadvantage of the lower power consumption being by far predominant. One of the three-phase machines can be built as a normal three-phase machine, whereby a damper winding can be dispensed with due to the completely symmetrical three-phase load and the torque does not pulsate. This is of particular value in the case of I62 / 3-period turbo generators that have to work via gears (gear ratio). The second three-phase machine must, however, have a damper winding for the path damping of the opposing load field. However, as described, there is enough space on this machine to accommodate a powerful damper winding. For example, when using the turbo generator design with roller rotors for the two three-phase machines on the machine with damper winding, these can be accommodated entirely or largely in the grooves of the field winding, since the required field winding space is only small. If one were to use the parallel-connected single-phase machines used for comparison, damper windings would have to be provided on both machines for the path damping of the opposing armature reaction field, although the excitation on both machines not only for idling, but also for the increased demand for excitation due to the concurrent armature reaction is to be measured under load. Even with multi-pole machines with pronounced poles, this leads to difficult conditions, since the damper winding in conjunction with the exciter winding on the rotor is difficult to accommodate. In the case of machines of the design of turbo generators, that is to say with roller rotors, it was previously very difficult to build larger machines for single-phase electricity, since there was no space available to accommodate a sufficiently powerful damper winding. With the arrangement of the invention, however, both three-phase machines can have the design of turbo-generators with roller rotors for the reasons described.

Man kann aber auch nur die erste Drehstrommaschine in der Bauart eines Turbogenerators ausführen, während man für die zweite Symmetrierungsmaschine, eine mehr als zweipolige Schenkelpolmaschine wählt, die eine einfache robuste Dämpferwicklung ermöglicht und bei der nur erforderlichen Leerlauferregung in der Modellausnutzung sehr günstig wird. Will man dabei eine Kupplung der beiden verschiedenpoligen Maschinen über ein Getriebe vermeiden, so kann man für die Schenkelpolmaschine - wie später noch geschildert - einen synchronen Antriebsmotor vorsehen. Zur Steigerung dieser Modellausnutzung kann dann auch noch-wie angegeben-der Luftspalt besonders klein gehalten werden, indem man lamellierte Polschuhe an den Erregerpolen vorsieht.But you can also just use the first three-phase machine in the form of a Run turbo generator, while for the second balancing machine, a chooses more than two-pole salient pole machine that has a simple sturdy damper winding and with the only necessary idle excitation in the model utilization becomes very cheap. Do you want a coupling of the two machines with different poles? Avoid using a gear, so you can for the salient pole machine - as later still described - provide a synchronous drive motor. To increase this Model utilization can then also - as indicated - the air gap be particularly small be held by providing laminated pole pieces on the exciter poles.

Wie an Hand des Diagramms der Fig. ¢ bereits geschildert, erweist es sich als zweckmäßig, die Erregerfelder der beiden Drehstrommaschinen gegeneinander in der räumlichen Phasenlage verdrehbar auszubilden und sie bei Belastung gegeneinander zu verdrehen. Diese Verdrehung kann in an sich bekannter Weise durchgeführt werden, indem man etwa an der einen oder an beiden Drehstrommaschinen den Ständer verdrehbar ausbildet, oder indem an dem Erregerteil einer oder beider Drehstrommaschinen das Erregerfeld in der Phasenlage gegenüber dem Erregerteil einstellbar ist. Zum Beispiel kann man an der Drehstrommaschine mit Dämpferwicklung, an der die Erregung als Leerlauferregung im wesentlichen konstant bleibt, die Erregung am Läufer auf zwei aufeinander senkrecht stehende Erregerkomponenten bzw. -wicklungen aufteilen, wobei zur Phasenverschiebung die eine Erregerkomponente vermindert, die andere erhöht wird, derart, daß ihre vektorielle Summe konstant bleibt. Eine weitere Möglichkeit der gegenseitigen Verstellung der beiden Erregerfelder in der räumlichen Phasenlage besteht darin, daß man die beiden Drehstrommaschinen über eine verstellbare Kupplung miteinander verbindet, die eine gegenseitige Verdrehung der Läufer der beiden Maschinen (zweckmäßig während des Betriebes) ermöglicht. Derartige Kupplungen sind an sich bekannt. Sie eignen sich insbesondere für kleinere Leistungen. Diese Anpassung der Erregerfelder der beiden Drehstrommaschinen in der Phasenlage kann auch selbsttätig durchgeführt werden, indem man entweder die Verdrehung des Ständers oder die Regelung der beiden aufeinander senkrecht stehenden Erregerkomponenten am Läufer in Abhängigkeit von der Größe der Netzspannung und durch einen Drehfeldscheider zwischen der Maschine I und II steuert. Der richtige Winkel ist dann erreicht, wenn ist und der Drehfeldscheider für das gegenläufige Stromsystem auf Null zeigt, d. h. die Ströme in den drei Phasen gleich groß sind.As already described with the aid of the diagram in FIG. ¢, it proves to be expedient to design the excitation fields of the two three-phase machines so that they can be rotated relative to one another in the spatial phase position and to rotate them against one another when loaded. This rotation can be carried out in a manner known per se, for example by making the stator rotatable on one or both three-phase machines, or by adjusting the phase position of the exciter field relative to the exciter part on the exciter part of one or both three-phase machines. For example, on a three-phase machine with a damper winding, where the excitation remains essentially constant as no-load excitation, the excitation on the rotor can be divided into two mutually perpendicular excitation components or windings, with one excitation component being reduced and the other being increased for the phase shift, such that their vector sum remains constant. Another possibility of mutual adjustment of the two excitation fields in the spatial phase position is that the two three-phase machines are connected to one another via an adjustable coupling, which enables the rotors of the two machines to rotate relative to one another (useful during operation). Such couplings are known per se. They are particularly suitable for smaller services. This adjustment of the excitation fields of the two three-phase machines in the phase position can also be carried out automatically by either the rotation of the stator or the regulation of the two mutually perpendicular excitation components on the rotor depending on the size of the mains voltage and by a rotary field separator between the machine I and II controls. The correct angle is achieved when and the rotating field separator for the opposing current system points to zero, ie the currents in the three phases are equal.

