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Eisenlose Nebenschluß-Drosselspule Die Erfindung betrifft eine eisenlose
Nebenschluß-Drosselspule mit koaxial ausgerichteten, aus Scheibenabschnitten bestehenden
Spulen in Dreieckschaltung mit symmetrischer Gegen- und Selbstinduktion in allen
drei Phasen.
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Es ist bekannt, Drosselspulen, die eine symmetrische Gegen- und Selbstinduktion
in allen drei Phasen aufweisen und übereinander angeordnete Spulen mit entgegengesetztem
Wickelsinn besitzen, als Reihenschlußdrosseln zu schalten und in offener Schaltung
in einem dreiphasigen Lastkreis anzuordnen. Der axiale Abstand zwischen den Scheibenabschnitten
der koaxial angeordneten Spulen wird durch die jeweils benötigte Isolation bestimmt,
die bei entsprechend hoher Spannungsbeanspruchung relativ große Abmessungen erfordern
kann, was wiederum zu unzweckmäßig großen axialen oder Höhenabmessungen der Drosselspule
führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei eisenlosen Nebenschluß-Drosselspulen
den Abstand zwischen den Scheibenabschnitten der Spulen von der Größe der Spannungsbelastung
praktisch unabhängig zu machen, um die Schaffung einer leistungsfähigen Drosselspule
mit niedriger Bauhöhe oder kleiner axialer Länge zu ermöglichen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwei innere
Spulen die Wicklungen der Phasen A und B und zwei äußere Spulen mit
unter sich gleicher Windungszahl zusammen die Wicklung der Phase C bilden, daß die
Spulen der Phasen A und B in axialer Richtung mit Abstand voneinander,
die Spulen der Phase C jedoch ohne Abstand von den benachbarten Spulen angeordnet
sind und daß die nebeneinanderliegenden Spulen jeweils in entgegengesetzter Richtung
gewickelt sind. Die einzelnen Phasen werden in Dreieckschaltung zusammengeschaltet.
so daß der Spannungsbereich beträchtlich erweitert werden kann, ohne daß die gebräuchlichen
Höhen oder axialen Längenabmessungen überschritten werden. Durch die erfindungsgemäße
Schaltung und Spulenanordnung wird ferner das in den Spulen verwendete Kupfer oder
sonstige leitende Material beträchtlich vermindert, da auf Grund des verkleinerten
Abstandes zwischen den Scheibenabschnitten der Spulen eine verhältnismäßig große
Gegeninduktion vorhanden ist.
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Die Erfindung wird anschließend an Hand der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht einer Spulenausführung gemäß
der Erfindung, F i g. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 der F i g. 1,
F i g. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 der F i g. 1 und F i g. 4 ein
Schaltbild der in F i g. 1 gezeigten Spulenausführung.
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Die in der F i g. 1 gezeigte Drosselspule besteht aus vier Einzelspulen
1, 2, 3 und 4. Letztere können auf einem Zylinder 5 aus Isoliermaterial befestigt
werden, auf dem sie koaxial ausgerichtet gehalten sind. Die einzelnen Spulen bestehen
aus einer Anzahl von scheibenförmig gewickelten Abschnitten; der unterste Abschnitt
der Spule 2 ist in der F i g. 2 und der oberste Abschnitt der Spule 3 ist in der
F i g. 3 gezeigt. Die Scheibenabschnitte weisen bevorzugt einen kreisförmigen Querschnitt
auf und sind in jeder einzelnen Spule in Reihe zusammengeschaltet. Der Vorteil der
Kreisform besteht darin, daß sie bei einem minimalen Anteil an Kupfer oder anderem
leitendem Material die größte Leistung (kVA) bietet. Es können jedoch bestimmte
Ausführungen mit magnetischen Stahlabschirmungen hergestellt werden, die eine derartige
Form aufweisen, daß die Spulen mehr eine rechteckige Form erhalten.
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Die Spulen 2 und 3 stellen die entsprechenden Wicklungen für die Phasen
A und B der Dreiphasenschaltung dar. Die Spulen 1 und 4 bilden zusammen
die Wicklung der Phase C der Dreiphasenanordnung. Die Spulen 1 und 4 besitzen die
gleiche Windungszahl,
und die Summe der Windungen in den Spulen
1 und 4 ist nur geringfügig größer als die Zahl der Windungen in der Spule
2 oder 3, um die Selbstinduktion der Phasenwicklung C gleich derjenigen der Phasenwicklungen
A und B zu halten.
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Die Spulen- oder Phasenwicklungen sind sämtlich mittels drei kombinierten
Klemmen 6, 7 und 8 und Kurzschlußverbindungen zwischen den benachbarten Enden der
nebeneinanderliegenden Spulen zu einer geschlossenen Schleife in Reihe geschaltet.
