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Drehfeldscheider für ein Dreiphasensystem Die Erfindung betrifft einen
Drehfeldscheider für die Spannungskomponenten eines Dreiphasensystems, d. h. einen
Drehfeldscheider, dessen Ausgangsgröße proportional den Spannungskomponenten mit
der einen Phasenfolge und unabhängig von den Spannungskomponenten mit der entgegengesetzten
Phasenfolge ist.
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Bisher bekannte spannungsempfindliche Drehfeldscheider haben den
Nachteil, daß sie stark frequenzabhängig sind. Das bedeutet, daß man dann, wenn
die Ausgangsgröße des Drehfeldscheiders Null ist, wenn also das Dreiphasensystem
nur Spannungskomponenten mit der einen Phasenfolge und mit der Nennfrequenz des
Drehfeldscheiders enthält und die Frequenz von diesem Wert abweicht, eine Ausgangsgröße
erhält, die abhängig von sowohl der Frequenzabweichung als auch der Größe der Spannungskomponente
ist. Der Drehfeldscheider benimmt sich also bei Frequenzänderungen so, als ob das
Dreiphasensystem Spannungskomponenten mit der Phasenfolge enthält, für welche der
Drehfeldscheider unempfindlich sein soll.
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Es sind Drehfeldscheider für die Stromkomponenten eines Dreiphasensystems
bekannt, die aus drei Impedanzgliedern bestehen, von denen das erste aus einem Wirkwiderstand
und das zweite aus einem induktiven Blindwiderstand besteht. Das dritte Impedanzglied
ist ein Wirkwiderstand, das parallel zu einem induktiven Blindwiderstand geschaltet
ist.
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Es sind auch noch andere Drehfeldscheider für die Stromkomponenten
eines Dreiphasensystems bekannt, die erheblich komplizierter aufgebaut sind als
der soeben genannte.
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Endlich sind auch Drehfeldscheider für die Spannungskomponenten eines
Dreiphasensystems bekannt, bei denen die Ausgangsgröße sowohl von den Spannungskomponenten
des Mitsystems als auch von denen des Gegensystems abhängig ist und sich bei Frequenzschwankungen
ändert.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Drehfeldscheider
für die Spannungskomponenten eines Dreiphasensystems zu schaffen, dessen Arbeiten
im wesentlichen unabhängig auch von großen Schwankungen in der Frequenz des Dreiphasensystems
ist und der aus einer kleinen Anzahl betriebssicherer und stabiler Schaltelementen
besteht.
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Durch die Erfindung wird mindestens ein annähernd frequenzunabhängiger
Drehfeldscheider für ein Dreiphasensystem geschaffen, der eine Ausgangsgröße erzeugt,
die proportional den Spannungskomponenten des Dreiphasensystems mit der einen Phasenfolge,
aber im wesentlichen unabhängig von den Spannungskomponenten mit der entgegengesetzten
Phasenfolge ist, und einen Wirkwiderstand und eine aus einem weiteren Wirkwiderstand
und einem induktiven Blindwiderstand bestehendeReihenschaltung besitzt, die an aus
den Spannungen des Dreiphasensystems hergeleitete Spannungen angeschlossen sind.
Gemäß der Erfindung enthält ein solcher Drehfeldscheider drei Impedanzglieder, von
denen das erste aus dem Wirkwiderstand, das zweite aus einem induktiven Blindwiderstand
und das dritte aus dem weiteren Wirkwiderstand in Reihe mit dem induktiven Blindwiderstand
besteht in solcher Schaltung, daß das erste Impedanzglied und das zweite Impedanzglied
an solche aus den Spannungen des Dreiphasensystems hergeleitete Spannungen angeschlossen
sind, daß die Ströme durch diese Impedanzglieder einen gegenseitigen Phasenunterschied
von 90° aufweisen, und das dritte Impedanzglied derart bemessen und an eine solche
aus den Spannungen des Dreiphasensystems hergeleitete Spannung angeschlossen ist,
daß bei der Nennfrequenz der Phasenunterschied zwischen dem Strom durch dieses Impedanzglied
und der Spannung, an die es angeschlossen ist, gleich groß wie der Phasenunterschied
zwischen dem letztgenannten Strom und dem durch das erste Impedanzglied fließenden
Strom ist, und daß die absoluten Werte der Impedanzglieder derart bemessen sind,
daß die Vektoren für die Ströme durch die drei Impedanzglieder ein rechtwinkliges
Dreieck bilden.
