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Einrichtung zur Phasenkompensation von Induktionsmaschinen durch sekundär angeschlossene Beihenschluss-Drehfelderregermaschinen.
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sieren, dass man in ihre Sekundärstromkreise Maschinen einschaltet, die, vom Sekundärstrom durchflossen und erregt, eine. EMK erzeugen, die dem Sekundärstrom eine Voreilung gegenüber der EMK der Schlüpfung gibt und so indirekt die primäre Phasenverschiebung verringern. Solche Maschinen bestehen zumeist nur aus einem Anker mit Gleichstromwicklung, dem der Strom über einen Kommutator zugeführt wird und einem unbewickelten Stator.
Durch Rotation in dem vom Ankerstrom erzeugten Felde entsteht eine EMK, von der Frequenz dieses Stromes ; diese EME. eilt dem Strom um 90 vor, wenn das Ankerdrehfeld. vom Stator der Maschine betrachtet, im gfgengesetzten Sinne umläuft wie vom Rotor aus, und ist im gegenteiligen Falle um 90 nacheilend.
In Fig. 1 ist das Vektordiagramm einer sojchen als Motor laufenden kompensierten Induktions- maschine gezeichnet, es bezeichnen J1 den Stator- und J'2 den auf die Statorwindungszahl reduzierten Rotorstrom. e1 die primäre Klemmenspannung, e2.s die E11, der Schlüpfung, #1 und #2 die Phasen-
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voreilen soll.
Das Diagramm ist hier für mittlere Belastung der Induktionsmaschine gezeichnet, wobei die Reak-
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dreiecks. Es gilt allgemein
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M M ist die #synchrone Leistung" der Induktionsmaschine. Gegen den Leerlauf wird cos'f2 sehr
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ändert, letzteres infolge passend gewählter Veränderung der Tourenzahl der Erregermaschine nach Grösse und Richtung. Wird bei übersynchronem Betrieb die Tourenzahländerung nicht vorgenommen, so belastet die Erregermaschine den primären Stromkreis induktiv, was bei Maschinen, die betriebsmässig zwischen Motor- und Generatoreigenschaft wechseln, den Nutzen der ganzen Anordnung als fraglich erscheinen lasst.
Man kann nun die Verhältnisse der Erregermaschine gegen den Leerlauf zu günstiger gestalten.
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die gleiche wie in Fig. 1. Die Verkleinerung des Winkels < p wird erzeugt, indem man auf dem Ständer eine Dreiphasenwicklung anbringt, deren elektrische Achsen gegen die Achsen der Phasenwicklungen des Ankers verschoben sind und die Ständerwicklung in Serie mit dem Anker schaltet. Ee ist dann nicht mehr in Quadratur mit J2. Fig. 5 zeigt das Schema einer derartigen zweipoligen dreiphasigen Maschine und Fig. 10 eine Schaltungsskizze der Gesamtanordnung. In Fig. 10 bedeuten 1, 2, 3 die drei Phasen des Netzes ; 4 ist die zu kompensierende Induktionsmaschine, an deren Schleifringe 5 der Phasenkompensator 6 angeschlossen ist.
Der Antriebsmotor 7 des Phasenkompensators liegt am Netze 1, 2,-3.
Derartige Erregermaschinen mit Ständerwicklung sind bereits bekannt, sie ermöglichen die Phasenkompensation von Induktionsmotoren bis zu viel niedrigeren Belastungen herab, als Maschinen mit blosser Ankererregung ; aber sie wirken ebenfalls bei übersynchronem Betrieb phasenverschlechternd auf den Primärkreis, wenn man ihre Drehrichtung nicht umkehrt.
Als besonderer Nachteil solcher Aggregate galt jedoch ihre Neigung zur Selbsterregung, die unter kurzschlussartigen Erscheinungen gegen Leerlauf zu leicht eintrat, wenn man die Wattkomponente der Spannung Ee gegenüber dem Ohmschen Spannungsabfall J2 W2 des Sekundärkreises zu gross machte.
