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Anordnung zur Entnahme von Blindleistung aus in Wechselstromkreisen
eingeschalteten Kondensatoren. Zur Verbesserung des Leistungsfaktors von Induktionsmotoren
bzw. von ganzen Wechselstromnetzen kann man bekanntlich Kondensatoren benutzen,
die parallel zu den Blindstromverbrauchern geschaltet sind. Die Kapazität dieser
Kondensatoren und damit ihre Größe hängt bei einer bestimmten Größe des aufzunehmenden
Blindstromes unter anderem von der Höhe der dem Kondensator aufgedrückten Wechselspannung
ab. Je höher diese Spannung, desto kleiner fällt der Kondensator aus. Man hat daher
für die Verkleinerung des Kondensators bereits die Vorschaltung eines Transformators
vorgeschlagen. Dabei muß aber wieder die Isolationsschicht zwischen den Kondensatorplatten
vergrößert werden, so daß der angestrebte Zweck doch nicht in vollem Umfange erreicht
wird.
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Die Erfindung betrifft nun eine Anordnung, die auf einem anderen Wege
die Verkleinerung der Kapazität des Kondensators erreicht. Erfindungsgemäß wird
zwischen dem Kondensator und der Wechselstromleitung eine Vorrichtung eingeschaltet,
die eine Erhöhung der Periodenzahl der dem Kondensator aufgedrücktenWechselspannung
herbeiführt. Proportional mit der Erhöhung der Periodenzahl kann die Kapazität des
Kondensators verkleinert werden, ohne daß eine Verringerung des vom Kondensator
aufgenommenen Blindstronies eintritt. Im Gegensatz zu der Anordnung, bei der die
Spannung an den Klemmen des Kondensators erhöht wird, braucht die Isolierung des
Kondensators bei der obigen Anordnung nicht erhöht werden.
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In der Abb. i der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung
dargestellt, bei der zwischen dem Wechselstromnetz i und den zur Lieferung von Blindleistung
verwendeten Kondensatoren z, 3, .1 eine Induktionsmaschine 5 eingeschaltet ist,
-derart, daß die Netzspannung an die Primärwicklung der Maschine angeschlossen ist,
während an die Sekundärwicklung drei Kondensatoren angeschlossen sind. Um nun die
Frequenz der den Kondensatoren aufgedrückten Spannung zu erhöhen, wird der Läufer
der Induktionsmaschine, auf dem- sich die Sekundärwicklung befindet, von einer besonderen
Antriebsmäschine 6 (in der Zeichnung ein an das Netz angeschlossener Induktionsmotor)
entgegen der Umlaufrichtung des von der Primärwicklung erzeugten Drehfeldes angetrieben.
Ist die Induktionsmaschine beispielsweise zweipolig gewickelt, so daß das Drehfeld
mit der Drehzahl 3000 umläuft, und wird der Läufer in entgegengesetzter Richtung
ebenfalls mit Drehzahl 3ooo angetrieben, dann herrscht an den Schleifringen der
Asynchronmaschine eine Wechselspannung mit der Frequenz
ioo, wenn
die N:etzfrequem 5o ist. Die Kapazität der Kondensatoren kann also gegenüber direktem
Anschluß an das Netz auf die Hälfte verringert werden. Die Anordnung hat den weiteren
Vorteil, da.ß bei der Erhöhung der Frequenz in gleichem Maße die den Kondensatoren
aufgedrückte Wechselspannung steigt, so daß dadurch eine weitere Verminderung der
Abmessungen der Kondensatoren herbeigeführt wird. Ist eine noch größere Erhöhung
der Kondensatorspannung erwünscht, dann läßt sich dies ohne weiteres durch entsprechende
Umänderung der Wicklung im Läufer der Asynchronmaschine erreichen. Man braucht nur
die Sekundärwicklung mit mehr Windungen auszuführen als die Primärwicklung. Besondere
Kosten, wie sie die Zwischenschaltung eines Transformators zur Folge hat, sind mit
der Änderung des Übersetzungsverhältnisses in der Induktionsmaschine nicht verbunden.
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Die Antriebsmaschine für den Läufer der Induktionsmaschine fällt nur
sehr klein aus, da ihre Antriebsleistung nur für die Deckung der Verluste in der
Induktionsmaschine zu bemessen ist. Man kann sich einen besonderen Antriebsmotor
für die Induktionsmaschine ersparen, indem man in den primären und sekundären Teil
der Induktionsmaschine 5 eine zweite Induktionswicklung einbaut, die gegenüber der
ursprünglichen Wicklung eine verschiedene Polzahl und die entgegengesetzte Umlaufrichtung
des Drehfeldes besitzt. Der primäre Teil. dieser Induktionswicklung kann dann ebenfalls
an die Wechselstromleitung i angeschlossen werden, an den sekundären Teil können
Anlaßwiderstände angeschlossen werden. Die Induktionsmaschine kann nur im Sinne
der zweiten, neu eingebauten Wicklung anlaufen, da infolge der in der ursprünglichen
sekundären Wicklung eingeschalteten Kondensatoren ein Anlaufen in der entgegengesetzten
Drehrichtung nicht möglich ist. Statt an die Schleifringe der Indulz:tionsmaschine
Kondensatoren für die Abgabe von Blindleistung anzuschließen, kann man natürlich
auch ähnlich wirkende Vorrichtungen, wie übererregte Synchronmaschinen, anschließen.
