DE1563189A1 - Spannungsstabilisationsanordnung - Google Patents

Description

^E ΊΪ! ^N I! « D r.-1 η g. H A N S RUovrnc ~ü^

* _Dip,.. f_ng. HEINZ AGULAR

^P PATENTANWÄLTE Till

ΓoBtscheckko Poatacheckkomo:

Berlin Wert 74 84 Manchen 662 77 Bankkonto: Bankkonto: Bank I. Handel u. Industrie ' 1 R R "5 1 ö Q Dreadnei Bank

-Depoaitenkaiae32 IJUJ I O J Manchen

Berlin 33 Dep.-Kas·· LaopoldttraB· Teplitzer Stra8e 42 Kto. 69 615 Kto..32 760fr . Telegramm-Adresae: Telegramm-Adr,...: Quadrat« Μ0ΐΚ*·ΓΙ Quadratur Berlin

G 1193

The General Electric Company limited, London, W.1

Spannungsstabilisationsanordnung

Diese Erfindung "betrifft Spannungsstabilisationsanordnungen für Wechselstromversorgungen und insbesondere Stabilisationsanordnungen, die mindestens eine Gruppe von Wechselstrom-Sättigungsdrosseln enthält, welche im Nebenschluß zu dem Versorgungssystem und gewöhnlich zu Systemkapazitäten oder statischen Kondensatorblöcken geschaltet werden können.

Gemäß der Erfindung besitzt in einer solchen Spannungs· stabiIisationsanordnung mindestens eine Gruppe solcher Drosseln in Reihe geschaltete Sekundärwicklungen, die in Form einer blindbelasteten Masche· angeordnet sind und zu denen externe Filter gehören, bzw. Primärwicklungen, die durch ihre Anordnung entsprechende Kernflüsse in der Phase

180°
um ——— relativ zueinander verschieben, wobei η die Anzahl der Drosselkerne in der Gruppe ist, um zumindest die Oberwellen niedrigerer Ordnung zu unterdrücken, und die Anord-

009324/0220.

ming ist so getroffen, daß der Oberwellenatrom in den in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen von solcher Größe ist, daß er zu einer merkbaren Abflachung der Spitze der in jedem der Reaktorkerne der Anordnung erzeugten FIuS-welle beiträgt.

Es wurde gefunden, daß eine solche Anordnung eine verbesserte Stabilität gegenüber Subharmonischen ergibt, welche durch die Zusammenwirkung zwischen der gesättigten Drossel und den Kondensatoren entstehen, und zwar im Vergleich zu Anordnungen, die parallele, oberwellenkompensierende Wicklungen und kurzgeschlossene Maschenwicklungen haben, welche eine sinusförmige Flußwelle in den Drosselkernen erzeugen.

Die Wicklungen jeder Drossel sind vorzugsweise So angeordnet, daß eine wesentlich an der Spitze abgeflachte Flußwelle in jedem Drosselkern erzeugt wird, wobei sich herausgestellt hat, daß dadurch die größtzulässige Leitungsimpedanz und die optimale Stabilität erreicht werden und die Anordnung durch einen im wesentlichen sinusförmigen Primärstrom gekennzeichnet ist.

Günstigerweise sind die Sekundärwicklungen so geschaltet, daß sie eine blindbelastete n-Phasen-Masche bilden, obgleich, wenn die Anzahl der Drosselkerne eine gerade Zahl ist, dann die Sekundärwicklungen vorzugsweise so geschaltet sind, daß sie zwei blindbelastete £ -Phasen Maschenschleifen bilden* Wenn es sich um eine ungerade,

009*24/0220

durch 3 teilbare Anzahl (odd triplen number) von Kernen handelt, die größer ale drei ist, können die Sekundärwicklungen so geschaltet werden, daß sie drei blindbelaetete §· -Phasen-Masohenschleifen bilden.

