CH401251A - Einrichtung zur Speisung eines einphasigen Verbrauchers aus einem Mehrphasenwechselstromnetz vorgegebener Grundfrequenz - Google Patents

Einrichtung zur Speisung eines einphasigen Verbrauchers aus einem Mehrphasenwechselstromnetz vorgegebener Grundfrequenz

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CH401251A
CH401251A CH725362A CH725362A CH401251A CH 401251 A CH401251 A CH 401251A CH 725362 A CH725362 A CH 725362A CH 725362 A CH725362 A CH 725362A CH 401251 A CH401251 A CH 401251A
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capacitors
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CH725362A
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Peter Biringer Paul
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Ajax Magnethermic Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F30/00Fixed transformers not covered by group H01F19/00
    • H01F30/06Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure
    • H01F30/12Two-phase, three-phase or polyphase transformers
    • H01F30/14Two-phase, three-phase or polyphase transformers for changing the number of phases
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description


      Einrichtung    zur Speisung eines einphasigen Verbrauchers  aus einem     Mehrphasenwechselstromnetz    vorgegebener Grundfrequenz    Die bekannten Einrichtungen zur Speisung oder  zum Betrieb eines einphasigen Verbrauchers aus  einem     Mehrphasenwechselstromnetz    vorgegebener  Frequenz haben bekanntlich einen sehr schlechten  Leistungsfaktor und die Mittel zur Verbesserung  des Leistungsfaktors sind vergleichsweise kostspielig.  Wird z.

   B. die einphasige Ausgangswicklung     auf    dem  gemeinsamen Schenkel eines     Dreiphasenjoches    der       Y-Bauart    aufgebracht, dessen drei Phasenschenkel je  eine Primärwicklung tragen, so werden ausserdem in  das     Mehrphasenwechselstromnetz    Harmonische sei  ner Grundfrequenz zurück reflektiert, was     ebenfalls          unerwünscht    ist.  



  Für zahlreiche Verwendungszwecke sind infolge  dieser Mängel die bekannten Einrichtungen nur schon  aus wirtschaftlichen Gründen nicht brauchbar. Dies  trifft insbesondere dann zu, wenn als einphasiger  Verbraucher ein Induktionsofen höherer Leistung zur  Anwendung kommen soll, wobei dazu kommt, dass  ein Induktionsofen an sich schon einen schlechten  Leistungsfaktor aufweist und demzufolge die zusätz  lichen Mittel zur Verbesserung des Leistungsfaktors  noch kostspieliger werden.

   Aus diesen und ähnlichen  Gründen hat man daher in der Regel ein Maschinen  aggregat vorgezogen,     welches    gleichzeitig     als        Fre-          quenzumformer    wirkt und bei welchem der Mehr  phasenwechselstrommotor einen     Einphasenwechsel-          stromgenerator    antreibt, welch letzterer dann den       betreffenden    Verbraucher speist.  



  Die vorliegende     Erfindung    befasst sich nun mit  einer Einrichtung zur Speisung eines einphasigen  Verbrauchers aus einem     Mehrphasenwechselstrom-          netz    vorgegebener Grundfrequenz, insbesondere zum  Betrieb von     Hochleistungsinduktionsöfen,    und ist da-    durch gekennzeichnet, dass für jede Phase des spei  senden     Mehrphasenwechselstromnetzes    eine strom  abhängige     Induktivität    vorgesehen ist,

   welche eine  nichtlineare     Strom-Spannungs-Charakteristik        aufweist     dass zwischen den Speiseklemmen jeder Phase des       Mehrphasenwechselstromnetzes    und der     betreffenden     stromabhängigen     Ind'uktivität    eine     wenigstens    nähe  rungsweise eine lineare     Strom-Spannungs-Charakte-          ristik        aufweisende        Reaktanz        eingeschaltet    ist, dass  Kondensatoren vorgesehen sind, welche an An  schlüsse der stromabhängigen     Induktivitäten    gelegt  jede Phase überbrücken,

   dass Mittel vorgesehen     sind,     die den Anschluss eines einphasigen Verbrauchers  gestatten und diese einphasige     Belastung    der Ein  richtung gleichmässig auf die verschiedenen Phasen  des speisenden     Mehrphasenwechselstromnetzes    ver  teilen, dass die genannten wenigstens     näherungsweise     linearen     Reaktanzen    derart bemessen sind,

   dass sie  gegenüber den von den stromabhängigen     Induktivi-          täten    erzeugten     Harmonischen    der     Grundfrequenz     des     Mehrphasenwechselstromnetzes        hochohmige    Im  pedanzen darstellen und demzufolge zwischen ihren  mit den stromabhängigen     Induktivitäten    verbundenen  Anschlüssen von Phase zu Phase betrachtet     nicht-          sinusförmige    Wechselspannungen auftreten, und dass  ferner die Kondensatoren derart ausgeschaltet und  bemessen sind,

   dass sie für die     genannten    Oberhar  monischen der Grundfrequenz     niederohmige    Impe  danzen bilden und den stromabhängigen     Induktivi-          täten        nicht-sinusförmige    Ströme aufdrücken.  



