CH204154A

CH204154A - Mehrphasentransformator.

Info

Publication number: CH204154A
Authority: CH
Inventors: Haftung Licentia Beschraenkter
Original assignee: Licentia Gmbh
Priority date: 1935-11-02
Filing date: 1936-10-24
Publication date: 1939-04-15

Description

Mehrphasentransformator. Gegenstand des Hauptpatentes ist ein Transformator, der durch ;geeignete Gestal tung und Bemessung des magnetischen Kreises zu einer .Selbstreinigung der Kurve ,des Magnetisierungslstromes von,den darin :

ge- wöhnlich .enthaltenen Oberwellen ,dadurch führt"d.ass sich für jeden geschlossenen Kraft linienweg .die Summe der für sinusförmigen Flussverlauf erforderlichen magnetomotori- schen Kräfte hinsichtlich einer oder mehrerer Harmonischen, vorzugsweise der 5. und 7.

Harmonischen angenähert aufhebt. Dies wird insbesondere an einer Dreieckschaltung des Joches oder einer äquivalenten Ausbildung der Joch- und Rückschlusswege gezeigt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine an ,dere Ausbildung eines solchen Transforma- tors. Die Dreiecksschaltung der Joche hat in ihrer idealen Form zur Voraussetzung, dass -die Anordnung der drei Schenkel über den Ecken eines gleichseitigen Dreieokes erfolgt; der Trans:formatorbau bevorzugt jedoch die Anordnung der .drei Schenkel in einer Ebene.

Erfindungsgemäss, wird bei einem solchen Kern .die Jochdreieckschaltung in der Weise gebildet, dassi man über den beiden joch,- abschnitten eines dreischenkligen T'rausfor- mators noch mindestens ein weiteres Joch.- stü,ck vorsieht, welches die Aufgabe hat,

die beiden äussern Schenkel miteinander zu ver binden, und welches in seinem Amperewin- dungsbedarf bezüglich der 5. und 7. Ober welle auf denjenigen des übrigen magneti- schen. Kreisas abgestimmt ist.

Man gelangt auf diese Weise zu einer an sich bekannten Jochanordnung, bei welcher ein Joch aus konstraltiven Gründen oder mit Rücksicht auf eine Angleichung der magnetischen Wi derstände :der .drei Phasen :geteilt ist.

Jedoch ist .die Bemessung der Teile bei der Erfin dung 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 äussern .Schenkel verbin- dende Jochstück werden dabei die zwischen den Schenkeln vom Fluss entlastet und können in ihrem Volumen be schränkt werden, so da-ss insgesamt kein oder nur ein geringer Mehraufwand entsteht.

Die phasenrichtige Aufspaltung des Flusses einer seits, die Bemessung der Induktionen von Kern und Joch im Hinblick auf ,das Gleich gewicht der magnetomotorischen Kräfte an derseits geben die Lösung der Aufgabe, den Magnetisierungsstrom von den Oberwellen zu befreien.

Um den Grundsatz, da.ss die magneto- motorischen Kräfte der Oberwellen sich in jedem geschlossenen Umlauf über die be- wickelten Schenkel angenähert zu Null er gänzen müssen., zu ve-rvirklichen, ist :

die Ein haltung bestimmter Werte für die Produkte aus Jochlänge und ma.gnetomotorischerKraft der Obenvellen je Längeneinheit, sowie eine Abstimmung .dieses Produktwertes auf den entsprechenden Wert in den bewickelten Schenkeln erforderlich.

Zu diesem Zwecke müssen zunächst symmetrische Flussverhält- nisse in den Jochen geschaffen werden. Es wird daher die grössere Länge des zusätz lichen Schlussstückes in an sich bekannter Weise dadurch ausgeglichen,

dass auch sein Querschnitt gegenüber den andern Jochteilen etwas erhöht und damit die mabanetomotori- sche Kraft -der Oberwellen je Längeneinheit durch die doppelte Wirkung der herab gesetzten Induktion und des dadurch noch mals herabgesetzten Oberwellenanteils ver ringert wird, wobei mässige Induktionsverrin- gerungen im langen Schlussstück für den er forderlichen Ausgleich genügen.

Dieser Be dingung ist bei. der Verwirklichung des Er findungsgedankens die Forderung über geordnet, die magnetischen Teilspannungen, welche auf Joche und Schenkel entfallen, miteinander hinsichtlich der 5. Obergelle ins Gleichgewicht zu setzen. Es gelingt dies nach Fig. 4 des Hauptpatentes durch an genäherte Einhaltung der Beziehung
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worin AW Amperewindungen bedeuten.

