A high accuracy reactive power and reactive energy meter

Contents A high accuracy instrument for reactive power and reactive energy measurements in a single phase power network is described in the paper. The measurement principle is in accordance with IEC recommendation. Test results show that in the range of 1 to 100% of the input current the accuracy of the meter is better than 100 ppm for frequency variations of ±5% around the nominal frequency. The instrument could be used as a single-phase reactive power and reactive energy standard. A three phase version of the instrument could be used as a standard or as a revenue meter because of its high accuracy, simple design and anticipated low cost.

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Ein Meßgerät höher Präzision zur Blindleistungs- und Blindverbrauchsmessung

Übersicht In diesem Artikel wird ein Meßgerätu zur Blindleistungs- und Blindenergiemessung in Einphasen-Wechselstromnetzen beschrieben. Das Meßprinzip stimmt mit der Vorschrift der IEC überein. Die Meßergebnisse zeigen, daß im Bereich von 1 bis 100% des Eingangsstroms bei Frequenzvariationen von ±5% von der Nennfrequenz die Meßfehler des Gerätes kleiner als 0.01% sind. Das Meßgerät könnte als ein Normal für Blindleistungs- und Blindenergievergleichsmessungen in Einphasensystemen verwendet werden. Eine Dreiphasenversion dieses Meßgerätes könnte wegen seiner hohen Genauigkeit und des einfachen und preiswerten Aufbaus als ein Normal oder als Verbrauchsmeßgerät für die Kostenberechnung benutzt werden.

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Institute for National Measurement Standards, National Research Council     

Results of a novel algorithm for the calculation of the characteristic temperatures in power oil transformers

Contents The application of the originally developed thermal model, intended to oil power transformers analyses, is presented in the paper. The model delivers the value of the insulation Hot-spot temperature, as the most critical quantity during transformer loading, and the value of the thermal ageing, both for variable load and variable ambient temperature. The results obtained using the original thermal model are compared with the experimental results and the results obtained by the model from the international standard IEC 354. A program is developed for this purpose, allowing some additional analysis in respect to the basic algorithm from IEC 354.Besides, using experimentally obtained results, some approximations of the thermal model from IEC 354 and some factors important for development of thermal models are also analyzed.

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Ergebnisse eines neuen Verfahrens zur Berechnung der charakteristischen Temperaturen in Leistungsöltransformatoren

Übersicht Das Thema dieses Beitrages ist die Anwendung eines von uns neuentwickelten thermischen Modells zur Analyse von Öltransformatoren. Das Modell liefert den Temperaturwert der Isolation an der heißesten Stelle, welches während der Belastung des Transformators der kritischste Wert ist, sowie die Werte der thermischen Alterung des Transformators, beides unter veränderlicher Belastung und Umgebungstemperatur. Die Ergebnisse unseres Modells werden mit Experimentaluntersuchungen und mit den Resultaten des Modells IEC Standard 354 verglichen. Dafür wurde ein Rechenprogramm ausgearbeitet, das größere Möglichkeiten zur Analyse als das Grundmodell Standard 354 hat.Schließlich werden einige Vereinfachungen für das IEC-Modell vorgeschlagen und wichtige Faktoren, die während der thermischen Modellentwicklungen auftreten analysiert.

     

Vergleich genormter Verfahren zur Bestimmung des Wirkungsgrades von Induktionsmaschinen

Übersicht Dieser Beitrag beschäftigt sich mit der meßtechnischen Bestimmung des Wirkungsgrades von Induktionsmotoren mit Käfigläufer mit dem Einzelver-lustverfahren nach IEC 60034-2 und der Methode B nach IEEE 112. Für beide Verfahren werden die Verlustanteile und deren Ermittlung diskutiert und dabei insbesondere die Unterschiede in der Berechnung der lastabhängigen Zusatzverluste aufgezeigt. Die Arbeit stützt sich auf Messungen an Käfigläufermotoren unterschiedlicher Leistung.

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Determination of the efficiency of induction machines by different standardized methods

Contents This paper deals with the determination of the efficiency of squirrel-cage induction motors by both the loss-summation method of IEC 60034-2 and method B of IEEE 112. The proceedings according to both standardizations are described and compared, especially those parts regarding the determination of stray-load losses. The discussion is based on measurement results taken of squirrel-cage motors in a relatively wide range of rated output.

