-
Regeleinrichtung zur Spannungssymmetrierung eines unsymmetrischen
Drehstrom-Dreileiterspannungssystems Es ist bekannt, unsymmetrische Drehstromsysteme
in der Weise zu symmetrieren, daß man ein in Grölte und Phase mit dem Gegensystem
übereinstimmendes Spannungs- oder Stromsystem gegensinnig in die Drehstromleitung
einspeist und damit das Gegensystem kompensiert. Das erfordert einen besonderen
Gegengenerator und Meßeinrichtungen, die die Größe und Phasenfolge des Gegensystems
genau erfassen.
-
Eine andere bekannte Symmetrierungsanordnung arbeitet mit einer 60°-Phasenschieber-Kondensatoranordnung,
die in Verbindung mit Transformatoren eine Drehung der Komponenten des Gegensystems
in eine gemeinsame gleichphasige Nullage herbeiführt. Zur Kompensation der gedrehten
Komponenten ist auch hier ein Gegensystemgenerator erforderlich. Alle genannten
Anordnungen verursachen einen relativ hohen Aufwand, insbesondere die letztgenannte,
bei der noch die Frequenzabhängigkeit der Kompensationsglieder hinzukommt.
-
Es sind auch Anordnungen zur Spannungssymmetrierung bekanntgeworden,
die nur bei bestimmten Lastverhältnissen ordnungsgemäß arbeiten. So wird z. B. bei
einer bekannten Anordnung vorausgesetzt, daß der an den Netzimpedanzen hervorgerufene
Spannungsabfall durch eine einphasige Last zwischen verketteten Spannungen hervorgerufen
wird und mit der verketteten Spannung einen Winkel von 60° e1. bildet.
-
Die Regeleinrichtung, nach der Erfindung zur Span= nungssymmetrierung
eines unsymmetrischen Drehstrom-Dreileiterspannungssystem - ohne Nullkomponenten
in den Phasenspannungen -, die mit Hilfe einer geregelten Zusatzspannung zur Kompensierung
des Gegensystems arbeitet, ist frei von den vorgenannten Nachteilen und Einschränkungen.
Die Lösung besteht darin, daß Kompensationsglieder einerseits von einem in das Drehstrom-Dreileiterspannungssystem
eingeschalteten Hilfstransformator gespeist werden, der die Komponenten (2.10, 21,o)
der Zusatzspannung. liefert, und daß sie andererseits die Zusatzspannung in Abhängigkeit
von Stellgliedern einregem, deren Steuerspannungen proportional zu der -die Unsymmetrie
kennzeichnenden, in einer an das Dreileitersystem angeschlossenen Modulatorgruppe
erfaßten schwingenden Leistung sind.
-
Voraussetzung ist, daß das Drehstrom-Dreileiterspannungssystem kein
-Nullsystem enthält und hinsichtlich einer Phase konstant gehalten wird. Beide Forderungen
lassen sich durch einfache an sich bekannte Maßnahmen erreichen. Sie schränken den
Anwendungsbereich -der Regeleinrichtung gemäß der Erfindung nicht ein, da Spannungskonstanthaltemittel
fast immer vorhanden sind und ein Verschwinden des Nullsystems mit Hilfe der bei
der Leistungsübertragung benutzten Transformatoren in Stern-Dreiecks-Schaltung zwangläufig
herbeigeführt wird.
-
Ein in der beschriebenen Weise vorbereitetes Drehstrom-Dreileiterspannungssystem
ist mit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung als Ausführungsbeispiel in,der Zeichnung
dargestellt; es zeigt Fig. 1 ein Schaltbild der Regeleinrichtung mit Leistungsmessung,
Fig.2 eine Abwandlung der Leistungsmeßeinrichtung der Regeleinrichtung nach Fig.
1.
-
Durch die gestrichelt gezeichneten Trennlinien ist angedeutet, daß
die Anordnung nach Fig. 2 sinngemäß an Stelle der in Fig. 1 dargestellten Meßeinrichtung
in das Netzwerk nach Fig. 1 einzusetzen ist.