Die Erfindung besitzt den weiteren Vorteil, daß nur verhältnismäßig kleine Filter, wie z.B· eines für die zweite Harmonische , und Sättigungsdrosselkerne von einem wesentlich verringerten Eisenvolumen erforderlich sind, üb einen gleichen kVA-Ausgang für eine gegebene Steilheit der geforderten Sättigungskennlinie zu ergeben im Vergleich EU Anordnungen, bei denen die Oberwellenkompensation durch Parallelschaltung der Drosselwicklungen in Kombination ait der Anwendung kurzgeschlossener Maschenwicklungen bewirkt wird.

Es wird jedoch zu sehen sein, daß bei einfachen in Reihe geschalteten Kernen die Amplitude der unkompensierten Harmonischen von der nächst höheren Ordnung (2n + 1), wobei η die Gesamtzahl der Kerne einer Gruppe ist, stärker betont werden kann als bei parallelgeschalteten Gruppen oder bei einfachen Ib Stern geschalteten Drosseln Bit einer kurzgeschlossenen Maschenwicklung·

IM diesen lachteil zu verringern und zu einer optimalen Abflachung der Flußwelle beizutragen, kann jede ungerade Zahl von verwendeten Drosseln Hauptprimärwicklungen, die auf eine Weise gewickelt sind, wie sie für die Frequenzvervielfachung verwendet wird, sowie Sekundär-

009*24/0220

wicklungen enthalten, die in einer Masche geschaltet sind und zu denen eine zusätzliche kornptnsierende Drossel in die Masche eingeschaltet und so abgestimmt ist, daß die Restharmonischen im Primärstrom von (2n + 1)ter Ordnung zumindest annähernd auf das Minimum verringert werden, welches zwischen Leerlauf und Kurzschluß der Maschenwicklung besteht«

Stabilisierte Drosseln dieser Art können irgendeine Gesamtzahl von Kernen haben, vorzugsweise jedoch ungerade Zahlen, wie η = 3, 5, 7 oder 9, in Abhängigkeit von dem Grad der erforderlichen Oberwellenkompensation· Wenn η = 3 ist, ist keine interne Kompensation von Oberwellen durch gegenseitige Kompensation möglich. Dann ist die Unterdrückung der Oberwellen durch externe Filter notwendig· Wenn gerade Zahlen von sich gegenseitig kompensierenden, in Reihe geschalteten Gruppen verwendet werden, können deren Sekundärwicklungen in zwei oder mehr zu einer Masche geschalteten Gruppen ungerader Zahlen unterteilt werden und mit ebenso vielen flußformenden Drosseln auf die gleiche Weise verbunden werden, wie sie für einzelne Gruppen von Drosseln ungerader Anzahl beschrieben wurde. Zwei oder mehr ähnliche Gruppen solcher stabilisierter Drosseln können in Reihe oder parallel geschaltet werden, wobei deren Plußphasen so gewählt werden, daß eine gegenseitige Kompensation von Oberwellen zwischen den in Reihe oder parallel geschalteten Gruppen für mehr Restoberwellen, die zu unterdrücken sind, erzielt wird. Zum Beispiel um-

009824/0220

faßt die eine Anordnung dieser Art, bei der η = 6 ist und die sich als besonders vorteilhaft erwiesen hat, zwei Sättigungsdrosselgruppen mit drei Kernen, deren HauptPrimärwicklungen jeweils in der Art eines Frequenzverdreifachers angeordnet sind und miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei zu jeder Gruppe eineKompensationsdrossel gehört, die mit der entsprechenden Maschenwicklung in Reihe liegt, und die so bei einer 3Q°-Phasenverschiebung zwischen den entsprechenden Grundflüssen in beiden Verdreifachern angeordnet sind, daß die Ströme der verdreifachten Oberwelle, die durch die beiden Kompensationsdrosseln fließen, in der Phase um 90° verschoben sind.

Zusätzlich dazu, daß eine solche Anordnung die 5., 7. und niedrigeren Harmonischen unterdrückt, hat sich herausgestellt, daß sie auch die 11. und die 13· Harmonische in dem Magnetisierungsstrom unterdrückt. Es ist möglich, die beiden Sättigungsdrosseln für beinahe sinusförmige Eingangsströme durch geeignete Wahl der Kompensationsdrosseln so abzustimmen, daß die Wellenform extrem nahe einer Sinusfunktion über den gesamten Spannungs- und Strombereich gehalten wird, für den die Anordnung normalerweise verwendet wird.