Damit bei Anwendung des zusätzlichen Joches die Selbstreinigung des @fab@neti::ie- rungsstromes von Oberwellen erreicht wird, muss, ebenso wie beim Hauptpatent, der Fluss in den Jochabschnitten trotz !der ver- sehiedenen Längen angenähert um 120' ver setzt sein, indem man, ähnlich wie in Fig. 6 des HauptTatenteseine Hilfswioklung vor sieht, welche erzwingt,

dass das Dreieck der Flüsse geschlossen und gleichseitig ist. Selbst verständlich kann die Hilfswicklung zugleich auch als Dämpfenvicklung für die dritte Harmonische ausgebildet sein.

Verzichtet man auf die Anwendung von Hilfswicklun gen, so wird durch geeigneten Abstand des zusätzlichen Schlussstückes von den beiden kurzen Jochabschnitten oder durch an sich bekannte Abschirmungsmittel wie zwischen gelegte Kupferplatten. Kurzsehlu.sswindun- gen und dergleichen ein gegenseitiges Über treten -der Flüsse aus den räumlich parallel verlaufenden Jochabschnitten vermieden.

Ferner ist es möglich, die Fluss@>erteilung dadurch zu regeln, da.ss eine Vergrösserung des Amperewindungsbedarfes einzelner Joch- abschnitte im Ausgleich .des Bedarfes anderer Abschnitte durch Belastung mittels Hilfs drosseln von vorzugsweise gesättigter Chara-k- teristik erfolgt.

Fig. 1 zeigt einen normalen dreischenk- ligen 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 bezw. 23 verbunden sind, werden die Schen kel 1 und 3 durch die etwas breiteren Joch stücke 31 überbrückt. Hierbei ist zwischen den Jochteilen 12.

23 einerseits und 31 ander seits ein hinreichender Abstand. so dass von 3.1 nach 12 und 23 keine Kraftlinien über treten können. In Fig. 2 sind die Jochteile 12, 2.3 und311 durch Hilfswicklungen 7 verkettet, welche den Flussverlauf steuern bezw. die dritte Flussharmonische dämpfen.

In Fig. 3 liegen die Jochteile dicht überein- arider. Um zu verhindern, -:ass der Fluss von 31 nach 12 bezw. 2'3 übergeht; ist zwischen diesen Teilen eine Kupferplatts 9 vorgesehen.

Stattdessen können auch, wie in. Fg. 4 ge zeigt ist, zwischen den nur durch einen schmalen Schlitz getrennten übereinander an geordneten Jochteilen Kurzschlusswindungen 9 vorgesehen werden.

Wenn man die oben angeführte mathe- matische Beziehung für die Amperewindun- gen unter Anwendung annähend gleicher Sättigungen in Schenkeln und Jochen erzie len will, so ergibt sich bei den praktisch er forderlichen ,Schenkellängen eine zu grosse Jochlänge.

Um eine derartige Bemessung trotzdem zu ermöglichen, werden die Joch- längen künstlich vergrössert und .gleiehzeitig die ;Schenkellängen verkleinert, indem man die Auftrennung der Joche in @die einzelnen Schenkel fortsetzt.

Die Aufspaltung d er En den der Schenkel wird dabei so lang aus- geführt, dass die Wege der Kraftlinien für .die einzelnen Phasen überm die JochL4üeke annähernd ausgeglichen werden.

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

In der Fig. 5 ist hierfür ein Ausfüh rungsbeispiel ,gezeigt. Es sind 1, 2., 3 -die drei Schenkel des Transformators mit den darauf befindlichen Wicklungen 4, 5, 6.

Es sind fer ner 12, 2,3 und 31 die drei durch den Schlitz 9 entstandenen Jochstücke. 91, 92 und. 93 sind Schlitze in den Schenkelenden. Sie sind so bemessen, dass die Kraftlinienwege in d en Jochstücken 1'2, 23 und 3,1 einschliesslich ihrer Verlängerungen in den Schenkeln an nähernd gleich sind. Die einzelnen Jochteile lassen sich auch im vorliegenden Falle mit Hilfswicklungen versehen.

Die Aufteilung -der Kraftlinienwege braucht nicht an beiden Jochseiten. zu erfolgen, sondern es genügt hierzu das obere Joch und die obern Schen kelenden.

Die Aufspaltung der Schenkel zur Ab gleichung der magnetischen Widerstände lässt sich in gleicher Weise an .den drei bewiokel- ten Schenkeln eines fünischenkligen Kerns ausführen.