In Fig. 8 a zeigt für die bisher bekannte Betriebsweise mit einer selbsterregten Drehfeldkollektormaschine mit Statorbewicklung die Kurve α des Ohmschen Spannungsabfalles J2 Mg und die Kurve ss der Wattkomponente der Kollektorspannung Ee cos #E in Abhängigkeit vom Sekundärstrom J2. Der Neigungswinkel der Kurve 17. gegen die Abszissenachse ist hier grösser als der des gradlinigen Teiles der
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Das Diagramm Fig. 4, das für eine als Motor arbeitende Induktionsmaschine gilt, zeigt, dass in diesem Falle der Ohmsche Spannungsabfall gleich ist der Summe aus den Wattkomponenten der Kollektorspannung und der Schlupfspannung ; im Leerlauf verschwindet die Wattkomponente der letzteren Spannun g und die Anordnung mit den Kurven nach Fig. 8 a müsste daher im Leerlauf stromlos sein, da für jeden Wert von J2 der Ohmsche Spannungsabfall grösser bleibt als die Wattspannung der Kollektormasehine.
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leicht die Lage ss'der Wattspannungskurve und es wächst der Strom des Sekundärkreises bis zu dem Werte J2,k der Abszisse des Schnittpunktes A der Kurven 17. und ss' ; es tritt also Selbsterregung mit der
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ist, dass Re,o cos #E > w2 wird.
Die vorliegende Erfindung sucht nun gerade diese Selbsterregung für den Betrieb nutzbar zu machen.
Der Sekundärkreis soll bei Belastung wie bei Leerlauf des zu kompensierenden Induktionsmotors derart betrieben werden, dass die Kurve des Ohmschen Spannungsabfalles und die der Wattspannung Ee cos #E einander ausser im Ursprung des Koordinatensystems noch ein zweites Mal schneiden, wie es in Fig. 8 b@ dargestellt ist.
Es sollen die Reaktanz Re der Kollektormaschine, der Phasenwinkel #E und der Ohmsche Widerstand w2 des Sekundärkreises so gewählt werden, dass Re, o cos > M ist, und dass der selbsterregte Sekundärstrom bei Leerlauf J2 von der Grössenordnung der gewöhnlich in dem Rotor des Induktionsmotors fliessenden Ströme wird.
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für den jeweiligen Belastungsfall möglichst günstige Verhältnisse zu erreichen.
Um die Reaktanz Re zu verändern, werden erfindungsgemäss folgende an sich bekannte littel verwendet :
Zu-und Abschaltung von Windungen der Statorwicklung ;
Veränderung der magnetischen Sättigung durch Hinzufügung oder Entfernung von Eisenstücken im Kraftlinienpfade des Stators ; Änderung der Tourenzahl der Kollektormaschine.
Der Phasenwinkel Tu wird durch Bürstenversehiebung beeinflusst.
In Fig. 11, in der die Ziffern 1-7 die gleiche Bedeutung haben wie in Fig. 10, ist schematisch dargestellt, wie der Widerstand des Sekundärkreises durch die regelbaren Widerstände 8, die Tourenzahl des Phasenkompensators durch den Schlüpfungswiderstand 9 von Motor 7 und die Statorwicklung M durch Zu-und Abschalten von Windungen geändert werden kann.
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Wird die Induktionsmaschine als untersynchron laufender Motor mit einem Diagramm der Sekundärspannungen nach Fig. 4 betrieben, so liegen die dem Ohmschen Abfall und der Kollektormaschinen-
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Im Leerlauf entspricht Punkt A dem Zustande des Sekundärkreises ; das zugehörige Spannungsdiagramm zeigt Fig. 7. Im Leerlauf sind die Strom- und Spannungsverhältnisse stabil und können sich bei kleinen Änderungen der Ohmschen induktiven Widerstände nicht sprunghaft ändern. Es ist eine bestimmte, im Falle der Fig. 7 positive Schlüpfung s vorhanden, die durch die Grösse der Blindspannung E. sin WE gegeben und dieser proportional ist.
