DE602901C - Einphasenkommutatormaschine mit Staenderkompensationswicklung, Staendererregerwicklung und mit in Reihe zur Erregerwicklung geschaltetem Kondensator - Google Patents
Einphasenkommutatormaschine mit Staenderkompensationswicklung, Staendererregerwicklung und mit in Reihe zur Erregerwicklung geschaltetem KondensatorInfo
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K27/00—AC commutator motors or generators having mechanical commutator
- H02K27/04—AC commutator motors or generators having mechanical commutator having single-phase operation in series or shunt connection
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Description
DEUTSCHES REICH
AUSGEGEBEN AM
19. SEPTEMBER 1934
REiCHSPATENTAMT
PATENTSCHRIFT
KLASSE 21 d2 GRUPPE
Patentiert im Deutschen Reiche vom 7. Mai 1933 ab
Bei Einphasennebenschlußmotoren besteht bekanntlich die Schwierigkeit, das Feld phasengleich
mit der Spannung zu machen (vgl. Arnold »Wechselstromtechnik« V. 2 S. 486).
S Wenn man ohne besondere Mittel Ankerkreis (Anker -f- Kompensationswicklung) und Erregerwicklung
parallel ans Netz legt, dann ist das Feld gegenüber der Ankerspannung um 900 verschoben und ein Betrieb unmöglieh.
Es sind nun verschiedene Mittel bekanntgeworden, um diesen Nachteil zu vermeiden.
Man hat z. B. in den Erregerkreis eine Kombination von Ohnischen und induktiven
Widerständen eingeschaltet (Patentschrift 217 782). Diese Schaltung hat jedoch
den Nachteil beträchtlicher Verluste im Erregerkreis. Ein anderes Mittel besteht darin,
daß man den Kommutator mit zwei Bürstensätzen versieht und einen kurzschließt. Eine
solche Maschine hat jedoch ungünstige Kommutierungseigenschaften und der zweite Bürstensatz
bedeutet eine von der normalen abweichende Ausführung. Man hat auch schon vorgeschlagen, Kondensatoren in denErregerkreis
zu schalten, da der Erregerkreis jedoch dann in Resonanzschaltung arbeitet, entstehen
leicht unerwünschte Ströme.
Vorliegende Erfindung gibt einen neuen Weg an, der die genannten Nachteile vermeidet.
Sie verwendet ebenfalls Kondensatoren wie im letztgenannten Fall, es werden jedoch dem Erregerkreis keine bestimmten
Spannungen aufgedrückt, sondern bestimmte Ströme. Dies hat den Vorteil, daß das Feld der Maschine eindeutig durch diesen
Strom gegeben ist, während es sonst von Zufälligkeiten der verschiedenen Widerstände
im Erregerkreis abhängt.
Die Erregerwicklung stellt, wenn die Ankeramperewindungen durch eine Ständerkompensationswicklung
kompensiert sind, im Prinzip eine Drosselspule dar. Schaltet man in Reihe damit einen Kondensator von gleichem
Blindwiderstand, so müßte eine den Stromkreis speisende Stromquelle konstanter Spannung lediglich den Ohmschen Spannungsabfall
des Kreises überwinden. Dieser ist jedoch klein gegenüber den Blindspannungen
an der Erregerwicklung bzw. am Kondensator. Kleine Fehler bei der gegenseitigen Kompensation dieser Spannungen können daher
Größe und Phase des Erregerstromes erheblich beeinflussen. Erfindungsgemäß dient
jedoch als Stromquelle ein Stromtransformator, dessen Primärwicklung über einen großen
Ohmschen Widerstand vom Netz gespeist ist. Damit ist der Strom im Primär- und Sekundärkreis
des Stromtransformators· nach^Größe und Phase festgelegt, und zufällige Änd'erungen
des Widerstandswertes im Erregerkreis
*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:
Dipl.-Ing. Hermann Harz in Berlin-Siemensstadt.
werden durch Spannungsänderungen des Strom transformator s selbsttätig ausgeglichen.
