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Verfahren zum Kuppeln von Netzen verschiedener Frequenzen.
Bei der Kupplung von Netzen verschiedener Frequenzen mit Hilfe von Synchronmaschinen entsteht bekanntlich die Schwierigkeit, dass, wenn eine Netztrequenz infolge Belastungsänderung sich z. B. zu vermindern strebt, sofort die Kupplungsmaschine von dem mit konstanter Frequenz weiter fahrenden Netz eine starke Energieaufnahme aufweisen wird, die so gross ist, dass die Frequenzänderungstendenz ausgeglichen wird.
Handelt es sich um die Kupplung sehr grosser Netze, so kann zum Ausgleich der Ändernngstendenzen eine derartig grosse Leistung erforderlich werden, dass sie zur Überlastung der
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gemeinen Landesnetzen mit 50 Perioden, zur Aufstellung von Sehlupfumformern gegriffen, indem eine der beiden Maschinen nach wie vor synchron ausgeführt, während die andere Maschine asynchron gebaut wird und die erforderliche Unabhängigkeit der Leistungszufuhr von der Tourenzahl bei der Asynchronmaschine dadurch herbeigeführt wird, dass zusätzliche Spannungen in den Rotor eingeführt werden.
Diese Lösungen sind technisch vollkommen durchgebildet und haben nur den Nachteil, dass sie sehr teuer in der Anlage und auch im Betriebe mit ihren vielen Hilfsmaschinen und mit den Kollektoren
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der unter Verwendung robuster, einfacher und billiger Elemente zum gleichen Ziele führt und sowohl für Sehlupfumformer im eigentlichen Sinne des Wortes als auch für Doppelgeneratoren, bei welchen von einer Kraftmaschine zwei Generatoren für Netze verschiedener Frequenz angetrieben werden, Anwendung finden kann.
Das Prinzip der Erfindung besteht darin, dass beide Maschinen als Synchronmaschinen ausgeführt und durch ein hydraulisches Getriebe-im folgenden seines Hauptzweckes wegen als"Schlupi'kupplung" bezeichnet-verbunden werden, wobei durch besondere Reguliereinrichtungen der Schlupf dieser Kupplung je nach den Anforderungen an die Frequenzregelung geändert wird.
Die Ausführung dieses neuen Gedankens ist auf verschiedene Weise möglich.
Das hydraulische Getriebe kann beispielsweise so eingerichtet werden, dass es im Mittel eine Übersetzung ins Langsame oder Schnelle von einem irgendwie gewünschten Betrage zwischen den beiden Synchronmaschinen-sofern eine solche notwendig ist-herstellt und durch seine Reguliereinrichtungen bei jeder Leistung von dieser mittleren Übersetzung nach der einen oder andern Seite abzuweichen, also gegenüber der normalen Übersetzung einen positiven oder negativen Sehlupf herzustellen gestattet. Anderseits kann zur Herstellung der mittleren Übersetzung ein Zahnradgetriebe angeordnet und dem hydraulischen Getriebe die reine Aufgabe zugewiesen werden, einen positiven oder nega- tiven Sehlupf zwischen den beiden Synchronmaschinen regulierbar einzustellen.
Je nach der Ausführungsart der Schlupfkupplung bzw. der Abhängigkeit ihrer Eigenschaften von dem Schlupf sowie je nach der Eigenart des vorliegenden Anwendungsfalles kann es vorteilhaft sein, nur positiven oder nur negativen Schlupf vorzusehen, d. h. also von einem bestimmten positiven oder negativen mittleren Schlupf nur nach oben oder nur nach unten zu regulieren oder auch, von dem mittleren Schlupf Null ausgehend, sowohl positiven als negativen Schlupf herzustellen.
Als hydraulische Sehlupfkupplung können sowohl Getriebe nach dem Strömungsprinzip (Turbinenprinzip) als nach dem Verdrängungsprinzip (Zellen-oder Kolbenprinzip) verwendet werden.
Von den ersteren sei beispielsweise der Föttinger-Transformator genannt, der in seinen sämtlichen bekannten Ausführungsformen für den vorliegenden Zweck geeignet ist. Die Einstellbarkeit des Schlupfes kann hier ohne weiteres durch ebenfalls bekannte Massnahmen, nämlich Ausrüstung der Lauf- oder Leit- räder bzw. der Lauf-und Leiträder mit verstellbaren Schaufeln, durch Anordnung verschiebbarer Laufund Leiträder u. dgl., erreicht werden. In vielen Fällen, insbesondere bei der Föttinger-Asynchronkupplung (der bekannten leitrad-und gehäuselosen Ausführung des Föttinger-Transformators), kann die Schlupfregelung in bisher nicht bekannter Weise dadurch erzielt werden, dass Sperrkörper z.