  Ausführungsbeispiele der     vorliegenden    Erfindung  sind in der Zeichnung schematisch dargestellt, wobei  zu Vergleichszwecken in der     Fig.    1 der Zeichnung  die an sich bekannte Verwendung eines rotierenden  Maschinenumformers veranschaulicht ist.

   Ausfüh-           rungsformen    der Erfindung zeigen die     Fig.    2 bis 10,  und zwar zeigen       Fig.    2 eine bevorzugte Ausführungsform zum  Betrieb eines einphasigen Induktionsofens aus einem       Dreiphasendrehstromnetz,    welches einen Nulleiter  aufweist,       Fig.    3 eine Variante der Einrichtung nach     Fig.    2,  wobei das     Dreiphasendrehstromnetz    keinen Nullei  ter aufzuweisen braucht und sich zudem der in der       Fig.    2 verwendete einphasige Zwischentransforma  tor erübrigt,       Fig.    4 eine im Prinzip der     Fig.    3 gleiche Einrich  tung,

   wobei ferner Mittel zur Spannungsregulierung  veranschaulicht sind,       Fig.    5 eine der     Fig.    2 ähnliche Einrichtung,  wobei aber das speisende     Mehrphasenwechselstrom-          netz    keinen Nulleiter aufweist, dafür aber zusätzliche  Mittel zur Schaffung eines     primären    Sternpunktes  vorgesehen sind, der     funktionsmässig    an die Stelle  des Nulleiters     tritt.     



       Fig.    6 eine Variante der Einrichtung nach     Fig.    2,  wobei unter Zuhilfenahme der ohnehin erforderlichen  Kondensatoren ein     Zwischensternpunkt    gebildet wird,  an welchen der einphasige Verbraucher gegebenen  falls unter Zwischenschaltung eines normalen Ein  phasentransformators einpolig angeschlossen ist,       Fig.    7 eine bevorzugte Ausführungsform des zur  Anwendung kommenden Magnetjoches der     5-Schen-          kel-Bauart,          Fig.    8 eine erläuternde graphische Darstellung  betreffend die in den     Schaltungen        veranschaulichten     stromabhängigen     Induktivitäten,

            Fig.    9 eine weitere Variante der     erfindungsge-          mässen        Einrichtung,    in welcher die stromabhängigen       Induktivitäten    eine     Anzapfung    aufweisen, so dass sie  gleichzeitig als einphasige Spartransformatoren wir  ken, und in welcher keinerlei Sternpunkte zum     An-          schluss    des     einphasigen    Verbrauchers benötigt wer  den, und       Fig.    10 eine gegenüber der     Fig.    9 vereinfachte       Variante,    welche dann zur Anwendung kommen       kann,

      wenn das speisende     Mehrphasenwechselstrom-          netz    einen vorzugsweise geerdeten Nulleiter aufweist.  



  In der     Fig.    1 ist das     an    sich bekannte System  der elektrischen Speisung eines Induktionsofens ge  zeigt, in welchem an das primäre     Dreiphasendreh-          stromnetz    10 von beispielsweise 50 oder 60 Perioden  ein normaler     Dreiphasenmotor    11 angeschlossen ist,  der     seinerseits    zum Antrieb eines     Einphasenhoch-          frequenzgenerators    12 dient. Der letztere speist dann  die Induktionswicklung 13 des Induktionsofens 14.  Zur Verbesserung des an sich schlechten Leistungs  faktors sind entsprechend bemessene Kapazitäten 15  vorgesehen.  



  Bei der     erfindungsgemässen    Einrichtung nach       Fig.    2 speist das primäre Drehstromnetz 16, 17, 18  stromabhängige     Induktivitäten    20, 21, 22, wobei  jeder Phase des Drehstromnetzes eine solche strom  abhängige     Induktivität    zugeordnet ist. Die genannten    stromabhängigen     Induktivitäten    sind solche, die eine  nichtlineare     Strom-Spannungs-Charakteristik    aufwei  sen, so dass die Kurvenform des speisenden Wechsel  stromes stark     verzerrt    wird und höhere Harmonische  der Grundfrequenz des Drehstromnetzes in diesen  stromabhängigen     Induktivitäten    erzeugt werden.

   Im  Übrigen sind die stromabhängigen     Induktivitäten    ein  polig in Sternschaltung verbunden, so dass ein     aus-          gangsseitiger    Sternpunkt entsteht. In der     Fig.    2 ist  ferner angenommen, dass das primäre Drehstrom  netz 16 bis 18 einen Nulleiter 19 besitzt. Die strom  abhängigen     Induktivitäten    20 bis 22 sind nun von den  Eingangsklemmen 16 bis 18 des Drehstromnetzes  unter Zwischenschaltung von je eine     Induktivität    ent  haltenden     Reaktanzen    getrennt.