     

Induktiver Wirbelstrom-Aufnehmer mit temperaturkompensiertem Spulensystem

Übersicht Induktive Abstandssensoren nach dem Wirbelstromprinzip, speziell induktive Näherungsinitiatoren, werden in der Steuerungs- und Regelungstechnik und in der Robotik im wesentlichen zur Erfassung des Nahbereichs von einigen Millimetern eingesetzt. Die zur Erzeugung eines Hochfrequenz-Magnetfeldes notwendige Spule ist hierbei meist in einem LC-Schwingkreis eines Oszillators eingebaut, wobei seine Amplitudendämpfung infolge des Wirbelstromes in einer elektrisch leitfähigen Steuerfahne ausgewertet wird. Die Meßeigenschaften werden im wesentlichen durch die Eigenschaften der Spule bestimmt. Mit einer Temperaturkompensation der Güte dieser Spule kann die Empfindlichkeit und Genauigkeit der Abstandsmessung verbessert werden. Am Beispiel eines induktiven Näherungsschalters wurden die theoretischen Ergebnisse überprüft.

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Inductive eddy-current sensor with a temperature compensated coil system

Contents Inductive displacement sensors working by the eddy-current method — especially inductive displacement switches — are used in control engineering and robotics mostly for measuring small distances of some millimeters. The high frequency magnetic field is generated by a coil that is usually part of a LC-resonant circuit of an oscillator. The de-attenuation of the oscillation amplitude by the eddy-current in an electrical conducting material is analysed. The characteristics of the measuring system is basically determined by the characteristics of the coil. The sensitivity and the accuracy of the displacement measurement can be improved by a temperature compensation of the coil quality. The theoretical results were verified by the testing of an inductive displacement switch.

     

The general equations of 3-phase transformers with a symmetrical and linear magnetic circuit for use in network calculations

Contents In this paper general differential equations are derived for the 3-phase transformer with the help of the symmetrical component transformation. With respect to their phase shifting properties the 3-phase transformers can be divided into two basic groups, depending on whether or not the phase displacement is an even multiple of /6. This holds for both the steady state and for the transients. Only the appearance of a zero sequence component system may introduced differences. The derivation of the equations gives a clear insight into the internal behaviour of the transformer. The applicability of the general equations is demonstrated in an example.

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Die allgemeinen Gleichungen für dreiphasige Transformatoren mit symmetrischem und linearem magnetischen Kreis für Netzberechnungen

Übersicht In diesem Aufsatz wird mit Hilfe der Transformation symmetrischer Komponenten ein allgemeines Gleichungssystem für dreiphasige Transformatoren entwickelt. Bezüglich der Phasendrehung lassen sich alle dreiphasigen Transformatoren in nur zwei Gruppen einteilen, wobei innerhalb einer Gruppe die Transformatoren ein-und dasselbe stationäre und dynamische Verhalten haben. Lediglich ein Nullsystem kann innerhalb einer Gruppe Unterschiede einbringen. Bei Entwicklung der Gleichungen erhält man eine gute Einsicht in das innere Verhalten der unterschiedlichen Transformatoren. Anhand eines Beispiels wird die Anwendungsfähigkeit des allgemeinen Gleichungssystems erläutert.

     

Berechnung der Verluste im Eisenmantel dreiphasiger Rohrleitungen

Übersicht Beschrieben wird ein Rechenverfahren, mit dem die Abhängigkeit der im Eisenmantel entstehenden Verluste vom Phasenstrom bei Berücksichtigung der elliptischen Polarisation ohne Iteration berechnet werden kann. Diagramme für verschiedene Manteldurchmesser und Leiterabstände werden angegeben. Die gefundenen Rechenergebnisse stimmen gut mit Messungen an ausgeführten Anlagen überein. Das Rechenverfahren selbst ist einfach und erfordert nur den Einsatz eines programmierbaren Tischrechners.

