DE1538261C

DE1538261C - Three-phase ferroresonance voltage regulator

Info

Publication number: DE1538261C
Application number: DE19641538261
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kawasaki City; Miyazawa Eijiro; Hisano Kiyohsi; Tokio; Kobayashi (Japan)
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1964-12-04
Filing date: 1964-12-04
Publication date: 1973-03-15

Description

3 ' 43 '4

löst, daß der Magnetkern vierschenkelig ausgebildet Windungsanzahl N auf der in Stern geschalteten Seitesolves that the magnetic core has four legs, the number of turns N on the star-connected side

ist und der vierte Schenkel, der keine Wicklung trägt, gleich, so ergibt sich aus dem Faradayschen Gesetz:and the fourth leg, which has no winding, is the same, then from Faraday's law it follows:

mit dem übrigen Kernteil über an den Enden deswith the rest of the core part over at the ends of the

vierten Schenkels angeordnete Luftspalte magnetisch jfA—L· — _e fourth leg arranged air gaps magnetically jfA-L · - _e

verbunden ist. · 5 diconnected is. · 5 tue

Bei diesem Ferroresonanzspannüngsregler schließen sich die höher harmonischen Flüsse über den N^ = e (1) vierten Schenkel des Magnetkernes, so%äß die nach d/ außen austretenden Streuflüsse auf ein MindestmaßWith this ferroresonance voltage regulator, the higher harmonic fluxes close over the N ^ = e (1) fourth leg of the magnet core, so the leakage fluxes escaping to the outside are kept to a minimum

herabgedrückt werden. Die Flüsse der fünften und io N^ = e₃, be depressed. The rivers of the fifth and io N ^ = e ₃ ,

siebten Harmonischen werden durch die Luftspalte di ' so stark unterdrückt, daß die Ausgangswellenformseventh harmonics are created by the air gap di ' suppressed so much that the output waveform

des Ferroresonanzspannungsreglers praktisch sinus- worin Φ_ν Φ., und Φ._Λ jeweils die Grundfrequenzkomförmig ist und die durch die höher harmonischen ponehten des magnetischen Flusses zu einem belie-Flüsse im aktiven Teil des Magnetkerns bedingten 15 bigen Zeitpunkt in den drei Hauptschenkeln sind. Eiseriverluste entsprechend verringert werden. Bei " Die algebraische Summe der magnetischen Flüsse dem erfindungsgemäßen Ferroresonanzspannungsreg- in den drei Schenkeln ist 0, da sich auf dem vierten ler werden gegenüber der Ausführungsform der fran- Schenkel keine Wicklung befindet. Es gilt also zösischen Patentschrift 1329 233 die durch die ' Grundwelle bedingten Eisenverluste verringert, da er- ao _φ _|_ _φ ^ _φ _J_T/_e + _e, + e.)dt = 0 findungsgemäß innerhalb des Weges der Grundwelle ^{l 23}NJ¹²³ keinerlei Querschnittsverringerungen mehr erforder- ■ 0 (2) lieh sind. Ferner ist es bei dem erfindungsgemäßen zu jedem Zeitpunkt t, woraus man erhält Spannungsregler möglich, die Streuimpedanz durch e + e + e = 0 (3) Einstellung der Luftspalte zwischen dem vierten as 123· Schenkel und den Hauptschenkeln zu regulieren, was Aus dieser Gleichung kann die nächste Beziehung auch nach dessen Herstellung noch möglich ist. Die leicht abgeleitet werden erfindungsgemäße Anordnung ist insbesondere bei e_t = e_R, Verwendung von Eisenkernen aus einfach orientier- e = e ten Siliziumblechen von Vorteil, die praktisch eckige 30 ² _ ^S' (A) Magnetisierungskennlinien aufweisen, wo die fünfte · ^{: 3} ~ ^T' ^ * und siebte Harmonische sich besonders stark aus- worin e_R, e_s und e_T die Phasenspannung der Dreiwirken, phasenspannung ist, da kein Nulleiter und auch keineof the ferroresonance voltage regulator practically sine where Φ _ν Φ., and Φ. _Λ the basic frequency is in each case com-shaped and the 15 bigen point in time due to the higher harmonic ponehths of the magnetic flux at any given flux in the active part of the magnetic core are in the three main legs. Ice losses are reduced accordingly. The algebraic sum of the magnetic fluxes in the ferroresonance voltage regulator according to the invention in the three legs is 0, since there is no winding on the fourth leg compared to the embodiment of the French leg iron losses decreased since ER ao _φ _ |. _ _φ ^ _φ _J_T / _e + _e + e) dt = 0 within the path of the fundamental wave ^{l 23} NJ ¹²³ no area reductions longer necessary ■ 0 (2) are inventively borrowed. Furthermore, it is possible with the voltage regulator according to the invention at any point in time t, from which one obtains, the leakage impedance to be regulated by e + e + e = 0 (3) setting the air gap between the fourth as 123 · limb and the main limb, which can be derived from this equation the next relationship can still be possible even after it has been established.The arrangement according to the invention, which can easily be derived, is particularly in the case of e _t = e _R , use of iron cores from ei n-tuple orientability 'comprise (A) magnetization characteristics, where the fifth ^{·: 3} ~ ^T' e = e th silicon sheets advantageous that practically square 30 ² _ ^S log out particularly strong ^ * and seventh harmonic wherein e _R, e _s and e _{T is} the phase voltage of the three-acting, phase voltage, since there is no neutral conductor and none