Bei einer derartigen Anordnung ist auch ein sicherer tbelgal1g vom Motor-zum Generatorbetrieb möglich. Fig. 6 zeigt das sekundäre Spannungsdiagramm für generatorische Belastung der Induktions-
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neten Falle.
Es ist ersichtlich, dass man auch zwei Erregermaschinen statt eine in den Sekundärkreis der Induktionsmaschine in Serie schalten und in der einen, die dann keine Ständerwicklung braucht, bloss wattlose Spannung (o/E = 900), in der andern dagegen, die auf dem Ständer eine zweite Wicklung zur Kompensation des Ankerfeldes erhält, reine Wattspannung (o/E = 0) erzeugen könnte. Für diese Anordnung, die leichtere Regulierbarkeit zur Folge hätte, zeigt Fig. 9 das Schaltungsschema ; darin bezeichnen
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drei Phasenwicklungen des Rotors der Induktionsmaschine. Bei dieser Anordnung erweist es sich als zweckmässig, beide Erregermaschinen durch den gleichen Hilfsmotor anzutreiben.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Phasenkompensation von Induktionsmaschinen durch sekundär angeschlossene Reihenschluss-Drehfelderregermaschinen mit gegen die Bürstenachsen verschobenen Ständerwicklungen,
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der Reaktanz und des Phasenwinkels der Erregermaschine und des Ohmschen Widerstandes des Sekundärkreises im Betriebe regelbar sind.
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Device for phase compensation of induction machines by means of secondary connected rotating field exciter machines.
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Make sure that machines are switched on in their secondary circuits, through which secondary current flows and excites. Generate EMF, which gives the secondary current a lead over the EMF of the slip and thus indirectly reduce the primary phase shift. Such machines usually only consist of an armature with a direct current winding, to which the current is fed via a commutator, and an unwound stator.
Rotation in the field generated by the armature current creates an EMF of the frequency of this current; this EME. leads the current by 90 when the armature rotating field. Viewed from the stator of the machine, it revolves in the opposite sense as from the rotor, and in the opposite case it lags by 90.
1 shows the vector diagram of a compensated induction machine running as a motor; J1 denotes the stator current and J'2 the rotor current reduced to the number of stator turns. e1 the primary terminal voltage, e2.s the E11, the slip, # 1 and # 2 the phase
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should advance.
The diagram is drawn here for the average load on the induction machine, with the reactivity
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triangle. It applies generally
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M M is the #synchronous power "of the induction machine. Against the idle, cos'f2 becomes very high
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changes, the latter due to a suitably selected change in the number of revolutions of the exciter according to size and direction. If the number of revolutions is not changed in oversynchronous operation, the exciter loads the primary circuit inductively, which makes the use of the entire arrangement appear questionable in machines that switch between motor and generator properties.
The conditions of the exciter against idling can now be made more favorable.
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the same as in Fig. 1. The reduction of the angle <p is produced by placing a three-phase winding on the stator, the electrical axes of which are shifted from the axes of the phase windings of the armature and connecting the stator winding in series with the armature. Ee is then no longer in quadrature with J2. FIG. 5 shows the diagram of such a two-pole three-phase machine and FIG. 10 shows a circuit diagram of the overall arrangement. In Fig. 10, 1, 2, 3 represent the three phases of the network; 4 is the induction machine to be compensated, to whose slip rings 5 the phase compensator 6 is connected.
The drive motor 7 of the phase compensator is connected to the networks 1, 2, -3.
Such excitation machines with stator winding are already known; they enable phase compensation of induction motors down to much lower loads than machines with mere armature excitation; but they also have a phase-deteriorating effect on the primary circuit in oversynchronous operation if their direction of rotation is not reversed.