   In der     Fig.    2 be  stehen diese     Reaktanzen    aus den     Induktivitäten    23,  24, 25, denen je ein Kondensator 35, 36, 37 (gestri  chelt veranschaulicht) parallel geschaltet ist. Die       solchermassen    gebildeten     Reaktanzen    sollen eine  lineare Strom -     Spannungs    - Charakteristik aufweisen,  d. h. ihr Scheinwiderstand soll wenigstens     näherungs-          weise    in dem Sinne konstant sein, dass er im wesent  lichen nicht von der Amplitude der an ihnen wirk  samen Ströme oder Spannungen abhängt.

   Dies kann  zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass die     In-          duktivitäten    23, 24, 25 als Drosselspulen ausgebildet  sind, deren Wicklungen<I>23a, 24a, 25a</I> auf     Magnet-          jochen    23b, 24b, 25b sitzen, welche je einen hinrei  chend bemessenen Luftspalt aufweisen. Die     solcher-          massen    gebildeten linearen     Reaktanzen    dienen nun       dazu,    die stromabhängigen     Induktivitäten    20, 21, 22  hinsichtlich der in ihnen erzeugten Oberharmonischen  vom primären Drehstromnetz 16 bis 18 zu trennen.

    Dementsprechend sind diese linearen     Reaktanzen     derart bemessen, dass sie für die genannten Ober  harmonischen hohe Scheinwiderstände bzw. hohe  Impedanzen darstellen, so dass praktisch keine Ober  harmonischen in das primäre Drehstromnetz 16 bis  18 zurück     reflektiert    werden. Zwischen den An  schlüssen der genannten linearen     Reaktanzen,    welche  mit den zugeordneten Anschlüssen der stromabhän  gigen     Induktivitäten    verbunden sind, treten dann, von  Phase zu Phase betrachtet,     nicht-sinusförmige    Span  nungen auf.

   Ferner sind Kondensatoren 26, 27, 28  vorgesehen, welche an Anschlüsse der stromabhän  gigen     Induktivitäten    20 bis 22 gelegt, jede Phase  überbrücken und demnach unter dem     Einfluss    der  oben erwähnten     nicht-sinusförmigen    Spannungen ste  hen. Die Kondensatoren 26 bis 28 sind dabei     derart     bemessen, dass sie für die in den stromabhängigen       Induktivitäten    erzeugten Oberharmonischen     nieder-          ohmige    Impedanzen bilden und     nicht-sinusförmige     Wechselströme führen.

   Die Einrichtung wird durch  einen normalen     Einphasenausgangstransformator    29  ergänzt, dessen Primärwicklung 30 zwischen dem  ausgangsseitigen Sternpunkt 22a und dem Nulleiter  19 bzw. dem Erdanschluss 32 eingeschaltet ist, und  dessen Sekundärwicklung 31 an die Induktionswick  lung 33 des als Verbraucher dienenden Induktions  ofens 34 angeschlossen wird.      Was die Drosselspulen 23 bis 25 und die ihnen  parallel geschalteten Kondensatoren 35 bis 37 be  trifft, so sind diese derart bemessen, dass sich eine       Parallelresonanzfrequenz    ergibt, die im Bereich zwi  schen der fünften und siebenten Oberharmonischen  der Grundfrequenz des speisenden Drehstromnetzes  liegen soll.  



  Jedes der mit dem Index   b   bezeichneten  Magnetjoche der Drosselspulen 23 bis 25 und der  stromabhängigen     Induktivitäten    20 bis 22 besteht aus       ferromagnetischen    gebleckten Kernen. Die Bauart der  in Frage kommenden Magnetjoche ist indessen in  der     Fig.    2 nicht näher angedeutet ; jedes der     Magnet-          joche    kann indessen die übliche     E-1    Bauart haben,  aber auch die Verwendung von     C-förmigen    Kernteilen  ist möglich.

   Die Kernquerschnitte und die Luftspalte  der Drosselspulen 23 bis 25 sind dabei wie üblich  unter Berücksichtigung der auftretenden Maximal  ströme derart bemessen, dass sich     Reaktanzen    er  geben, welche praktisch nicht von der Amplitude der  an ihnen wirksamen Wechselströme abhängen. Um  gekehrt sind die Magnetjoche der stromabhängigen       Induktivitäten    20 bis 22 so ausgelegt,     dass    sie im  ausgeprägt nichtlinearen Teil der     B-H-Charakteristik     ihrer Kerne arbeiten.

   Ein solcher Betrieb der stromab  hängigen     Induktivitäten    20 bis 22 setzt voraus, dass  ihren Wicklungen ein hoher     Magnetis.ierungsstrom     fliesst, der ausser der Grundfrequenz auch noch aus  geprägte Oberharmonische derselben und zwar von  der fünften und noch höherer Ordnung aufweist. Die  üblichen Kernwerkstoffe verlangen insbesondere eine  hohe Amplitude der fünften Harmonischen im Be  reich hoher Flussdichten. Dabei haben die Kondensa  toren 26 bis 28 sowohl die Grundfrequenz als auch  die fünfte Harmonische des     Magnetisierungsstromes     der     Induktivitäten    20 bis 22 zu liefern.