An Hand der in der Zeichnung dargestellten bei- höheren Harmonischen vorhanden sind. Dies bedeuspielsweisen Ausführungsformen wird die Erfindung 35 tet zunächst, wenn man nur den Grundanteil beim folgenden näher erläutert. Es zeigt trachtet, daß das Potential des Sternpunktes der Drei-On the basis of the higher harmonics shown in the drawing are present. This means ways of playing Embodiments is the invention 35 tet initially if you only have the basic portion at explained in more detail below. It shows that the potential of the star point of the three

BiId 1 das Schaltbild einer ersten Ausführungs- phasensätigungsdrossel gerade gleich dem neutralenFigure 1 shows the circuit diagram of a first execution phase control throttle just like the neutral one

form der Erfindung, Punkt der Phasendrossel ist, und daß der Sternpunktform of the invention, the point of the phase choke, and that the star point

B i 1 d 2 ein Schaltbild zur Erläuterung des Arbeits- der Sättigungsdrosseln von dem Sternpunkt der Kon-'B i 1 d 2 a circuit diagram to explain the working of the saturation chokes from the star point of the con '

prinzips dieser Ausführungsform, 40 densatoren, wie in Bild 3 gezeigt, getrennt werdenprinciple of this embodiment, 40 capacitors, as shown in Figure 3, are separated

Bild 3 eine abgewandelte Ausführungsform der kann.Figure 3 shows a modified embodiment of the can.

Erfindung, Weiterhin bedeutet dies daß zur Erklärung derInvention, this also means that to explain the

Bild 4 in einem Diagramm den Arbeitsbereich Konstanz der Ausgangsspannung in beiden Fällen des bekannten Reglers mit nur drei Hauptschenkeln, nach Bild 1 und Bild 3 jede Phase der Dreiphasen-Bild 5 in einem Diagramm den Arbeitsbereich 45 sättigungsdrossel hinsichtlich ihrer Funktion so bedes erfindungsgemäßen Reglers mit einem vierschen- , handelt werden kann, als ob es sich um eine isolierte keligen Magnetkern für die Sättigungsspule. Einzelphasensättigungsdrossel handele. Daher wirdFigure 4 shows a diagram of the constancy of the output voltage in both cases of the well-known controller with only three main legs, according to Figure 1 and Figure 3, each phase of the three-phase image 5 shows in a diagram the working range 45 saturation throttle with regard to its function as described controller according to the invention with a quadruple, can act as if it were an isolated spherical magnetic core for the saturation coil. Single-phase saturation reactor act. Hence will