Um die erforderliche Phasenverschiebung von —g— =

zwischen den beiden Sättigungsdrosselgruppen zu erzielen, können beide gleichermaßen für eine + 15°-Phasenverschiebung gewickelt werden, die dadurch erzielt wird, daß die

009*24/0220

Hauptwicklungen in Reihe aber in umgekehrter Phasenfolge und getrennte Sekundärwicklungen zu einer Maech· geschaltet werden, wobei die entsprechenden kompensierenden Drosseln in Reihe in die Maschen geschaltet werden. Jede andere Art von Zick-Zack-Schaltung, die die gleiche relative Phasenverschiebung erzeugt, kann verwendet werden· Nach einer anderen Möglichkeit kann eine der Konpensationsdrosseln in die Masche geschaltet werden, die durch die zur Masche geschalteten HauptPrimärwicklungen gebildet wird. Im letzten Fall umfaßt die Kompensationsdrossel drei getrennte Wicklungen auf einem gemeinsamen Kern, von denen jede mit einer der Hauptwicklungen in Reihe geschaltet ist.

Eine andere Anordnung mit η = 10 kann zwei Untergruppen von fünf Drosseln umfassen, die jeweils eine 36°- PhasenverSchiebung zwischen den einzelnen Flüssen haben, wobei jede Untergruppe so gewickelt ist, daß ihre entsprechenden Flüsse um 18° gegeneinander verschoben sind.

Es wurde gefunden, daß die Kennlinie, die für die Kompensationsdrossel in den oben beschriebenen Anordnungen, die zwei oder mehr ähnlicher Untergruppen von m gesättigten Drosseln verwendet, zweckmäßig ist, sich dicht der einer einfachen Wechselstrom-Sättigungsdrossel annähert, wodurch es- möglich wird, gesättigte Drosseln als Kompensationsdrosseln in der Maschenschleife für solche Spannungsstabilisationsanordnungen zu verwenden. Solche An-

009824/0220

ordnungen haben wieder den Nachteil, daß die Oberwellen jetBt leicht in den Kompensationsdrosseln aufgrund der Elsensättigung dieser Drosseln erzeugt werden, wodurch die beetiBÖgliche Wellenfora in der Primärwicklungeschaltung ▼erhindert wird.

Dies wird dadurch vermieden, daß die Rompensationsdroeeeln von zwei oder mehr Untergruppen zu einer Sättigungsdroeeeleinheit kombiniert werden, deren Kernanzahl größer als die Zahl j- der Untergruppen ist, die mit zusätzlichen Phasenverschiebungswicklungen ausgerüstet sind, üb eine gegenseitige Kompensation der in den Kompensationedrosselwieklungen erzeugten Oberwellen zu schaffen.

Die Unterdrückung solcher Oberwellen wird ermöglicht durch die Spannungsverschiebung in den Haschenwicklungen der Untergruppen, welche es erlaubt, daß die Wicklungen der gesättigten Kompensationsdrosseln wie für einen oberwellenkompensierten Sättigungsdrosselstabilisator in einem Mehrphasensystem geschaltet und angeordnet werden·

Eine gewisse leichte Abänderung der magnetischen Kennlinie der Konpensationsdrossel kann in einigen Fällen erforderliöh sein, um die beste Wellenform unter den bestirnten Betriebsbedingungen zu erzielen, für die der Stabilisator entworfen ist, und im allgemeinen kann die Formung irgendeiner magnetischen Kennlinie, die erforderlich 8ein kann, dadurch erzielt werden, daß drei Parameter der Drossel gesteuert werden. Eine ähnliche Steuerung der

009824/0220

Kennlinie der gesättigten Hauptdrosseln kann, wenn es zweckmäßig ist, ebenfalls bewirkt werden.