Da in der Symmetriermaschine II das Erregerfeld gegenüber dem Ständerbelastungsstrom gegenläufig umläuft, so kann ein Nutzdrehmoment an der Maschine nicht entstehen. Diese gibt vielmehr nur Blindleistung ab, die mit der doppelten Frequenz pulsiert, und ergänzt dadurch die von der Maschine I abgegebene dreiphasige konstante Leistung zu der an das Einphasennetz abgegebenen pulsierenden Einphasenleistung. Diese Tatsache, daß die zweite Drehstrommaschine nur als Blindleistungsmaschine arbeitet, gibt die Möglichkeit, sie getrennt aufzustellen und durch einen Synchronmotor anzutreiben, der nur die Inversverluste im Dämpferkäfig der Maschine II und deren Eigenverluste zu decken hat. Fig. 5 der Zeichnung veranschaulicht diese Anordnung mit der gemäß Fig. 2 geschalteten, auf das Einphasennetz I arbeitenden Drehstrommaschine I und der als Symmetriermaschine dienenden Drehstrommaschine II. Während die Maschine I als Generator von einer Turbine T angetrieben wird, ist die Maschine II mit einem Synchronmotor M gekuppelt, der vom Einphasennetz gespeist wird und der eine über einen Kondensator C einschaltbare Anlaßphase besitzt. Der Motor M besitzt dazu im Ständer ebenfalls drei Phasen, von denen aber nur zwei während des Betriebes eingeschaltet sind, während die Anlaßphase ausgeschaltet ist.Since in the balancing machine II the excitation field compared to the stator load current rotates in opposite directions, a useful torque cannot arise on the machine. Rather, it only emits reactive power, which pulsates at twice the frequency, and thereby supplements the three-phase constant power output by machine I. to the pulsating single-phase power delivered to the single-phase network. This fact, that the second three-phase machine only works as a reactive power machine, gives the Possibility to set them up separately and to drive them by a synchronous motor, the only the inverse losses in the damper cage of machine II and their own losses has to cover. Fig. 5 of the drawing illustrates this arrangement with that according to Fig. 2 connected, working on the single-phase network I three-phase machine I and the three-phase machine II serving as a balancing machine. While the machine I is driven as a generator by a turbine T, the machine II is with a Synchronous motor M coupled, which is fed from the single-phase network and the one via has a capacitor C switchable starting phase. The motor M has this in Stand also has three phases, but only two of them are switched on during operation while the starting phase is switched off.

