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Drehstromtransformator oder Drehstromdrosselspule.
Bekanntlich entstehen in Transformatoren oder Drosselspulen mit Eisenkern infolge des nichtlinearen Zusammenhanges zwischen Fluss und Amperewindungen Oberwellen, die insbesondere bei höherer Sättigung sich sehr störend bemerkbar machen. Man hat auch bereits verschiedene Mittel vorgeschlagen, um diese Oberwellen für das Netz unschädlich zu machen. Beispielsweise hat man vorgeschlagen, Resonanzkreise für diese Oberwellen vorzusehen oder man hat zwei gleiche Transformatoren verwendet, von denen der eine z. B. in Sterndreieck und der andere in Dreieekstern geschaltet ist. Es heben sich dann, wenn beide Transformatoren parallelgeschaltet sind, die fünften und siebenten Oberwellen im gemeinsamen Strom der beiden Transformatoren heraus.
Es gibt noch einen andern Weg, um die infolge der nichtlinearen Charakteristik hervorgerufenen Oberwellen bei Drehstromtransformatoren und-drosselspulen unschädlich zu machen. Es können nämlich bei Drehstromtransformatoren (-drosselspulen), deren Jochflüsse von den Hauptflüssen abweichende Phasenlage besitzen, die Induktionen der Jochflüsse nach Grösse und Phasenlage so bemessen werden, dass die von den Jochflüssen hervorgerufenen Oberwellen im Strom, vorzugsweise die fünfte, die durch die Sättigung der Hauptschenkelflüsse entstehenden Oberwellen ausgleichen.
Dabei ist von der Überlegung ausgegangen, dass nicht nur die Hauptschenkel, sondern auch die Joche, wenn sie gesättigt sind, die Grösse und Phasenlage der Oberwellen im Strom bestimmen und dass man daher, ähnlich wie man Ströme verschiedener Phasenlage und bestimmten Oberwellengehaltes so zusammensetzen kann, dass im resultierenden Strom die Oberwellen verschwinden, auch durch ent- sprechende Phasenlage der Jochflüsse und Wahl der von ihnen hervorgerufenen Induktion, die durch die Sättigung der Hauptschenkel auftretenden Oberwellen aufheben kann. Vorzugsweise wird man dabei die Anordnung so treffen, dass, da dritte Oberwellen auch bei normalen, nicht voll symmetrischen Transformatoren nur unbedeutend auftreten, die fünften und siebenten Oberwellen, die besonders störend sind, aufgehoben werden.
Wesentlich ist dabei, dass die Joehflüsse eine bestimmte Phasenlage und eine bestimmte Induktion erhalten.
Im folgenden soll an Hand eines fünfschenkligen Transformators erläutert werden, wie man die einzelnen Teile bemessen muss, damit die fünften und siebenten Oberwellen unterdrückt sind. Betrachtet man zunächst einmal die Grundwellen der Flüsse, die in einem Transformator mit fünf Schenkeln auftreten, so findet man, dass die in den Zwischenjochen und Aussenjoehen (Aussenschenkeln) auftretenden Flüsse gegenüber den drei Flüssen der Hauptschenkel um 30'in ihrer Phasenlage versetzt sein können, sofern man das Querschnittsverhältnis der Joche und Aussenschenkel entsprechend wählt. In Fig. 1 ist ein solcher fünfschenkliger Transformator dargestellt.
Die auf den mittleren
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gewählt sind, dass sich jeder Hauptfluss (Fluss im Hauptschenkel) aus der Differenz zweier Jochflüsse zusammensetzt, die untereinander gleich gross sind. So setzt sich z. B. der Fluss #1 aus der Differenz
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ist also im ganzen gegenüber dem von den Hauptflüssen gebildeten um 300 versetzt.
Um die fünften und siebenten Oberwellen, die in den Hauptschenkeln eines Transformators erzeugt werden, zu kompensieren, ist es erforderlich, eine gleichgeartete Erzeugung gleicher Oberwellenleistungen in um 300 gegenüber den Hauptschenkelflüssen versetzten gleichartigen Flüssen vorzunehmen.
Diese Zuordnung hat man bisher in der Weise ausgeführt, dass man beispielsweise einen in Sterndreieck zu einem in Dreieckstern geschalteten Transformator parallelschaltete, wobei man den beiden Transformatoren gleiche Magnetisierungsleistung gab und ihre Induktion so wählte, dass in den Dreieckund Sternwicklungen gleichartig verzerrte Stromkurven auftraten, d. h. solche, bei denen das Verhältnis der Amplituden der Oberwellen zur Grundwelle und ebenso auch die Phasenverschiebung der Oberwellen gegenüber der Grundwelle gleich gross waren. Es können aber auch, wie oben ausgeführt, die Jochflüsse zur Kompensation der durch die Hauptschenkelflüsse erzeugten Oberwellen herangezogen werden.
Wie aus den obenstehenden Erläuterungen der Fig. 1 und 2 ersichtlich, hat man bereits bei einem fünfschenkligen Transformator bei geeigneter Bemessung alle der Phasenlage nach erforderlichen Flüsse im Transformator selbst. Es kommt daher nur noch darauf an, dass alle Teile , des Transformators einen solchen Oberwellenbeitrag liefern, dass eine Kompensation der Oberwellen im Magnetisierungsstrom stattfindet.
Dieser Oberwellenbeitrag lässt sich nun dadurch einstellen, dass' man die einzelnen Jochteile in abgestimmtem Verhältnis derartig sättigt, dass die Summe der Oberwellenleistungen, die von den Jochflüssen in den von ihnen durchsetzten Teilen hervorgerufen werden (also der Oberwellenleistungen, die von dem Fluss #13 in beiden Aussenschenkeln, vom Fluss (din dem oberen und unteren linken Zwischenjoch und dem Flués @23 in dem oberen und unteren Zwischenjoch erzeugt werden), gleich ist der Oberwellenleistung, die in den Hauptschenkeln erzeugt wird.
Ausserdem müssen auch, ebenso wie die drei Hauptflüsse untereinander bei Symmetrie gleiche Oberwellenleistungen erzeugen müssen, die von den Flüssen (D" < 13 und @23, die ebenfalls ein symmetrisches Dreiphasensystem bilden, erzeugten Oberwellenleistungen untereinander gleich gross sein.
Ein Mass für die Oberwellenleistung, die von einem Fluss erzeugt wird, ist nun das Produkt aus Feldstärke, Induktion und Volumen des von dem Fluss durchsetzten Eisenteiles bzw. der von ihm durchsetzten Eisenteile.
Setzt man voraus, dass die Schichthöhe des Blechpaketes in allen Eisenteilen gleich gross ist, so dass an Stelle des Volumenverhältnisses das aus Breite s und der Eisenlänge l bestimmte Oberflächenverhältnis eingesetzt werden kann, so ergeben sich folgende Bemessungsbedingungen (der
Index 1 gibt an, dass der Fluss den Eisenteil von der Länge ! i und der Breite Si durchsetzt und dass dort die Induktion B1 und Feldstärke B1 herrschen) :
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Der Faktor 2 auf der rechten Seite rührt davon her, dass die Flüsse #13, 13 und jeweils zwei gleiche Eisenteile durchsetzen.
Da die auf der linken Seite der Gleichung stehenden drei Glieder und auch die rechten drei Glieder untereinander gleich sein müssen, so ergibt sich, wenn man entsprechend der Symmetrie des Fünfschenkeltransformators für die Indices 1, 2 und 3 der Hanptschenkelgrösse den gemeinsamen Index s, für die Indices 12 und 23 der Zwischenjoche den Index i und für den Index 13 der Rückschlussschenkel (Aussenjoche) den Index a einführt, folgende Volumenbedingung :
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Hierin ist unter lj (vgl. Fig. 3) die Gesamtlänge der beiden Zwischenjoche zu verstehen und unter l. die Länge eines Hauptschenkels, während mit ld die Länge eines Aussenjoches (Rückschlussschenkel) bezeichnet ist. Aus letzterem Grunde erscheint auch im rechten Ausdruck der Faktor 2.