Der Stromtransformator wird dabei außerordentlich klein, er ist nur für die Verlustleistung
des Erregerkreises zu bemessen, die nur wenige Prozent der induktiven Leistung
beträgt. Man wird ihn jedoch etwas größer machen als theoretisch notwendig ist, um
kleine Restspannungen von der Erregerwicklung bzw. dem Kondensator herrührend aufnehmen
zu können. Würde man den Ohmschen Widerstand in Reihe mit der Erregerwicklung und dem Kondensator schalten und
den ganzen Kreis unmittelbar an das Netz legen, so wurden infolge Resonanzbildung
außerordentlich hohe Spannungen an der Erregerwicklung und anv Kondensator entstehen,
bei einer Netzspannung von 220 Volt etwa 1000 bis 1500 Volt. Der zusätzliche
Ohmsche Widerstand muß auch hierbei ein Mehrfaches des eigenen Ohmschen Widerstandes
des Erregerkreises sein, weil sonst bei geringsten Änderungen der Frequenz oder ■ der Blindwiderstände unzulässige Änderungen
des Stromes nach Größe und Phase eintreten wurden. Wollte man in diesem Falle
die hohen Spannungen an Kondensator und Erregerwicklung vermeiden, so kann man die
Netzspannung durch einen besonderen Transformator umspannen. Dieser arbeitet jedoch
als Spannungstransformator, muß also für die ganze Verlustleistung im Erregerkreis
und in dem großen zusätzlichen Widerstand bemessen sein. Demgegenüber wird bei der
Anordnung nach vorliegender Erfindung der Transformator infolge seiner Schaltung als
Stromtransformator außerordentlich klein. Außerdem läßt diese Schaltung die bequeme
Überlagerung weiterer Ströme, z. B. des Ankerstromes in der Erregerwicklung zu.
Einige Ausführungsbeispiele sollen den Erfindungsgedanken näher erläutern. In Abb. 1
bezeichnet 1 einen Einphasenkommutator-Nebenschlußmotor mit der Kotnpensationswicklung
2 und der Erregerwicklung 3. Der Ankerkreis (Anker 4- Kompensationswicklung)
liegt unmittelbar am Netz, die Erregerwicklung 3 ist in Reihe geschaltet mit dem
Kondensator 4 und der Sekundärwicklung des Stromtransformators 5. Dessen Primärwicklung
wird über den großen Ohrnschen Widerstand 6 aus dem Netz gespeist. Infolge der Kompensationswicklung 2 hat der Ankerstrom
keinerlei feldbildende Wirkung in der Maschine. Die Erregerwicklung 3 verhält sich also wie eine Drosselspule. Der Kondensator
4 ist nun so bemessen, daß bei Netzfrequenz sein kapazitiver Widerstand gleich dem induktiven Widerstand der Erregerwicklung
ist. Dann heben sich die beiden Blindspannungen bei jedem Strom auf und der Stromtransformator 5 braucht nur die
Wirkspannung des Erregerkreises zu liefern und gegebenenfalls einige Differenzspannungen
bei Abweichungen der Netzfrequenz 'von ihrem Sollwert. Der Ohmsche Widerstand 6 ist nun für ein Mehrfaches der Leistung bemessen,
die der Stromtransformator 5 an den Erregerkreis abgibt. Damit ist der Strom sowohl
im Widerstand als auch im Erregerkreis in Phase mit der Netzspannung, wie es ja für
eine einwandfreie Wirkungsweise des Motors notwendig ist. Man kann nun wie bei einem
Gleichstrommotor die Drehzahl durch Feldänderung regeln. Dies wird entweder durch
Verändern des Widerstandes 6 oder der primären Windungszahl des Stromtransformators
5 bewirkt. Außer durch Feldänderung kann man die Drehzahl in bekannter Weise auch durch Ändern der dem Anker zugeführten
Spannung regeln.