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Evaluation of losses in iron sheathing of three phase tubing

Contents This paper presents a numerical procedure to determine the losses caused by the iron sheathing due to three phase currents considering the elliptical polarisation without resorting to methods of iteration. Loss diagrammes are preseted for different sheathing diameters and interconductor distances. The calculated results tally very well with the measurements carried out on existing devices. The procedure itself is simple and could be executed on a programmable desk calculator.

     

Analysis of cage induction motor by means of the finite element method and coupled system of field, circuit and motion equations

Contents A mathematical model is presented for transient and steady-state electromechanical analysis of cage induction motor by using the finite element method. The model is based on the coupling of field, field-circuit, circuit and motion equations. The electromagnetic processes in the active zone of the motor are described by a field equation, which is two-dimensional parabolic partial differential equation, including the media nonlinearities, eddy currents and rotor motion. The influence of the stator and rotor end regions is taken into account by circuit elements.

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Untersuchung eines Induktionsmotors bei Verwendung der Methode der finiten Elemente und eines gekoppelten Systems von Feld —Feldnetzwerk — und mechanischen Gleichungen

Übersicht Es wird ein mathematisches Modell für die elektromechanische Analyse eines Induktionsmotors bei stationärem und Übergangsregime dargestellt sowie erläutert. Dabei wird die Methode der finiten Elemente benutzt bei Verwendung eines gekoppelten Systems von Feld — Feldnetzwerk — und mechanischen Gleichungen.Die elektromagnetischen Vorgänge im aktiven Teil des Motors werden durch eine zweidimensionale, parabolische Differentialgleichung beschrieben. Berücksichtigt werden das nichtlineare Verhalten der Ferromagnetika, die Wirbelströme und die Bewegung des Rotors.Der Einfluß des Feldes in den Randgebieten des Stators und des Rotors wird durch Verwendung von Netzwerkelementen hinzugefügt.

     

Source-sided power flow control of a single-phase AC-to-DC series-resonant power supply

Contents The objective of an AC-to-DC converter is to control the output waveform. The energy emanated from the source is adapted by passive filters, which is often a compromise between volume and effective use. A classical rectifierfilter network presents a major disadvantage: a power factor less than one which is caused by distortion of the source current.The resolution of the high-frequency input current of the series-resonant converter introduces the possibility of controlling the waveform of the source current accurately. In combination with the accurate positioning of the high-frequency current pulses, it is possible to influence the exchange of power with the source by the introduced method of active filtering. A power factor equal to one would lead to an optimal operation. The method introduced can select any value for the power factor, even for distorted voltage waveforms.However the zero-crossing of the AC source voltage introduces the necessity of storing energy. Bulky low-frequency storage elements increase the specific volume and weight of the converter while the exchange of energy with storage elements decreases the overall efficiency. The energy stored in the resonant circuit is fundamentally too low to solve this problem. The stored energy in the output capacitor, necessary to decrease the high-frequency ripple voltage, is available for these purposes. To meet the optimal conditions for the power factor at the source, a bipolar flow of energy is required.The theory of single-phase AC-to-DC series-resonant power conversion with controllable reactive power is explained. The results of simulation and experiment will establish the extensive possibilities of the proposed systems.

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Netzseitige Leistungsflußregelung eines einphasigen AC-DC serienresonanten Leistungsumformers