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,Besonders zweckmäßig gestaltet sich die Anwendung der Erfindung für
die Verbesserung des Leistungsfaktors von Einphasen-Induktionsmotoren bzw. für das
restlose Wegdämpfen des bei diesen Motoren auftretenden gegenläufigen Drellfeldes.
Das Drehmoment eines EinphaseiiAnduktionsmotors und auch dessen Leistungsfaktor
ist um so größer, in je höherem Maße das gegenläufige Drehfeld von der Kurzschlußwicklung
auf den Läufer des Motors weggedämpft wird. Diese Wegdämpfung ist aber durch. die
Höhe der Streuinduktivität in der kurzgeschlossenen Läuferwicklung begrenzt. Je
größer diese Induktivität ist, ein desto größeres gegenläufigee Restfeld bleibt
bestehen.
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In Abb. 2 der Zeichnung ist 7 der Vektoz für das gegenläufige Drehfeld,
wie es vom Ständerstrom 8 aus erzeugt wird. Um i8o° in der Phase verschoben ist
der Vektor 9 für den Dämpferstrom, der das Dämpferfeld io erzeugt. -Das resultierende
gegenläufige Feld aus beiden, i i, ist in Phase mit dem ursprünglichen Feldvektor
7. Dieses resultierende Feld erzeugt in der Läuferwicklung die um 9o° nacheilende
Spannung 12, die im wesentlichen den durch den Dämpferstrom 9 und die Läuferstreuung
verursachten induktiven Spannungsabfall deckt. Die Spannung 12 und damit das gegenläufige
Restfeld i i ist daher um so größer, je höher die Streuinduktivtät der D,ämpferwicklung
ist.
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Nach der Erfindung wird nun die Sekundärwicklung des Einphasen-Induktionsmotors
über einen Transformator an Kondensatoren angeschlossen. Der Stromkreis in der Dämpferwicklung
enthält dann außer der Induktivität infolge der Streuflüsse auch noch die Kapazität
der an den Transformator angeschlossenen Kondensatoren. Durch zweckmäßige Bemessung
der Kondensatoren kann man es nun erreichen, daß die Induktivität bis auf einen
kleinen Restbetrag durch die Kapazität aufgehoben wird. Dementsprechend ist für
die Erzeugung des Dämpferstromes dann nicht mehr der volle Betrag der Spannung 12
nach Abb. 2 notwendig, sondern es genügt die wesentlich kleinere Spannung 13. Mit
der kleineren Spannung 13 proportional sinkt dann auch das gegenläufige Restfeld
i i, das sich durch zweckentsprechende Anordnung fast vollständig beseitigen läßt.
In Abb.3 der Zeichnung ist die neue Anordnung an einem Beispiel veranschaulicht.
14 ist die einphasige Primärwicklung des Induktionsmotors, 15 die in Stern geschaltete
Sekundärwicklung. Die Enden der drei Sekundärphasen sind über die Schleifringe 16,
i
7 , 18 an den Transformator 19 angeschlossen. Mit den drei Sekundärphasen des Transformators
sind drei Kondensatoren 20, 2 i, 2;2 verbunden. Da der Arbeitsstrom des Motors nur
die geringe Schlupffrequenz hat, so kann er sich ohne weiteres über die drei Phasen
des Transformators schließen, ohne daß die Induktivität des Transformators seine
Stärke wesentlich beeinflußt. Hingegen wird durch den Dämpferstrom, der sich ebenfalls
über den Transformator schließt, infolge der weitaus höheren Periodenzahl des Dämpferstromes
in der Sekundärwicklung des Transformators-,eine entsprechend hohe Spannung , induziert,
so daß die Kondensatoren einen entsprechenden,
der Spannung um 9o°
voreilenden Blindstrom aufnehmen. Dieser $lindstrom wirkt dann im Stromkreis der
Dämpferwicklung in bezug auf die Veränderung der Induktivität etwa so wie eine unmittelbar
eingeschaltete Kapazität, so daß das restli.clie Dämpferfeld, wie schon oben erläutert,
auf einen geringen Betrag herabgedrückt wird. Da die Kondensatoren ungefähr mit
der doppelten Netzfrequenz gespeist werden, so fallen sie sehr klein aus. Man kann
sich daher ebenso wie bei der Anordnung nach Abb. i die Schleifringe am Läufer des
Motors ersparen und die Kondensatoren unmittelbar auf dem Läufer einbauen. Dabei
und auch bei Verwendung von Schleifringen ist es zweckmäßig, auch den Transformator
in die Läuferwicklung des Motors selbst hineinzuverlegen und die Läuferwicklung
zugleich als Primärwicklung für den Transformator zu benutzen.
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In Abb. 4. ist eine derartige Anordnung schematisch dargestellt. Die
drei Phasen des Läufers sind für den normalen Lauf kurzgeschlossen. Sie dienen außer
als Arbeitswicklung auch noch als Primärwicklung für den Transformator nach Abb.3.-
Seine drei Sekundärphasen 23, 24., 25 sind dann ebenfalls am Läufer untergebracht,
beispielsweise in denselben Nuten wie die Arbeitswicklung. Sie sind mit den Kondensatoren
20, 21 und 22 in der gezeichneten Art verbunden. Die Kondensatoren befinden sich
am Läufer selbst, z. B. in einem entsprechenden Raum auf der verlängerten Läuferachse.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist dieselbe wie bei der Abb. ;.