Wählt man den Antriebsmotor M der Fig. 5 größer, wobei er z. B. gleichzeitig als Blindleistungsmaschine arbeitet, dann ist der eigene Lastwinkel gM zwischen seinem Polradvektor und dem Netzspannungsvektor Uun sehr klein. Dies bedeutet aber, daß der Polradvektor der Symmetriermaschine II die durch die Ankerrückwirkung an der Maschine I hervorgerufene Verdrehung des Polradvektors der Maschine I gegenüber dem Netzspannungsvektor nicht mitmacht, daß also die Spannung E2 der Fig. 4 bei Belastung nicht nachgedreht werden muß, da sie ja mit der Spannung Uuv in Phase bleibt. Man kann also bei dieser Anordnung auf eine Ständerverdrehung oder auf eine Verdrehung des Erregerfeldes relativ zum Läufer verzichten, bzw. diese Einrichtungen brauchen nur für eine geringe Verdrehung ausgebildet zu sein. Die Anordnung der Fig. 5 setzt das Vorhandensein eines takthaltenden Einphasennetzes voraus, auf das die Maschine I arbeitet.If you choose the drive motor M of FIG. 5 larger, where he z. B. at the same time works as a reactive power machine, then the own load angle gM is between its pole wheel vector and the line voltage vector Uun are very small. But this means that the pole wheel vector of the balancing machine II is due to the armature reaction The rotation of the pole wheel vector caused by the machine I in relation to the machine I. does not participate in the mains voltage vector, so that the voltage E2 of FIG The load does not have to be turned, since it is in phase with the voltage Uuv remain. So you can with this arrangement on a stand rotation or on a Do not rotate the exciter field relative to the rotor, or use these facilities only need to be designed for a slight twist. The arrangement of the Fig. 5 assumes the presence of a clock-maintaining single-phase network to which the machine I is working.

Die neue Schaltung ist auch wichtig für Grenzleistungsausführungen. Bei I62/3 Hz liegt die Grenzleistung für Einphasengeneratoren bei zweipoliger Turboausführung und auch bei den vierpoligen Schenkelpolgeneratoren bei etwa 3o MVA. Die.Grenzleistung kann nunmehr ohne Schwierigkeiten mehr als verdoppelt werden. Bei 5o-Hz-Anlagen, die eventuell für Bahnspeisung verwendet werden sollen, könnten die vorhandenen Drehstromgeneratoren weiter verwendet werden, wenn ein zusätzliches Symmetrierungsaggregat aufgestellt wird. Durch die Symmetrierungsmaschine erhöht sich gleichzeitig die Einphasenleistung um das v3-fache, so daß die vorhandene Antriebsleistung des früheren Drehstrombetriebes auch im Einphasenbetrieb voll ausgenutzt werden kann.The new circuit is also important for limit power designs. The limit power for single-phase generators with a two-pole turbo design is at I62 / 3 Hz and also with the four-pole salient pole generators at around 3o MVA. The limit service can now be more than doubled without difficulty. For 5o Hz systems, which are possibly to be used for rail feed, could be the existing ones Three-phase generators can still be used if an additional balancing unit is set up. The balancing machine increases the Single-phase power by v3 times, so that the existing drive power of the previous Three-phase operation can also be fully utilized in single-phase operation.

Auch für den Einphasensynchron-Motorbetrieb ist die Schaltung brauchbar, indem man mit einem normalen Drehstromsynchronmotor eine Symmetrierungsmaschine verbindet. Die Symmetrierungsmaschine wird man dann mit Vorteil gleich als Anwurfsmotor verwenden, indem man in eine der drei Phasen, etwa gemäß Fig. 5, beim Anlauf einen Kondensator, Widerstände oder Drosselspulen einfügt.The circuit can also be used for single-phase synchronous motor operation, by using a normal three-phase synchronous motor to create a balancing machine connects. The balancing machine is then advantageously used as a start-up motor use by going into one of the three phases, for example according to FIG. 5, when starting a Insert a capacitor, resistor or inductor.

Gegenüber der zum Vergleich herangezogenen Anordnung von zwei parallel arbeitenden Einphasenmaschinen hat die neue Anordnung noch den Vorteil, daß ohne zusätzliche Hilfsmaßnahmen auch eine normale Dreiphasenspannung, beispielsweise für die Speisung von Hilfsantrieben (z. B. bei Umformerlokomotiven), geliefert wird. Man braucht dazu bei der Schaltung der Fig. 2 nur die drei Verbindungsleitungen an den Reihenschaltungen der einzelnen Phasenwicklungen (also die Verbindungen zwischen UI, UII bzw. VII, WI bzw. WII, VI) für die Abnahme einer Dreiphasenspannung heranzuziehen.Compared to the arrangement of two parallel used for comparison working single-phase machines, the new arrangement has the advantage that without additional auxiliary measures also a normal three-phase voltage, for example for supplying auxiliary drives (e.g. for converter locomotives). For this purpose, only the three connecting lines are required in the circuit of FIG. 2 at the series connections of the individual phase windings (i.e. the connections between UI, UII or VII, WI or WII, VI) to be used for the decrease of a three-phase voltage.