Man ist im übrigen bei einem dreischenk- ligen Transformator bezüglieh der Zuwei sung getrennter Kraftlinienwege an die drei Flüsse nicht an ein besonderes Hilfsjoch bezw. ein :

Schlitzen der Schenkel gebunden, sondern, kann auch die gleiche Wirkung erhalten, indem man ein ungeteiltes, Jooh durch eine elektrisch miteinander verbundene Bolzenreihe auftrennt, wobei sich diese je nach Bedarf in die Schenkel fortsetzen kann. Dadurch entstehen zwei durch :die Achsen ebene der Bolzen:

getrennte Teile des gemein- samen Jochesi mit verschiedenen, magnetischen Aufgaben. Die durch die Bolzenreihen ,ge- sahaffenen Kurzschlusswindungen verhindern ein Übertreten des Kraftflusses aus dem obern Teil in .die untern Abschnitte,

also eine Mischung der Kraftflüsse von vers@chiedenar Phase. Die gut leitenden Bolzen können in vorteilhafter Weise auch gleioh zur Zusam menpressung des Joches mitverwendet wer- den. Umeine feine Einstellung -der Teilungs ebene zu ermöglichen, können die Bolzen, in ,

Schlitzender Höhe nach verstellbar angeord net werden.

In Fig. 6@ sind die Bolzen in den Jochen unmittelbar an .den Enden miteinander ver- bunden, und kurzgeschlossen.. Stattdessen kann man sie auch zu Wicklungen zusiam- menschliessien und daraus eine Dämpfem- wieklung bilden.

Fig. 7 zeigt hierfür ein Aus- führungsbaispiel. I?arin ;

gehören die Bolzen zwei verschiedenen Jochwicklungen an, in- ,dem von dem einen Bolzen 9a um. die obere Jochhälfte zu dem nächsten Bolzen 9cc und von diesem um :die untere Jochhälfte zum übernächsten Bolzen gegangen wird.

Es sind dann die Wicklungsteile,der zu verschiedenen. Jochteilen gehörenden Wicklungen abwech selnd hintereinandergeschaltet. In diesem Falle kann man zwar die Jochwicklung nicht vom Netz aus erregen. Man erhält aber ander- seits eine geringere Anzahl von Bolzen.

Erhält die Dämpferwicklung ihre mag- netische 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 un- mittelbarer Nachbarschaft des Kerns ange ordnet ist, wird auf diese Weise nur eine verhältnismässig geringe Vergrösserung des Durchmessers des gesamten Wicklungsauf- baues hervorgerufen. Insbesondere wird die Arbeitswicklung bezüglich Bemessung und Verhalten wenig beeinfluss@t.

Die Hilfswicklung wird als Flaehband- wicklung ausgeführt und in Isoliermaterial eingebettet, indem sie beispielsweise in Nuten oder Eindrehungen eines Isolierzylinders ein gelegt wird. .Staltdessen 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 dichtschliessender Isoliermantel. Hieran schliesst sich die Arbeitswicklung in üblicher Anordnung und Ausführung an.

Die Hilfswicklung kann unter Umständen einen grösseren Kurzsehluss6trom führen, wenn beispielsweise eine Phase Erd@schluss erhält und gleichzeitig eine direkte Erdung des Nullpunktes zustande kommt. Damit diese Kurzschlussströme nicht eine stärkere Bemes- sung des Leiterquerschnittes der Hilfs wicklung bedingen, wird .diese mit möglichst grosser Streuung ausgeführt, indem man sie in der Mitte der Schenkel anordnet.

Man kann auch. die Überströme .dadurch begrenzen, dass man in :den Zuleitungen zur Jochwicklung Sicherungen vorsieht. Diese ordnet mau zweckmä.ssigerweise ausserhalb der Isolation er Hilfswicklung an, damit sie leicht zu gänglich sind. Man kann sie auch über den Deckel des Transformators verlegen. Dabei müssen natürlich auch die Verbindungen zivi- schen der Hilfswicklung und der Dämpfer- %4cklung über den Deckel gebracht werden.

Es empfiehlt sich unter Umständen die Siche rungen so auszuführen bezw. anzuordnen, da.ss sie gleichzeitig auch die Dämpferwieklun.g schützen. Sie liegen alsdann zweckmässig in lem Knotenpunkt, der durch die Verbindung der Phasen der Dämpferwicklung und der Hilfswicklung entsteht.

Fig. 8 zeigt das Schaltungsschema und den prinzipiellen. Aufbau eines derartigen Transformators. 1, ?, 3 sind die Schenkel des Kern,, die im obern Teil geschlitzt sind und durch Jochstücke 1?, ?3, 31 überbrückt wer den.

