CH136752A

CH136752A - Einrichtung zur Regelung der Spannung eines Wechselstromnetzes.

Info

Publication number: CH136752A
Authority: CH
Inventors: Reszvenytarsasag Villamossagi
Original assignee: Ganz Fele Villamossagi Reszven
Priority date: 1927-05-28
Filing date: 1928-05-21
Publication date: 1929-11-30

Description

Einrichtung zur Regelung der Spannung eines Wechselstromnetzes. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung. die es gestattet, die Spannung an einer be liebigen Stalle eines Wechselstromnetzes zu regeln, das heisst je nach Bedarf entweder hi dem Sinne zu ändern, da.ss eine die Re gelung bewirkende zusätzliche Spannung die zu regelnde Spannung erhöht oder aber ver mindert.

Die Einrichtung besteht aus einem min destens zwei geschlossene Kraftflüsse auf- weisendign Transformator, zum Beispiel einem Serie- oder einem Spannungssteiler-Trans- formator. der für jeden hraftflusskreis je eine Hauptstromwicklung und je eine Hilfs spule trägt, wobei der Transformator derart Beschalltet ist, da,

ss der im Eisenkörper er zeugte Kra.ftfluss die beiden Ha.uptstrom- wicklungen in bezug auf die Wicklungs- bezw. Stromrichtung in entgegengesetztem Sinne durchfliesst.

Der Vorteil .der Einrichtung gemäss der Irrfindung gegenüber Iden bisherigen Ein richtungen zur Spannungsregelung besteht. darin, dass die Regelung nicht, wie bisher, durch bewegliche Regler (Induktionsregler etz.), die in der Anschaffung teuer und dabei auch heikel sind, sondern zum Beispiel durch Serie- oder Spannungsteiler-Transformatoren sicherer Bauart erfdlgt,

ohne in dem zu re- geInd@en (gewöhnlich Hochspannungs-) Strom kreis irgendwelche Schaltungen oder Um schaltungen zu erfordern. Aus diesem Grunde können die kostspieligen Hochspannungs schalter und -umsehalter ganz in Fortfall kommen.

Die Regelung kann dabei entweder mit durch Gleichstrom fremderregbaren oder kurzschliessba,ren I3ilfsspulen erfolgen, deren Spannung jedoch beliebig sein kann, so d@ass die einfachsten Schalter oder gewöhnliche ..Inlass-W asserrheostaten Verwendung finden können.

In der Zeichnung sind mehrere Ausfüh rungsbeispiele der Einrichtung schematisch dargestellt., und zwar zeigt: Füg. 1 einen dreischenkligen Reglertrans- fo:rmator und Fig. 2 eine Anordnung, bei der die fremd erregbaren Hilfsspulen an einem besonderen Schenkel liegen; Fig. 3 bis 5 veranschaulichen Einrichtun gen, bei denen die Zweige des magnetischen Kreislaufes in besonderen Eisenkörpern ver laufen;

Fig. 6 zeigt die Anordnung, bei der die Spannungsregelung durch das Kurzschliessen von parallel geschalteten Hilfsspulen erfolgt; Fig. 7 und 8 zeigen zwei weitere Aus- führungsformen.

In Fig. 1 ist ein dreischenkliger Serie- Transformator veranschaulicht, dessen mitt lerer .Schenkel die Spannungswicklung s trägt, die zwischen die beiden LeiterL, L geschaltet ist, an denen die Spannung geregelt: werden soll.

Der durch diese Spünnungswick- lung s erregte Kraftfluss ist in zwei Kreise I und Ir unterteilt. -Ein jeder dieser Kreise ist mit einer Hauptstromwickung f, f aus- gerüstet, die in Reihe geschaltet sind.

In folge dieser Anordnung sind die durch die Spannungswicklung s und die Ila.uptc+rom- -ricklung f erregten Kraftflüsse in einen der Zweige, zum Beispiel im Zweige II, gleich gerichtet, während sie im andern Zweige ent gegengesetzt gerichtet sind. Ein jeder Zweig ist ferner mit je einer Hilfsspule g1 bezw. g2 ausgerüstet, die durch Cleichstrom erregt werden können.