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Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert,
in welcher Fig. 1, 4 und 5 als Beispiel drei verschiedene Ausführungsformen der
Erfindung zeigen. Fig. 2 und 3 sind Vektordiagramme für den in Fig. 1 dargestellten
Drehfeldscheider, wenn das am Drehfeldscheider angeschlossene Dreiphasensystem nur
Spannungen des Mitsystems bzw. des Gegensystems enthält, und Fig. 6 und 7 sind entsprechende
Vektordiagramme für den in Fig. 5 dargestellten Drehfeldscheider. Alle in der Zeichnung
dargestellten Drehfeldscheider sind so geschaltet, daß sie als Drehfeldscheider
für das Gegensystem arbeiten, d. h., ihre Ausgangsgrößen sind proportional den Spannungskomponenten
des Gegensystems des angeschlossenen Dreiphasensystems, aber unabhängig von den
Spannungskomponenten des Mitsystems.
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Der in Fig. 1 gezeigte Drehfeldscheider besteht aus drei Impedanzgliedern,
von welchen das erste aus einem Wirkwiderstand 4, das zweite aus einer Drossel 3
und das dritte aus einer Drossel 1 in Reihe mit einem Wirkwiderstand 2 besteht.
Die drei Impedanzglieder sind mit einem Ende in Reihe mit je einer Primärwicklung
eines Stromwandlers 5 an einem gemeinsamen Punkt 6 angeschlossen. Mit dem anderen
Ende sind die Impedanzglieder an die Phasen R, S, T des Dreiphasensystems angeschlossen,
dessen Symmetrie der Drehfeldscheider überwachen soll. Der gemeinsame Verbindungspunkt
6 ist an den Mittelpunkt der Leiterspannung zwischen den Phasen S und T des Dreiphasensystems
angeschlossen. Die Ausgangsklemmen 7 des Drehfeldscheiders bilden die Klemmen der
Sekundärwicklung des Stromwandlers 5.
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Fig. 2 zeigt ein Vektordiagramm für die Ströme durch die verschiedenen
Impedanzglieder des Drehfeldscheiders nach Fig. 1 unter der Voraussetzung, daß das
Dreiphasensystem nur Spannungskomponenten des Mitsystems mit der Phasenfolge R,
5, T enthält. Die Spannungsvektoren ER, Es, ET stellen die Phasenlagen der Phasenspannungen
des Dreiphasensystems dar. Die Drossel 1 und der Wirkwiderstand 2 sind so bemessen,
daß der Strom 11 durch sie bei der Nennfrequenz des Drehfeldscheiders 450 nacheilend
zur Spannung liegt. Die Drossel 3 und der Wirkwiderstand 4 sind im Verhältnis zur
Drossel 1 und dem Wirkwiderstand 2 so bemessen, daß die Summe der Ströme 11, 12
und Is im Punkt 6 Null ist, wie aus dem Vektordiagramm in Fig. 2 hervorgeht. Die
Spitze des Vektors I1 für den Strom durch die Drossel 1 und den Wirkwiderstand 2
bewegt sich bei Frequenzvariationen längs der Ortskurve 0, die aus einem Halbkreis
besteht. Der Vektor des Stromes 12 durch das induktive Impedanzglied ist parallel
mit der Tangente zu der Ortskurve O in dem Punkt, in welchem die Spitze des Vektors
Ii sich bei der Nennfrequenz des Drehfeldscheiders befindet. Weiter sind die Impedanzglieder
so bemessen, daß der Abstand zwischen diesem Punkt der Ortskurve O und dem Durchmesser
der Ortskurve annähernd gleich der Länge des Vektors 12 bei der Nennt frequenz ist.