Demnach kann der steil ansteigende Abschnitt der magnetischen Kennlinie im Niederstrombereich geneigt wer-

den, indem ein Luftspalt in den gesättigten Kern eingeführt wird. Der Sättigungeteil kann durch das Maß der aufgebrachten Sättigung sowie durch den Streufluö beeinflußt werden, der zwischen der Wicklung und dem Sättigungekern geschaffen wurde. So wird z.B. eine Spule größeren Durchmessers auf einem gegebenen Kern die Sättigungskurve steiler machen. In einigen Fällen ist es jedoch auch zweckmäßig, das "Knie*¹ der Kennlinie zu formen, d.h. den Übergang zwischen den ungesättigten und den gesättigten Abschnitten. Dieser Übergang kann allmählicher gestaltet werden durch Riffelung der Kanten der Stahlbleche, aus denen die Sättigungsechenkel hergestellt werden. Diese Riffelungen können durch geeignete Schnittwerkzeuge oder durch Fräsen des vollständigen Blechpaketes geschehen, das den Körper des gesättigten Schenkels bildet. Gleichermaßen können eine oder mehrere axiale Reihen von Löchern in den Kernen vorgesehen werden, um Örtliche Beschränkungen des Eisenquerschnittes zu erzielen.

Die Kontrolle über den Pegel der Kennlinie kann durch die Anzapfung ändernde Einrichtungen an den Hauptkompensationsdroseelwicklungen erreicht werden, und die Steilheit der Kompensationedrosselkennlinie kann durch das

009124/0220

Einfügen von Reihenkondensatoren in die Leitungen zwischen den Masohenwicklungen und der Kompensationsdroseel verändert werden·

Günstigerweise sind die beiden oder die mehreren Untergruppen der Hauptdrosseln zu Einheiten kombiniert, in denen alle Drosselwicklungen auf einen gemeinsamen mehrschenkligen Kern entweder für Jede Untergruppe oder für die Gesamtgruppe aufgebracht sind.

Die Kompensationsdrosselwicklungen können vorzugsweise so angeordnet sein, daß sie eine symmetrische Phasenverschiebung zwischen der Grundwelle und der dritten Harmonischen in den in der Kompensationsdrossel bewirkten Flüssen aufgrund der in dem Sekundärkreis der Hauptsättigungsdrosselgruppen erzeugten Oberwellen, um eine Größe einführen, so daß der Sättigungsgrade aller Kernschenkel der Kompensationsdrossel oder der Drosseln praktisch der gleiche bleibt.

Eine solche Anordnung hat sich als erfolgreich bei der Kompensation von Asymmetrien herausgestellt, die durch die natürliche Umkehrung der Phasenfolge der dritten Harmonischen relativ zur Grundwelle im Sekundärkreis der Sättigungsdrosselgruppen bewirkt wird, was andererseits eine Veränderung der Sättigung in verschiedenen Schenkeln der Kompensationsdrossel zur Folge hätte und eine daraus folgende Verringerung der Kompensationswirkung. Dies wird dadurch ermöglich*, daß die dritte harmonische Spannung in dem Sekundärkreis der Sättigungsdrosselgruppe in einer sym-

009824/0220

metrischen Stellung relativ iur Grundwelle let, und durch eine geeignete Anordnung von KompeÄsationedroseelwicklungen kann eine gleich· Sättigung bei gleichen Orundwellenspennungen trotz der Anwesenheit der dritten Harmonischen erzielt werden.

Wenn zwei Sättigungsdrosselgruppen verwendet werden, welche die Kompenaationsdrossel speisende Spannungen liefern, die um 90° in der Phase verschoben sind, wird z.B. eine Kompensation erreicht durch die Verwendung einer Kompensationsdrossel mit vier umwickelten Kernschenkeln, wobei die Kompensationsdrosselwicklungen so geschaltet sind, daß sie eine Phasenverschiebung der Spannungen und Flüsse um

1 ° 1°

0 + 22^ und 90 + 22-tj· in der Kompene at ions schaltung ergeben.