   Im Übrigen  weist jedes der Magnetjoche sowohl der Drossel  spulen 23 bis 25 als auch der stromabhängigen In  duktivitäten 20 bis 22 nur je eine     einzige    Wicklung  auf, wie dies in der     Fig.    2 schematisch dargestellt ist.  



  Eine etwas abgewandelte Einrichtung zeigt     Fig.    3,       gemäss    welcher der in der     Fig.    2 noch erforderliche       Einphasenausgangstransformator    29 weggelassen wer  den kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die Kerne  <I>20b, 21b, 22b</I> der stromabhängigen     Induktivitäten     20, 21, 22 noch je eine Sekundärwicklung 38, bzw.  39, bzw. 40 haben. Die Sekundärwicklungen 38 bis  40 werden in Reihe geschaltet und der zu betreibende  einphasige Verbraucher wird an diese Reihenschal  tung der Sekundärwicklungen     angeschlossen.    In die  sem Fall dienen die in Stern geschalteten Wicklungen  20 bis 22 als Primärwicklungen.  



  In der     Fig.    4 ist eine Einrichtung gemäss der       Fig.    3 mit Mitteln zur Spannungsregulierung ergänzt.  Für diese Spannungsregulierung ist eine regelbare  Drosselspule 41 vorgesehen, der ein Kondensator 42b  parallel geschaltet ist. Für die Zwecke der     Leistungs-          faktorverbesserung    kann schliesslich noch ein weiterer  wahlweise vermittels des Schalters 44     zuschaltbarer     Kondensator 43 vorgesehen sein, der ebenfalls paral-         lel    zur Drosselspule 41 geschaltet werden kann.

   Die  in der     Fig.    4 gezeigten zusätzlichen Mittel können  selbstverständlich auch in jedem anderen     Ausfüh-          rungsbeispiel    der vorliegenden Erfindung auf der       Einphasenseite    der Einrichtung zur Anwendung ge  bracht werden.

      Es sei noch bemerkt, dass     in        einigen    Ausfüh  rungsformen der erfindungsgemässen Einrichtung der  einphasige Verbraucher, d. h. vorzugsweise die Wick  lung eines Induktionsofens 34, sei es direkt oder wie  in     Fig.    2 über einen besonderen     Einphasentransfor-          mator,    einpolig mit dem von den stromabhängigen       Induktivitäten    gebildeten Sternpunkt 22a verbunden  werden kann, während der andere     Anschluss    des  einphasigen Verbrauchers an einen anderen     Null-          oder    Sternpunkt der Einrichtung angeschlossen ist.

    Diesbezüglich gibt es verschiedene Methoden einer  solchen Anschlussweise des einphasigen Verbrauchers  und eine derselben ist in der     Fig.    2 bereits darge  stellt, wobei der oben erwähnte andere Null- oder  Sternpunkt in der     Fig.    2 durch den Nulleiter des       Mehrphasenwechselstromnetzes    gebildet wird, der  üblicherweise auch geerdet ist.  



  Hat das primäre     Mehrphasenwechselstromnetz    16  bis 18 keinen zugänglichen Nulleiter, so kann der  oben erwähnte weitere Null- oder Sternpunkt gemäss  der in den     Fig.    5 und 6     veranschaulichten    Weise     direkt     hergestellt werden.

   Anderseits kann man aber auch  bei einer Ausführung nach -den     Fig.    3 und 4 von  einem zwar nur virtuellen weiteren Nullpunkt spre  chen, der durch die reihengeschalteten Sekundär  wicklungen 38 bis 40 gebildet wird, so dass also in  analoger Weise die einphasige     Wechselstromleistung     gewissermassen zwischen diesem erwähnten virtuellen  Nullpunkt und dem Sternpunkt 22a der stromabhän  gigen     Induktivitäten    20 bis 22 zur Verfügung steht.  



  Diese verschiedenen Varianten zur Bildung des  ausser dem Sternpunkt 22a     erforderlichen    weiteren  Null- oder Sternpunktes unterscheiden sich somit  lediglich durch die verwendeten Hilfsmittel zur Ab  nahme der einphasigen     Wechselstromleistung,    wäh  rend aber die grundsätzliche Wirkungsweise der     er-          findungsgemässen    Einrichtung     an    sich dieselbe bleibt.

    Im Sinne der Wirkungsweise betrachtet, ist es daher  völlig unerheblich, ob der ausser dem Sternpunkt 22a  noch erforderliche weitere Null- oder Sternpunkt  entweder durch einen tatsächlichen Nulleiter des       Mehrphasenwechselstromnetzes        (Fig.    2), durch einen  künstlich gebildeten     Nulleiter    des     Mehrphasenwech-          selstromnetzes        (Fig.    5), durch einen an anderer Stelle  der Einrichtung gebildeten     Zwischensternpunkt        (Fig.     6) oder durch einen nur virtuellen Sternpunkt ver  mittels reihengeschalteter Sekundärwicklungen     (Fig.     3, 4) gebildet wird.