Das Jochstück 31 ist von den andern bei den durch einen Schlitz getrennt, so dass für die drei Phasen voneinander getrennte Kraft- lin2enulege entstehen, welche in ihrer Länge durch passende Bemessung der Schlitze ab geglichen werden. Die Jochstücke tragen eine Jochwicklung 7, durch welcho die dritte Flussha.rmonisehp im Jochdreieck unterdrückt wird.

Auf diese -Weise wird die 5. Ha-r- monisehe im Magneti.sierungsstrom zum Ver- schwinden gebracht. Die Jochwicklung 7 wird von der auf den Schenkeln befindlichen und in Stern geschalteten Erregerwicklung 8 gespeist.

Die Hauptwicklungen sind der Ein fachheit halber fortgelassen. Damit das Auf treten von grösseren Überströmen verhindert wird, sind in den Verbindungsleitungen der Erregerwicklung 8 und der Jochwicklung 7 Sicherungen 9 vorgesehen, welche so zugäng lich sind, dass beim Ersatz keine Wicklungs teile und Isolation entfernt zu -werden brau chen. Zweckmässigerweise wird man die .Si- cherungen als Blechstreifen ausführen, die schwächer als das Flachband für die Dä .mpfer- wicklung sind.

Die Fig. 9 zeigt im Aufriss den konstruk tiven Aufbau eines Aussenschenkels des Transformators. Die aus Fla.chkupferband bestehende Errcgerivichlung 8 befindet sich dem Eisenkern 1 am nächsten und ist auf einen Papierzylinder 15a aufgewickelt. In diesen sind Rillen eingedreht, welche die Wicklung 8 aufnehmen, .so dass sie nicht über die Oberfläche des Isolierzylinders, 15a hervorsteht und ein Isolierzylinder 15h schliessend übergeschoben werden kann.

Auf den Isolierzylinder 1:5 ist die Niedervoltssiek- lung -1a in zwei Lagen gegickelt, welche durch einen Ülkanal und einen Isolierzylin der 16 voneinander getrennt sind. Darauf folgt ein - vorzugsweise. aus saugfähigem Papier gebildeter - stärkerer Isalations- zylinder 17, der an jedem Rande meinem Winkelring endet.

Auf den Isolationszylin der 1.7 ist die Ilochvoltwicklung 4b gewickelt, welche ebenfalls aus zwei durch einen, Isola- ti:

onszylinder 18 getrennten Lagen, besteht. Die .dicht beieinander liegenden und nur durch den Isolierzylinder 17 getrennten Hoch und Niederspannungswicklungen bestehen mit Rücksicht auf dass Feld des Streukanals und die dadurch hervorgerufenen WiTb:

el- stromverluste aus unterteilten Leitern. Die durch .den Schlitz zwischen den Jochstücken 1.2, und 3:1: verlegten Dämpferwicklun:gen sind fortgelasisen.

Claims

PATENTANSPRUCH: MehTph#asüentransformator mit drei 'in einer Ebeno liegenden bewickelten Sehenkeln., wobei sich für jeden geschlossenen Kraft linienweg die Summe der erforderlichen mag neto:motorisehen Kräfte hinsichtlich der 5. und 7.

Harmonischen aufhebt, gekennzeich- net durch mindestens ein in der gleichen Ebene verlaufendes, zusätzliches Jochschlul3- stück, das :

die beiden Aussenschenkel verbin det und dessen Amperewindungsbedarf hin- sichtlich der 5. und 7. Oberwelle auf denjeni gen .der übrigen magnetischen Kreise abge stimmt ist. UNTERANSPRüCHE 1.

Transformator nach Patentanspruch, ge- kennzeichnet durch Mittel zur Steuerung ,des magnetischen Flusses. in :den, drei JochaIschnitten. 2. Transformator nach Patentanspruch, ge- kennzeichnet :

durch Mittel zur Verhin derung des Übertrittes von Streukraft- linken zwischen :den einzelnen; Joch- abschnitten. 3. Transformator nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, :dass ein Luft spalt zwischen:

den parallel verlaufenden Jochabschnitten eingeschaltet ist. 4. Transformator nach Unteranspruch 2, gekennzeichnet durch Verwendung von elektrisch gut gleitenden Schirmkörpern oder Kurzschlusswindungen zur magneti- schen Isolierung der Jochabschnitte. 5.

