AT159598B

AT159598B - Drei- oder Mehrphasentransformator.

Info

Publication number: AT159598B
Authority: AT
Inventors: Raoul Dr Ing Willheim; Albert Hundt; Josef Dr Dr Ing Biermanns; Werner Dr Kraemer
Original assignee: Aeg
Priority date: 1935-11-02
Filing date: 1936-10-30
Publication date: 1940-10-10
Also published as: AT160789B

Description

Drei- oder Mehrphasentransformator.

Gegenstand der Erfindung ist ein Transformator mit drei in einer Ebene liegenden bewickelten Schenkeln, der durch geeignete Bemessung des magnetischen Kreises zu einer Selbstreinigung der Kurve des Magnetisierungsstromes von den darin gewöhnlich enthaltenen Oberwellen führt. Erfindungsgemäss wird bei einem solchen Kern zwecks Aufhebung der Summe der magnetomotorischen Kräfte hinsichtlich der 5. und 7. Harmonischen für jeden geschlossenen Kraftlinienweg das Joch ganz oder teilweise aufgespalten und es werden Hilfswicklungen in Dreieckschaltung angeordnet, die angenähert gleich grosse, um 120 versetzte Flüsse in den Jochteilen erzwingen und die dritten Harmonischen in an sich bekannter Weise dämpfen.

Durch das Aufspalten des Joches werden die beiden äusseren Schenkel miteinander verbunden, wobei das Verbindungsstück in seinem Amperewindungsbedarf bezüglich der 5. und 7. Oberwelle auf denjenigen des übrigen magnetischen Kreises abgestimmt ist.

Man gelangt auf diese Weise zu einer an sich bekannten Jochanordnung, bei welcher ein Joch aus konstruktiven Gründen oder mit Rücksicht auf eine Angleichung der magnetischen Widerstände der drei Phasen geteilt ist. Jedoch ist die Bemessung der Teile bei der Erfindung im Hinblick auf die Unterdrückung der höheren Harmonischen in neuartiger Weise vorgenommen und zu diesem Zwecke auch mit der Bemessung der Schenkel in bisher nicht bekannter Weise verknüpft.

Durch das die äusseren Schenkel verbindende Jochstück werden dabei die Jochabschnitt zwischen den Schenkeln vom Fluss entlastet und können in ihrem Volumen beschränkt werden, so dass insgesamt kein oder nur ein geringer Mehraufwand entsteht.

Um den Grundsatz, dass die magnetomotorischen Kräfte der Oberwellen sich in jedem geschlossenen Umlauf über die bewickelten Schenkel angenähert zu Null ergänzen müssen, zu verwirklichen, ist die Einhaltung bestimmter Werte für die Produkte aus Jochlänge und magnetomotorischer Kraft der Oberwellen je Längeneinheit sowie eine Abstimmung dieses Produktwertes auf den entsprechenden Wert in den bewickelten Schenkeln erforderlich. Zu diesem Zwecke müssen zunächst symmetrische Flussverhältnisse in den Jochen geschaffen werden.

Es wird daher die grössere Länge des zusätzlichen Schlussstückes in an sich bekannter Weise dadurch ausgeglichen, dass auch sein Querschnitt gegenüber den andern Jochteilen etwas erhöht und damit die magnetomotorische Kraft der Oberwellen je Längeneinheit durch die doppelte Wirkung der herabgesetzten Induktion und des dadurch nochmals herabgesetzten Oberwellenanteiles verringert wird, wobei mässige Induktionsverringerungen im langen Schlussstück für den erforderlichen Ausgleich genügen. Dieser Bedingung ist bei der Verwirklichung des Erfindungsgedankens die Forderung übergeordnet, die magnetischen Teilspannungen, welche auf Joche und Schenkel entfallen, miteinander hinsichtlich der 5. Oberwelle ins Gleichgewicht
EMI1.1

EMI1.2
worin A W Amperewindungen bedeuten.

Damit bei Anwendung des zusätzlichen Joches die Selbstreinigung des Magnetisierungsstromes von Oberwellen erreicht wird, muss der Fluss in den Jochabschnitten trotz der verschiedenen Längen

angenähert um 1200 versetzt sein, indem man eine Hilfswicklung vorsieht, welche erzwingt, dass das Dreieck der Flüsse geschlossen und gleichseitig ist. Die Hilfswicklung ist zugleich auch als Dämpferwicklung für die dritte Harmonische ausgebildet.