Je nachdem durch Erregung der Hilfsspule g1 oder g2 der Zweig I und Ir magnetisch gesättigt wird, wird :der durch die Spannungswicklung s erzeugte Kraftfluss aus dem Zweige I bezw. aus .dem Zweige 1I in den andern Zweig verdrängt. Je nach dem nun der durch die Spannungswicklung s erzeugte Kreislauf durch den Zweig I oder durch den Zweig TI geschlossen wird., addiert sieh oder subtrahiert sich die zusätzliche Spannung zu der bezw. von der Grundspan nung.

Um eine induzierende Wirkung der Span- nungswicklung s auf die Hilfsspulen g1, g_ zu vermeiden, kann man die in Fig. 2 dar- gestellte Anordnung benutzen, bei welcher die Hilfsspulen g, g- aal einem einen jeden der Zweige I und II der Kreisläufe über- brückenden, besonderen Schenkel liegen, in bezug auf welchen die Hauptstro:

mspulen f, /-' rechts und links verteilt sind. Um nun der, durch die Wechselströme erzeugten K'raft- fluss von dem die Hilfsspulen g1, g,., tragen den Schenkel fernzuha:lten, sind diese Scheri- liel mit Kurzschlusswindungen 1c versehen.

Die zwei Zweige I und II des magne-- tischen Kreislaufes können auch in vonein ander getrennten Teilen des Eisenkörpers verlaufen, wie dies: die Fig. 0', 4 und 5 zei gen..

Dabei trägt ein jeder Teil :des Eisen körpers eine Spannungswicklung s1 bezw. s., die derart miteinander verbunden sind, dass die durch die eine :oder andere ITa.uptstrom- wicklung f und die Spannungswicklung s, beziv. s:: erzeugten Kraftflüsse in dem einer. Eisenkern, zum Beispiel T" gleichgerichtet, in dem andern Eisenkern aber entgegengesetzt gerichtet sind.

Bei den in Fig. 3 und 4 dar gestellten Ausführungen , sind die beiden
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Hilfsspulen <SEP> g1 <SEP> und <SEP> g:, <SEP> miteinander <SEP> über <SEP> einen
<tb> regelbaren <SEP> Widerstand <SEP> r <SEP> geschaltet.
<tb> Je <SEP> nachdem <SEP> :der <SEP> Einstellkontak. <SEP> egel widerstandes <SEP> r <SEP> gegen <SEP> die <SEP> Hilfssp. <SEP> r
<tb> die <SEP> Spule <SEP> g= <SEP> verschoben <SEP> wird, <SEP> fliei5
<tb> Strom <SEP> durch <SEP> die <SEP> .eine <SEP> oder <SEP> andere <SEP> Hilfssr.
<tb> Die <SEP> in <SEP> Fig. <SEP> 4 <SEP> dargestellte <SEP> Ausführuri
<tb> weicht <SEP> von <SEP> der <SEP> in <SEP> Fia. <SEP> 3 <SEP> dargestellten <SEP> nu.

darin ab, dass die die Hilfsspulen g1 bezw. g tragenden Schenkel des Eisenkörpers ii. wenigstens zwei zueinander parallel ange ordnete und je eine Hilfsspule aufweisende Zweige unterteilt sind; deidurch wird er reicht,. da,ss' das Gleichstromfeld zwischen den Zweigen dieses Schenkels geschlossen wer den kann.

Eine weitere Wirkung dieser Anordnunly besteht darin, da.ss die lfauptstromwicklun- gen f auf die Hilfsspulen g1 bezw. g2 in duktiv nicht zurückwirken, weil jede Ililfs- spule g1 bezw. g2 auf den beiden Zweigei des Sehenkels entgegengesetzt gewickelt ist.