Damit die Flüsse #12, #23 und #13 in Fig. 2 miteinander die Winkelbedingung richtig erfüllen, muss folgende Vektorgleichung
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erfüllt sein. Diese Gleichung setzt gleichzeitig für die Absolutbeträge der Flüsse voraus
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Aus diesen Beziehungen folgt für die Wahl der Feldstärken in den Jochen und Aussenschenkeln im Verhältnis zur Feldstärke der zu kompensierenden Hauptschenkel sofort, dass
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werden als die Hauptschenkel. Die dem errechneten Werte S) zugeordnete Induktion 58 erhält man aus der Magnetisierungskurve. Sind so die Werte von 58 ermittelt, so kann man aus der Gleichung 3 die Breiten s errechnen.
Bei den oben angegebenen Längenverhältnissen ergibt sich dann das in Fig. 3 dargestellte Bild für den Kern. Die Einschnürung der Zwisehenjoche ist dabei vielleicht etwas übertrieben gezeichnet, sofern nicht der Einfluss der Übergangszonen zwischen Jochen und Schenkeln die wirksame Jochlänge so weit verkürzt, dass hiedurch tiefere Einschnürungen bedingt werden.
Es ist auch möglich, dem gesamten Joch gleichen Querschnitt zu geben, man braucht dann
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Aus den oben angegebenen Bedingungen, insbesondere der Gleichung 3, geht auch hervor, dass, je nachdem man die Längen ls, la und lj wählt, sich die Breiten s bzw. die Querschnitte ändern, so dass man je nach der Wahl der Längen l andere Werte von s erhält.
Bei der Aufstellung der Gleichung 1 ist angenommen worden, dass unter Induktion e und Feldstärke µ Induktion und Feldstärke der Grundwelle zu verstehen ist. Es war dabei von der Voraussetzung ausgegangen, dass das Verhältnis der Feldstärke einer Oberwelle zur Feldstärke der zugehörigen
Grundwelle in dem in Frage kommenden Bereich ungefähr konstant ist. Dies trifft auch im allgemeinen zu.
Will man jedoch noch genauer rechnen, so muss man beispielsweise, um die Bemessungsbedingullg für die Kompensation der fünften Oberwelle zu erhalten, in Gleichung 1 stets die Feldstärke für die fünfte Oberwelle und die Induktion für die Grundwelle einführen, weil das Produkt beider mal dem Volumen ein Mass für das Produkt aus der Netzspannung der Grundwelle und der fünften Stromoberwelle (Oberwellenleistung) ist und zur Kompensation der fünften Oberwelle die von den Flüssen erzeugten Leistungen der fünften Oberwelle die eingangs erwähnten Bedingungen befriedigen müssen.
An Stelle von Oberwellenleistung kann man auch Oberwellenstrom setzen, da die Grundwellennetz- spannung konstant bzw. für alle Oberwellenströme die gleiche ist.
Der besondere Vorteil dieses Transformators besteht darin, dass, ganz gleichgültig, wie man auch die Schaltung wählt, die Oberwellenkompensation erfüllt werden kann.
Ebenso wie man die Bemessung bei einem fünf schenkligen Transformator, bei dem die mittleren drei Schenkel von der Netzspannung erregt sind, treffen kann, so kann man auch bei einem fünf- schenkligen Transformator (oder Drosselspule), bei dem die beiden Aussenschenkel und der Mittelschenkel die Netzspannungswicklungen tragen, die Bemessung so treffen, dass die fünften und siebenten Oberwellen aufgehoben sind. Bei dieser Ausführungsform ist zu beachten, dass die Hauptflüsse in den beiden Aussenschenkeln einen längeren Eisenweg besitzen als der Mittelschenkel, und da die oben angegebene Volumenbedingung besagt, dass das Produkt aus Feldstärke, Induktion und Volumen des von ein und demselben Fluss durchsetzten Eisenteiles (bzw.
Eisenteile) gleich dem Produkt aus Feldstärke. Induktion und Volumen des von einem zweiten Fluss durchsetzten Eisenteiles (bzw. Eisenteile) sein muss, so müssen also die Aussenschenkel einen grösseren Querschnitt und damit geringere Sättigung erhalten als der Mittelschenkel. Für die unbewickelten Schenkel und für die Zwischenjoche ergeben sich die Querschnitte bei gegebenen Längen aus den vorher erwähnten Bedingungen in der gleichen Weise, wie sie für den fünfschenkligen Transformator mit aussenliegenden unbewickelten Schenkeln entwickelt worden sind. Für ein bestimmtes Längenverhältnis der einzelnen Eisenwege ergibt sich dann für den Kern bei gleicher Bleehsehiehthühe ungefähr ein Bild, wie es in Fig. 4 dargestellt ist.
Zu beachten ist natürlich, dass bei anderer Wahl der Längen sieh andere Querschnitte bzw. Blechbreiten ergeben.
Eine andere Ausführungsform erhält man, wenn man von der normalen Kerntype ausgeht.
Um auch hier drei Jochflüsse zu erzeugen, die untereinander gleich gross sind und ein Dreiphasensystem bilden, fügt man einen Luftspalt gemäss Fig. 5 in die Joche ein. Die Querschnitte und Längen der einzelnen Teile werden wieder nach den oben angegebenen BemessungsregelI1 gewählt.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich, wenn man die für Grosstransformatoren angewendeten Rahmenkerne verwendet. Bei solchen Rahmenkernen befinden sich in den Schenkeln und in den Jochen Luftschlitze senkrecht zur Ebene der Bleche, wodurch eine gute Wänneabführung
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gewährleistet ist. Man braucht bei derartigen Anordnungen im Sinne der Erfindung nur den äusseren Rahmen zu vergrössern, so dass der Luftspalt innerhalb der Joche grösser wird als der Luftspalt innerhalb der Schenkel, damit sich in den Jochen drei Flüsse ausbilden können, die ein Dreiphasensystem ergeben. Die Wahl der Querschnitte und Längen ist auch hier wieder durch die angegebenen Bemessungsbedingungen bestimmt. In Fig. 6 ist ein derartiger Rahmenkern dargestellt.
Er besteht aus zwei kleineren Innenrahmen und einem grösseren Aussenrahmen. Ebenso wie in den Fig. 4 und 5 sind auch in Fig. 6 die Flüsse in den einzelnen Eisenteilen angegeben worden. Für die Bemessung der Anordnung nach Fig. 6 ist der Einfachheit halber angenommen, dass die Luftschlitze in den Schenkeln so klein sind, dass der Fluss in beiden Schenkelteile ungefähr der gleiche ist.
Auch für Manteltransformatoren lässt sich die Erfindung anwenden.
Wie bereits bei Erläuterung der Fig. 3 erwähnt, ist bei der Annahme der wirksamen Eisenweglänge der Einfluss der Übergangszone zwischen Jochen und Schenkeln zu berücksichtigen. Auch ist bei der Wahl der Querschnitte zu berücksichtigen, dass Streuflüsse auftreten. Schliesslich ist es erforderlich, dass die Flüsse in den Hauptschenkeln und die Flüsse in den Jochen bzw. Aussenschenkeln möglichst gleiche Kurvenform besitzen. Bei der Anordnung nach Fig. 1 oder z. B. der Fig. 4 ; müssen die dritten Oberwellen in den Hauptschenkelflüssen unterdrückt sein, z. B. indem eine Sekundärwicklung vorgesehen ist, die in Dreieck geschaltet ist, oder indem die Primärwicklung selbst in Dreieck geschaltet ist.
Man muss daher auch die dritten Oberwellen in den Jochflüssen unterdrücken. - Zu diesem Zweck kann man Ausgleichswicllungen für die Joche verwenden, die die dritten Oberwellen kurzschliessen, ohne die Grundwellen zu stören. Zugleich wird man durch diese Ausgleichswicklungen die Winkelbedingung in Gleichung 2 unabhängiger von störenden Streuwegen befriedigen.