       Rein    wirkungsmässig angesehen  wird somit in jeder der oben erläuterten Varianten  die einphasige     Wechselstromleistung    zwischen dem  Sternpunkt 22a der stromabhängigen     Induktivitäten     20 bis 22 und einem weiteren reellen oder virtuellen  Stern- oder Nullpunkt der Einrichtung abgenommen.      Die     Fig.    5 und 6 zeigen zwei Methoden, um  einen weiteren künstlichen     Nullpunkt    zu schaffen,  sofern das primäre     Mehrphasenwechselstromnetz    kei  nen Nulleiter besitzt.

   Im Fall der     Fig.    5 werden an  sich gleich grosse     Induktivitäten    45, 46, 47 in Stern  schaltung an die primären Eingangsklemmen 16 bis  18 des     Mehrphasenwechselstromnetzes    angeschlossen.  Der gebildete Sternpunkt 48 dient als weiterer Null  punkt, so dass die Primärwicklung des     Einphasen-          transformators    29 direkt zwischen die Sternpunkte  48 und 22a eingeschaltet wird.

   Damit die     Induktivi-          täten    45, 46, 47 für die dritte     Oberharmonische    der       Grundfrequenz    eine nur     niederohmige    Impedanz  darstellen, kann auf dem     Eisenkern    jeder dieser       Induktivitäten    noch eine Hilfswicklung aufgebracht  sein, wobei diese drei Hilfswicklungen untereinander  gleichsinnig in Reihe zu einem geschlossenen Drei  eck verbunden sind. Aus Gründen der Übersicht  lichkeit sind diese Hilfswicklungen jedoch in der       Fig.    5 nicht wiedergegeben.

   Im Beispiel der     Fig.    6  wird hingegen ein     Zwischensternpunkt    49 vermittels  der Kondensatoren 50, 51, 52     geschaffen,    die mit  ihren einen Klemmen in Stern geschaltet sind, wäh  rend ihre anderen Klemmen an je einen Anschluss  der der     zugeordneten    Phase angehörigen stromab  hängigen     Induktivität    20 bis 22 gelegt sind. Es sind  mit anderen     Worten    die Kondensatoren 50 bis 52  in     Sternschaltung    an dieselben Phasenleitungen gelegt,  wie die zwischen diesen Phasenleitungen in Dreieck  schaltung vorgesehenen Kondensatoren 26 bis 28.

    Die     Primärwicklung    30 des einphasigen Ausgangs  transformators 29 liegt wiederum zwischen dem  Sternpunkt 22a und dem hier gebildeten Zwischen  sternpunkt 49.  



  In     Fig.    7 ist eine     Bauart    des     Magnetjoches    48  veranschaulicht, bei welcher das Joch fünf Kern  schenkel 1 bis 5 aufweist, wobei die mittleren Schen  kel 2 bis 4 die Wicklungen 20 bis 22 der strom  abhängigen     Induktivitäten    tragen. Die Wicklungen  20 bis 22 können aber auch den     Schenkeln    1, 3  und 5 aufgebracht sein. Die nicht mit Wicklungen  besetzten Kernschenkel dienen dem     magnetischen     Rückfluss vorwiegend der höheren Harmonischen.

    Demnach könnte durch eine Wicklung, welche auf  einem oder beiden der dem magnetischen     Rückfluss     dienenden Kernschenkel aufgebracht ist, ein Einpha  senstrom mit der Frequenz einer Harmonischen ent  nommen werden. Dies ist jedoch in der     Fig.    7 nicht  näher dargestellt.  



  Aus den beschriebenen     Ausführungsbeispielen     dürfte nun ersichtlich sein, dass neben dem geringen  Aufwand der ganzen Einrichtung auch der an den  primären Eingangsklemmen 16 bis 18 gemessene  Leistungsfaktor nahe beim     Wert    eins liegt und jeden  falls leicht besser als 0,9 gemacht werden kann.

   Die  ses Resultat wird erhalten, weil die für die strom  abhängigen     Induktivitäten    20 bis 22 erforderlichen  Erregerströme von den Kondensatoren 26 bis 28       geliefert    werden, welch letztere ihrerseits durch die  Phasenspannungen aufgeladen werden, die an den    mit den     Kondensatoren    26 bis 28     beschalteten    Enden  der vorgeschalteten konstanten     Induktivitäten    23 bis  25 herrschen. Diese     letztgenannten    Phasenspannun  gen sind dabei bezüglich ihres periodischen Verlaufs  verzerrt wie die in die stromabhängigen     Induktivi-          täten    20 bis 22 eingespeisten Erregerströme.  