Fig. 1 zeigt einen normalen dreischenkligen Kern mit Hilfsjoch. 1, 2,3 sind die Schenkel für die drei Phasen. Während die Schenkel 1, 2 und 2, 3 durch die Joche 12 bzw. 23 verbunden sind, werden die Schenkel 1 und 3 durch die etwas breiteren Jochstücke 31 überbrückt. Die Joehteile 12, 23 und 31 sind durch Hilfswieklungen 7 verkettet, welche den Flussverlauf steuern bzw. die dritte Flussharmonische dämpfen.

Wenn man die oben angeführte mathematische Beziehung für die Amperewindungen unter Anwendung annähernd gleicher Sättigungen in Schenkeln und Jochen erzielen will, so ergibt sich bei den praktisch erforderlichen Schenkellängen eine zu grosse Jochlänge. Um eine derartige Bemessung trotzdem zu ermöglichen, werden die Jochlängen künstlich vergrössert und gleichzeitig die Schenkellängen verkleinert, indem man'die Auftrennung der Joehe in die einzelnen Schenkel fortsetzt. Die Aufspaltung der Enden der Schenkel wird dabei so lang ausgeführt, dass die Wege der Kraftlinien für die einzelnen Phasen über die Joehstücke annähernd ausgeglichen werden.

Dies wird vor allem dadurch erreicht, dass der mittlere Sehenkel an seinen Enden, beispielsweise durch Schlitze, länger als die übrigen
Schenkel aufgespalten wird.

Die Aufspaltung der Schenkel zur Abgleiehung der magnetischen Widerstände lässt sich in gleicher Weise an den drei bewickelten Schenkeln eines fünfsehenkligen Kerns ausführen.

Man ist übrigens bei einem dreischenkligen Transformator bezüglich der Zuweisung getrennter Kraftlinienwege an die drei Flüsse nicht an ein besonderes Hilfsjoch bzw. ein Schlitzen der Schenkel. gebunden, sondern kann auch die gleiche Wirkung erhalten, indem man ein ungeteiltes Joch durch eine elektrisch miteinander verbundene Bolzenreihe auftrennt, wobei sieh diese je nach Bedarf in die Schenkel fortsetzen kann. Dadurch entstehen zwei durch die Aehsenebene der Bolzen getrennte Teile des gemeinsamen Joches mit verschiedenen magnetischen Aufgaben. Die durch die Bolzenreihen geschaffenen Kurzschlusswindu. ngen verhindern ein Übertreten des Kraftflusses aus dem oberen Teil in die unteren Abschnitte, also eine Mischung der Kraftflüsse von verschiedener Phase.

Die gut leitenden Bolzen können in vorteilhafter Weise auch gleich zur Zusammenpressung des Joches mitverwendet werden.

Um eine feine Einstellung der Teilungsebene zu ermöglichen, können die Bolzen in Schlitzen der Höhe nach verstellbar angeordnet werden.

In Fig. 2 sind die Bolzen 9 in den Jochen zu der Dämpferwicklung zusammengeschlossen. Jeder Bolzen gehört zwei verschiedenen Jochwieklungen an, indem von dem einen Bolzen 9 a um die obere Jochhälfte zu dem nächsten Bolzen 9 a und von diesem um die untere Jochhälfte zum übernächsten Bolzen 9 gegangen wird. Es sind dann die Wicklungsteile der zu verschiedenen Jochteilen gehörenden Wicklungen abwechselnd hintereinandergesehaltet. In diesem Fall kann man zwar die Joehwieklung nicht vom Netz aus erregen. Man erhält aber anderseits eine geringere Anzahl von Bolzen.

Erhält die Dämpferwieklung ihre magnetische Scheinleistung von einer auf den Schenkeln befindlichen Hilfswicklung, so wird diese zweckmässig so ausgebildet, dass sie in radialer Richtung möglichst wenig Platz verbraucht. Da sie vorzugsweise in unmittelbarer Nachbarschaft des Kerns angeordnet ist, wird auf diese Weise nur eine verhältnismässig geringe Vergrösserung des Durchmessers des gesamten Wieklungsaufbaues hervorgerufen. Insbesondere wird die Arbeitswicklung bezüglich Bemessung und Verhalten wenig beeinflusst.

Die Hilfswicklung wird als Flaehbandwicklung ausgeführt und in Isoliermaterial eingebettet, indem sie beispielsweise in Nuten oder Eindrehungen eines Isolierzylinders eingelegt wird. Statt dessen kann sie auch auf einen glatten Isolierzylinder aufgewickelt werden ; die Zwischenräume zwischen den einzelnen Windungen werden alsdann mit Isolierstreifen ausgefüllt, so dass wieder eine glatte Oberfläche entsteht. Auf diese kommt ein dicht schliessender Isoliermantel. Hieran schliesst sich die Arbeitswieklung in üblicher Anordnung und Ausführung an.