In Abb. 2 ist im Prinzip die gleiche Schaltung dargestellt, weshalb auch die gleichen
Bezugszeichen gewählt sind, sie ist lediglich um den Compoundtransformator 7 erweitert,
dessen Primärwicklung in Reihe mit dem Ankerkreis liegt, während seine Sekundärwicklung
der Primärwicklung von 5 einen der Belastung proportionalen Strom überlagert, der mit den gleichen Anzapfungen der
Primärwicklung von 5 geregelt wird, mit denen auch der belastungsunabhängige Erregerstrom
eingestellt wird. Man kann damit dem Motor wie einem Gleichstrommotor Compound- bzw. Gegencompoundverhalteri
geben. Es besteht jedoch dabei der ganz wesentliche Vorteil, daß sich beide Erregungen
nicht induktiv gegenseitig beeinflussen, wie es .beim Gleichstrommotor bei plötzlichen
Änderungen der Erregung, namentlich der Hauptschlußerregung, der Fall ist. Die hierbei
auftretende induktive Spannung bringt zuweilen das ganze Nebenschlußfeld vorübergehend
zum Erlöschen. Das ist in vorliegendem Fall nicht möglich, weil beide Erregungen
von Stromkreisen gesteuert werden, deren Leistung groß ist gegenüber der Eigenleistung
der beiden Erregungen. Unter Eigenleistung der beiden Erregungen ist dabei ledigUch der
über den Stromtransformator 5 gelieferte Anteil zu verstehen. Die im Ankerstrom enthaltene
Blindkomponente wirkt bei Compoundschaltung (Drehzahlabfall bei motorischer Belastung) verbessernd auf den Leistungsfaktor
des Ankerkreises, der von der Streuung in diesem Kreis herrührt. Will man den Leistungsfaktor auch durch die belastungs-unabhängige
Erregung beeinflussen, so muß man der Primärwicklung von 5 den Strom eines Blindverbrauchers (Drosselspule, Kondensator)
überlagern (in Abb. 2 gestrichelt angedeutet). Man muß auch hier dafür sor-
gen, daß das Stromtransformatorprinzip gewahrt bleibt, d. h. die Leistung dieser Blind-
- verbraucher muß ein Mehrfaches der über die an den Stromtransformator 5 gelieferten
Leistung sein. Der Kondensatorstrom beeinflußt hierbei den Leistungsfaktor in. entgegengesetztem
Sinn wie der Drosselstrom.
Die Schaltungen nach Abb. 1 und 2 eignen sich besonders für Weehselstrombahnmotoren,
die "zur Stromrückgewinnung in Nebenschlußschaltung bzw. mit Fremderregung betrieben werden. In Abb. 3 ist eine derartige
Schaltung angedeutet. Die Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in Abb. 1
und 2. 8 bedeutet den Stufentransformator, der mit einem Pol an der Fahrleitung, mit
dem anderen an Erde liegt. Die Schaltung hat den besonderen Vorteil, daß sich der übergang
vom Reihenschlußmotor- auf den Nebenschlußgeneratorbetrieb denkbar einfach vollzieht. Schaltet man mit Hilfe des Stufenschalters
die Nebenschluß erregung ab bzw. am Transformator 5 auf eine primäre Windungszahl
Null, dann hat der Motor reines Reihenschluß verhalten; schließt man mit Hilfe des Stufenschalter® 10 die Reihenschlußerregung
kurz, dann verhält sich der Motor wie ein reiner Nebenschlußmotor, läßt man beide Erregungen wirken, dann zeigt
der Motor Compoundverhalten. Da der Erregerkreis nunmehr keine unmittelbare Verbindung
mit dem Ankerkreis mehr hat, kann man die Spannung im Erregerkreise so wählen, wie sie sich für die Kondensatoren
am besten eignet. Außerdem kann man das Verhältnis: Erregeramperewindungen zu Ankeramperewindungen,
das bei unmittelbarer Reihenschaltung unveränderlich ist, beliebig einstellen. Man kann sich dadurch den gewünschten
Betriebsverhältnissen viel besser anpassen. Trotz dieser Vorteile wird der Compoundtransformator 7 nicht groß, weil