Damit das Wechselstromfeld auch bei grosser Sättigung des Erregerkreises auf die Hilfs spulen nicht zuriickwirke. ist. eine um die Schenkel gel@reuzt kurzgeschlossene Wick lung k angeordnet, wodurch man auch er reicht, dass das Wechselfeld in den beider: Zweigen nur gleichmässig verteilt durchdrin gen kann.

Der Eisenkörper kann, anstatt auf zwei, auch auf mehrere je mit einer Hilfsspule versehene Zweige verteilt sein. Die Stelle der Verzweigungen kann eine beliebige, zum Bei spiel auch der bewickelte Teil des. Eisen körpers, sein.

Die in Fig. 5 dargestellte Anordnung weicht von der in Fig. .l dargestellten nur darin ab, dass der Eisenkörper an mehreren Stellen verzweigt ist, und die Hilfsspulen g der einzelnen Schenkel derart geschaltet sind, dass die nebeneinander liegenden Erre.ger- kraftflüsse Fb entgegengesetzte Richtungen aufweisen.

Die einzelnen Eisenbrücken, die man zwischen die parallelen Zweige der Ein richtung gemäss' der vorangehenden Ausfüh rungsform nach Fig. 4 auch nachträglich ein bauen kann, sind je von einer kurzgeschlos- senen uTicklung k umschlungen, welche das Mertreten des Wechselstromfoldes durch die Brücken a.us einem Zweig in den andern ver hindern.

Die Regelung geschieht bei dieser An ordnung beispielsweise dadurch, dass die Hilfsspulen einzeln oder gruppenweise nach einander erregt werden.

Anstatt die Zweige der Kraftflüsse durch Cdeichstrom magnetisch zu sättigen. kann die Regelun- auch dadurch erfolgen, dass man einen Zweig, beziehungsweise einen der entgegengesetzt geschalteten Serietransforma- toren über einen induktiven oder Ohmseher Widerstand, stufenweise oder durch Ver mittlung von Schaltern plötzlich kurz schliesst.

Dadurch wird der Xra.ftfluss nach dem zweiten Zweig (Transformator) verdrängt, wodurch die Spannungsänderung hervor gerufen wird. Durch Kurzschliessen des einen Zweiges (Transformator) steigt, .durch Kurz schliessen des andern sinkt die Spannung: wenn beide Zweige offen sind, bleibt dif- Spannung unverändert.

Eine solche Einrich- tung mit in einem zweiteiligen Eisenkörper verlaufenden Zweigen des Kraftflusses ist in F ig. G veranschaulicht. g1 und g, sind die Hilfsspulen, durch deren Kurzschliessen die Spannungsregelung erfolgt.

Das Kurz schliessen erfolgt zum Beispiel über diel Olrrr.- schen Widerstände k1 bezw. k=, durch @'er- schiebung des Gleitkontaktes h1 bezw. h::.

wenn kein Zweig kurzgeschlossen - ist, dann tritt bei Belastung des Systems ein von der Belastung abhängiger,: ganz beträcht licher Spannungsfall auf. Deshalb erscheint es zweckmässig, die Hilfsspulen g1, g-, derart ni schallten, dass sie den von der Belastung abhängigen Spannungsfall verhindern.

Zu diesem Zwecke werden die beiden Hilfsspulenl gl, g., parallel geschaltet, so da.P, wenn in den beiden magnetischen Kreisen der Kraftfluss gleich gross ist, die in den Hilfsspulen auftretenden Spannungen ein nder entgegenwirken und sieh- enseitig , a :neg aufheben. :

Sind die Kraftflüsse jedoch ver schieden, dann treten Ausgleichströme auf, die das Bestreben haben, die Kraftflüsse gleich gross zu halten, so dass ein von der Belastung abhängiger Spannungsfall nicht auftreten kann.

Soll die .Spannung durch Kurzschliessen der einen oder andern Hälfte geregelt wer den, so: muss mit dem Kurzschliessen gleich zeitig auch die Parallelschaltung der Hilfs spulen aufgehoben werden.