B. durch die hohle Welle, in alle oder nur einige Sehaufelkanäle eines Schaufelkranzes eingeschoben werden, welche den Umlauf der Betriebsflüssigkeit zwischen dem Primär-und Sekundärteil des Getriebes mehr oder minder drosseln.
Von der zweiten Art der Getriebe seien beispielsweise das Sturm-und das Thoma-Getriebe genannt.
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benutzt werden, wie z. B. Veränderung der Exzentrizität der Schaufel-oder Kolbenführung (siehe V. D. I.- Verlag 1928, Sonderheft Getriebe").
Der Verlust in einem hydraulischen Getriebe ist bekanntermassen-beispielsweise im Föttmger- Getriebe-verschieden, je nachdem man dem Getriebe nur die Aufgabe der Schlupfherstellung oder
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gleichzeitig auch die der mittleren Drehzahlübersetzung zuweist. Von dieser Alternative hängt die Höhe des maximal erreichbaren Wirkungsgrades ab. Der Wirkungsgrad dagegen, den man im Mittel erreicht, ist verschieden, je nachdem man den Schlupf nur nach der positiven oder nur nach der negativen Richtung oder ob man ihn nach beiden Richtungen reguliert. Im ganzen ist der Verlust in einer hydraulischen
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den elektrischen Einrichtungen bringen lassen.
Man wird in jedem Einzelfalle diejenige Anordnung wählen, die unter gemeinsamer Berücksichtigung der Anlagekosten und der Energieverluste am öko- nomischsten wird.
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sein, den Schlupf auf konstante Leistungsentnahme aus einem der Netze zu regeln, wobei als Impulsgeber fÜr die Schaufelverstellung bzw. die Einführung des Sperrkörpers irgendeine wattmetrische Vor- richtung in an sich bekannter Weise dienen kann. Man kann auch beispielsweise so regeln, dass die abge- gebene Belastung in das eine Netz in Abhängigkeit von dessen Periodenzahl gesetzt wird, so dass z.
B. bei abnehmender Periodenzahl dieses Netzes eine grössere Leistung abgegeben wird : dieser Fall kann von Interesse sein beim Parallelbetrieb mit primär angetriebenen Maschinen, die ja auch mit zunehmender
Belastung einen Tourenabfall zeigen. Hiebei kann als Impulsgeber irgendeine Vorrichtung dienen, die von der Differenz der Sollperiodenzahl des Netzes und seiner tatsächlichen Periodenzahl angetrieben wird. Als solche Vorrichtung kommt, beispielsweise ein kleiner Asynchronmotor, dessen Stator und Rotor die beiden in Frage kommenden Perioden zugeführt werden, in Betracht ; hiedurch kann man, wie dieses von Synchronisiervorrichtungen her bekannt ist, einen der Differenz entsprechenden Impuls herleiten.
Eine weitere Möglichkeit der Regelung könnte darin bestehen, dass man die Periodendifferenz zwischen den beiden Netzen durch veränderte Leistungsaufnahme und-abgabe auszugleichen sucht, wobei wiederum als Impulsgeber eine ähnliche Vorrichtung, wie eben angegeben, dient.
Falls es sich nicht um einen Umformer handelt, sondern um einen von einer Kraftmaschine ange- triebenen Doppelgenerator, so gelten alle bisher gemachten Angaben über den Betrieb in sinnentsprechender
Weise. Im letzteren Falle kann die Schlupf kupplung noch dazu dienen, die eine der beiden Maschinen zu gegebenen Zeiten ausser Betrieb zu nehmen und wieder einzuschalten, ohne die Antriebsmaschine und den andern Generator stillzusetzen.
Von letzterer Möglichkeit kann gleichfalls Gebrauch gemacht werden, falls bei einem Umformer die eine Maschine als Phasenschieber laufen soll, wenn der Umformerbetrieb selbst nicht notwendig ist.
Auf diese Weise lassen sich die Leerlaufverluste vermindern.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Einrichtung zur Kupplung von elektrischen Netzen verschiedener Periodenzahlen vermittels zweier Synchronmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen diese eine in bekannter Weise regel- bare hydraulische Kupplung eingeschaltet ist, deren Schlupf durch besondere, von Hand oder automatisch betätigte Regeleinrichtungen so beeinflusst wird, dass, trotz Schwankung der Netzperiodenzahlen, die geforderten Betriebsbedingungen (beispielsweise konstante Leistungsentnahme, Konstanthaltung der
Periodenzahl auf der einen Seite) erfüllt werden.
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Method for coupling networks of different frequencies.
When coupling networks of different frequencies with the help of synchronous machines, the problem arises that if a network frequency changes due to load change z. B. strives to reduce, the clutch machine will immediately have a strong energy consumption from the network moving at a constant frequency, which is so great that the frequency change tendency is compensated.