In Fig. 7 ist eine solche Ausgleichswicklung für einen in Sterndreieck geschalteten Transformator dargestellt. Die Ausgleichswicklung umfasst die oberen Jochteile und ebenso ist eine Ausgleichswicklung für die unteren Jochteile vorgesehen. Die Windungszahlen auf den Zwischenjochen verhalten sich zu den Windungszahlen auf den Aussenjochen wie 2 : 1, was daraus folgt, dass die Flüsse n, ig und zugleich gross sein müssen. Man kann diese Dreieckswicklung auch noch vom Netz her parallel oder in Reihe zur Hauptwicklung oder von einer zweiten Wicklung des Transformators her, wie eine selbständige Wicklung eines zweiten in Dreieck geschalteten Transformators erregen, wobei die Windungszahlen so gewählt werden, dass die von den Jochflüssen erzeugten Spannungen den angelegten Spannungen entsprechen.
In Fig. 7 ist angedeutet, dass beispielsweise an die Punkte Xi, Y, si und X2, Y2, Z2 die Spannung angeschlossen wird. In Fig. 7 ist ausserdem noch dargestellt, dass man die Querschnittsverminderung der Zwischenjoche durch Vergrösserung der Fensterhöhe erzielen kann.
Die beiden Ausgleiehswicklungen auf den oberen und unteren Jochen können auch in Reihe geschaltet werden.
Man kann auch die Ausgleichswieklungen teils auf den Jochen, teils auf den Hauptschenkeln anordnen, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, indem man ein Dreieck bildet aus einer Wicklung auf dem Mittelschenkel, einer auf dem linken bzw. rechten Hauptschenkel und einer auf dem danebenliegenden Rückschlussschenkel, wobei sich die Windungszahlen dieser drei Wicklungen verhalten wie 1/2 Vz- Diese Wahl der Windungszahlen ergibt sich aus dem punktiert eingezeichneten Dreieck in Fig. 2.
Eine weitere Vereinfachung zeigt die Fig. 9. Das Windungsverhältnis der Wicklungen auf dem Aussenjoch und dem benachbarten Hauptschenkel ist 3/2 : 1. Bei den Anordnungen nach den Fig. 5 und 6 können dritte Oberwellen in den Hauptschenkelflüssen, ganz gleichgültig wie man auch die Schaltung wählt, nicht auftreten. Man muss daher bei diesen Anordnungen Dreiecksausgleichswicklungen für die Joemiusse vorsehen.
Bei der Erläuterung der Ausführungsbeispiele war angenommen worden, dass der Transformator bzw. die Drosselspule parallel an das Drehstromnetz angeschlossen ist. Dieselben Bemessungsregeln, die angegeben sind, gelten aber auch dann, wenn z. B. der Transformator oder die Drosselspule in Reihe in die Leitung eingeschaltet ist. Es müssen dann bei sinusförmigem Strom die von den Jochen erzeugten Oberwellen, insbesondere die fünften und siebenten, in der Spannung die von den Hauptschenkeln erzeugten fünften und siebenten Spannungsoberwellen aufheben.
Während bei den bisherigen Ausführungsbeispielen angenommen wurde, dass man zur Ver- kleinerung des Querschnittes die Breite der Bleche ändert, kann man eine Verringerung des Querschnittes z. B. auch dadurch herbeiführen, dass man Bohrungen oder Luftschlitze in den Eisenteilen anbringt.
Sättigt man die Joche so stark, dass die von den Jochen erzeugten Oberwellen im Strom bzw. der Spannung grösser sind als die von den Hauptschenkeln erzeugten Oberwellen, so erhält man einen Magnetisierungsstrom, dessen Kurvenform von der Kurvenform der üblichen normalen Transformatoren abweicht. Ist beispielsweise ein normaler Transformator, bei dem die Joche schwächer gesättigt sind, in Sterndreieck geschaltet, so ist der auf der Sternseite aufgenommene Magnetisierungsstrom W-förmig.
Sättigt man nun die Joche stärker, so bekommt man, wenn die von den Jochen erzeugten Oberwellen die von den Hauptschenkeln erzeugten Oberwellen aufheben, einen annähernd sinusförmigen Magneti- sierungsstroni. Sättigt man die Joche noch stärker, so wird der Magnetisierungsstrom M-förmig.
Die Anordnung'nach der Erfindung bietet daher die Möglichkeit, die vom normalen Transformator
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im Netz erzeugten Oberwellen, vorzugsweise die fünften und siebenten, dadurch zu kompensieren, dass man zusätzlich Drosselspulen oder andere Transformatoren einbaut, bei denen die von den Jochen erzeugten Oberwellen grösser sind als die von den Hauptschenkeln erzeugten.
In den üblichen Netzen sind nun im allgemeinen Transformatoren vorgesehen, deren Hochspannungswicklungen in Stern geschaltet sind. Auch die unterspannungsseitig oft in Dreieck geschalteten Verbrauchertransformatoren besitzen im allgemeinen auf der Oberspannungsseite (nach der Seite der ankommenden Energie) eine Sternschaltung. Infolgedessen entstehen in solchen Netzen vorwiegend W-förmige Magnetisierungsströme. Um diese durch solche Transformatoren erzeugten Oberwellen zu kompensieren, braucht man nun ebenfalls nur normalgeschaltete Transformatoren vorzusehen, bei denen man jedoch die Joche stärker sättigt als die Schenkel, so dass die von diesen erzeugten Oberwellen grösser sind als die von den Hauptschenkeln erzeugten.
Infolgedessen nehmen solche Transformatoren auf der Sternseite einen M-förmigen Magnetisierungsstrom auf, der den von den andern Transformatoren erzeugten W-förmigen Magnetisierungsstrom in der Weise kompensiert, dass die fünften und siebenten Oberwellen zum Teil oder vollständig aufgehoben werden. Man kann solche Transformatoren beispielsweise bei Erweiterung des Netzes einbauen und hat damit die Möglichkeit, die Netze hinsichtlich der Oberwellen nachträglich zu verbessern.
Die Bemessung der Eisenkerne ist bei solchen Transformatoren bzw. Drosselspulen, welche zur Kompensierung der Oberwellen anderer Transformatoren dienen, so zu treffen, dass die Winkelbedingung (Gleichung 2) erfüllt ist, dass aber von der Volumenbedingung in der Weise abgewichen wird, dass das Produkt aus Feldstärke, Induktion und Volumen für die Jochflüsse zwar untereinander gleich, aber in summa grösser ist als die Summe aus den Produkten der gleichen Grössen für die Hauptschenkelflüsse.
Bei der Wahl der Wicklungsschaltung ist folgendes zu beachten : Wenn sich kein Fluss der dritten Oberwellen ausbilden kann, sei es, dass kein magnetischer Rückschluss für die dritten Oberwellen des Flusses vorhanden ist, sei es, dass eine Dreieckswicklung vorgesehen ist, so treten bei einem normalen Transformator mit primärer Sternschaltung W-förmige Magnetisierungsströme, bei primärer Zickzackoder Dreiecksschaltung M-förmige Magnetisierungsströme auf. Bemisst man die Anordnung so, dass die von den Jochen erzeugten Oberwellenbeiträge grösser als die der Hauptschenkel sind, so kehrt sich das Vorzeichen der fünften und siebenten Oberwelle um und der zuerst genannte Transformator erzeugt einen M-förmigen und die beiden letzten einen W-förmigen Magnetisierungsstrom.
Hat man im Netz vorwiegend M-förmigen Magnetisierungsstrom, indem beispielsweise die an das Netz angeschlossenen Wicklungen in Dreieck geschaltet sind, so kann man, um diesen Magnetisierungsstrom zu kompensieren, an das Netz z. B. auch in Dreieck geschaltete Transformatoren anschliessen, bei denen man jedoch die Joche so bemisst, dass ihr Oberwellenbeitrag grösser ist als der von den Hauptschenkeln erzeugte.