Dies wird am zweckmässigsten dadurch erreicht, dass das Kurzschliessen der Hilfs spulen g1 bezw. g, und das Unterbrechen des parallel geschalteten Kreises durch eine gemeinschaftliche Vorrichtung (k1, k,) er folgt. Hierfür kämen zum Beispiel auch zwei zwangsläufige Wasserwiderstände in Betracht.

Die beiden magnetischen Kreise können auch in einem einteiligen Eisenkern vereinigt werden.

Der von der Belastung abhängige Span nungsabfall soll zweckmässig auch bei der Einrichtung erfolgen,. bei der die Spannungs regelung durch Sättigung mit Gleichstrom erfolgt. Dies geschieht zweckmässig derart, ,ass in dem Falle, wenn keiner der magne tischen Kreise gesättigt. ist. die beiden Hilfs spulen (oder besondere Spulen) über eine mit Gleichstrom gesättigte Drosselspüle, in der oben beschriebenen Weise parallel ge schaltet sind.

Will man die Spannung regeln und sättigt den einen magnetischen Kreis, dann muss die Gleichstromsättigung der zwi schengeschalteten Drosselspule auf gehoben werden.

Die geschilderten Einrichtungen können -,n beliebige Punkte der Wechselstromleitung angeschlossen werden und gestatten eine Spannungsregelung beliebigen Ausmasses.

In gewissen Fällen kann die angestrebte 'Wirkung auch mit einer einfacheren Schal tung erreicht werden, zum Beispiel wenn sich an der .Stelle des Netzes, an welcher die Spannung geregelt werden soll, ein Traus- formator mit Anzapfungen befindet.

Tu diesem Falle können die beiden ent-- gegengesetzt geschalteten Serie-Transforma- toren als ein Spannungsteiler-Transformator ausgebildet werden;

das heisst die Hauptstrom- und die Spannungswicklungen hönnen derart zu einer gemeinschaftlichen Wicklung ver einigt werden. dass zwei Anzapfungen an die Enden der beiden miteinander in Reihe ge schalteten Hauptstromwicklungen angelegt werden, während die zu regelnde Spannung;

zwischen einem zwischen den beiden Wick lungen liegenden Punkte und dem andern Leiter des Transformators auftritt, wobei deren Grösse durch Sättigung der Hilfsspulen mit Gleichstrom oder durch Kurzschliessen der Hilfsspälen zwischen den Spannungen der beiden Anzapfungen beliebig veränderlich ist.

Eine solche Anordnung ist beispielsweise in Fig. 7 veranschaulicht, w o die gemein schaftliche Wicklung mitf,, f2 bezeichnet ist, deren Mittezu L:, führt, während an ihren Enden die SpannungenL,. L., herr- -zchen. Hierbei ist die Schaltung unter sinn gemässer Anwendung der vorangehenden Aus führungsformen, zum Beispiel nach Fig. und B. derart getroffen.

cla.ss der in der Mitte nachL, und L4 herausgeführte Strom derart durch die beiden Hälften der Wicklung f,. f., fliesst, dass die Stromrichtung in der einer, entgegengesetzt zu derjenigen in der andern verläuft, das heisst der Kraftfluss, der durch die an die Enden der Ilauptstromwicklungen angelegte Spannung in den Eisenkörpern er zeugt wird,

die Hauptstromwieklungen in be- zug auf die Wicklungs- bezw. Stromrichtunt11 in entgegengesetztem Sinne durchfliesst. Zwi- sehen L, und L, \bezw. L_ ändert sich die Span nung durch Kurzschliessen der Hilfsspulen g,, g2. Die Spannung Lj ist.

nämlich identisch mit L, beim Kurzschliessen der Hilfssphle g, und identisch mit L2, wenn die Hilfsspule r_ kurzgeschlossen wird, während bei nicht kurzgeschlossenen Hilfsspulen die Spannung Lr z-%#,schen den SpannungenL,, L, liegt.