-
Bei der Regeleinrichtung nach Fig. 1 ist die in ihre festen Komponenten
2.1o und 2.C., zerlegte geregelte Zusatzspannung einem an das Drehstrom-Dreileiterspannungssystem
angeschlossenen im Dreieck-geschalteten Hilfstransformator 1 mit den Hauptklemmen
R, S, T und den Hilfsklemmen P, Q entnommen. Die Zusatzspannungskomponenten 2.1o
und I19, stehen vektoriell aufeinander senkrecht. Die Komponente 11, ist an den
Klemmen Q, R und die Komponente 2C" an den Klemmen S, T abgenommen. Die Phasen des
in der Zeichnung links vom Hilfstransformator 1 liegenden Teiles des Drehstrom-Dreileiterspannungssystems
sind mit R', S, T bezeichnet. Die Bezeichnung R' deutet an, daß die dieser Phase
zugeordneten Leiterspannungen S-R' bzw. T-R' unsymmetrisch sind. Voraussetzungsgemäß
ist eine Leiterspannung konstant, hier also die zwischen den Phasen S, T liegende
Spannung. Die mit R,
S, T bezeichneten Dreileiterphasen rechts vom
Hilfstransformator kennzeichnen das symmetrierte Dreileiternetz.
-
Die dem Hilfstransformator 1 entnommenen Spannungskomponeten 2C0,
2C90 sind den Primärklemmen je eines in die Phase R' sekundärseitig eingeschalteten
Zusatztransformators 2, 3 zugeführt. Die auf diese Weise in die Phase R' eingeprägten
Zusatzspannungen 2C0, 21s0 können jeedoch sekundärseitig über verschiebbare Abgriffe
4, 5 mehr oder weniger verändert werden. Die Verstellung der Abgriffe, mit der mittelbar
die Symmetrierung des Drehstrom-Dreileiterspannungssystem bewirkt wird, geschieht
durch die Stellmotoren 6, 7 je nach Größe und Richtung der an ihnen liegenden Steuerspannungen
U0 bzw. U90.
-
Diese Steuerspannungen sind ihrerseits proportional zu den die Spannungssymmetrie
des Drehstrom-Dreileiterspannungssystems verursachenden Komponenten des Gegensystems.
Sie sind einem System frequenzunabhängiger Modulatoren ausgangsseitig entnommen,
das eingangsseitig aus den fünf quadrierenden Hallgeneratoren 8, 9, 10, 11, 12 und
ausgangsseitig aus den beiden multiplizierenden Hallgeneratoren 13, 14 besteht.
Die diesen multiplizierenden Haugeneratoren 13, 14 entnommenen pulsierenden Gleichstromsteuerspannungen
U0 und U90 werden gegebenenfalls über je einen Verstärker 15, 16, der Glättungsglieder
enthalten kann, den zugeordneten Stellmotoren 6, 7 zubeführt.
-
Zur Erfassung des Spannungsgegensystemzeigers sind räumlich vor die
Netzanschlußklemmen des Hilfstransformators 1 die :drei quadrierenden Hallgeneratoren
9, 10, 11 an das Dreileiternetz angeschlossen. Die Eingänge der anderenbeiden quadrierenden
Hallgeneratoren 8, 12 sind zur Entnahme von Hilfsspannungen bestimmter Phasenlage
- wie sie für die erfindungsgemäße Regelung notwendig sind - an den Hilfstransformator
1 angeschlossen. Der Hallgenerator 8 liegt demnach wie -die Primärwicklung des Zusatztransformotors
2 an der Spannung 2C0, also an den. Klemmen Q, R des Hilfstransformators 1. Die
Hilfsspannung 2C45 des Hallgenerators 12 ist an den Klemmen ,S, P des Hilfstransformators
1 abgenommen.