In den üblichen Netzen wird häufig der Magnetisierungsstrom unsymmetrisch sein, wenn man immer die mittleren Schenkel an die gleiche Phase anschliesst. Um die dadurch hervorgerufenen Unsymmetrien im Grundwellenstrom und auch gleichzeitig die Unsymmetrien in den Oberwellenströmen auszugleichen und ausserdem eine Kompensation der fünften und siebenten Oberwellen zu erreichen, kann man dann Transformatoren oder Drosselspulen einbauen, bei denen die Joche in summa einen grösseren Oberwellenbeitrag liefern als die Hauptschenkel, die Beiträge der einzelnen Jochteile aber erfindungsgemäss so ungleich sind, dass die vorhandenen Unsymmetrien ausgeglichen werden.
In diesem Falle tritt an die Stelle der Winkelbedingung 2 und auch Gleichung 1 die jeweilige Kompensationsbedingung für die durch die Transformatorbauart und Schaltung im Durchschnitt des Netzes auftretenden Oberwellen.
Die drei Jochflüsse können bei einem dreischenkligen Eisenkern dadurch erzeugt werden, dass eine das Joch durchsetzende Kurzschlusswicklung vorgesehen wird, welche eine Vermischung der drei Jochflüsse verhindert. Als Kurzschlusswicklung kann man z. B. Kupferstäbe verwenden, die durch Löcher in den Blechen hindurchgeführt und deren Anfänge und Enden untereinander verbunden sind. Die Bemessung der Eisenquerschnitte wird so gewählt, wie oben angegeben.
Bei Verwendung von Bolzen für die Kurzschlusswicklung treten lediglich einige Bolzenlöeher hinzu, wie sie gewöhnlich z1 Aufnahme der Pressbolzen sowieso erforderlich sind. Fig. 10 zeigt eine Kurzschlusswicklung (Käfigwieklung), die im Ausführungsbeispiel aus den einzelnen Bolzenstäben 4 besteht, die vorn und rückwärts durch ein Zwischenstück 5 miteinander verbunden sind. Zweckmässig wird man diese Stäbe gegen den Eisenkörper isolieren, um Kurzschlüsse in den Blechen zu verhindern.
Da sowieso zum Zusammenhalten der Bleche Bolzen erforderlich sind, kann man die die Käfigwicklung bildenden Stäbe oder einen Teil davon als Pressbolzen ausbilden, so dass dann weitere
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keinen Käfigstab schneiden, ohne dass ein Dämpferstrom in der Käfigwicklung (Kurzschlusswicklung) entsteht. Die Folge davon ist, dass der von einem Mittelschenkel zu einem Aussenschenkel verlaufende
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fliessende Fluss e, nur in dem äusseren Teil des Joches fliessen kann. Man bekommt also durch die Dämpferwicklung eine Aufspaltung der Joehflüsse, und bemisst man die Querschnitte entsprechend,
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so können die Oberwellen im Strom unterdrückt werden.
Zweckmässig ist es, diese Dämpfcrwicklung als Dreieckswicklung für die Joche vorzusehen, und sie kann besonders einfach gestaltet werden, wenn man sie im Sinne der Erfindung mit einer einzigen Windung je Teilkraftfluss ausführt und die Käfigwicklung als Leiter mitbenutzt. In Fig. 11 ist ein Ausführungsbeispiel dafür dargestellt. Der Transformator ist in Sterndreieck geschaltet. Es sind wieder Dämpferstäbe 4 vorgesehen. Ausser diesen Dämpferstäben sind noch zwei weitere Bolzen 6 und 7 vorgesehen, die von dem Käfig isoliert durch das Eisen gehen und mittels geeigneter Leiter 8, 9 und 10 mit dem Käfig zu einer Dreieckswicklung verbunden sind.
Bei der Anordnung der Dreieckswicklung ist darauf zu achten, dass, wenn man diese an einem Punkte aufschneidet und mit einer Spannung der dreifachen Frequenz speist, im wesentlichen nur ein Fluss entstehen soll, der sich vom äusseren Joch über die beiden inneren Joche schliesst, wie es in der Figur strichliert angegeben ist, dagegen sollen keine Nebenflüsse, also z. B. ein Teilfluss vom oberen Teil zum unteren Teil des Joches entstehen. Würde dies der Fall sein, so würde die die dritte Oberwelle kurzschliessende Dreieckswicllung nicht vollkommen wirken.
Um daher bei der Anordnung nach der Erfindung einen Streufluss der dritten Harmonischen um die Durchführungsbolzen 6 und 7 zu vermeiden, sind diese Bolzen mit mindestens einem Leiter der Käfigwicklung durch einen unmagnetischen Spalt zu verbinden. Zweckmässig ist es dabei, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 11 dargestellt, das Eisen zwischen den Bolzen 6 und 7 und ihren benachbarten Stäben in der Käfigwicklung durch einen Schlitz aufzuspalten, so dass die Bolzen mit den benachbarten Stäben in einem gemeinsamen Luftschlitz des Eisenpaketes liegen.
Durch den Schlitz, der die Bolzen und benachbarten Käfigstäbe verbindet, wird erzwungen, dass sich kein Streufluss von den oberen Jochen zu den unteren Jochen ausbilden kann bzw. es wird die Ausbildung eines solchen Streuflusses vermindert oder, mit andern Worten, die Bolzen sind mit einem Stab der Käfigwicklung magnetisch verkettet.
Statt eines Schlitzes kann man auch mindestens einen Käfigstab oder beide benachbarte Käfigstäbe möglichst nahe an den Durchführungsbolzen 6 bzw. 7 heranrücken, weil auch dann kein Streufeld auftreten kann. Etwas Ähnliches erreicht man auch, wenn man, wie in Fig. 12 dargestellt, den Bolzen 6 isoliert in einen ausgehöhlten Bolzen führt, der mit den Käfigstäben verbunden ist.
Bei der Verteilung der Käfigstäbe ist es zweckmässig, die Anordnung so zu treffen, dass sich die Induktionssteigerung an den Bolzenlöehern mit der Induktionsverringerung in den Zwischenräumen möglichst aufhebt. Ist dies nicht der Fall, so muss man an Stelle des Produktes aus Feldstärke, Induktion und Volumen das Integral S B. si. dv setzen.
Die Dreieckswicklung ist im Ausführungsbeispiel nur auf einzelne Punkte konzentriert, da ein einziger Leiter die Joche umschliesst. Dies genügt aber, da die Käfigwicklung für die richtige Führung der Kraftflüsse sorgt. Die Dreieckswicklung hat auch noch den weiteren Vorteil, dass die. oben erwähnte Winkelbedingung unabhängig von störenden Streuwegen erfüllt werden kann.
Auch die Bolzen 5 und 6 kann man als Pressbolzen ausführen. Man kann auch eine Dreieckswicklung aufbringen, ohne die Stäbe der Dämpferwieklung für die Rückführung zu benutzen. Auch in diesem Falle empfiehlt es sich, zur Vermeidung von Streuungen die Dreieckswieklung beim Eisendurchgang mit mindestens einem Stab der Kurzschlusswicklung magnetisch zu verketten, wie es in
Fig. 11 erläutert worden ist.
Wie bereits früher erwähnt, kann man statt der Dreieckswicklung über den Jochen auch andere Ausgleichswicklungen anwenden, welche für die Unterdrückung der dritten Oberwellen in den Jochflüssen sorgen.
Eine andere Ausführungsform für die Anordnung der Dreieckswicklung zeigt die Fig. 13, in welcher die Rückführungsbolzen 6 und 7 in dem kraftlinienarmen Teil zwischen den beiden inneren
Jochen angeordnet sind. Die beiden Rückführungsbolzen 6 und 7 und der Bolzen der Kurzschluss- wicklung, welcher für die Rückführung dient, sind in einem Loch angeordnet, um Streuungen der dritten Oberwellenflüsse zu vermeiden.