Die Ausführungsform gemäss Fig. 8 unter scheidet sich von jener nach Fig. 7 durch aas Anordnen der Hauptstromwicklungen f,. f2 und der Hilfsspulen g,, g= auf einem ein teiligen Eisienkörper. Hier kann der Span nungsabfall in der Mittelstellung auch da.- durch vermieden werden, dass der Mittelsteg von einer weiteren Hilfsspule r umschlossen ist;

diese wird lediglich dann kurzgeschlos sen;, wenn keine der Hilfsspulen g,, g2 kurz geschlossen ist. Auch hier ist die Anwendung von zwangsläufig verbundenen Schaltern vor teilhaft. Selbstverständlich kann die Span nungsregelung auch in diesen Fällen durch Gleichstromerregung erfolgen.

Man kann natürlich auch mehr als zwei Serie-Transformatoren verwenden die hin tereinander gesättigt bezw. kurz geschlossen werden, so dass die Regelung in mehreren Stufen erfolgen kann.

Für die Spannungserregung bei Transfor matoren kann es vorteilhaft sein, die Span- nungswicklung des Regelungstransformators mit der einen, zum Beispiel der Niederspan- nungsseite, seine Hauptstromwicklung aber mit der andern Seite des zu regelnden Trans formators zu verbinden.

Für Dreiphasenstrom können die Spulen der drei. Phasen an einem gemeinsamen Eisen- körper angeordnet werden. wobei man zur Sicherung , der Symmetrie der einzelnen Pha- sen für jede Phaae noch je eine zusätzliche Spule anordnet, die untereinander in Drei eckschaltung verbunden sind.

Claims

PATENTANSPRUCH: rinrichtung zur Regelung der Spannung an einer beliebigen Stelle eines elektrischen Wechselstromnetzes, gekennzeichnet durch einen mindestens zwei geschlossene Kraft- flüsse aufweisenden Transformator, der für jeden Kraftflusskreis je eine Hauptstrom- wicklung und je eine Hilfsspule trägt, wobei der Transformator derart geschaltet ist,

daJ der im Eisenkörper erzeugte hraftfluss die beiden Hauptstromwicklungen in bezug aui liie Wicklun(rs- bezw. Stromrichtung in ent gegengesetztem Sinne durchfliesst. UNTERANSPRUCH: 1. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Haupt.

stromwicklungen der beiden; Kraftfluss- kreise in Reihe geschaltet sind, während eine Spannungswicklung des Serie-Tran=- formators derart an die zu regelnde Spannung geschaltet ist, dass der durch diese Spannungswicklung erzeugte Kraf @- fluJ3 die beiden Hauptstromwicklungen in bezug auf die Wicklungs- bezw. Strom richtung in entgegengesetztem Sinne durchfliesst.

?. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeich net, )dass die Hilfsspulen zum Fremd erregen bestimmt sind. 3. Einrichtung nach Patenta-nspruch,:

da durch gekennzeichnet, da.ss die Hilf s- spu@en zum Kurzschliessen eingerichtet sind. d-. Einrichtung nach Patentanspruch und Untera@nspru-c.h 1, dadurch gekenazeicb- net,

dass der mit drei Schenkeln ausge führte Serie-Transformator am mittleren Schenkel die Spannungswicklung und zu beiden Seiten dieses Schenkels die ver teilte Hauptstromwicklung, sowie die Hilfsspulen trägt.

Einrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeich- net,, dass der mit fünf Schenkeln att.:- geführte Serie-Transformator am mitt lerem Schenkel die Spannungswicklung träg, während die Hilfsspulen an je einem die Zweige der magnetischen Kreisläufe des Serie-Transformators über brückenden Sehenkel liegen, an dessen beiden Seiten die Hauptstromspulen an geordnet sind. 6.

Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den die Ililfs- spulen tragenden Schenkeln Kurzschluss- windungen vorgesehen sind. 7.

Einrichtung nach Patentanspruch unzl Unteranspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass für die beiden magnetischen Kreisläufe voneinander getrennte Teile des Eisenkörpers vorgesehen sind. von denen ein jeder Hilfsspulen, Hauptstram- und Spannungswicklungen trägt, welch letztere derart miteinander verbunden sind, da--ss die durch die Hauptstromwick- lung und Spannungswicklung erzeugten Kraftflüsse in dem einen Eisenkern gleich-, im andern jedoch entgegengesetzt gerichtet sind.

B. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1, 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die die Hilfsspulen tragenden Schenkel des Eisenkörpers in mindestens zwei zueinander parallel angeordnete, je eine Hilfsspule auf weisende Zn: eige unterteilt sind. 9. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1, 2, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet,' dass die die Hilfswick lung tragenden Zweige des Eisenkörpers von einer gekreuzt kurzgeschlossenen Wicklung umgeben sind. 10.

Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1,, 2, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenkörper an mehreren hintereinander liegenden Stel len in parallele Zweige unterteilt ist und die auf den Schenkeln befindlichen Hilfswicklungen derart geschaltet sind, dass die durch dieselben erzeugten Kraft- flüsse in den einzelnen Verzweigungen entgegengesetzte Umlaufrichtung auf weisen. 11.

Einrichtung na-eh Patentanspruch und Unteransprüchen 1. --?, 7. 8 und 10, da durch gekennzeichnet, dass die zwischen den hintereinander liegenden Verzwei gungen befindlichen überbrückenden Eisenteile von je einer kurzgeschlosse nen Wicklung umschlungen sind. 12. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung stufen weise oder plötzlich kurzschliessbare Hilfsspulen dienen.

13. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1, 3, 4 und 12 :, da durch gekennzeichnet, dass die Hilfs spulen derart miteinander verbunden sind, dass die unter Einwirkung des durch die Spannungswicklung hervor gerufenen Feldes entstehende Spannung in der, beiden Hilfsspulen gleich gross, jedoch entgegengesetzt. gerichtet ist, so da,ss bei gleich grossem Felde in den bei den Kreisen die entgegengesetzt geschal teten Hilfsspulen stromlos sind, während bei verschieden grossen Kraftfeldern die Hilfsspulen von einem Ausgleichsstrom durchflossen werden.

14. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1, 3-, 4, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfs spulen parallel geschaltet sind. 15. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1, 3, 4, 12, 13 und 14, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung. durch welche die Verbindung der beiden Hilfsspulen gleichzeitig mit dem Kurz- schliessen der einen oder andern Hilfs spule unterbrachen wird.

16. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1, 3, 4 und 12 bis 15, gekennzeichnet durch miteinander zwangs läufig verbundene Schalten( die einer seits das Kurzschliessen der Hilfsspulen bewirken und anderseits deren Parallel schaltung aufheben.

17. Einrichtun;; nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Haupt strom- und Spannungswicklungen des als Spannungsteiler-Transfarmator dienender! Transformators miteinander vereinig; sind, wobei die Spannung an die En den der beiden miteinander in Reihe o,(:

- Z, schalteten Wieklungen anzulegen ist, während die zu regelnde Spannung zwi schen einem zwischen den beiden Wick lungen liegenden Punkte und einem Lei ter auftritt, und durch Sättigung der Hilfsspulen mit Gleichstrom oder durch Kurzschliessen der Hilfsspulen zwischen den Spannungen der beiden Endpunkte beliebig veränderlich ist. 18.

Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1, 3, 4 und 12 bis 16, zur Regelung der Spannung bei Trans formatoren, dadurch gekennzeichnet-. dass die Spannungswicklung des Regelungs transformators mit der einen und seine Hauptstromwicklung mit der andern Seite des zu regelnden Transformators verbunden ist. 19. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1, 3, 4,. 12 bis 16 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswicklung des Regeltransfor mators mit der Niederspannungsseite und die Hauptstromwicklung mit der andern Seite des zu regelnden Transformators verbunden ist.

20. Einrichtung nach Patentanspruch und 'Unteransprüchen 1. 3, 4, 12 bis 16, 18 und 19, für Dreiphasenschaltung, da durch gekennzeichnet. dass eine jede Phase des Eisenkörpers mit noch einer zusätzlichen Spule versehen ist, die un tereinander in Dreieckschaltung verbun den sind.