Bei einer Frequenzschwankung bewegt sich zwar die Spitze des Vektors 11 längs der
Ortskurve 0, aber gleichzeitig wird die Länge des Vektors 12 entsprechend verändert,
so daß die Summe der Ströme im Punkt 6 annähernd Null bleibt. Die gestrichelten
Vektoren stellen den Zustand dar, wenn die Frequenz um etwa 20°/o erhöht
wird. Solange
das Dreiphasensystem nur Spannungskomponenten des Mitsystems enthält, wird also
der Strom durch die Sekundärwicklung des Stromwandlers 5 Null sein, im wesentlichen
unabhängig auch von verhältnismäßig großen Variationen in der Frequenz des Dreiphasensystems.
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Fig. 3 zeigt ein entsprechendes Vektordiagramm für die Ströme durch
die Impedanzglieder in dem Drehfeldscheider nach Fig. 1 unter der Voraussetzung,
daß das an dem Drehfeldscheider angeschlossene Dreiphasensystem nur Spannungskomponenten
des Gegensystems mit der Phasenfolge R, T, S enthält. Wie aus dem Vektordiagramm
in Fig. 3 hervorgeht, wird in diesem Fall die Summe der Ströme durch die Impedanzglieder
im Punkt 6 nicht länger Null, weshalb ein Strom von der Sekundärwicklung des Stromwandlers
5 abgenommen werden kann, der proportional der Größe der Spannungskomponenten des
Gegensystems ist.
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Der in Fig. 4 dargestellte Drehfeldscheider nach der Erfindung ist
in derselben Weise wie der in Fig. 1 dargestellte zusammengesetzt, mit dem Unterschied,
daß er keinen Stromwandler enthält und der Punkt 6 nicht an ein festes Potential
des Dreiphasensystems angeschlossen ist. Statt dessen ist die Drossel 3 mit einer
Sekundärwicklung versehen, und die eine Ausgangsklemme des Drehfeldscheiders ist
in Reihe mit dieser Sekundärwicklung an die Phase T des Dreiphasensystems angeschlossen,
während die andere Ausgangsklemme an dem gemeinsamen Verbindungspunkt 6 der drei
Impedanzglieder angeschlossen ist.
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Die Arbeitsweise dieses Drehfeldscheiders ist am ehesten unter Hinweis
auf den in Fig. 1 dargestellten Drehfeldscheider zu verstehen. Wie aus der Beschreibung
des Drehfeldscheiders nach Fig. 1 hervorgeht, ist die Summe der Ströme im gemeinsamen
Verbindungspunkt immer Null, unabhängig von Frequenzschwankungen, solange das Dreiphasensystem
nur Spannungskomponenten des Mitsystems enthält. Bei reiner Mitsystemspannung fließt
folglich kein Strom zwischen dem Verbindungspunkt 6 und der Anschlußklemme ST. Man
kann folglich die Verbindung zwischen dem Verbindungspunkt 6 und der Anschlußklemme
ST unterbrechen, ohne daß das Potential des Verbindungspunktes 6 in irgendeiner
Weise beeinflußt wird. In dem in Fig. 4 dargestellten Drehfeldscheider wird folglich
bei reiner Mitsystemspannung der Verbindungspunkt 6 immer, unab hängig von Frequenzschwankungen,
ein Potential haben, das genau zwischen den Potentialen der Phasen S und T des Dreiphasensystems
liegt. Wenn das Übersetzungsverhältnis zwischen den Primär-und Sekundärwicklungen
des Transformators 3 eins ist, wird folglich bei reiner Mitsystemspannung keine
Spannung zwischen den Ausgangsklemmen 7 des Drehfeldscheiders entstehen, unabhängig
von eventuellen Frequenzschwankungen.
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Bei einer Gegensystemspannung wird indessen, wie in Verbindung mit
dem in Fig. 1 dargestellten Drehfeldscheider beschrieben worden ist, die Summe der
Ströme in dem gemeinsamen Verbindungspunkt 6 nicht Null. In diesem Fall fließt folglich
ein Strom zwischen dem Verbindungspunkt 6 und derAnschluß klemme ST. Wenn man in
diesem Fall die Verbindung zwischen dem Verbindungspunkt 6 und der Anschlußklemme
ST unterbricht, wie man es bei dem in Fig. 4 dargestellten Drehfeldscheider gemacht
hat,
wird offenbar der Punkt 6 ein verschiedenes Potential annehmen. Man kann beweisen,
daß der Verbindungspunkt 6 in dem in Fig. 4 dargestellten Drehfeldscheider bei reiner
Gegensystemspannung ein Potential annimmt, das näher dem Potential der Phase R des
Dreiphasensystems liegt. Als Folge wird eine Spannung zwischen den Ausgangsklemmen
7 des Drehfeldscheiders erzeugt, welche Spannung proportional der Größe der Gegensystemspannung
des Dreiphasensystems ist.