Man kann aber auch z. B. die Bolzen 6 und 7 in mehrere parallelgeschaltete Bolzen aufteilen, die als Teilkäfige wirken, wie es in Fig. 14 dargestellt ist. Die Rückführungsbolzen sind mit 6 und 6' bzw. 7 und 7'bezeichnet. Auch hier ist es zweckmässig, das Eisen zwischen den Bolzen 6 und dem benachbarten Käfigstab durch einen Luftschlitz aufzuspalten. Vorteilhaft wird man auch das gleiche bei den Bolzen 6'ausführen, oder man kann auch die Käfigstäbe näher heranrücken oder die Bolzen isoliert in einen Hohlbolzen führen, der mit der Kurzschlusswicklung verbunden ist. Was für die
Bolzen 6 und 6'gesagt ist, gilt auch für die Bolzen 7 und 7'.
Die Anordnung von Kurzschlusswicklungen ist auch vorteilhaft anwendbar bei den für Gross- transformatoren angewendeten Rahmenkernen. Bei solchen Rahmenkernen befinden sich in den
Schenkeln und in den Jochen Luftschlitze senkrecht zur Ebene der Bleche, um eine gute Wärmeabfuhr zu ermöglichen. Setzt man auch hier in den Schlitz zwischen den Jochen Kurzschlusswieklungen, so kann man den Schlitz kleiner halten, ohne dass eine Vermischung der Jochflüsse auftritt. Ein Aus- führungsbeispiel dafür zeigt die Fig. 15. Die Kurzschlusswicklung besteht hier aus drei Käfigen oder
Kupferplatten 9, 10 und 11, die gleichzeitig für die Verbindung der Dreieckswicklung sorgen.
Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass man in dem oberen und unteren Joch Kurzschluss- windungen (Käfigwicklungen) anbringt, sondern es genügt, sie lediglich auf einem der beiden Joche
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untere Jochteil mit zu dem Eisenvolumen gehört, welches vom Fluss durchsetzt wird. Im übrigen lassen sich sonst dieselben Bemessungsregeln anwenden, die oben angegeben sind.
Die einzelnen Rahmen können derart magnetisch voneinander getrennt werden, dass die Flüsse
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ganze Vielfache von 6 darstellt. Im allgemeinen wird man die Zahl 11. so wählen, dass beispielsweise die fiinfte, siebente, elfte oder dreizehnte Oberwelle des Magnetisierungsstromes ausgeglichen werden. Für den Ausgleich der fünften und siebenten Oberwellen würde sich die Zahl n = 6 ergeben. Um auch
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versehen werden, u. zw. sind die einzelnen Teile der Hilfswicklungen auf Rahmenteilen angeordnet, deren Flüsse um 30,60 oder 1200 gegeneinander verschoben sind.
In Fig. 16 ist ein derartiger, aus einzelnen voneinander getrennten Rahmen zusammengesetzter Eisenkern für einen Drehstromtransformator oder eine Drehstromdrosselspule dargestellt. Die nicht gezeigten Leistungswicklungen (primär und sekundär) umschlingen die Kernschenkelpaare in bekannter Weise. Die einzelnen Rahmen 21, 22 und 23 sind durch Luftspalte 24 sowohl räumlich als auch magnetisch mehr oder weniger gut voneinander getrennt. Je nach der magnetischen Leitfähigkeit und den Abmessungen der Luftspalte 24 nehmen die Flüsse in den einzelnen Rahmen untereinander verschiedene Phasenlage an.
Wenn man die drei Schenkel, von denen jeder aus zwei Teilschenkeln besteht, mit Drehstrom erregt, ergeben sich bei vollständiger magnetischer Trennung der drei Rahmen voneinander, z. B. durch in die Luftspalte eingesetzte Kurzsehlusswicklungen 26 die drei Kraftflüsse 30, 31 und 32, deren Vektoren in Fig. 17 dargestellt sind. Werden die Rahmen durch unendliche Verkleinerung der Luftspalte magnetisch miteinander verbunden, ergeben sich die Flussvektoren 33, 34 und 35.
Zwischen der vollständigen Trennung der Rahmen voneinander und der magnetischen Überbrückung der Luftspalte werden nun, um die gewünschten Phasenverschiebungen der einzelnen Rahmenflüsse gegeneinander zu erzielen, erfindungsgemäss Mittelwerte eingestellt. Der praktisch gangbar Weg hiezu ist in Fig. 16 angedeutet.
Durch magnetische Verbindung der Rahmen nur an einzelnen Stellen miteinander, z. B. mit Hilfe der in die Luftspalte 24 eingesetzten Zwischenstücke 25 oder durch stellenweise Verkleinerung der Luftspalte können die gewünschten Phasenverschiebungen der Flüsse in den einzelnen Rahmen gegeneinander erzielt werden, wenn man gleichzeitig dafür sorgt, dass an andern Stellen des Luftspaltes ein Übertritt von Kraftlinien aus dem einen Rahmen in den benachbarten unterdrückt wird.
Zu diesem Zweck können in die Luftspalte Kurzschlusswicklungen eingesetzt werden. Diese bestehen, wie in Fig. 16 gezeigt ist, vorteilhaft aus einzelnen Stäben oder Bolzen 26, die etwa senkrecht zur Schichtebene der Bleche die Luftspalte durchdringen und deren aus den Luftspalten herausragende Enden durch Schienen miteinander verbunden sind.
Wenn die Luftspalte zwischen den einzelnen Rahmen klein genug sind, kann man unter Umständen auf die ZwischenstÜcke 25 verzichten. Die Kurzsehlusswicklung muss allerdings an dieser Stelle ebenso unterbrochen werden wie in dem Fall, in dem Zwischenstücke eingesetzt werden.
Durch eine derartige Anordnung lassen sich, wie aus Fig. 17 zu erkennen ist, zwischen den einzelnen Sehenkelflüssen Phasenverschiebungen von etwa 300 erzielen, so dass die fünfte und siebente Oberwelle im Magnetisierungsstrom ausgeglichen wird. Durch die magnetische Verbindung 25 erhält der Rahmen 21 zwei gegeneinander verschobene Teilflüsse 36 und 37. Der durch das Verbindungstück 25 übertretende Kraftfluss hat die Vektorlage 38. Für die übrigen Rahmen gelten die gleichen Bedingungen. Der Rahmen 22 führt in seinen beiden Schenkeln die beiden Kraftflüsse 39 und 40.
Durch das Verbindungsstück 25 tritt der Fluss 41 in den Rahmen 22 ein, während hier in den Rahmen 23 der Fluss 44 übertritt, so dass die beiden Schenkel des Rahmens 23 die Flüsse 42 und 43 führen.
Wie bereits erwähnt, muss auf den einzelnen Rahmen eine Dreieckswieklung angeordnet werden.
Diese ist in Fig. 16 mit 27 bezeichnet. Ihre einzelnen Teile sind mit Rahmenteilen verkettet, die gegeneinander eine Phasenverschiebung von 60 oder 1200 haben. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn man z. B. den einen Wicklungsteil auf den Rahmenschenkel36, den zweiten Wicklungsteil auf den Rahmenschenkel 40 und den dritten auf den Rahmenschenkel 43 legt, wobei den Schenkeln die gleiche Bezeichnung gegeben wird wie den Vektoren der in ihnen bestehenden Kraftflüsse. Natürlich können die einzelnen Wicklungsteile auch auf solchen Jochteilen liegen, die den gleichen Fluss führen wie die genannten Schenkelteile. Auch mehrere Dreieckswicklungen können vorteilhaft sein. An den Stellen, die die Dreieckswicklungen tragen, können Kurzschlusswicklungen fehlen oder unterbrochen sein.
Die Dreieckswicklung trägt ausserdem zur gewiinschten Verteilung der Teilkraftflüsse auf die einzelnen Rahmen bei und beseitigt bestehende Flussunsymmetrien.