Übersicht Die Aufgabe eines AC-DC Umrichters ist es, die Spannungsform des Ausganges regelungstechnisch festzulegen. Die von der Speisequelle entnommene Energie wird über passive Filter ausgekoppelt, die stets einen Kompromiß zwischen Raumbedarf und erzielter Wirkung bilden. Ein klassischer Gleichrichter liefert, besonders, wenn er gesteuert ist, stets einen netzseitigen Leistungsfaktor, der kleiner eins ist. Dies ist durch den verformten und in der Phase verschobenen Netzstrom bedingt.Die hohe Auflösung des hochfrequenten Eingangsstromes eines serienresonanten Umrichters bietet die Möglichkeit, die netzseitige Stromform sehr genau zu regeln. In Verbindung mit der genauen Positionierung der hochfrequenten Strompulse ist es möglich, die momentan zugeführte Energie mit der vorgestellten Methode der aktiven Filterung zu beeinflussen. Ein geregelter Leistungsfaktor von eins führt so zu einem optimalen Betriebszustand. Die vorgesehene Methode gestattet es, jeglichen Leistungsfaktor einzustellen, selbst bei einer pulsierenden Spannungszeitfunktion.Der Nulldurchgang der Wechselspannung des Netzes zeigt die Notwendigkeit, Energie zwischenzeitlich zu speichern. Speicher für niedrige Frequenzen erhöhen das Gewicht und das Volumen des Umrichters, gleichzeitig läßt der Austausch von Energie mit Energiespeichern den Wirkungsgrad sinken.Die gespeicherte Energie in einem hochfrequenten Resonanzkreis ist also grundsätzlich zu gering, um dieses Problem zu lösen. Die gespeicherte Energie dagegen in den erforderlichen Ausgangsfilter-Kondensatoren, die zur Glättung der Spannung dienen, ist für diesen Zweck gut geeignet. Um optimale Bedingungen hinsichtlich des netzseitigen Leistungsfaktors zu erhalten, ist ein Leistungsfluß in beiden Richtungen erforderlich.Die Theorie eines einphasigen AC-DC serienresonanten Umrichters mit regelbarem Leitungsfaktor wird erläutert. Simulationen und Meßresultate einer derartigen Ausführung werden vorgestellt, die die weiten Möglichkeiten einer Leistungsflußregelung verdeutlichen.

     

Das äußere magnetische Feld zweidimensionaler magnetisierter Körper

Übersicht Es wird eine Methode zur Bestimmung des magnetischen Potentials und der magnetischen Erregung im äußeren Bereich eines homogen oder inhomogen (regulär) magnetisierten zweidimensionalen Körpers angegeben. Die magnetischen Feldgrößen werden durch ein komplexes Linienintegral beschrieben. Darüber hinaus werden die Singularitäten des äußeren magnetischen Feldes untersucht. Die gewonnenen Ergebnisse sind mit den von Kolbenheyer und Tolcsvay und Beyer und Wolff angegebenen Berechnungsformeln in Übereinstimmung. Die Anwendbarkeit der abgeleiteten Methode wird für verschiedene Modelle erläutert.

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The external magnetic field of two-dimensional magnetized bodies

Contents A method is presented for the determination of the magnetic field potential and magnetic field strength outside a homogeneously or inhomogeneously (analytically) magnetized two-dimensional body. The magnetic field is calculated from a complex line integral. Furthermore, the properties of the field-singularities are examinated. The resuits developed here agree with the relations given for this problem by Kolbenheyer and Tolcsvay and Beyer and Wolff. Several examples illustrate the application of the methods presented.

     

Reliability modelling interactive techniques of power systems including wind generating units

Contents Interactive computational techniques for reliability evaluation of power systems including wind generating units are presented. The fluctuating nature of energy produced by wind generators has a different effect on the overall system reliability than conventional units. The overall power system is divided into a subsystem containing the conventional units and into several subsystems containing the wind generating units. For each of these subsystems a generation availability model is built and the obtained models are combined to evaluate the loss of load expectation index for the time period of study. The developed methodology is illustrated by the analysis of a system based on a real power distribution system existing in a Greek island. Although the paper concentrates on wind energy sources, the general configuration of the developed techniques is applicable to generation systems containing any type of intermittent sources such as solar energy sources.

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Interakive Modellierung der Zuverlässigkeit elektrischer Systeme mit Windgeneratoren

Übersicht Die stochastische Energiedarbietung unterscheidet Windgeneratoren von konventionellen Generatoren und ist bei Zuverlässigkeitsuntersuchungen zu beachten. Hier wird das System in mehrere Teilsysteme zerlegt, deren eines die konventionellen Einheiten zusammenfaßt, während die übrigen den Windenergiekonvertern zugeordnet sind. Für jedes Teilsystem wird ein Modell der Verfügbarkoit gebildet, und daraus werden Erwartungswerte der Ausfallzeiten berechnet. Die Methode wird anhand einer ausgeführten Energieverteilung auf einer griechischen Insel dargestellt.