In B i 1 d 1 sind L_R, L_s und L₇- lineare Drosseln mit jede Phasenspannung e_v e₂ und e₃ auf der gewünschgegenseitigen Induktionswicklungen für die Phasen R, ten konstanten Spannung, unabhängig von einer Ver- S und T. SR₁, SR₂ und SR₃ sind die Sättigungsdros- 50 änderung der Spannungsquelle gehalten, wie es bei sein für die obengenannten Phasen. Wie durch ge- einem Einphasen-Ferroresonanzspannungsregler der strichelte Linien in der Zeichnung angedeutet, werden Fall ist.In B i 1 d 1, L _R , L _s and L ₇ - linear chokes with each phase voltage e _v e ₂ and e ₃ on the desired mutual induction windings for the phases R, th constant voltage, regardless of a voltage S and T. SR ₁ , SR ₂ and SR ₃ are the saturation droop 50 change of the voltage source held, as it is for the phases mentioned above. As indicated by the dashed lines in the drawing, a single-phase ferroresonance voltage regulator is the case.

die Wicklungen der Sättigungsdrosseln jeweils auf Diese Darstellung zeigt, daß die Ausgangsspannungthe windings of the saturation chokes respectively on This illustration shows that the output voltage

drei Schenkel eines Vierschenkel-Magnetkerns ge- nach der vorliegenden Erfindung konstant ist. wickelt. C₁, C₂ und C₃ sind Resonanzkondensatoren, 55 Als nächstes soll die Wellenform der Ausgangs-three legs of a four-leg magnetic core according to the present invention is constant. wraps. C ₁ , C ₂ and C ₃ are resonance capacitors, 55 Next we want the waveform of the output

die mit den Drosseln SR₁, SR₂ und SR₃ zusammen- spannung nach der Erfindung betrachtet werden. Diewhich are considered together with the throttles SR ₁ , SR ₂ and SR ₃ according to the invention. the

wirken, welche bei einer Grundfrequenz in Resonanz Ströme i_R, i_s und i_T der jeweiligen Phase, die — wieact, which at a fundamental frequency in resonance currents i _R , i _s and i _{T of} the respective phase, which - like

liegen. L₄ ist der vierte Schenkel ohne Wicklung, er in Bild 2 gezeigt — in Sternschaltung verbundenlie. L ₄ is the fourth leg without winding, shown in Figure 2 - connected in a star connection

besitzt einen engen Spalt. sind, sind durch die Gleichunghas a narrow gap. are are by the equation

In B i 1 d 2 sind schematisch die in Sternschaltung 60 1 + / + ί = 0 (5) In B i 1 d 2, the star connection 60 1 + / + ί = 0 (5)

verbundenen Windungen jeder Drosselspule in der R s τ connected turns of each inductor in the R s τ

auf einen Vierschenkelmagnetkern gewickelten Sätti- gegeben. Da weiterhin die dritte Harmonische undSaturated wound on a four-leg magnetic core. Since the third harmonic continues and

gungsdrossel nach der Erfindung dargestellt. Vielfache der dritten Harmonischen i_R, i_s und i_T inShown supply throttle according to the invention. Multiples of the third harmonic i _R , i _s and i _T in

Zunächst soll die Arbeitsweise der drei Haupt- gleicher Phase liegen, müssen sie von der Ordschenkel der Sättigungsdrossel erklärt werden. 65 nung Null sein, damit die obige Gleichung (5)First of all, the working of the three main ones should be the same phase, they have to be from the Ordschenkel the saturation reactor. 65 must be zero so that the above equation (5)

Ist die Grundfrequenzkomponente der auf der in erfüllt wird. Die anderen Anteile der höherenIs the fundamental frequency component on which in is met. The other proportions of the higher

Stern geschalteten Seite der Wicklungen induzierten Harmonischen können durch die Wirkung desThe star-connected side of the windings can cause harmonics induced by the action of the

Spannungen jeweils gleich C₁, e., und e₃ und ist die vierten Schenkels, der später erwähnt wird, be-Tensions respectively equal to C ₁ , e., And e ₃ and is the fourth leg, which will be mentioned later, being