Wenn man nun zwischen den einzelnen Rahmen nicht nur an einer oder zwei Stellen, wie in Fig. 16, eine gute magnetische Verbindung herstellt, sondern den Spalten 24 auf ihrer ganzen Länge
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eine gewisse magnetische Leitfähigkeit gibt, geht das Vektorbild der FlÜsse in die in Fig. 18 dargestellte Form über. Die einzelnen Vektoren der Rahmenteilflüsse liegen mit ihren Enden auf den Kurvenzügen 45, 46 und 47. Zwischen den Flüssen benachbarter Kerne können durch geeignete Bemessung der Luftspalte zwischen den einzelnen Rahmen beliebige Phasenverschiebungen eingestellt werden.
Die Krümmung der Vektoren 45,46 und 47 kann hiebei so eingestellt werden, dass zwei benachbarte Vektoren mit genügender Genauigkeit durch gerade Linien ersetzt werden können, die einen Winkel von 300 einschliessen. Für die einzelnen Teile der Dreieckswicklung werden wieder Rahmenteile ausgesucht, in denen die Flüsse gegeneinander eine Phasenverschiebung von 1200 besitzen. Ein Ausführungsbeispiel dieser Anordnung ist in Fig. 19 dargestellt. Die Dreieckswicklungen 57 und 58 sind auf den oberen und unteren Jochen der einzelnen Rahmen angeordnet.
Zum Ausgleich der elften und dreizehnten Oberwelle des Magnetisierungsstromes werden zwischen den Flüssen benachbarter Rahmen Phasenwinkel von 150 gewählt.
Es ergeben sich also für den Ausgleich der einzelnen Oberwellen für die Zahl n folgende Werte :
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<tb>
<tb> 5. <SEP> und <SEP> 7. <SEP> Oberwelle <SEP> n <SEP> = <SEP> 6
<tb> 11. <SEP> und <SEP> 13. <SEP> Oberwelle <SEP> n <SEP> = <SEP> 12
<tb> 17. <SEP> und <SEP> 19. <SEP> Oberwelle <SEP> n <SEP> = <SEP> 18 <SEP> usw.
<tb>
Um den Grad der Ausgleichswirkung einstellen zu können, kann man die die Luftspalte abschirmenden Kurzschlusswicklungen regelbar machen, beispielsweise durch räumliche Verschiebung oder durch Belastungswiderstand. Man kann aber auch nur die Schenkel in zwei Teile aufspalten.
Um z. B. die fünften Oberwellen im Magnetisierungsstrom, welche in den die beiden. Teile des Schenkels jeweils umgreifenden Hauptwicklungen auftreten, zu unterdrücken, kann man eine Flussversetzung von 36 der beiden Teilflüsse vorsehen, was aber nicht Gegenstand der Erfindung ist. Vorteilhaft ist es, eine Flussversetzung von 300 anzuwenden, weil dann keine fünften und siebenten Oberwellen in den die beiden Teilschenkel umgreifenden Hauptwicklungen des Transformators auftreten können.
Eine besonders zweckmässige Ausführungsform erhält man, wenn man Längsschlitze vorsieht, die in Richtung der Ebene der Kernbleche liegen.
Fig. 20 zeigt einen Dreischenkeltransformator mit den Schenkeln 1, 2 und 3. Gemäss der Erfindung ist jeder Schenkel durch einen Schlitz in zwei gleiche Teile aufgespalten. Die Wicklungen I und 11, die nicht vom Netz erregt werden, sind ausschliesslich Spreizwicklungen, welche die Aufgabe haben, die Flussaufspaltung, wie sie im Vektordiagramm der Fig. 21 dargestellt ist, zu erzwingen.
Die von der Netzspannung erregte Hauptwicklung (Primärwicklung) des Transformators, die ganz beliebig wie bei jedem andern Transformator geschaltet sein kann und die beiden Teilschenkel umgreift, ist in der Figur mit 111 bezeichnet. Die Schaltung der Hauptwicklung III ist offengelassen, da die Schaltung beliebig gewählt werden kann. Die andere Hauptwicklung (Sekundärwicklung) ist der Einfachheit halber nicht gezeichnet, für sie gilt dasselbe wie für die Primärwicklung. In Fig. 21 ist dargestellt, wie der Fluss #1 des Schenkels 1 sich aus zwei um 300 gegeneinander versetzten Teilflüssen (D, und (Db zusammensetzt. Um diese Flussaufspaltung zu erreichen, sind die HilfswicklungenI und II vorgesehen.
Die Hilfswicklung I umgreift die beiden Teilflüsse #1a und (Pb derart in entgegengesetzter Schaltrichtung, dass an den Klemmen der Wicklung I eine Spannung auftreten muss, welche der Differenz der beiden Teilflüsse < 1a und < lb proportional ist.
Man sieht nun aus dem Diagramm der Fig. 21, in welchem die Aufspaltung der Flüsse lediglich für den Schenkel 1 gezeichnet ist-die Flüsse der Schenkel 2 und 3 werden gleichfalls in um 300 versetzte Teilflüsse aufgespalten-, dass unter der vorausgesetzten Bedingung, dass die beiden Teilflüsse um 30a gegeneinander versetzt sind,
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daher, um die beiden Teilflüsse im Schenkel 1 um 30 zu versetzen, die Wicklung I nur von einer verketteten Spannung zu erregen, die von den andern beiden Schenkelflüssen erzeugt wird. Zu diesem Zweck ist im Ausführungsbeispiel die Wicklung 11 vorgesehen, welche in Stern geschaltet ist. Die Wicklung I auf dem Schenkel 1 ist an die Endpunkte der Wicklung 11 auf den Schenkeln 2 und 3 angeschlossen.
In entsprechender Weise erfolgt der Anschluss der Wicklung I auf den Schenkeln 2 und 3. Um die gewünschte Flussversetzung durch die Hilfswicklungen zu erzwingen, muss ein bestimmtes Windungsverhältnis der Wicklungen I und 11 gewählt werden. Die Wahl des Windungsverhältnisses ergibt sich aus Fig. 21.
Bezeichnet man mit wI die Windungszahl der Wicklung 1, die einen Teil-
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Wicklung Ii erzeugte verkettete Spannung, wie sich aus dem Vektorbild ergibt, gleich :
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Da diese beiden Spannungen gleich sein sollen, so ist also das Verhältnis von Wl zu Mu gleich
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ordnung von nur 1% liegt, da der Ausgleichsstrom, welcher zum Versetzen der Flüsse erforderlich ist, nur etwa ein Viertel des normalen Magnetisierungsstromes des Transformators beträgt.
Durch die Aufspaltung jedes Schenkelflusses in zwei um 30'versetzte Teilflüsse entstehen zwei Dreiphasensysteme von Flüssen, die gegeneinander um 300 versetzt sind, so dass sich im Magnetisierungsstrom die fünften und siebenten Oberwellen herausheben.
Im Ausführungsbeispiel war angenommen worden, dass die Hilfswicklung 1 für beide Teile eines Schenkels die gleiche Windungszahl besitzt. Man kann aber auch die Windungszahlen auf den beiden Teilschenkeln verschieden gross wählen. An welche Spannung man dann die Wicklung I legen muss, ergibt sich aus der Überlegung, dass die beiden Teilflüsse eines Schenkels gleich gross und um 300 gegeneinander versetzt sind und dass die an den Klemmen der Wicklung 1 auftretende Spannung
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dem a-Schenkel, w", die Windungszahl auf dem b-Schenkel ist. Die Wicklung 1 muss dann an eine Spannung angeschlossen werden, welche nach Grösse und Phasenlage der oben errechneten Spannung gleich ist und z. B. durch besondere Hilfswicklungen erzeugt wird.
Während im Ausführungsbeispiel die Wicklung 1 so geschaltet ist, dass sie die beiden Teile eines Schenkels im entgegengesetzten Sinne umschlingt, kann man sie auch so schalten, dass sie die beiden Teile eines Schenkels im gleichen Sinne umschlingt. Auch hiebei ergibt sieh wieder unter Berücksichtigung, dass die beiden Teilflüsse gleich gross und um 300 gegeneinander versetzt sind, diejenige Spannung nach Grösse und Phasenlage, welche der Wicklung zugeführt werden muss.
Umschlingt die Wicklung 1 die beiden Teile eines Schenkels im gleichen Sinne, so scheidet der Fall, dass die Windungszahlen auf beiden Teilen gleich gross sind, aus.