-
Die an das Drehstrom-Dreileiterspannungssystem angeschlossenen Hallgeneratoren
weisen durch Sumtnenschaltung eine gemeinsame Ausgangsseite bzw. Ausgangsspannung
auf. Dieser Ausgang bzw. diese Ausgangsspannung ist gemeinsam mit je einem Ausgang
der quadrierenden Hallgeneratoren 8 bzw. 12 an dieEingänge der zugeordneten multiplizierendenHallgeneratoren
13 bzw. 14 geschaltet. Zur Unterdrückung bzw. Aussiebung von Gleichstromkomponenten
sind Kondensatoren oder Übertrager in die Verbindungsleitungen der Hallgeneratoren
eingeschaltet.
-
Zur Wirkungsweise der neuen Regeleinrichtung sei folgendes vorausgeschickt:
Man kann bekanntlich die in einem elektrischen System transportierte elektrische
Leistung mit Hilfe der komplexen Drehzeigermethode als Wirk- bzw. Blindleistungsanteile
der Scheinleistung darstellen. Abweichend von dieser üblichen Zerlegung kann man
aber auch bei unsymmetrischen Mehrleitersystemen die elektrische Leistung vorteilhaft
in zwei Scheinleistungsanteile zerlegen. Der eine, als »schwingende Leistung 9«
bezeichnete Anteil schwingt mit doppelter Netzfrequenz, während der andere, als
»komplexe Leistung 9« bezeichnete Anteil, fest ist. Die Beträge 9 und 9-X sind untereinander
gleich groß und bedeuten beide die Scheinleistung. Dabei ist der Realteil von R
der üblicherweise als Wirkleistung und der Imaginärteil von 92 der üblicherweise
als Blindleistung bezeichnete Anteil der »komplexen Leistung 9«.
-
Bei Dreileiternetzen ist dann Symmetrie vorhanden, wenn die schwingende
Leistung »litt« verschwindet, d. h. die abgegebene Leistung zeitlich konstant ist.
Die »schwingende Leistung IJ2« ist an das Vorhandensein eines Gegensystems gebunden,
während das Mitsystem die Wirkleistung führt.
-
Die Regeleinrichtung gemäß der Erfindung stellt nun die Spannungssymmetrie
einer unsymmetrischen Drehstromleitung selbsttätig wieder her. Es wurde schon erwähnt,
daß das Nullsystem bereits ausgeschieden ist, da es einen Einfluß auf die »schwingende«
und die »komplexe« Leistung hat. Die Hallgeneratoranordnung nach den Fig. 1 bzw.
2 bildet das aus den oben näher beschriebenen Leistungsanteilen 9 und Tt bestehende
Leistungsprodukt selbsttätig nach.
-
Bei der Regeleinrichtung nach Fig. 1 :ergibt sich also folgende Wirkungsweise
der Hallgeneratoranordnung: Die quadrierenden Hallgeneratoren 9, 10, 11 erfassen
die unsymmetrischen Spannungen des Dreileitersystems und liefern ausgangsseitig
in an sich bekannter Weise eine quadrierte Spannung doppelter Frequenz, die als
pulsierende Summengleichspannung auftritt, Der Gleichspannungsanteil ist dem Realteil
der »komplexen Leitung 9« proportional, während der überlagerte Wechselspannungsanteil.
doppelter Netzfrequenz dem Betrag der »schwingenden LeistungVi« proportional ist.
Da nur die »komplexe Leistung 9« an das Mitsystem gebunden ist, wird der den Realteil
der »komplexen Leistung 9« wiedergebende Gleichspannungsanteil nicht benötigt und
durch Kondensatoren unterdrückt bzw. durch andere Mittel, z. B. E ntkopplungstransformatoren,
ausgesiebt. Der verbleibende Spannungsanteil doppelter Netzfrequenz kann noch nicht
als Steuerspannung zur Regelung der Dreileiterspannungen benutzt werden.