  Bei den weiteren Ausführungsbeispielen gemäss  den     Fig.    9 und 10 wird schliesslich das speisende       Mehrphasenwechselstromnetz    an die Eingangsklem  men<B>110,</B> 111, 112 der Einrichtung angeschlossen.  Mit diesen Eingangsklemmen in Reihe liegen die im  wesentlichen konstanten     Reaktanzen    116, 117, 118,  welche in der bereits beschriebenen Weise als Dros  selspulen mit Luftspalt ausgebildet sein können und  gegenüber den massgebenden Harmonischen der  Grundfrequenz einen so hohen Scheinwiderstand dar  stellen sollen, dass ein     Rückfluss    solcher Harmo  nischen in das speisende     MehrphasenwechseIstrom-          netz    wirksam verhindert wird.

   Die stromabhängigen       Induktivitäten    113, 114,<B>115</B> bestehen nun je aus  zwei Wicklungsteilen 113a und 113b, bzw. 114a  und 114b, bzw. 115a und 115b, die gegeneinander je  eine gewisse     Streureaktanz    besitzen. Diese     Streureak-          tanzen    tragen dabei ebenfalls dazu bei, den Übertritt  von Oberharmonischen in das     Mehrphasenwechsel-          stromnetz    zu verhindern.

   Zu diesem Zweck sind die  von den     Eingangsklemmen    110 bis 112 abgewen  deten Enden der konstanten     Induktivitäten    116 bis  <B>118</B> an den Vereinigungspunkt der Wicklungsteile  113a und 113b, bzw. 114a und 114b, bzw. 115a  und 115b, angeschlossen. Die von diesen Vereini  gungspunkten abgewendeten Enden der Wicklungs  teile 113a, 114a, 115a sind in Stern geschaltet,  wobei sich in der     Fig.    10 der Sternpunkt A ergibt.  An den von den genannten     Vereinigungspunkten     abgewendeten Enden der Wicklungen 113b, 114b,  115b sind hingegen die Kondensatoren 120, 121, 122  angeschlossen.

   Diese Kondensatoren können die sich  ergebenden Phasen - welche an den Wicklungsen  den der Teilwicklungen 113b, 114b, 115b vorhanden  sind - sowohl in Sternschaltung als auch in  Dreieckschaltung überbrücken. Wird die Sternschal  tung der Kondensatoren 120 bis 122 gewählt, so  darf der sich     ergebende        Zwischensternpunkt    nicht  geerdet werden. In den     Fig.    9 und 10 ist jedoch die  Dreieckschaltung der Kondensatoren 120 bis 122  veranschaulicht.

   Die Kondensatoren 120 bis 122  sind ebenfalls derart bemessen, dass sie für die in  Betracht kommenden Oberharmonischen     niederoh-          mige    Impedanzen bilden und den stromabhängigen       Induktivitäten    113, 114, 115     nicht-sinusförmige     Ströme liefern. An den konstanten     Induktivitäten    116  bis 118 werden dann von Phase zu Phase betrachtet,       nicht-sinusförmige    Spannungen auftreten, die an den  genannten Vereinigungspunkten der     Teilwicklungen     113a und 113b, bzw. 114a und 114b, bzw. 115a  und 115b, wirksam sind.

   Im Übrigen werden die  Teilwicklungen 113a und 113b, bzw. 114a und 114b,  bzw. 115a und 115b dadurch gebildet, dass man in  den     ganzen    im gleichen Sinne gewickelten Wicklun-      gen 113, 114,<B>115</B> der stromabhängigen     Indukti-          vitäten    je eine     Anzapfung    anbringt, wobei diese       Anzapfung    den Vereinigungspunkt der beidseitigen  Wicklungsteile darstellt.

   Bezüglich des Sternpunktes  der stromabhängigen     Induktivitäten    113, 114,<B>115</B>  betrachtet, ergeben sich somit für die angeschlossenen  konstanten     Induktivitäten    116 bis 118 andere und  insbesondere kleinere     Werte    dem stromabhängigen       Induktivitäten    als für die angeschlossenen Konden  satoren 120 bis 122.

   Dementsprechend herrschen an  den Kondensatoren höhere Wechselspannungen als  an den     Anzapfungen    der     stromabhängigen    Wicklun  gen 113 bis<B>115,</B> so     dass    man es durch geeignete  Wahl der     Windungsverhältnisse    in der Hand hat,  Kondensatoren 120 bis 122 von entsprechend gerin  gerer Kapazität zu verwenden. Die Verwendung  solcher     Anzapfungen    der stromabhängigen     Induk-          tivitäten    gestattet demnach eine     wirtschaftlichere     Ausbildung der ganzen Einrichtung, als dies mit  den Ausführungsformen gemäss den     Fig.    2 bis 6  möglich wäre.  



  Werden die Kondensatoren 120 bis 122, wie  dargestellt, an Enden der stromabhängigen     Indukti-          vitäten    113 bis 115 angelegt, die gegenüber den  Anschlusspunkten der konstanten     Induktivitäten    116  bis 118 eine effektive     Herauftransformierung    der  Spannung ergeben, so können offenbar die Leiter  querschnitte der Wicklungen 113 bis 115 entspre  chend herabgesetzt werden, wodurch ausserdem eine  Verminderung der     Wirbelstromverluste    erreicht wird.