Transformator nach Unteranspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung von Hilfswicklungen auf den Jochen, welche angenähert gleich grosse, um 1210' ver- setzte Flüsse in :den Jochabschnitten er zeugen.

6. Transformator nach Unteranspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verringerung .der Induktion im langen Jochschluss- stück durch Vergrösserung seines. Qner- schnittes. 7.

Transformator nach Unteranspruch 1, gekennzeichnet durch Erhöhung :des Amperewindungsbedarfes einzelner Joch- abschnitte durch Belastung mittels Hilfs- drosiseln von gesättigter Charakteristik. g.

Transformator nach Patentanspruch, .da durch gekennzeichnet, dass die Auftren- nung der Joche sich in :die :einzelnen Schenkel derart fortsetzt, dass die Joch- längen;

künstlich vergrössert, hingegen die Schenkellängen künstlich verkleinert werden. 9. Trausrformator nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, :dass die Kraft- linienw:ege für :die einzelnen Phasen über ,die Jochstücke durch :

die Aufspaltung ,der Schenkel einander angeglichen sind. 10. Transformator nach Unteranspruch 9, dadurchkennzezchnet, -dass die Auf- spaltung :des mittleren Schenkels länger als die .der übrigen ist. 1,1. Trausfo.rmaIor nach Unterauspruch 8, gekennzeichnet durch :

eine magnetische Auftrennuug des ungeteilten Joches durch eine elektrisch verbundene Bolzen reihe, welche den drei:

Flüssen der Phasen getrennte Kraftlinienwege im Joch zuweist. 12. Transformator nach Unteranspruch 11, dadurch gekennz:eiehnet, dass :die Bolzen aus .gut leitendem Material bestehen..

13. Transformator nach Unteranspruch 12, :dadurch .gekennzeichnet, :dass die Bolzen zur Pressung der Joche mitverwenIet werden.. 14. Transformator nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bolzen einzeln oder insgesamt der Höhe nach verstellbar angeordnet sind.

15. Transformator nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bolzen unmittelbar an ihren Enden miteinander verbunden und kurzgeschlossen sind. 16. Transformator nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die das un- geteilte Joch durchsetzenden Bolzen eine Dämpferwieklung bilden.

17. Transformator nach Unteranspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass Bolzen zwei zu verschiedenen Jochteilen gehörenden Teilen der Dämpferwicklung gemeinsam angehören, die abwechselnd hintereinan- dergeschaltet sind. 18.

Transformator nach Unteransprüchen und 16 mit Dämpferwieklung auf den Jochen., welche von einer auf den Schen keln befindlichen Hilfswicklung gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass :d.ie in unmittelbarer N achbanschaft des Kerns angeordnete Hilfswicklung als einlagige, in Isoliermaterial eingebettete Flach- banclwiol@lung ausgebildet ist.

1.9. Transformator nach Unteranspruch 18, ,dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfs wicklungen in Vertiefungen eines Isolier zylinders liegen. 20. Transformator nach Unteranspruch 18. dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfs wicklung auf einen glatten Isolierzylin der gewickelt ist und die Zwischenräume zwischen den Windungen mit Isolier streifen ausgefüllt sind.

21. Transformator nach Unteranspruch 18, gekennzeichnet durch Mittel, durch wel che die Überströme in den Hilfswieklun- gen und damit ihr Leiterquerschnitt klein gehalten werden. 22. Transformator nach Unteranspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfs wicklung mit grosser Streuung ausge führt ist. 23. Transformator nach Unteranspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfs wicklung im wesentlichen in der Mitte der Schenkel untergebracht ist.

24. Transformator nach Unteranspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ver bindungsleitungen von der Hilfswick lung zur Dämpferwicklung Sicherungen vorgesehen sind. 25. Transformator nach L:nteranspi-uch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Siche rungen ausserhalb der Isolation der Hilfs- wicklung liegen.

2@6. Transfoinnator nach Unteranspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die An schlüsse zwischen der Hilfswicklung und Dämpferwicklung über den Deckel des Transformators geführt und dis Siche rungen oberhalb des Deckels vorgesehen sind.

27. Transformator nach Unteranspruch 2,1, dadurch gekennzeichnet, dass die Siche rungen so ausgeführt sind, dass sowohl die Anschlüsse der Hilfswicklung an die Jochwicklung als auch an die Verbin dungen zwischen den Phasen der Joch- wicklung beim Ansprechen unterbrochen werden. 2.8. Transformator nach Unteranspruch 2.7, dadurch gekennzeichnet, dass die Siehe rungen in den Verbindungspunkten der Hilfswicklung mit der Jochwicklung liegen.