-
Gemäß der weiteren Erfindung wird dieser Spannungsanteil doppelter
Netzfrequenz zur Erfassung der Phasenlage in seine beiden vektoriell aufeinander
senkrecht stehenden spannungskomponenten dUo, 4U90 zerlegt. Zu diesem Zweck werden
dem Hilfstransformator 1 die netzfrequenten Spannungen 2C0, 2C4, als feste Hilfsspannungen
entnommen und den quadrierenden Hallgeneratoren 8, 12 zugeführt. Der Hallgenerator
8 quadriert die zugeführte Hilfsspannung 2C0 und verdoppelt deren Frequenz. Dem
Hallgenerator 12 wird die um 45° gegen die Spannung lt, verschobene Hilfsspannung
2C4, zugeführt, die dieser bei gleichzeitiger Verdoppelung des Phasenwinkels und
der Frequenz quadriert. Die dabei als Gleichspannungsanteil wieder auftretende »komplexe
Leistung K« wird ebenfalls durch Kondensatoren unterdrückt.
-
Die quadrierten Spannungen W und 11 werden in den beiden multiplizierenden
Hallgeneratoren 13, 14 mit den die »schwingende Leistung R« des Gegensystems kennzeichnenden
Summenspannungsanteilen '2C0 bzw Alt.. der Hallgeneratoren 9, 10, 11 moduliert.
-
An den Ausgängen der multiplizierenden Hallgeneratoren 13, 14 werden
daher die den Spannungskomponenten All() bzw. Also des Gegensystems proportionalen
Steuerspannungen Uo bzw. U90 als pulsierende Gleichspannungen abgenommen. Nacheinergegebenenfalls
notwendigen Glättung und Verstärkung in den Verstärkern 15, 16 gelangen sie an die
zugeordneten Stellmotoren 6, 7, die ihrerseits eine Verstellung der sekundärseitigen
Abgriffe 4, 5 bewirken. Die dem Hilfstransformator 1 entnommenen festen Spannungen
1.1,
und 2C9, werden so lange in die Phase R' eingeprägt, bis das Gegensystem verschwunden
ist.
-
Wie weiter oben ausführlich beschrieben, sind bei der der Regeleinrichtung
nach Fig; 1 die quadrierenden Hallgeneratoren 9, 10, 11 für die Leistungsmessung
und Erfassung des Gegensystems vorgesehen. Man kann bei der Leistungsmessung einen
Hallgenerator einsparen, wenn man die Leistung nach dem Verfahren von Aron mißt.
-
Eine solche mit Hallgeneratoren aufgebaute Leistungsmeßeinrichtung
zeigt Fig. 2. An Stelle der quadrierenden Haugeneratoren 9, 10, 11 nach Fig. 1 sind
hier zwei multiplizierende Hallgeneratoren 17, 18 vorgesehen. Die Widerstandskombination
19 in Dreieckschaltung stellt eine für die Leistungsmessung erforderliche symmetrische
Last dar. Entsprechend liegen die Hallgeneratoren 17, 18 mit einem der beiden Eingänge
in je einem Strompfad der Dreiecksbelastung 19, während der jeweils zweite Eingang
der multiplizierenden Hallgeneratoren 17, 18 zur Erfassung der Spannungsunsymmetrie
an das Dreileiternetz angeschlossen ist.
-
Die Ausgänge der Haugeneratoren 17, 18 sind -wie bei der Anordnung
nach Fig. 1 - in Reihe geschaltet und stehen demnach gemeinsam mit je einem Ausgang
der quadrierenden Haugeneratoren 8 bzw. 12 mit den Eingängen der zugeordneten multiplizierenden
Hallgeneratoren 13, 14 in Verbindung.
-
Die Regeleinrichtung ist nicht auf die Ausregelung unsymmetrischer
Spannungssysteme beschränkt. Es kann von ihr auch zur Symmetrierung unsymmetrischer
Stromsysteme durch Kompensation des Stromgegensystems Gebrauch gemacht werden. Große
Bedeutung hat die Regeleinrichtung auch bei der Netzspannungsregelung von Eich-
und Prüffeldern und insbesondere von Rundfunksendern.