A particular disadvantage of such units, however, was their tendency to self-excitement, which occurred too easily with short-circuit-like phenomena against idling if the watt component of the voltage Ee was made too large compared to the ohmic voltage drop J2 W2 of the secondary circuit.
In Fig. 8a, for the previously known mode of operation with a self-excited rotating field collector machine with stator winding, the curve? of the ohmic voltage drop J2 Mg and the curve ss of the watt component of the collector voltage Ee cos #E as a function of the secondary current J2. The angle of inclination of the curve 17 against the abscissa axis is greater than that of the straight part of the
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The diagram in FIG. 4, which applies to an induction machine operating as a motor, shows that in this case the ohmic voltage drop is equal to the sum of the watt components of the collector voltage and the slip voltage; in no-load operation the watt component of the latter voltage disappears and the arrangement with the curves according to FIG. 8 a would therefore have to be de-energized in no-load operation, since for every value of J2 the ohmic voltage drop remains greater than the watt voltage of the collector phase.
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slightly the position ss 'of the watt voltage curve and the current of the secondary circuit increases up to the value J2, k of the abscissa of the intersection point A of the curves 17. and ss'; So there is self-excitement with the
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is that Re, o becomes cos #E> w2.
The present invention seeks to make this self-excitation usable for operation.
When the induction motor to be compensated is loaded and idling, the secondary circuit should be operated in such a way that the curve of the ohmic voltage drop and that of the watt voltage Ee cos #E intersect each other a second time apart from the origin of the coordinate system, as shown in Fig. 8b @ is shown.
The reactance Re of the collector machine, the phase angle #E and the ohmic resistance w2 of the secondary circuit should be chosen so that Re, o cos> M, and that the self-excited secondary current at idle J2 is of the order of magnitude that is usually found in the rotor of the induction motor flowing streams will.
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to achieve the most favorable conditions possible for the respective load case.
In order to change the reactance Re, the following means known per se are used according to the invention:
Connection and disconnection of turns of the stator winding;
Change in magnetic saturation by adding or removing pieces of iron in the path of the force lines of the stator; Change of the number of revolutions of the collector machine.
The phase angle Tu is influenced by brush displacement.
In Fig. 11, in which the numbers 1-7 have the same meaning as in Fig. 10, is shown schematically how the resistance of the secondary circuit through the adjustable resistors 8, the number of revolutions of the phase compensator through the slip resistance 9 of motor 7 and the Stator winding M can be changed by switching turns on and off.
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If the induction machine is operated as a sub-synchronously running motor with a diagram of the secondary voltages according to FIG. 4, the ohmic drop and the collector machine
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When idling, point A corresponds to the state of the secondary circuit; the associated voltage diagram is shown in FIG. 7. When idling, the current and voltage ratios are stable and cannot change abruptly in the event of small changes in the ohmic inductive resistances. There is a certain slip s, positive in the case of FIG. 7, which is given by the magnitude of the reactive voltage E. sin WE and is proportional to this.
With an arrangement of this type, it is also possible to move safely from motor to generator operation. Fig. 6 shows the secondary voltage diagram for regenerative loading of the induction
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neten trap.
It can be seen that two excitation machines instead of one are connected in series in the secondary circuit of the induction machine and in one, which then does not need a stator winding, just wattless voltage (o / E = 900), in the other, on the other hand, the one on the stator receives a second winding to compensate for the armature field, could generate pure watt voltage (o / E = 0). For this arrangement, which would result in easier controllability, FIG. 9 shows the circuit diagram; denote therein
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three phase windings of the rotor of the induction machine. With this arrangement, it proves to be expedient to drive both excitation machines by the same auxiliary motor.
PATENT CLAIMS:
1. Device for phase compensation of induction machines through secondary connected series rotating field exciter machines with stator windings shifted against the brush axes
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the reactance and phase angle of the exciter and the ohmic resistance of the secondary circuit can be regulated during operation.