If it is a question of the coupling of very large networks, then to compensate for the tendency to change, such a large power may be required that it overloads the
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common national networks with 50 periods, used to set up Sehlupfumformern, in that one of the two machines is still running synchronously while the other machine is built asynchronously and the necessary independence of the power supply from the number of revolutions in the asynchronous machine is brought about by additional voltages in introduced into the rotor.
These solutions are technically fully developed and only have the disadvantage that they are very expensive in the system and also in operation with their many auxiliary machines and with the collectors
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which leads to the same goal using robust, simple and cheap elements and can be used both for high-speed converters in the true sense of the word and for double generators in which two generators for networks of different frequencies are driven by one prime mover.
The principle of the invention is that both machines are designed as synchronous machines and are connected by a hydraulic gear - hereinafter referred to as a "slip clutch" due to its main purpose, with the slip of this clutch depending on the frequency control requirements through special regulating devices will be changed.
There are several ways to carry out this new idea.
The hydraulic transmission can, for example, be set up in such a way that, on average, it produces a slow or fast ratio of any desired amount between the two synchronous machines - if one is necessary - and, through its regulating devices, from this mean ratio to the one at every power output or to deviate on the other side, that is to say, compared to the normal translation, a positive or negative image is allowed. On the other hand, a gear transmission can be arranged to produce the mean transmission ratio and the hydraulic transmission can be assigned the pure task of adjusting a positive or negative slip between the two synchronous machines.
Depending on the type of design of the slip clutch or the dependence of its properties on the slip and depending on the nature of the application at hand, it can be advantageous to provide only positive or only negative slip, ie. H. that is, to regulate only upwards or only downwards from a certain positive or negative mean slip, or also, starting from the mean slip of zero, to produce both positive and negative slip.
Both transmissions based on the flow principle (turbine principle) and according to the displacement principle (cell or piston principle) can be used as the hydraulic slip clutch.
Of the former, the Föttinger transformer may be mentioned, for example, which is suitable for the present purpose in all of its known embodiments. The adjustability of the slip can easily be achieved by means of likewise known measures, namely equipping the running or guide wheels or the running and guide wheels with adjustable blades, by arranging displaceable running and guide wheels and the like. Like., can be achieved. In many cases, especially with the Föttinger asynchronous clutch (the well-known stator and housing-less version of the Föttinger transformer), the slip control can be achieved in a previously unknown manner in that locking body z.
B. through the hollow shaft, into all or only some of the blade channels of a blade ring, which throttle the circulation of the operating fluid between the primary and secondary part of the transmission more or less.
Of the second type of transmission, the Sturm and Thoma transmissions are mentioned, for example.
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be used, such as B. Change in the eccentricity of the blade or piston guide (see V. D. I. Verlag 1928, special issue "gearboxes").
The loss in a hydraulic transmission is known to be different, for example in the Föttmger transmission, depending on whether the transmission only has the task of producing slip or
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at the same time also assigns the mean speed ratio. The level of the maximum achievable efficiency depends on this alternative. The efficiency, however, which is achieved on average, differs depending on whether the slip is regulated only in the positive or only in the negative direction or whether it is regulated in both directions. On the whole, the loss is hydraulic
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have it brought to the electrical equipment.
In each individual case, that arrangement will be chosen which, taking into account the system costs and the energy losses, is the most economical.
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be to regulate the slip to constant power consumption from one of the networks, with any wattmetric device in a known manner can serve as a pulse generator for the blade adjustment or the introduction of the locking body. It is also possible to regulate, for example, that the output load is placed in one network as a function of its number of periods, so that e.g.
B. with a decreasing number of periods of this network, a greater power is output: this case can be of interest in parallel operation with primarily driven machines, which also with increasing
Load show a drop in tours. Any device that is driven by the difference between the nominal number of periods of the network and its actual number of periods can serve as a pulse generator. Such a device is, for example, a small asynchronous motor, the stator and rotor of which are supplied with the two periods in question; as a result, as is known from synchronizing devices, one can derive a pulse corresponding to the difference.
Another possibility of regulation could consist in trying to compensate for the period difference between the two networks by changing the power consumption and output, with a similar device, as just indicated, again serving as the pulse generator.
If it is not a converter, but a double generator driven by a prime mover, then all the information given above about the operation apply accordingly
Wise. In the latter case, the slip clutch can also be used to take one of the two machines out of operation at given times and turn it on again without stopping the drive machine and the other generator.
Use can also be made of the latter option if one machine in a converter is to run as a phase shifter when converter operation itself is not necessary.
In this way, the no-load losses can be reduced.
PATENT CLAIMS: l. Device for coupling electrical networks with different numbers of periods by means of two synchronous machines, characterized in that a hydraulic coupling which can be regulated in a known manner is switched on between them, the slip of which is influenced by special, manually or automatically operated regulating devices so that, despite fluctuations in the Network cycle numbers, the required operating conditions (e.g. constant power consumption, keeping the
Number of periods on one side).