Fig. 20 stellt nur schematisch die Anordnung der Wicklungen dar. Praktisch wird man sowohl in der Nähe des oberen als auch des unteren Joches Wicklungen 1 anordnen oder sie auch längs des ganzen Schenkels verteilen, wozu sich vorzugsweise Röhrenwielungen verwenden lassen.
Es ist nicht erforderlich, dass zur Erzeugung der Spannung, an welche die Wicklung 1 angeschlossen wird, besondere Hilfswicklungen 11 vorgesehen werden. Man kann auch beispielsweise diese Spannung einer der Hauptwieklungen des Transformators selbst entnehmen. Bei geeigneter Wahl der Windungszahl kann man auch, z. B. beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 20, die Wicklung 1
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nicht um die Teilschenkel, sondern durch den Schlitz um die Joche herumsehlingt. Ein Ausführungbeispiel dafür zeigt die Fig. 22, in welcher wieder ein dreieckschenkliger Transformator dargestellt ist. Die Hilfswieklungen 1 umschlingen die Joche. Zweckmässig wird man die Hilfswicklung 1 sowohl um das obere als auch um das untere Joch herumschlingen.
Wie man die Windungszahl der einzelnen, die Joche umgreifenden Windungen wählen muss und durch welche Spannungen sie erregt werden müssen, ergibt sich wieder aus der Bedingung, dass die beiden Teilflüsse eines Schenkels um 300 gegen- einander versetzt sein müssen. Die dazu z. B. erforderlichen Hilfswicklungen sind nicht dargestellt.
Die Erfindung ist nicht nur anwendbar für Transformatoren, bei denen die Hauptwieklungen 111 den Laststrom führen, sondern in gleicher Weise auch für Drosselspulen, die beispielsweise zur Blindleistungskompensation langer Leitungen dienen und stark gesättigt sind.
Man kann die Flussversetzung auch durch eine andere Gruppe von Hilfswicklungssehaltungen erzwingen, bei der die mit dem Index a und b bezeichneten Teilschenkel des Transformators je als selbständige Drehstromeinheiten behandelt werden, z. B. in Sterndreieck oder in Sternzickzack parallelgeschaltet werden, so dass die Flüsse in den beiden Einheiten jeweils um 30" gegeneinander versetzt sind.
In Fig. 23 ist ein Ausführungsbeispiel für eine solche Anordnung dargestellt. Die Wicklung 1 auf den Schenkeln mit der Bezeichnung a ist in Stern, die Wicklung 11 auf den Schenkeln mit der Bezeichnung b ist in Dreieck geschaltet. Die beiden Wicklungen 1 und 11 sind parallelgeschaltet.
Dadurch wird erzwungen, dass die beiden Flüsse in den Teilschenkeln a und b um 30 elektrische Grade gegeneinander versetzt sind, so dass sich in der Hauptwicklung 111 die fünften und siebenten Oberwellen aufheben. Eine besonders einfache Ausführungsform ergibt sich, wenn man für die Wicklung 1
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Windungen für die Dreieckswicklung. Man kann diese z. B. aus Flachkupfer herstellen und über die Schenkellänge verteilt aufbringen. Der Spulenkasten mit den Hauptwicklungen wird dann darüber aufgebracht. Eine solche Anordnung unter Verwendung von Flachkupferwindungen wird insbesondere dann von Vorteil sein, wenn die Jochbleche stumpf auf die Kernbleche aufstossen.
Wo dies nicht der Fall ist, wird es zweckmässig sein, Scheibenwicklungen aufzubringen, und man wird dann sowohl in der Nähe der oberen als auch zweckmässig in der Nähe der unteren Joche jeweils Wicklungen 1 und 11 vorsehen oder sie auch längs des ganzen Schenkels verteilen. Bei genügender Breite des Schlitzes wird man jedoch im allgemeinen mit je einer Wicklung oben und unten oder einer Wicklung in der Mitte des Schenkels auskommen.
Statt die eine Wicklung in Stern und die andere in Dreieck zu schalten, kann man auch die Wicklung der a-Schenkel in Stern und die der b-Schenkel in 30" Zickzack schalten und die beiden
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Wicklungen parallelsehalten. Es ist auch möglich, jede der beiden Widdungen in Zickzack mit ¯15 Drehung zu schalten. Aber auch andere Schaltungsmöglichkeiten für die Wicklungen ergeben sich, z. B. kann man beide Wicklungen 1 und II in Dreieck schalten. Die Wicklungen werden aber dann nicht mit ihren Eckpunkten parallelgeschaltet, sondern mit so gewählten Punkten des Dreiecks, dass hiedurch wiederum eine Versetzung der Teilflüsse um 30 elektrische Grade erzwungen wird.
Wie die beiden Dreieekswieldungen miteinander zu verbinden sind, zeigt im Vektordiagramm die Fig. 24. Mit A, B und C sind diejenigen Punkte bezeichnet, die beiden Dreieckswicklungen gemeinsam sind.
Man kann aber auch gleichzeitig noch die Punkte A', B'und 0'miteinander verbinden.
Fig. 25 zeigt im Vektordiagramm eine andere Möglichkeit, wie man zwei Dreieckswieklungen zwecks Versetzung der Flüsse um 30 parallelschalten kann. A, Bund 0 sind die gemeinsamen Punkte.
Die Kompensation der fünften und siebenten Oberwellen findet dann statt, wenn die beiden Teilflüsse gleiche Kurvenform besitzen. Dies ist bei den bisherigen Ausführungsbeispielen erfüllt, da sich keine dritten Oberwellen im Fluss ausbilden können. Besitzt aber der Transformator bzw. die Drosselspule noch zusätzliche Schenkel (Fünfschenkelkern) oder können sich grössere Streufliisse über den Kesselmantel ausbilden, so müsste man z. B. bei der Anordnung nach Fig. 23, weil sonst in den a-Schenkeln dritte Oberwellen auftreten könnten, eine Hauptwicklung des Transformators in Dreieck
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ist aber z. B. dann nicht erforderlich, wenn die beiden Hilfswicklungen 1 und 11 in Dreieck geschaltet sind.
Bei den Ausführungsbeispielen Fig. 20-25 war angenommen worden, dass die Oberwellen nur infolge der Sättigung in den Schenkeln entstehen oder, mit andern Worten, die Joche sind schwächer gesättigt und rufen keine oder nur geringe Oberwellen hervor, so dass einerseits eine Symmetrierung des Magnetisierungsstromes erzielt und anderseits die Oberwellenkompensation auf die Sehenkelamperewindungen beschränkt werden kann. Man kann aber auch in den Fällen, in welchen die Joche gleichfalls Oberwellen erzeugen, den Einfluss der Joche mit berücksichtigen, indem man dafür sorgt, dass der von ein und demselben Fluss durchsetzte Eisenteil, bei dem der Weg des Flusses grösser ist als bei einem zweiten durch einen andern Fluss durchsetzten Eisenteil, schwächer gesättigt ist als der zweite.
Der Grund dafür liegt im folgenden : Es muss, damit sich die Oberwellen im Strom herausheben, für alle drei Flüsse < & i, < s und $3 das Produkt aus Feldstärke, Induktion und Volumen der von ihnen durchsetzten Eisenteile untereinander gleich gross sein. Nun durchsetzt der Fluss 4)", der gleich ist :#a##1b nicht nur den linken äusseren Schenkel, sondern auch die linken oberen und unteren Jochteile und der Fluss $3 den rechten Schenkel und die rechten oberen und unteren Jochteile, während der Fluss (D, nur den Mittelschenkel durchsetzt.