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Der in Fig. 5 dargestellte Drehfeldscheider nach der Erfindung besteht
wie die oben beschriebenen aus drei Impedanzgliedern, von welchen das erste aus
einem Wirkwiderstand 4, das zweite aus einer Drossel 3 und das dritte aus einer
Drossel 1 in Reihe mit einem Wirkwiderstand 2 besteht. Auch in diesem Fall sind
die Impedanzglieder in Reihe mit je einer Primärwicklung eines Stromwandlers 5 geschaltet,
an dessen Sekundärwicklung die Ausgangsklemmen 7 des Drehfeldscheiders angeschlossen
sind. In diesem Fall sind indessen das induktive Impedanzglied und das ohmsche Impedanzglied
parallel miteinander an die Leiterspannung zwischen den Phasen R und 5 des Dreiphasensystems
angeschlossen, während das dritte Impedanzglied an die Leiterspannung zwischen den
Phasen S und T angeschlossen ist.
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Fig. 6 ist ein Vektordiagramm für die Ströme durch die Impedanzglieder
dieser Schaltung unter der Voraussetzung, daß das Dreiphasensystem nur eine Mitsystemspannung
enthält. Die Drossel 1 und der Wirkwiderstand 2 sind so bemessen, daß der Strom
11 durch sie bei der Nennfrequenz des Drehfeldscheiders 300 gegenüber der Spannung
phasenverschoben ist. Die Drossel 3 und der Wirkwiderstand 4 sind im Verhältnis
zu der Drossel 1 und dem Wirkwiderstand 2 so bemessen, daß die Summe der Ströme
durch die Impedanzglieder Null ist, wie aus dem Vektordiagramm in Fig. 6 hervorgeht.
Auch in diesem Fall bewegt sich bei Frequenzvariationen die Spitze des Vektors 11
längs einer Ortskurve 0, die aus einem Halbkreis besteht. Weiter ist auch in diesem
Fall der Vektor 19 des Stroms durch das induktive Impedanzglied parallel mit der
Tangente zu der Ortskurve O in dem Punkt, in welchem sich die Spitze des Vektors
11 bei der Nennfrequenz befindet, und die Impedanzglieder sind so bemessen, daß
der Abstand zwischen der Spitze des Vektors 11 und dem Durchmesser der Ortskurve
bei der Nennfrequenz im wesentlichen gleich groß wie die Länge des Vektors /2 für
den Strom durch das induktive Impedanzglied ist. Als Folge wird bei einer Frequenzschwankung
die Bewegung der Spitze des Vektors 11 längs der Ortskurve 0 einer gleich großen
Anderung der Länge des Vektors 12 entsprechen. Die Summe der Ströme durch die Impedanzglieder
bleibt folglich unabhängig von Variationen in der Frequenz im wesentlichen Null.
Die gestrichelten Vektoren stellen den Zustand dar, wenn die Frequenz des Dreiphasensystems
um etwa 200/0 vermindert wird. Bei reiner Mitsystemspannung erhält man folglich
keinen Strom durch die Sekundärwicklung des Stromwandlers unabhängig von Frequenzschwankungen.
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Fig. 7 zeigt ein entsprechendes Vektordiagramm für die Ströme durch
die Impedanzglieder unter der Voraussetzung, daß das Dreiphasensystem nur eine Gegensystemspannung
enthält. Wie aus diesem Vektordiagramm hervorgeht, wird in diesem Fall die Summe
der Ströme durch die Impedanzglieder nicht
länger Null, weshalb ein Strom durch die
Sekundärwicklung des Stromwandlers 5 erzeugt wird, dessen Größe proportional der
Größe der Gegensystemspannung des Dreiphasensystems ist.