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seitigt werden. Die Ströme in der Sättigungsdrossel günstige Zonen eingezeichnet. Die eine, durch U benach der Erfindung haben annähernd Sinusform, und zeichnete, ist eine Zone, in der ein stabiles Arbeiten da der Spannungsabfall innerhalb der linearen Dros- nicht erreicht werden kann. Die andere, durch Ho sein auf Grund dieser Ströme daher im wesentlichen bezeichnete, ist eine Zone, in der die Ausgangsspansinusförmig sein muß, wird auch die Ausgangsspan- 5 nung ungünstige höhere Harmonische umfaßt,
nung sinusförmig. In einem solchen Fall kann das Gerät also nichtbe sided. The currents in the saturation choke are drawn in favorable zones. The one, indicated by U adjacent to the invention, has an approximately sinusoidal shape, and is a zone in which stable work can not be achieved because the voltage drop within the linear Dros- can not be achieved. The other, essentially designated by Ho sein on the basis of these currents, is a zone in which the output voltage must be sinusoidal, if the output voltage is also included, unfavorable higher harmonics,
voltage sinusoidal. In such a case, the device cannot

Wie vorher schon mit Bezug auf die Ausführungs- für eine Kapazität, die größer ist als Co, wie in B i 1 d 4 form nach B i 1 d 1 oder 3 gesagt, w^den die Phasen- gezeigt, verwandt werden. Dies bedeutet, daß das Gespannungen e_v e₂ und e₃ auf den gleichen und kon- rät nicht mit einer großen Ausgangskapazität ausgestanten Wert, unabhängig von einer Variation bei der io legt werden kann.As previously with reference to the execution for a capacity which is greater than Co, as said in B i 1 d 4 form after B i 1 d 1 or 3, the phases shown are used. This means that the voltages e _v e ₂ and e _{3 can be set} to the same value and do not have a large output capacitance, regardless of a variation in the io.

Spannungsquelle geregelt, und da die Bedingungen Erfindungsgemäß ist dagegen ein Kern mit einemVoltage source regulated, and since the conditions according to the invention, however, is a core with a

nach Bild 3 immer erfüllt sein müssen, sind die vierten Schenkel und engem Luftspalt vorgesehen, der Phasehdifferenzen zwischen e_v e₂ und e₃ 120°. Die' entsprechend eingestellt werden kann. Die Ergebnisse Ausgangsspannung muß daher eine normale Drei- sind in B i 1 d 5 gezeigt.must always be fulfilled according to Figure 3, the fourth legs and narrow air gap are provided, the phase differences between e _v e ₂ and e ₃ 120 °. The 'can be adjusted accordingly. The output voltage results must therefore be a normal three- are shown in B i 1 d 5.

phasenspannung mit konstanter Größe und normaler 15 In B i 1 d 5 sind die obengenannten ungünstigen Phasenlage sein. , Zonen für die Fälle der Luftspaltlänge Lg₁ und Lg₂ phase voltage with constant magnitude and normal 15 In B i 1 d 5 are the above-mentioned unfavorable phase positions. , Zones for the cases of the air gap length Lg ₁ and Lg ₂

Nun soll noch die Brauchbarkeit des vierten Sehen- durch volle Linien eingezeichnet und für den Fall kels bei der Sättigungsdrossel erläutert werden. eines dreischenkeligen Kernes ohne vierten SchenkelNow the usefulness of the fourth vision is to be drawn in by full lines and for the case kels are explained for the saturation choke. a three-legged nucleus without a fourth leg

In dem bekannten Fall, in dem der vierte Schenkel in gestrichelten Linien. Bei einem Kern mit vier fehlt, besteht die Größe des magnetischen Flusses 20 Schenkeln wird die Zon& Ho geteilt und erscheint in hauptsächlich in den dritten Harmonischen, die in zwei Teilen, wie durch H₁ und H₂ im Schaubild gejeder Sättigungsdrossel vorhanden sind, und tritt aus zeigt.In the known case in which the fourth leg in dashed lines. In the case of a core with four missing, the magnitude of the magnetic flux consists of 20 legs, the Zon & Ho is divided and appears mainly in the third harmonic, which occurs in two parts, as present by H ₁ and H ₂ in the diagram of each saturation reactor showing off.