     

Impedance and electrodynamic forces acting on a cylindrical conductor of the starting cage of a double-cage-motor

Contents The paper presents a two-dimensional analysis of the electromagnetic field, the impedance and the electrodynamic forces acting on a cylindrical conductor of the starting cage of a double-cage motor. The cages have a common closing ring. Per unit length of the conductor calculations were made. The electromagnetic field in the conductor has been examined by means of the separation of variables method. The efficient formulas for calculating of the impedance and forces acting on the conductor of the starting cage have been obtained.

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Impedanz und elektromagnetische Kräfte, die auf einen zylindrischen Stab des Anlaufkäfigs eines Doppelkäfigmotors wirken

Übersicht In diesem Beitrag wird die zweidimensionelle Analyse des elektromagnetischen Feldes und der elektrodynamischen radialen Kräfte durchgeführt, die auf einen zylindrischen Stab des Anlaufkäfigs eines Doppelkäfigmotors mit kompakten Käfigen wirken. Die Berechnungen werden für eine Längeneinheit des Stabes durchgeführt. Das elektromagnetische Feld im Stab wird mit der Variablentrennungsmethode ermittelt. Man erhält effektive Formeln für die Berechnung der Impedanz und der auf einen Käfigstab des Anlaufkäfigs wirkenden Kräfte.

     

Versorgungszuverlässigkeit bei witterungsbedingten Ausfallhäufungen

Übersicht Die vorliegende Arbeit zeigt anhand eines kleinen für deutsche 110-kV-Netze charakteristischen Netzausschnittes den Einfluß der gewitterbedingten Ausfälle auf die Versorgungszuverlässigkeit einzelner Anlagen und des betrachteten Netzausschnittes bei Berücksichtigung zeitgleich erhöhter Ausfallraten örtlich benachbarter Leitungen und Doppelleitungen. Die Unterschiede der Zuverlässigkeitskenngrößen mit und ohne Berücksichtigung der zeitlichen Korrelation der Ausfallraten werden angegeben. Ein weiterer Punkt der Arbeit ist die Diskussion der Änderungen der Versorgungszuverlässigkeit bei Einsatz von KU-Einrichtungen in Netzen mit Erdchlußkompensation.

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Reliability of supply regarding failure bunching due to adverse weather conditions

Contents Adverse weather conditions cause raised failure rates of outdoor components like lines and double-circuit lines. Regarding a small example network, which is typical for German 110-kV-networks, the impact of failure bunching due to adverse weather conditions on the reliability of single nodes and the total network is discussed. Differences in the reliability indices are given, if this failure bunching is considered or neglected. The changes in the reliability of supply due to automatic reclosing equipment in resonant earthed networks are shown.

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Herrn Prof. Dr.-Ing. G. Eckart zu seinem 80. Geburtstag am 23. 5. 1986 gewidmet. Er legte als ehemaliger Leiter des Instituts für Angewandte Physik und Elektrotechnik den Grundstock zur Fachrichtung Elektrotechnik an der Universität des Saarlandes     

On-line identification of the resonance conditions in the overhead supply line of electric railways

Contents The overhead supply line of an electric railway system exhibits resonating properties at various frequencies. The eigenfrequencies are a function of the track topography. They change as traction vehicles move along the track. Electrical oscillations in the line are excited by the current harmonics of modern PWM converter-fed Locomotives. A real-time model of an extended system of railway tracks, substations and locomotives serves to study the resonance phenomena under the influence of various parameters. Further, a method is developed to identify on board a converter-fed locomotive in real-time the eigenvalues of the overhead supply system and at each eigenfrequency the actual amount of oscillating energy. The identification provides the information for possible suppression of harmonic excitation by an appropriate converter control system.