Das Teil 6 dient demzufolge nicht nur als Klemme der Dreiphasendrosselspule, sondern
schaltet auch die Spulen 1 und 2 zusammen. Ebenso bildet das Teil 7 nicht nur eine
Klemme der Drosselspule, sondern verbindet auch die Spulen 2 und 3 elektrisch miteinander,
und das Teil 8 stellt schließlich nicht nur die dritte Klemme der Spule dar, sondern
dient auch zur Zusammenschaltung der Spulen 3 und 4. Die Dreieckschaltung wird durch
eine lange überbrückung 9 zwischen den äußeren Enden der Spulen 1 und 4 geschlossen.
Es ist bekannt, daß eine Dreiphasen-Nebenschluß-Drosselspule mit gleichmäßiger Phasenselbstinduktion
und gleichmäßiger Gegeninduktion zwischen den Phasen-Paaren einen symmetrischen
Dreiphasenbelastungsstrom aus dem Netz aufnimmt.
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Da zwischen den benachbarten Enden der Spulen 1 und 2 auf Grund ihrer
Verbindung durch das Teil 6 kein Spannungsunterschied vorhanden ist, können sie
unmittelbar nebeneinander angeordnet werden, ohne daß ein Zwischenraum für Isolationszwecke
vorhanden sein muß. Dasselbe gilt auch für die Spulen 3 und 4. Zwischen den Spulen
2 und 3 ist jedoch ein schmaler Spalt vorgesehen, der nicht Isolationszwecken, sondern
zur Schaffung einer symmetrischen Gegeninduktion dient. Dieser Spalt ist 1 bis 2
Zoll (25,4 bis 50,8 mm) breit.
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Der ausschlaggebende Grund für die Verwendung scheibenförmig gewickelter
Abschnitte in den Spulen besteht darin, daß diese von ihren durch die Teile
6,7
und 8 gebildeten Kurzschlußverbindungen aus radial nach innen quer zu
den Stirnseiten der Spulen verlaufen und die maximale Spannungsdifferenz zwischen
benachbarten Spulen lediglich gleich der Abschnittsspannung ist, wohingegen bei
lagenweiser Wicklung der Spulen diese Spannungsdifferenz etwa der vollen Spannung
jeder einzelnen Spule entsprechen kann.
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Die wechselweise aufeinanderfolgenden Spulen werden in entgegengesetzten
Richtungen gewickelt, so daß sich die Gegeninduktionsspannung zur Selbstinduktionsspannung
addiert, wodurch die magnetischen Felder zwischen den Spulen derart gepolt sind,
daß sie sich überwiegend anziehen und nicht abstoßen. Dies wird z. B. in den F i
g. 2 und 3 gezeigt. In der F i g. 2 ist die Wicklungsrichtung der Abschnitte in
der Spule 2 und in der F i g. 3 die entgegengesetzte Wicklungsrichtung der Abschnitte
der Spule 3 dargestellt. Die Abschnitte in der Spule 1
werden in der
gleichen Richtung wie in F i g. 3 gezeigt ist, gewickelt, und die Abschnitte in
der Spule 4
werden in der gleichen Richtung gewickelt wie in der F i g. 2.
Dies ist außerdem in dem Schaltbild der F i g. 4 dargestellt. Das Ergebnis dieser
Anordnung ist derart, daß, wenn der momentane Stromwert in einer Phase gleich Null
ist, die Ströme in den anderen zwei Phasen etwa den 0,86ten Teil ihres maximalen
Momentanwertes und in Bezug aufeinander eine entgegengesetzte Polarität oder Richtung
aufweisen. Insofern jedoch benachbarte Spulen in entgegengesetzten Richtungen gewickelt
sind, ziehen sich ihre magnetischen Kräfte in diesem Zustand an. Während der Momente,
in denen der Strom in einer beliebigen Phase seinen Maximalwert erreicht, sind die
Ströme in den anderen zwei Phasen einander gleich und haben den halben Maximalwert
und außerdem entgegengesetzte Vorzeichen wie der Strom in der Phase, die den Maximalwert
führt. Unter diesen Bedingungen herrschen die Anziehungskräfte vor.
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Große Nebenschlußdrosselspulen sind häufig, ähnlich anderen großen
stationären Induktionsgeräten, in eine Kühl- und Isolierflüssigkeit, z. B. Mineralöl,
eingetaucht, die sich in einem abgeschlossenen Gehäuse oder Stahlbehälter befinden
kann. In diesen Fällen ist es üblich, magnetische Abschirmungen, und zwar magnetischer
oder unmagnetischer Art, vorzusehen, wobei die Phasensymmetrie dadurch aufrechterhalten
wird, daß die Einwirkung der Abschirmungen auf die verschiedenen Induktivitäten
berücksichtigt wird. Die vorliegende Erfindung kann in Verbindung mit solchen ölgekühlten,
abgeschirmten Drosselspulen verwendet werden.