dem Magnetkern aus und ruft eine hohe Temperatur- Hieraus geht hervor, daß der zulässige Bereich fürthe magnetic core and causes a high temperature. This shows that the permissible range for

steigerung in den in der Nähe des Kerns befindlichen die Kapazität zwischen C₁ bis C, für den Fall des magnetischen Materialien hervor. Dagegen ist in dem 95 Luftspaltes Lg₁ und zwischen C₁ und C₂ für den Fall nach den Bildern 1 oder 3 zu den drei Haupt- Luftspalt Lg₂ liegt. Der zulässige Bereich C bewegt schenkein der Sättigungsdrossel ein vierter Schenkel sich also längs der Abszisse. Dies bedeutet, daß die hinzugefügt, wobei ein enger Spalt zwischen dem Zon6H künstlich durch Verändern der Länge des vierten Schenkel und den Hauptschenkeln aufrecht- Luftspaltes Lg verändert werden kann, und daß selbst erhalten wird. Der Streufluß fließt jetzt leicht durch 30 für eine große Ausgangsleistung ein stabiler Spanden vierten Schenkel und verringert sich im Luftspalt nungsregler mit guter Wellenform konstruiert werden und setzt die Temperaturerhöhungen in den Magnet- kann, indem eine angemessene Länge des Luftspaltes materialien nahe dem Kern erheblich herab. Die Vor- für den vierten Schenkel gewählt wird. Das Gerät richtung kann also mit höherer Ausgangsleistung als kann hergestellt werden, indem der vierte Schenkel bisher ausgelegt werden. 35 in zwei Hälften unterteilt wird, z. B. den vierten undincrease in the capacitance in the vicinity of the core between C ₁ to C, for the case of magnetic materials. On the other hand, in the 95 air gap Lg ₁ and between C ₁ and C ₂ for the case according to Figures 1 or 3 to the three main air gaps Lg ₂ lies. The permissible range C moves without the saturation throttle a fourth leg, that is, along the abscissa. This means that the added, where a narrow gap between the Zon6H can be artificially maintained by changing the length of the fourth leg and the main legs - the air gap Lg can be varied, and that itself is maintained. The leakage flux now flows easily through 30 for a large output power a stable spanding fourth leg and decreases in the air gap voltage regulator with good waveform design and sets the temperature increases in the magnet - can by placing an appropriate length of the air gap materials near the core considerably. The front is chosen for the fourth leg. The device direction can therefore be produced with a higher output power than can by the fourth leg being designed so far. 35 is divided into two halves, e.g. B. the fourth and

Dreiphasen-Ferroresonanzspannungsregler haben fünften Schenkel, wobei beide einen bestimmten und im allgemeinen einen kleinen Bereich, in dem sie gut angemessenen Luftspalt aufweisen und symmetrisch arbeiten. Zum Beispiel kann in dem obengenannten zu den drei Hauptschenkeln liegen.
■ einfachen Fall, in dem der vierte Schenkel fehlt, ein Das Gerät kann so abgeändert werden, daß jederThree phase ferroresonant voltage regulators have fifth legs, both of which have a specific, and generally small, area in which they have well-proportioned air gap and operate symmetrically. For example, in the above can lie to the three main legs.
■ simple case in which the fourth leg is missing, a The device can be modified so that any

praktischer Spannungsregler nur für eine kleine Aus- 40 Hauptschenkel einen geringfügig unterschiedlichen gangsleistung realisiert werden. Diese Tatsache wird Querschnitt gegenüber dem anderen, besitzt. Diese durch die in Bild 4 gezeigten Versuche erhärtet. In Abänderung macht es möglich, daß die drei Schenkel Bild 4, 'wo auf der Abszisse die Kapazität des lie- ^ gleichen magnetischen Fluß besitzen und geringfügige sonanzkondensatörs und auf der Ordinate die ge_r *Z. Unterschiede der Ausgangsspannung zwischen jeder lieferte Spannung aufgetragen sind, sind zwei, up-.45 Phase vermieden werden.Practical voltage regulator only for a small output 40 main leg a slightly different output power can be realized. This fact is cross-section compared to the other, possesses. This is confirmed by the tests shown in Figure 4. In amendment makes it possible for the three legs' where possess Figure 4, the abscissa represents the capacity of the Lie ^ same magnetic flux and minor sonanzkondensatörs and on the ordinate the ge _r * Z. Differences in output voltage between each voltage supplied are plotted two, up-.45 phase to be avoided.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

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see the currents and their multiples suppressed.