Claims (22)

PATENTANSPRÜCHE: I. Von einem Einphasennetz gespeiste oder es speisende Drehstromsynchromnaschine, deren drei Phasen in Stromverzweigung an das Einphasennetz angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die einphasige Belastung an der Drehstrommaschine hervorgerufene gegenläufige Stromsystem durch eine zweite Drehstromsynchronmaschine kompensiert wird, die der Schaltung der ersten Drehstrommaschine eine gegenläufige Drehstromspannung aufdrückt, die dadurch das gegenläufige Stromsystem in der ersten Drehstrommaschine kompensiert. PATENT CLAIMS: I. Supplied or fed by a single-phase network Three-phase synchronous machine, the three phases of which are split into the single-phase network are connected, characterized in that the single-phase load counter-current system caused on the three-phase machine by a second Three-phase synchronous machine is compensated for that of the circuit of the first three-phase machine presses an opposing three-phase voltage, which thereby compensates for the opposing current system in the first three-phase machine. 2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die in offenem Stern geschaltete Wicklung der ersten Drehstromsynchronmaschine mit zwei äußeren Phasenenden an den einen Pol des Einphasennetzes, mit dem dritten Phasenende an den zweiten Pol des Einphasennetzes angeschlossen ist, und daß die drei Phasen der zweiten Drehstromsynchronmaschine mit den einzelnen Phasen der ersten unter Aufrechterhaltung der Gegenläufigkeit der Polradspannungen in Reihe geschaltet sind. 2. Arrangement according to claim I, characterized in that the winding connected in an open star the first three-phase synchronous machine with two outer phase ends at one pole of the single-phase network, with the third phase end to the second pole of the single-phase network is connected, and that the three phases of the second three-phase synchronous machine with the individual phases of the first while maintaining the opposite direction the pole wheel voltages are connected in series. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenwicklungen der zweiten Drehstrommaschine in die zum Sternpunkt führenden Verbindungen der ersten Drehstrommaschine eingeschaltet sind. 3. Arrangement according to claim 2, characterized characterized in that the phase windings of the second three-phase machine in the for Connections leading to the neutral point of the first three-phase machine are switched on. 4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bezüglich des induzierenden Erregerfeldes umgekehrte Aufeinanderfolge der miteinander in Reihe geschalteten Phasen an den beiden Maschinen durch Kreuzung zweier Verbindungen an den Reihenschaltungen erzielt ist. 4. Arrangement according to claim 2, characterized in that the with respect to the inducing Excitation field reverse sequence of those connected in series Phases on the two machines by crossing two connections on the series connections is achieved. 5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bezüglich des induzierenden Erregerfeldes umgekehrte Aufeinanderfolge der miteinander in Reihe geschalteten Phasen an den beiden Maschinen durch gegensinnige Umdrehungsrichtung der beiden Erregerfelder erzielt ist. 5. Arrangement according to claim 2, characterized in that the relative of the inducing excitation field, the reverse order of the one another in series switched phases on the two machines by rotating in opposite directions of the two excitation fields is achieved. 6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe geschalteten induzierten Phasenspannungen gleich groß sind. 6. Arrangement according to claim 2, characterized in that that the series-connected induced phase voltages are equal. 7. Anordnung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der zweiten Drehstrommaschine an dem Erregerteil eine Dämpferwicklung zur Wegdämpfung des durch den Belastungsstrom hervorgerufenen gegenläufigen Feldes vorgesehen ist. 7th Arrangement according to claims 2 to 6, characterized in that on the second Three-phase machine on the exciter part has a damper winding for damping the path the load current caused opposing field is provided. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung der zweiten Drehstrommaschine im wesentlichen nur für die Erzeugung des gegenläufigen Spannungssystems dieser Maschine im Leerlauf bemessen ist. 8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the excitation of the second three-phase machine essentially only for the generation of the opposing voltage system of this Machine is sized at idle. 9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt der zweiten Drehstrommaschine zur Verminderung ihrer Leerlauferregung kleiner, als bei Synchronmaschinen üblich, (z. B. ähnlich wie bei Asynchronmaschinen) bemessen ist. Io. 9. Arrangement according to claim 7, characterized in that that the air gap of the second three-phase machine to reduce their no-load excitation smaller than usual for synchronous machines (e.g. similar to asynchronous machines) is sized. Io. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Drehstrommaschine als normale Drehstrommaschine ohne zusätzliche Dämpferwicklung ausgeführt ist. II. Arrangement according to claim 2, characterized in that the first Three-phase machine as a normal three-phase machine without additional damper winding is executed. II. Anordnung nach den Ansprüchen 2 bis Io, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerfelder der beiden Drehstrommaschinen gegeneinander in der räumlichen Phasenlage verdrehbar sind. I2. Arrangement according to Claims 2 to Io, characterized in that that the excitation fields of the two three-phase machines against each other in the spatial Phase position are rotatable. I2. Anordnung nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, daß der eine oder beide Ständer der Drehstrommaschinen verdrehbar sind. I3. Arrangement according to claim II, characterized in that that one or both columns of the three-phase machines can be rotated. I3. Anordnung nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Erregerteil einer oder beider Drehstrommaschinen (zweckmäßig an dem Erregerteil der zweiten Drehstrommaschine) das Erregerfeld in der Phasenlage gegenüber dem Erregerteil einstellbar ist. I4. arrangement according to claim II, characterized in that one or both of the exciter part Three-phase machines (expediently on the exciter part of the second three-phase machine) the excitation field is adjustable in the phase position with respect to the excitation part. I4. Anordnung nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrehung der Erregerfelder selbsttätig, z. B. in Abhängigkeit von der Größe der Netzspannung und durch einen Drehfeldscheider zwischen den beiden Drehstrommaschinen, erfolgt. I5. Arrangement according to claim II, characterized in that the rotation of the excitation fields automatically, e.g. B. depending on the size of the line voltage and by a Rotary field separator between the two three-phase machines takes place. I5. Anordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drehstrommaschinen die Bauart von Turbogeneratoren mit Walzenläufer aufweisen. I6. arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the two three-phase machines have the design of turbo generators with roller rotors. I6. Anordnung nach Anspruch I5, dadurch gekennzeichnet, daß an der zweiten Drehstrommaschine die Dämpferwicklung ganz oder teilweise in den Nuten für die Unterbringung der Erregerwicklung untergebracht ist. I7. Arrangement according to claim I5, characterized in that the damper winding on the second three-phase machine wholly or partially housed in the grooves for accommodating the excitation winding is. I7. Anordnung nach den Ansprüchen I, 2, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden Drehstrommaschinen die erste die Bauart eines Turbogenerators mit Walzenläufer aufweist, während die für die Erzeugung des gegenläufigen Spannungssystems dienende zweite Drehstrommaschine eine mehr als zweipolige Schenkelpolmaschine ist. I8. Arrangement according to claims 1, 2, 8 or 9, characterized in that of the two three-phase machines, the first has a turbo generator design Has roller rotor, while the generation of the opposing tension system Serving second three-phase machine is a more than two-pole salient pole machine. I8. Anordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drehstrommaschinen miteinander mechanisch gekuppelt sind. I9. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the two three-phase machines are mechanically coupled to one another. I9. Anordnung nach Anspruch II oder I8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drehstrommaschinen über eine Kupplung miteinander verbunden sind, die (zweckmäßig während des Betriebes) eine gegenseitige Verdrehung der Läufer der beiden Drehstrommaschinen ermöglicht. 2o. Arrangement according to claim II or I8, characterized characterized in that the two three-phase machines are connected to one another via a coupling are connected, which (useful during operation) a mutual rotation the rotor of the two three-phase machines makes it possible. 2o. Anordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein eines takthaltenden Einphasennetzes die zweite Drehstrommaschine für die Erzeugung des gegenläufigen Spannungssystems mit einem besonderen, an das Einphasennetz angeschlossenen Synchronmotor gekuppelt-ist. Arrangement according to claim I or 2, characterized in that in the presence of a clock-maintaining single-phase network the second three-phase machine for generating the opposing voltage system is coupled to a special synchronous motor connected to the single-phase network. 21. Anordnung nach Anspruch 2a, dadurch gekennzeichnet, daß der die -zweite Drehstrommaschine antreibende Synchronmotor derart groß bemessen ist, daß bei Belastung der beiden Drehstrommaschinen eine Verdrehung ihrer Erregerfelder gegeneinander in der räumlichen Phasenlage ganz oder teilweise entfällt. 21. The arrangement according to claim 2a, characterized in that the second three-phase machine driving synchronous motor is dimensioned so large that when the two are loaded Three-phase machines a rotation of their excitation fields against each other in the spatial Phasing completely or partially omitted. 22. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Verbindungspunkte an den drei Reihenschaltungen der Phasenwicklungen dreiphasig gespeiste Verbraucher angeschlossen sind.22. Arrangement according to claim 2 or 3, characterized characterized in that at the connection points on the three series connections of the phase windings three-phase fed consumers are connected.