    Selbstverständlich ist auch möglich, für die Wick  lungsteile 113b, 114b, 115b kleinere Leiterquer  schnitte zu verwenden, als für die Wicklungsteile  113a, 114a,<I>115a,</I> so dass die     Wirbelstromverluste          vorwiegend    in den Wicklungsteilen 113b, 114b, 115b  vermindert werden. Durch die Verminderung der       Wirbelstromverluste    ergibt sich selbstverständlich  eine entsprechende Erhöhung des Gesamtwirkungs  grades der Einrichtung.

   Gemäss den in den     Fig.    9  und 10 dargestellten Schaltungen der Einrichtung  sind schliesslich die Amplituden der     nicht-sinusför-          migen    Spannungen, welche an den Kondensatoren  120 bis 122 wirksam sind, gemäss dem gewählten  Übersetzungsverhältnis höher als die entsprechenden  ebenfalls     nicht-sinusförmigen    Spannungen, welche  zwischen den von den Eingangsklemmen 110 bis 112  abgewendeten Wicklungsenden der konstanten     Induk-          tivitäten    116 bis 118 vorhanden sind.

   Hierdurch wird  selbstverständlich weder die verlangte nichtlineare  Charakteristik der stromanhängigen     Induktivitäten     113 bis 115 noch die symmetrische     Lastverteilung     der einphasigen Belastung auf die     Mehrphasenwech-          selstromquelle    beeinträchtigt.  



  In der Ausführungsform nach     Fig.    9 sind auf  den Magnetjochen 133, 134, 135 der stromabhän  gigen     Induktivitäten    113, 114, 115 noch magnetisch  angekoppelte Sekundärwicklungen 130, 131, 132  angebracht, die ihrerseits gleich wie in     Fig.    3 und 4  in Reihe geschaltet sind, so dass der einphasige Ver  braucher an den Ausgangsklemmen A und B ange-    schlossen werden kann. Diese Sekundärwicklungen  130 bis 132 sind indessen für die     grundsätzliche     Wirkungsweise der Einrichtung keineswegs notwen  dig.

   Der einphasige Verbraucher könnte vielmehr  auch gemäss der     Fig.    10 angeschlossen werden,  sofern das     Mehrphasenwechselstromnetz    einen an die  Ausgangsklemme B     anschliessbaren    Nulleiter hat.  