er nur für die Ohmsche Leistung des Erregerkreises zu bemessen ist. Abgesehen von dem
Widerstandö sind bei dieser Schaltung keinerlei weitere verlustbringende Widerstände
weder im Ankerkreis noch im Erregerkreis erforderlich. Der Widerstand 6 ist lediglich
für ein Mehrfaches der Ohrnschen Verluste des Erregerkreises zu bemessen, die an sich
klein gegenüber der induktiven Erregerleistung sind. Man kann die Schaltung weiter
dadurch vereinfachen, daß man den Stromtransformator 7 wegfallen läßt und seine Wirkung
ebenfalls in den Stromtransformator 5 verlegt. Dieser kann zwecks weiterer Vereinfachung
als Spartransformator ausgeführt werden. Die Schaltung weist dann die in Abb. 4 dargestellte Form auf. Die Bezeichnungen
von Abb.'3 sind hier beibehalten. Der Stromtransformator 5 ist jedoch als
Spartransformator ausgebildet, dessen Primärseite sowohl der über den Widerstand 6
und den Stufenschalter 9 gelieferte belastungsunabhängige Strom als auch über den Stufenschalter
10 der Ankerstrom unmittelbar zugeführt werden, die sich im Primärteil überlagern
und einen entsprechenden Strom im Sekundärteil zur Folge haben, der zugleich auf einen geeigneten Wert für den angeschlossenen
Erregerkreis umgespannt wird.
Für Motoren kleinerer Leistung wäre es ein Nachteil, zwei Wicklungen im Ständer
anbringen zu müssen. Man verwendet in diesem Fall besser nur eine Wicklung im
Ständer, in der sich Kompensationsstrom und Erregerstrom überlagern. Die Durchflutungsachsen
beider müssen jedoch senkrecht aufeinanderstellen. In Abb. 5 ist eine derartige Schaltung angedeutet. Es bedeutet
11 den Anker, dem der Strom über die Bürsten
zugeleitet wird; im Ständer ist eine geschlossene Wicklung, 12 (z.B. Trommelwicklung
wie im Läufer) untergebracht, welcher der Ankerstrom in der angedeuteten Weise an zwei diametral gegenüberstehenden Punkten
13, 14 zu- bzw. abgeleitet wird. Dies ergibt eine gleichmäßig am Umfang verteilte
S tänder durchflutung, welche die Ankerdurchflutung an jeder Stelle aufhebt. Die Ständerwicklung
ist nun an zwei weiteren diametral gegenüberstehenden Punkten 15, 16 angezapft,
deren Verbindungsachse senkrecht zur Verbindungsachse 13, 14 steht. Ein bei 15 ein-
und bei 16 austretender Strom würde also ein Feld im angedeuteten Sinn erzeugen. Der
Erregerkreis ist vervollständigt durch den Kondensator 17 und die Sekundärwicklung
des Stromtransformators 18, .die in der angedeuteten
Weise in Reihe geschaltet sind. Die Primärwicklung des Stromtransformators 18
liegt über den großen Widerstand 19 am Netz. Die Durchmesserspannung der Ständerwicklung
ist bei dieser Anordnung von der Größenordnung der Netzspannung. Es ergeben sich also günstige Verhältnisse für den Kondensa.tor
17, der ja eine entgegengesetzte Spannung liefern muß.
Eine Abart dieser Schaltung zeigt Abb. 6. Die unmittelbare Reihenschaltung von Kornmutator
und Ständerwicklung fällt hier weg. Der Kommutator ist hier unmittelbar an das Netz angeschlossen. Die Anzapfpunkte 13
und 14 sind durch eine Kurzschlußleitung verbunden. Dadurch besitzt die Ständerwicklung
in der Richtung 13, 14 eine Kurzschlußachse und wirkt für das Ankerfeld als kurzgeschlossene
Kompensationswicklung. Der Anschluß des Erregerkreises an die Anzapfpunkte 15 und 16 ist derselbe wie in Abb. 4.
Man ist bei dieser Anordnung mit der Spannung im Ständerkreis unabhängig von der
Netzspannung. Im übrigen ist die Wirkungsweise die gleiche wie bei den Anordnungen
nach Abb. ι bis 3. Man kann daher auch die gleiche zusätzliche Erregung mit Compoundtransformator
usw. wie dort anwenden.