Die Hilfswieklung kann unter Umständen einen grösseren Kurzschlussstrom führen, wenn beispielsweise eine Phase Erdschluss erhält und gleichzeitig eine direkte Erdung des Nullpunktes zustandekommt. Damit diese Kurzsehlussstrome nicht eine stärkere Bemessung des Leiterquerschnittes der Hilfswicklung bedingen, wird diese mit möglichst grosser Streuung ausgeführt, indem man sie in der Mitte der Schenkel anordnet. Man kann auch die Überstrome dadurch begrenzen, dass man in den Zuleitungen zur Joehwieklung Sicherungen vorsieht. Diese ordnet man zweckmässigerweise ausserhalb der Isolation der Hilfswicklung an, damit sie leicht zugänglich sind. Man kann sie auch über den Deckel des Transformators verlegen.

Dabei müssen natürlich auch die Verbindungen zwischen der Hilfswicklung und der Dämpferwieklung über den Deckel gebracht werden. Es empfiehlt sich, unter Umständen die Sicherungen so auszuführen bzw. anzuordnen, dass sie gleichzeitig auch die Dämpferwicklung schützen. Sie liegen alsdann zweckmässig in dem Knotenpunkt, der durch die Verbindung der Phasen der Dämpferwieklung und der Hilfswieklung entsteht.

Fig. 3 zeigt das Sehaltungssehema und den prinzipiellen Aufbau eines derartigen Transformators.

1, 2,3 sind die Schenkel des Kerns, die im oberen Teil geschlitzt sind und durch Joehstücke 12, 23, 31 überbrückt werden. Das Jochstiick 31 ist von den andern beiden durch einen Schlitz getrennt, so dass

für die drei Phasen voneinander getrennte Kraftlinienwege entstehen, welche in ihrer Länge durch passende Bemessung der Schlitze abgeglichen werden. Die Joehstücke tragen eine Jochwicklung 7, durch welche die dritte Flussharmonische im Jochdreieck unterdrückt wird. Auf diese Weise wird die 5. Harmonische im Magnetisierungsstrom zum Verschwinden gebracht. Die Jochwicklung 7 wird von der auf den Schenkeln befindlichen und in Stern geschalteten Erregerwicklung 8 gespeist. Die Hauptwicklungen sind der Einfachheit halber fortgelassen.

Damit das Auftreten von grösseren Überströmen verhindert wird, sind in den Verbindungsleitungen der Erregerwicklung 8 und der Jochwicklung 7 Sicherungen 11 vorgesehen, welche so zugänglich sind, dass beim Ersatz keine Wicklungteile und Isolation entfernt zu werden brauchen. Zweckmässigerweise wird man die Sicherungen als Blechstreifen ausführen, die schwächer als das Flachband für die Dämpferwicklung sind.

Die Fig. 4 zeigt im Aufriss den konstruktiven Aufbau eines Aussensehenkels des Transformators.

Die aus Flachkupferband bestehende Erregerwicklung 8 befindet sich dem Eisenkern 1 am nächsten und ist auf einen Papierzylinder 16 a aufgewickelt. In diesen sind Rillen eingebracht, welche die Wicklung 8 aufnehmen, so dass sie nicht über die Oberfläche des Isolierzylinders 15 a hervorsteht und ein Isolierzylinder 15 b schliessend übergeschoben werden kann. Auf den Isolierzylinder M ist die Niedervoltwicklung 4 a in zwei Lagen gewickelt, welche durch einen Ölkanal und einen Isolierzylinder 16 voneinander getrennt sind. Darauf folgt ein-vorzugsweise aus saugfähigem Papier gebildeterstärkerer Isolationszylinder 17, der an jedem Rande in einem Winkelring endet.

Auf den Isolationszylinder 17 ist die Hochvoltwicklung 4 b gewickelt, welche ebenfalls aus zwei durch einen Isolationszylinder 18 getrennten Lagen besteht. Die dicht beieinander liegenden und nur durch den Isolierzylinder 17 getrennten Hoch-und Niederspannungswicklungen bestehen mit Rücksicht auf das Feld des Streukanals und die dadurch hervorgerufenen Wirbelstromverluste aus unterteilten Leitern. Die durch den Schlitz zwischen den Jochstücken 12 und 31 zerlegten Dämpferwicklungen sind fortgelassen.

PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Drei-oder Mehrphasentransformator mit drei in einer Ebene liegenden bewickelten Schenkeln und in der gleichen Ebene verlaufenden zusätzlichen Jochschlussstücken zwischen den Aussenschenkeln, dadurch gekennzeichnet, dass der Amperewindungsbedarf der Jochsehlussstücke hinsichtlich der 5. und 7.

Oberwelle auf denjenigen der übrigen magnetischen Kreise abgestimmt ist, so dass sich die für sinusförmigen Flussverlauf erforderlichen magnetomotorischen Kräfte hinsichtlich dieser Oberwellen für jeden geschlossenen Kraftlinienweg in Summe aufheben und dass Hilfswicklungen in Dreieckschaltung vorgesehen sind, die angenähert gleich grosse, um 1200 versetzte Flüsse in den Jochabschnitten gewährleisten und die dritten Harmonischen dieser Flüsse in an sich bekannter Weise dämpfen.

Claims

2. Transformator nach Anspruch 1 mit an sieh bekannten geschlitzten Jochen, die so bemessen EMI3.1 EMI3.2 zu den Schenkel-Amperewindungen steht.

3. Transformator nach Anspruch l, gekennzeichnet durch Verwendung von elektrisch gut leitenden Schirmkörpern oder Kurzschlusswindungen zur magnetischen Isolierung der Jochabschnitt.

4. Transformator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung des Amperewindungsbedarfes einzelne Jochabschnitt mittels Hilfsdrosseln von vorzugsweise gesättigter Charakteristik belastet sind.

5. Transformator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrennung der Joche sich in die einzelnen Schenkel derart fortsetzt, dass die Jochlängen künstlich vergrössert, hingegen die Schenkellängen künstlich verkleinert sind.

6. Transformator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftlinienwege für die einzelnen Phasen über die Jochstücke durch die Aufspaltung der Schenkel dadurch einander angeglichen sind, dass die Aufspaltung des mittleren Schenkels länger als die der übrigen ist.

7. Transformator nach den Ansprüchen 1 und 5, gekennzeichnet durch eine magnetische Auftrennung des ungeteilten Joches durch eine elektrisch verbundene Bolzenreihe, welche den drei Flüssen der Phasen getrennte Kraftlinienwege im Joch zuweist.

8. Tranformator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bolzen aus gut leitendem Material bestehen.

9. Transformator nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bolzen zur Pressung der Joche mitverwendet sind.

10. Transformator nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bolzen einzeln oder insgesamt der Höhe nach verstellbar sind.

11. Transformator nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bolzen unmittelbar an ihren Enden miteinander verbunden und kurzgeschlossen sind.

12. Transformator nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die das ungeteilte Joch durchsetzenden Bolzen um die Joche herum zu der Dämpferwicklung verbunden sind. <Desc/Clms Page number 4>

13. Transformator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Bolzen zwei zu verschiedenen Jochteilen gehörenden Teilen der Dämpferwicklung, die abwechselnd hintereinandergeschaltet sind, gemeinsam angehören.

14. Transformator nach den Ansprüchen 1 und 12, bei dem die Dämpferwicklung auf den Jochen von einer auf den Schenkeln befindlichen Hilfswicklung gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass die in unmittelbarer Nachbarschaft des Kerns angeordnete Hilfswicklung als einlagige, in Isoliermaterial eingebettete Flachbandwicklung ausgebildet ist.

15. Transformator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die HUfswicklung in Vertiefungen eines Isolierzylinders liegt.

16. Transformator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfswicklung auf einen glatten Isolierzylinder gewickelt ist und die Zwisehenräume zwischen den Windungen mit Isolierstreifen ausgefüllt sind.

17. Transformator nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Mittel, durch welche Überströme in den Hilfswicklungen kleingehalten werden.

18. Transformator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in den Verbindungsleitungen von der Hilfswicklung zur Dämpferwicklung Sicherungen vorgesehen sind.

19. Transformator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungen ausserhalb der Isolation der Hilfswieklung liegen.

20. Transformator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse zwischen der Hilfswicklung und Dämpferwicklung über den Deckel des Transformators geführt und die Sicherungen oberhalb des Deekels vorgesehen sind.

21. Transformator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungen so ausgeführt sind, dass sowohl die Anschlüsse der Hilfswicklung an die Jochwicklung als auch die Verbindungen zwischen den Phasen der Jochwicklung beim Ansprechen unterbrochen werden.

22. Transformator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungen in den Verbindungspunkten der Hilfswieklung mit der Jochwicklung liegen. EMI4.1