  In jeder der beiden Ausführungsformen nach       Fig.    9 und 10 wird die an den Ausgangsklemmen A  und B wirksame     Einphasenleistung    eine Frequenz  haben, die einer höheren Harmonischen der Grund  frequenz des speisenden     Mehrphasenwechselstrom-          netzes    gleich ist. Dabei wird die einphasige Bela  stung symmetrisch auf alle Phasen des     Mehrpha-          senwechselstromnetzes    verteilt und es lässt sich ein  eingangsseitiger Leistungsfaktor von nahe gleich eins  erreichen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Einrichtung zur Speisung eines einphasigen Ver brauchers aus einem Mehrphasenwechselstromnetz vorgegebener Grundfrequenz, insbesondere zum Be trieb von Hochleistungsinduktionsöfen, dadurch ge kennzeichnet, dass für jede Phase des speisenden Mehrphasenwechselstromnetzes eine stromabhängige Induktivität vorgesehen ist, welche eine nichtlineare Strom-Spannungs=Charakteristik aufweist,
    dass zwi schen den Speiseklemmen jeder Phase des Mehrpha- senwechselstromnetzes und der betreffenden strom abhängigen Induktivität eine wenigstens näherungs- weise eine lineare Strom-Spannungs-Charakteristik aufweisende Reaktanz eingeschaltet ist, dass Konden satoren vorgesehen sind, welche an Anschlüsse der stromabhängigen Induktivitäten gelegt jede Phase überbrücken, dass Mittel vorgesehen sind;
    die den Anschluss eines einphasigen Verbrauchers gestat ten und diese einphasige Belastung der Einrichtung gleichmässig auf die verschiedenen Phasen des spei senden Mehrphasenwechselstromnetzes verteilen, dass die genannten wenigstens näherungsweise linearen Reaktanzen derart bemessen sind,
    dass sie gegenüber den von den stromabhängigen Induktivitäten erzeug ten Oberharmonischen der Grundfrequenz des Mehr- phasenwechselstronmnetzes hochohmige Impedanzen darstellen und demzufolge zwischen ihren mit den stromabhängigen Induktivitäten verbundenen An schlüssen von Phase zu Phase betrachtet nicht-sinus- förmige Wechselspannungen auftreten, und dass fer ner die Kondensatoren derart angeschaltet und be messen sind,
    dass sie für die genannten Oberharmo nischen der Grundfrequenz niederohmige Impedan zen bilden und den stromabhängigen Induktivitäten nicht-sinusförmige Ströme aufdrücken. UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass diejenigen Wicklungsenden der stromabhängigen Induktivitäten, welche weder mit den genannten Kondensatoren noch mit den genann ten linearen Reaktanzen verbunden sind, in Stern geschaltet sind, so dass sich ein ausgangsseitiger Sternpunkt in der Einrichtung ergibt. 2.
    Einrichtung nach Patentanspruch oder Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die linea ren Reaktanzen durch Drosselspulen gebildet sind, deren Magnetjoch vorzugsweise einen Luftspalt auf weist. 3. Einrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Drosselspulen ein Kondensator parallel geschaltet ist, so dass sich Parallel-Resonanzkreise ergeben, deren Resonanzfre quenz vorzugsweise im Bereich zwischen der fünften und siebenten Oberharmonischen der Grundfrequenz des speisenden Mehrphasenwechselstromnetzes liegt.
    4. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen der stromab hängigen Induktivitäten eine Anzapfung aufweisen, wobei diese Anzapfungen mit den linearen Reak- tanzen verbunden sind, während die verbleibenden Wicklungsenden der stromabhängigen Induktivitäten mit den Kondensatoren beschaltet sind. 5.
    Einrichtung nach Unteranspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetjoche der stromabhängigen Induktivitäten je eine sekundäre Ausgangswicklung aufweisen, die von der mit den Kondensatoren beschalteten Wicklung galvanisch ge trennt, mit der letzteren aber magnetisch gekoppelt ist, dass alle Sekundärwicklungen dieser stromab hängigen Induktivitäten elektrisch in Reihe geschaltet sind, und dass an diese Reihenschaltung der ein phasige Verbraucher angeschlossen ist. 6.
    Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren wenigstens zum Teil in Sternschaltung an die stromabhängigen Induktivitäten angeschlossen sind, so dass sich ein Zwischensternpunkt in der Einrichtung ergibt. 7. Einrichtung nach Patentanspruch oder Unter anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Kondensatoren an die stromabhängigen Induktivitäten in Dreieckschaltung angeschlossen ist. B.
    Einrichtung nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der einphasige Verbraucher zwi schen dem Sternpunkt der stromabhängigen Induk- tivitäten und dem Zwischensternpunkt der Konden satoren angeschlossen ist. 9. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der einphasige Verbraucher an den Sternpunkt des speisenden Mehrphasenwechsel- stromnetzes angeschaltet ist. 10.
    Einrichtung nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels an die Phasenleiter des Mehrphasenwechselstromnetzes angeschlossener Reaktanzen ein künstlicher Sternpunkt geschaffen wird, der zum Anschluss des einphasigen Verbrau chers herangezogen wird. 11. Einrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bemessung der verschie denen Schaltelemente in solcher Weise vorliegt, dass der einphasige Verbraucher einen einphasigen Wech selstrom erhält, dessen Frequenzen durch ganzzahlige Vielfache der dritten Oberharmonischen der Grund frequenz gegeben sind. 12.
    Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bemessung der verschie denen Schaltelemente in solcher Weise vorliegt, dass sowohl die an den stromabhängigen Induktivitä- ten auftretenden nicht-sinusförmigen Spannungen als auch die in den Kondensatoren fliessenden nicht- sinusförmigen Ströme je im wesentlichen aus der Grundfrequenz und ihren ungeradzahligen Harmoni schen bestehen, soweit dies den Kurvenverlauf dieser Ströme und Spannungen betrifft. 13.
    Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen den erwähnten hochohmigen und den erwähnten nieder- ohmigen Impedanzen in solcher Weise gewählt ist, dass sich gegenüber dem speisenden Mehrphasen wechselstromnetz ein Leistungsfaktor von nahe eins ergibt. 14.
    Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die stromabhängigen Induktivi- täten durch Primärwicklungen gebildet werden, die in symmetrischer Weise auf wenigstens drei Schenkel eines fünfschenkligen Magnetjoches verteilt sind, und dass ferner auf diesem Magnetjoch in Reihe geschal tete Sekundärwicklungen in bezüglich der Primär wicklungen symmetrischer Weise aufgebracht sind, wobei an die Reihenschaltung dieser Sekundärwick lungen der einphasige Verbraucher angeschlossen ist. 15.
    Einrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beidseits der Anzapfung be findlichen Wirkungsteile der stromabhängigen Induk- tivitäten verschiedene Leiterquerschnitte aufweisen. 16. Einrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beidseits der Anzapfung be findlichen Wicklungsteile gegeneinander eine Streu induktivität aufweisen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2414276A1 (fr) * 1978-01-04 1979-08-03 Fonderie Soc Gen De Appareil de chauffage par induction
FR2527020A1 (fr) * 1982-05-17 1983-11-18 Inst Elektrodinamiki Akademii Installation magnetodynamique

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FR2527020A1 (fr) * 1982-05-17 1983-11-18 Inst Elektrodinamiki Akademii Installation magnetodynamique

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