Claims (7)
- Patentansprüche:i. Einphasenkommutatormaschine mit Ständerkompensationswicklung, Ständererregerwicklung und mit in Reihe zur Erregerwicklung geschalteten Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerkreis über einen Stromtransformator mit einem belastungsunabhäng>igen Strom gespeist wird, der in Phase oder nahezu in Phase mit der Netzspannung ist.
- 2. Einphasenlcommutatormaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßao der belastungsunabhängige Strom der gegebenenfalls regelbaren Primärseite des Stromtransformatorsöiber einen Ohmschen Widerstand aus dem Netz zugeführt wird, dessen Leistung ein Mehrfaches der vom Stromtransformator an den Erregerkreis abgegebenen Leistung ist.
- 3. Einphasenkommutatormaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stromtransformator über Scheinwiderstände (Drossel, Kondensator usw.) weitere belastungsunabhängige Ströme zugeleitet werden, die gegen die Netzspannung um einen praktisch konstanten Phasenwinkel verschoben skid," wobei die Leistung der Scheinwiderstände groß gegenüber der über sie an den Stromtransformator abgegebenen Leistung ist.
- 4. Einphasenkommutatormaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Erregerstrom im Stromtransformator der Ankerstrom der Maschine gegebenenfalls über einen Zwischentransformator überlagert wird.
- 5. Ednphasenkommutatormaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der dem Erregerkreis aufgedrückten Ströme geregelt werden kann,z. B. durch Anzapfungen auf der Primärseite des den Erregerkreis speisenden Stromtransformators.
- 6. Ednphasenkommutatormaschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromtransformator als Spartransformator ausgeführt ist.
- 7. Die Verwendung der unter Anspruch ι bis 6 genannten Ednphasenkommutatormaschine für Einphasenwechselstrombahnen, wobei lediglich durch Regelung der über den Stromtransformator in den Erregerkreis eingeführten Ströme reines Nebenschlußverhalten (Generatorbetrieb), Compoundverhalten (Generatoroder Motorbetrieb bzw. Übergang vom einen zum anderen) oder reines Reihenschlußverhalten (Motorbetrieb) herbeigeführt wird.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES109262D DE602901C (de) | 1933-05-07 | 1933-05-07 | Einphasenkommutatormaschine mit Staenderkompensationswicklung, Staendererregerwicklung und mit in Reihe zur Erregerwicklung geschaltetem Kondensator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES109262D DE602901C (de) | 1933-05-07 | 1933-05-07 | Einphasenkommutatormaschine mit Staenderkompensationswicklung, Staendererregerwicklung und mit in Reihe zur Erregerwicklung geschaltetem Kondensator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE602901C true DE602901C (de) | 1934-09-19 |
Family
ID=7529392
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DES109262D Expired DE602901C (de) | 1933-05-07 | 1933-05-07 | Einphasenkommutatormaschine mit Staenderkompensationswicklung, Staendererregerwicklung und mit in Reihe zur Erregerwicklung geschaltetem Kondensator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE602901C (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE762163C (de) * | 1939-12-02 | 1951-08-09 | Brown | Anfahr- und Nutzbremsschaltung in elektrischen Wechselstromfahrzeugen |
DE943242C (de) * | 1951-05-25 | 1956-05-17 | Siemens Ag | Wendepolschaltung fuer Einphasen-Reihenschlussmotoren fuer hoehere Netzfrequenz als 16 2/3 Hz |
-
1933
- 1933-05-07 DE DES109262D patent/DE602901C/de not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE762163C (de) * | 1939-12-02 | 1951-08-09 | Brown | Anfahr- und Nutzbremsschaltung in elektrischen Wechselstromfahrzeugen |
DE943242C (de) * | 1951-05-25 | 1956-05-17 | Siemens Ag | Wendepolschaltung fuer Einphasen-Reihenschlussmotoren fuer hoehere Netzfrequenz als 16 2/3 Hz |
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