Claim: However, if the current contains further harmonics,

so for example the fifth and seventh, then the

Three phase ferroresonance voltage regulator with waveform of the voltage applied to the load trip each between one of the input and output 5 worse ^ and the iron losses in the magnetic core terminals switched, each with a tap rise. In addition, relatively occur in the magnetic core equipped linear chokes, other tap high leakage fluxes of these harmonics, in front of which a star connection is connected, which is the environment of the ferroresonance voltage regulator In each branch from a ferroresonance must be shielded under certain circumstances, and the Circular parallel connection of a condenser results in further losses in the massive parts sators and one working in the saturation area. These influences have the effect that there is another throttle, each of the three being both the active and the passive parts of the further chokes from one to one leg of the magnetic core with regard to the permissible Indukeines multi-leg magnetic core and consider the heating to be large Winding is formed, must be characterized by it.

shows that the magnetic core has four legs It is theoretically possible to develop the height that occurs is and the fourth leg, which does not lead to any other harmonic magnetic fluxes contributes to press with the rest of the core part or to weaken that they pass through the river the ends of the fourth leg of the third harmonic are compensated. There Air gap is magnetically connected. 20 the third harmonic of the current through the star connection is suppressed, the third occurs. Harmonics of the river only weakly. This third harmonic.

of the flow arises from the other harmonics

of the excitation current due to non-linearities between

35 see excitation current and magnetic flux that. on the saturation properties are based. To this higher

The invention relates to a three-phase harmonic of the flow to compensate, the ferroresonance voltage regulator must be set with three each between third harmonics of the flow to a certain one of the input and output terminals switched value, which is generally greater, each provided with a tap linear Dros- 30 is as this value generated by the non-linearity, at whose taps a star connection is connected. From French patent specification 1 329 233 it is inferred that in each branch from one known, this compensation of the higher Harmoni ferroresonance circuit forming parallel connection of one see the flow through the third harmonic with capacitor and one in the saturation area working a voltage regulator with three-legged magnet ends further choke, whereby each of the three core can be achieved by changing the cross-section of the further chokes from one to one leg of an individual Gift el is partially reduced. Since a multi-legged magnetic core is wound with a three-legged magnetic core, the fluxes of the development are formed. To compensate for third harmonics in the core, ferroresonance voltage regulators of this type can be used 329 233, This increase in the leakage flux and the resulting adjustment of the flux of the third without the magnetic core L ₄ ), see also Figure 1 of the application drawing, however. This known ferro-harmonics is brought about by the suitable cross-sectional resonance voltage regulator have three each between reduction of the legs. As a result, although one of the input and output terminals is connected, a suppression of the higher harmonics is to be achieved and a linear tap is provided, this known voltage regulator has chokes. These known Ferroresonanzspan- but still the following disadvantages. The enlargement of the voltage regulator also has three leakage fluxes in the saturation range, requires higher excitation currents and working and also with a tap increases the iron losses, in addition, the respectable throttles, which are each connected in parallel with a condenser increase of the leakage fluxes under certain circumstances . The saturation chokes shields the controller are required to avoid induction currents in the environment on a common, three-legged core! Unwound, and each consisting of a saturation choke that has the reduction of the cross-section also for and a capacitor existing parallel connection- the fundamental wave of the flow itself an undesirable lines are connected with each other in star connection. 55 result in an increase in iron losses.
The ferroresonance voltage regulator feeds a three-phase load. To avoid these disadvantages in each case from a saturation choke and to create a ferroresonance regulator consisting of a voltage and a capacitor, in which the higher harmonic circuits are current resonance circuits whose resonance can be compensated for at of the load trains- 60 iron losses of the fundamental wave without the led voltage being practically constant, namely due to regulation by high excitation currents and high reason of the change in the degree of saturation of the saturation iron losses uneconomical ", and whereby throttle according to the voltage change The leakage flux escaping from the magnetic core between the individual phases, by which a minimum amount is reduced in order _to avoid leakage losses or lagging of the current flowing in the linear throttles and to make a shielding of the regulator from the environment superfluous .

As a result of the star connection, this task is performed with a ferroresonance chip

Ferroresonance voltage regulator the third harmonic regulator of the type mentioned thereby