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Echtzeit-Identifikation zur Untersuchung der Resonanzerscheinungen von Oberleitungssystemen der Bahnstromversorgung

Übersicht Das Oberleitungssystem der Bahnstromversorgung besitzt die Eigenschaft, elektrische Eigenschwingungen auszuführen. Die Resonanzfrequenzen sind mehrfach ausgebildet und hängen von der Topografie des Oberleitungsnetzes, aber auch von den Positionen der gespeisten Triebfahrzeuge ab. Mit der änderung dieser Positionen werden die Eigenfrequenzen im Fahrbetrieb zeitveränderlich. Die elektrischen Eigenschwingungen werden durch die Oberschwingungsströme von Triebfahrzeugen mit Pulsumrichterspeisung angeregt. Ein Echtzeitmodell eines räumlich weit ausgebreiteten Oberleitungsnetzes einschließlich der speisenden Unterwerke und der darin beweglichen Lokomotiven dient zur Untersuchung der Resonanzerscheinungen. Es wird eine Methode vorgeschlagen, die die Identifikation der Eigenschwingungen des Bahnnetzes an Bord einer fahrenden Lokomotive gestattet. Dabei wird der Energieinhalt jeder Eigenschwingung in Echtzeit bestimmt. Die Ergebnisse der Identifikation bilden die Grundlage für ein Steuerverfahren des Einspeisestromrichters, das die Anregung der jeweils herrschenden Gruppen von Eigenschwingungen unterdrückt.

     

Rigorous field analysis of a spherical shield by using the multipole technique

Contents The vector spherical multipole analysis is applied to determine the shielding effectiveness and the scattering cross sections of a homogeneous spherical shell with arbitrary thickness and material parameters. This canonical EMC-problem is formulated as a classical three-domain-problem and then solved rigorously with respect to the continuity-conditions of the tangential field components. Numerical results are presented especially for a shell material with low conductivity. In case of a well conducting thin shell an asymptotic evaluation of the multipole solution leads exactly to the results obtained byKaden, but in addition the amplitude of the shielding effectiveness at the resonance frequencies can be predicted.

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Sphärische Multipolanalyse des elektromagnetischen Feldes eines Kugelschirms

Übersicht Die vektorielle sphärische Multipolanalyse wird herangezogen zur Berechnung der Schirmdämpfung und der Streuquerschnitte eines homogenen Kugelschirms endlicher Dicke mit beliebigen Materialparametern. Dieses kanonische EMV-Problem wird als klassisches Drei-Raum-Problem formuliert und unter Verwendung der Stetigkeitsbedingungen für die tangentialen Feldkomponenten streng gelöst. Numerische Auswertungen werden präsentiert speziell für den Fall eines Schirms mit niedriger Leitfähigkeit. Eine asymptotische Auswertung der strengen Theorie für den Fall einer sehr dünnen Kugelschale mit hoher Leitfähigkeit führt exakt zu der Lösung vonKaden. Zusätzlich kann jedoch auch die Amplitude der Schirmdämpfung in den Resonanzpunkten angegeben werden.

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This work was supported in part by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).     

Transient stability of an a.c. generator with governor action by use of the phase space method and an analog computer

Contents The object of the paper is the study of the transient stability of a synchronous machine connected to an infinite bus by utilizing the phase space method, assuming constant voltage behind transient reactance, constant damping and variable mechanical power input. The swing equation including governor action, after a 3 phase fault at the machine terminals is a third-order nonlinear differential equation.The purpose of this paper is to extend the phase plane method to this third-order nonlinear differential equation. An analog computer is used for the construction of the system trajectories, for the boundary surface of stability and for the computation of the critical clearing time of the system.

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Transiente Stabilität eines Wechselstromgenerators mit Reglertätigkeit mittels der Zustandsraum-Methode und eines Analogrechners

Übersicht Zweck dieser Veröffentlichung ist das Studium der Transienten Stabilität einer Synchronmaschine, die mit einem starren Netz verbunden ist. Dies geschieht mit Hilfe der Zustandsraum-Methode; dabei wird vorausgesetzt, daß die Maschine eine konstante EMK hinter einer transienten Reaktanz, eine konstante Dämpfung und eine veränderliche mechanische Leistung am Eingang hat.Die Schwingungsgleichung mit Reglertätigkeit, für einen 3phasigen Kurzschluß an den Maschinenklemmen, ist eine nichtlineare Differentialgleichung 3. Ordnung. Es gelang, die Phasenebenen-Methode bei der Lösung obengenannter Differentialgleichung anzuwenden. Dafür ist ein Analogrechner verwendet worden; somit konnten einerseits die Systemtrajektorien und die Stabilitätsrandfläche gezeichnet werden und andererseits die kritische Unterbrechungszeit berechnet werden.