Infolgedessen ist das Volumen der von den Flüssen zizi und $3 durchsetzten Eisenteile grösser als das Volumen des vom Fluss (D, durchsetzten Eisenteiles und infolgedessen müssen die erstgenannten beiden Eisenteile, damit die Volumenbedingung B. H. v = konstant aufrechterhalten wird, etwas schwächer gesättigt werden. Die praktische Ausführung eines solchen Transformators, bei dem auch die Einflüsse der Jochsättigung mit berücksichtigt werden, zeigt die Fig. 26. Die Schenkelschlitze der Aussensehenkel werden bis in die Joche hineingezogen und die Bemessung wird so getroffen, dass die Produkte aus Feldstärke, Induktion und Volumen der verschieden schraffierten Eisenteile untereinander gleich sind. Anderseits muss man aber ferner dafür sorgen, dass auch die Produkte B.
H. v der von den Teilflüssen #a und #b durchsetzten Eisenteile gleich gross sind oder, mit andern Worten, auch bei den gleich schraffierten Eisenteilen muss untereinander die oben angegebene Volumenbedingung, dass die Produkte B. H. v untereinander gleich gross sein müssen, bestehen.
Setzt man voraus, dass die Schichthöhe der Blechpakete in allen Eisenteilen gleich gross ist, so müssen infolgedessen die von den Flüssen #1 und #3 durchsetzten Teile einen etwas grösseren Querschnitt bekommen als der Mittelschenkel, und ferner müssen die von den Flüssen $is und (D. b durchsetzten Eisenteile infolge ihrer grösseren Länge einen grösseren Querschnitt besitzen als die von den Flüssen (Db und #3a durchsetzten Eisenteile.
Wie die Fig. 26* zeigt, ist diese Bauweise besonders für Transformatoren mit Rahmenkernen
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des Transformators magnetisch zu überbrücken.
Bei den bisherigen Ausführungsbeispielen wurde die Aufspaltung der Flüsse dadurch erreicht, dass Hilfswicklungen vorgesehen waren und Schlitze, die senkrecht zur Bleehsehichtebene liegen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, Schlitze vorzusehen, die in Richtung der Blechschichtebene verlaufen. Man kann dann den Transformator aus zwei gleichen Bleehpaketen herstellen. In den Fig. 27 und 28 ist eine solche Anordnung in Vorderansicht und Schnitt gezeichnet. Wie die Fig. 28 zeigt, besteht der Transformator aus zwei gleichen Blechpaketen. Die Schenkel des einen tragen die Wicklung 1, die Schenkel des andern Bleehpaketes die Wicklung 11, wenn das Schaltbild der Fig. 23 oder einer dieser Figur analogen Schaltung zugrunde gelegt wird. Die Wicklung 777 ist wieder die Hauptwieklung, z.
B. die Primär-oder Sekundärwicklung, welche die beiden Blechpakete umfasst. Auch bei dieser Anordnung kann man darauf Rücksicht nehmen, dass auch die Joche Oberwellen erzeugen. Auch hier
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zuführen und sie als Flachkupferwicklung auszubilden. Man kann aber bei dieser Anordnung auch Röhrenwicklungen versehen. Wird bei der Anordnung nach Fig. 27 bzw. 28 eine Schaltung gewählt,
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wie sie z. B. der Fig. 20 zugrunde gelegt wurde, so ist die Wicklung I dann wieder so anzuordnen, dass sie die beiden Eisenteile umschlingt.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich alle auf den Fall, dass die Flüsse in den beiden Teilsehenkeln um 300 gegeneinander versetzt sind. Will man nur die siebente Oberwelle
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180/7 elektrische Grade gegeneinander verschoben sind.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Drehstromtransformator mit fünfschenkligem Eisenkern, bei dem ausser den drei ein Dreiphasensystem bildenden Hauptschenkelflüssen noch ein zweites um 30 gegenüber dem ersten verschobenes Dreiphasensystem von drei Jochflüssen entsteht und zugleich für alle sechs Flüsse die Produkte aus Feldstärke, Induktion und Volumen der von ihnen durchsetzten Eisenteile untereinander gleich gross sind, wobei die dritte Flussharmonische durch Hilfswicklungen in sämtlichen Eisenteilen unterdrückt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die äusseren beiden Schenkel und der Mittelschenkel des fünfschenkligen Eisenkernes die von der Netzspannung erregte Wicklung tragen und dass die aussenliegenden Schenkel schwächer gesättigt sind als der Mittelschenkel,
wogegen die Zwisehenjoehe stärker und die unbewiekelten Schenkel schwächer gesättigt sind als der Mittelschenkel.
2. Drehstromtransformator (Drehstromdrosselspule), bei dem ausser den drei ein Dreiphasensystem bildenden Hauptschenkelflüssen noch ein zweites um 300 gegenÜber dem ersten verschobenes Dreiphasensystem von drei Joehflüssen entsteht und zugleich für alle sechs Flüsse die Produkte aus Feldstärke, Induktion und Volumen der von ihnen durchsetzten Eisenteile untereinander gleich gross sind, wobei die dritte Flussharmonische durch Hilfswicklungen in sämtlichen Eisenkernteilen unter- drückt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rahmenkern verwendet ist und die Rahmenhohe des äusseren Rahmens so gewählt ist, dass der Luftspalt zwischen den Jochen grösser wird als der Luftspalt innerhalb der Schenkel.
3. Drehstromtransformator (Drehstromdrosselspule) mit fünfschenkligem Eisenkern, bei dem ausser den drei ein Dreiphasensystem bildenden Hauptschenkelflüssen noch ein zweites um 30 gegen- über dem ersten verschobenes Dreiphasensystem von drei Joehflüssen entsteht und zugleich für alle sechs Flüsse die Produkte aus Feldstärke, Induktion und Volumen der von ihnen durchsetzten Eisenteile untereinander gleich gross sind, wobei die dritte Flussharmonische durch Hilfswicklullgen in sämtlichen Eisenkernteilen unterdrückt ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Hilfswicklung aus Teilen besteht, die auf einem Teil der Hauptschenkel angeordnet sind, und aus Teilen, die an einem Teil der Joche angeordnet sind (Fig. 9).
4. Drehstromtransformator (Drehstromdrosselspule), dessen Joehfliisse von den Schenkelflüssen des Eisenkernes abweichende Phasenlage besitzen (z. B. Transformator mit fünfschenkligem Kern, Rahmenkern oder Tempeltype), in dessen Eisenkern zwei gegeneinander versetzte Drehstromflusssysteme mit derartiger Induktion, Grösse und Phasenlage vorhanden sind, dass sieh die innerhalb der einzelnen Flusssysteme ergebenden Oberwellen gegenseitig ausgleichen, wobei die dritte Flussharmonische durch Hilfswicklungen in sämtlichen Eisenkernteilen unterdrückt ist und ausserdem die Induktion der Jochflüsse so gewählt ist, dass die von ihnen erzeugten Oberwellen grösser sind als die vom Hauptschenkel erzeugten, dadurch gekennzeichnet, dass die Joche so ausgebildet sind,
dass die von den einzelnen Joehflüssen erzeugten Oberwellen nicht mehr gleich gross sind zum Zweck, Unsymmetrien im Netz auszugleichen.
5. Drehstromtransformator (Drehstromdrosselspule), dessen Jochflüsse von den Schenkelflüssen des Eisenkernes abweichende Phasenlage besitzen (z. B. Transformator mit fünfschenkligem Kern, Rahmenkern oder Tempeltype) und in dessen Eisenkern zwei gegeneinander versetzte Drehstromflusssysteme mit derartiger Induktion, Grösse und Phasenlage vorhanden sind, dass sich die innerhalb der einzelnen Flusssysteme ergebenden Oberwellen gegenseitig ausgleichen, wobei die dritte Flussharmonische durch Hilfswicklungen in sämtlichen Eisenkernteilen unterdrückt ist und eine das Joch gegebenenfalls in einzelnen Löchern durchsetzende Kurzschlusswicklung vorgesehen ist, die eine Vermischung der drei Jochkraftflüsse verhindert, dadurch gekennzeichnet,
dass die die drei Joche umfassende Dreieckswicklung nur aus einer Windung je Teilkraftfluss besteht und beim Eisendurchgang mit mindestens einem Stab der Kurzschlusswicklung magnetisch verkettet ist.