     

Über den Einfluß von Ständerdämpfungskreisen auf die Stromwendung von Gleich- und Wechselstrommaschinen mit Wendepolen

Übersicht Die Stromwendungsgüte von Gleichstrom- und Wechselstrom-Kommutatormaschinen läßt sich mit Hilfe von Windungen im Wendepolluftspalt verbessern, in die Kondensatoren eingeschaltet sind. Die Verbreiterung der funkenfreien Zonen wird abhängig von der Kapazität und der Bürstenbreite an einer kompensierten Gleichstrommaschine gemessen und anhand eines vereinfachten Ersatzschaltbildes rechnerisch gedeutet. Die dämpfende Wirkung des massiven Ständerjoches und der Feldwicklung werden aus den Meßergebnissen rechnerisch näherungsweise bestimmt. Die prozentualen Zahlenwerte haben für einfache Abschätzungen allgemeinen Wert, da die Streufaktoren größerer Maschinen nur geringfügig voneinander abweichen.

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Summary The commutation efficiency of d. c. and a. c. commutator machines can be improved by the presence of windings in the interpole airgap into which capacitors are switched. The increase in width of the spark-free zones, which is dependent on the capacitance value and the brush width, is measured on a compensated d. c. machine and calculated by means of a simplified equivalent circuit diagram. The damping effect of the solid stator yoke and the field winding is approximately calculated from the measured results. The percentage numerical values are of general value for simple estimations, since the leakage coefficients of larger machines vary only by insignificant amounts.

     

Surface charge accumulation and decay on a spacer stressed with DC voltages at atmospheric conditions

Contents Surface charge accumulation and its decay at a GIS spacer are studied at atmospheric conditions employing a two step-calibration method. The results show that the accumulation saturates within 30 minutes; the dominant mechanism of surface charge accumulation is the drift of charged particles via air, while that of the decay is surface conduction. The characteristics are similar at both polarities.

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Sättigungskonzentration und Abklingverhalten der Oberflächenladung an einem mit Gleichspannung beanspruchten Abstandshalter unter atmosphärischen Bedingungen

Übersicht Die Konzentration und das Abklingen von Oberflächenladungen an einem GIS Abstandshalter wurden unter atmosphärischen Bedingungen mit Hilfe eines zweistufigen Kalibrierungsverfahrens untersucht. Die Ergebnisse zeigen eine Sättigung der Ladungskonzentration innerhalb von 30 Minuten. Als Hauptursache der Ladungskonzentration ist die Drift geladener Teilchen in Luft anzusehen, während das Abklingen auf die Oberflächenleitung zurückzuführen ist. Ähnliche Charakteristiken ergeben sich mit beiden Polaritäten.

     

Point charge passing a resonator with beam tubes

Contents Charged particle beams interact with the surroundings because of the co-travelling electromagnetic fields. This interaction limits the beam. One of the most interesting cases is a point charge travelling with arbitrary velocity along the axis of a cylindrical resonator with two semi-infinite tubes. Without the cylindrical wall of the resonator, the structure consists of two tubes connected by an infinite radial line. In the tube region the fields are given by the source fields plus a continuous spectrum of waveguide modes. In the resonator region a discrete set of modes is used. Matching the fields at the common interface yields a system of linear equations for the expansion coefficients. The occurring integrals contain fractions of the Bessel function and its derivative, which were expanded into algebraic series of Bessel function zeros, and are solved by means of the residuum calculus. Numerical results are given for the coupling impedance between charge and structure and for the energy loss of a Gaussian charge distribution.

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Anregung eines Resonators durch eine bewegte Punktladung

Übersicht Strahlen geladener Teilchen stehen in Wechselwirkung mit der Umgebung auf Grund ihrer elektromagnetischen Felder. Die Wechselwirkung beschränkt den Strahlstrom. Einer der interessanten Fälle ist die Anregung eines zylindrischen Resonators mit angesetzten halb-unendlich langen Röhren durch eine bewegte Punktladung auf der Achse. Anstelle eines Resonators ist auch eine unendliche Radialleitung möglich. Im inneren Rohrbereich werden ungestörte Primärfelder plus ein kontinuierliches Spektrum von Hohlleiterwellen angesetzt. Im äußeren Resonatorbereich existieren diskrete Eigenwellen. Anpassen der Felder in der gemeinsamen Trennfläche führt auf ein lineares Gleichungs-system für die Entwicklungskoeffizienten. Dabei treten Integrale auf, die Quotienten der Besselfunktion und ihrer Ableitung enthalten. Diese werden in algebraische Reihen über die Nullstellen der Besselfunktion entwickelt, und die resultierenden Integrale mit der Residuenmethode gelöst. Numerische Ergebnisse werden angegeben für die Koppelimpedanz zwischen Ladung und Struktur und für den Energieverlust von Gaußschen Ladungsverteilungen.

     

Parallel active power filter for single- and three-phase non-linear loads

Contents A parallel active power filter for non-linear loads, its signal processing unit for single-and three-phase application, control principle and power stages are described. The filter current reference determination method, which provides reduction of the fundamental displacement reactive power and non-active distortion power for variable non-linear loads, is based on the combined analogue and digital signal processing. First, the load current is filtered by a precision analogue circuit. Further calculation of the filter current references in a single-and three-phase application is accomplished by microcontrollers. The implemented discrete-time triggering method and selected reactive elements in the filter's power stage provide fast response of the actual filter current to its reference. The results, obtained from experimental circuits, illustrate the active filter performance in steady state and during load current transients.

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Paralleles aktives Leistungsfilter für einund dreiphasige nichtlineare Last

Übersicht Im Rahmen dieser Arbeit wird ein paralleles, aktives Leistungsfilter vorgestellt, welches eine nichtlineare Last in ein-oder dreiphasiger Ausführung speist. Das hierbei eingesetzte Verfahren zur Regelung der Filterströme, das Mikroprozessorsystem zur Realisierung dieser Regelung und die leistungselektronischen Stellglieder werden beschrieben. Durch eine geeignete Methode zur Generierung eines Filterstromsollwerts auf Basis analoger und digitaler Signalverarbeitung soll die Grund-und Oberschwingungsblindleistung vermindert werden. Zunächst wird der Laststrom unter Verwendung einer hochgenauen Analogschaltung gefiltert. Die weitere Berechnung des Filterstromsollwerts erfolgt mit Hilfe eines Mikroprozessors. Die Regelung des Filterstroms nach dem Prinzip der zeitdiskreten Schaltzustandsänderung, die Elemente des Leistungsfilters sowie die im leistungselektronischen Stellglied eingesetzten Leistungshalbleiter ermöglichen ein schnelles Einregeln des Filterstroms auf dessen Sollwert. Die Ergebnisse aus Messungen in Versuchsschaltungen zeigen das Verhalten des Filters im stationären Zustand und bei transienten Vorgängen im Verlauf des Laststroms.

     

Beeinflussung der Kriechwegbildung bei Niederspannung durch Kupferelektroden

Übersicht Verwendet man beim Prüfverfahren auf Kriechwegbildung nach DIN IEC 112 Kupfer- statt Platinelektroden, so vermindern sich Ergebnisstreuung und Aufwand. Hierfür ist hauptsächlich Kupfer(I)-oxid verantwortlich, das elektrochemisch in der feuchten Fremdschicht auf dem Prüfling entsteht und das infolge kriechstrombedingter Gasentladungen zu Kupfer(II)-oxid verbrennen kann. Die dabei freiwerdende Reaktionsenthalpie addiert sich zur übrigen thermischen Belastung und verstärkt die Kriechspurbildung. Dieser besondere Wirkungsmechanismus läßt die Prüfung mit Kupferelektroden für bestimmte Anwendungsfälle praxisgerechter erscheinen.

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The influence of copper electrodes on low-voltage tracking

Contents Testing the tracking resistance according to IEC 112 with copper electrodes instead of platinum reduces the spread of the results and the testing time. Responsible is copper(I)-oxide being electrochemically originated in the moist surface layer. Under creepage current, it can be burnt to copper(II)-oxide by micro-arcs, causing additional thermal stress and enhancing tracking. For certain applications, this special mechanism by testing with copper electrodes might be closer to practical conditions.