Wo mehr als zwei Sättigungsdrosselgruppen verwendet werden, wird eine entsprechend größere Zahl von gesättigten Kernschenkeln in der Kompensationsdrossel erforderlich sein, um eine geeignete Kompensation zu erzielen·

Mehrere Untergruppen der m Drosseln können auch parallel geschaltet werden, und die genannte Anordnung von gemeinsamen Kompensationsdrosseln ist gleichermaßen anwendbar bei Stabilisationsanordnungen, die eine Verdreifacher-, Verfünffacher- oder irgendeine andere Vervielfacherart von phasenverschobenen Sättigungsdrosseluntergruppen in Parallelschaltung enthält.

In einigen Fällen, insbesondere dort, wo eine einzige Sättigungsdrosselgruppe verwendet wird ( η = m ), ist zu

009624/0220

sehen_r daß Über einen Variationebereich des erforderlichen DrosB«letrom·β die Fluß welle Mont von der Optimalform abwicht _f und es können dann Vorrichtungen zur Kompensation dieser Tatsache vorteilhaft verwendet werden. So kann die zusätzliche Konpensationsdrossel in solchen Fällen einen Transduktor umfassen, wobei Vorrichtungen vorgesehen sind, um den durch die Steuerwicklung des Transduktors fließenden Gleichstrom aufgrund von Änderungen des Drosselstromes zu steuern. Ss hat sich ergeben, daß durch geeignete Steuerung des Transduktors, der im folgenden hier als Abgleiohtransduktor bezeichnet wird, die optimale Wellenform beibehalten werden kann, um Grüßen des Reaktorstromes zu verändern.

Bequemerweise wird der Gleichstrom zur Steuerung des Transduktors direkt vom Drosselstrom Über geeignete Gleichrichter abgenommen.

Eine getrennte Steuerung der vollständigen Sättigungsdrossel, um diese an die sich verändernden Betriebsbedingungen anpaßbar zu machen, kann durch die Verwendung eines zusätzlichen Steuertransduktors in Eeihe mit den Wicklungen der Drossel erzielt werden, wobei der Steuertransduktor so gewickelt und geschaltet 1st, daß er eine Unterdrückung oder einen internen Ausgleich gewisser Harmonischer niedrigerer Ordnung erzielt, wobei die Steuerung durch linstellung des Stromes in einer Steuerwicklung des Steuertransduktors vorgenommen wird.

60***1/0*20

Vorzugs weise besitzt der Steuertransdulctor die gleiche Anzahl von Basiskerneinheiten wie die Sättigungsdrosselanordnung, oder ein Vielfaches davon, da dadurch die Unterdrückung der Harmonischen niedrigerer Ordnung erleichtert wird.

Ein weiterer Abgleichtransduktor kann zu einer Maschenwicklung des Steuertransduktors gehören, wobei der gleiche Strom verwendet wird, um den weiteren Abgleichtranetzsnduktor zu steuern, der auch für den ersten Abgleichtransduktor verwendet wird.

Eine Anordnung gemäß der Erfindung kann dazu verwendet werden, Spannungsverschiebungen in elektrischen Versorgungsnetzwerken zu verringern, die ein gemeinsames Sammelschi enensystem zur Speisung einer Vielzahl von sich verändernden Lasten aufweist, z.B. aufgrund von Lichtbogenofen, die parallel zu dem Sammelschienensystem geschaltet sind. In solchen und ähnlichen Fällen kann eine Anzapfungsänderung zu den Drosseln gehören in Verbindung mit geeigneten Kondensatorblöcken, damit die Durchschnittsspannung der Sammelschienen auf dem eingestellten Wert bleibt, unabhängig von der Anzahl der Lasten in dem Kreis zu irgendeinem Zeitpunkt*

Vorzugsweise wird auch eine große Pufferdroesel in die Versorgung eingeschaltet und einer zusätzlichen Sättigungsdrossel zugeordnet, die so mit der Pufferdroeeel und den Lasten gekoppelt ist, daß die Sättigung der zusätzlichen

009Θ24/0220

Drpssel ohne Verzögerung den Laständerungen folgt, wie es in der britischen Patentschrift 932 549 beschrieben ist* so daß jegliche restliche Laständerungen auf den Hauptleitungen praktisch daran gehindert werden, das Versorgungsnetzwerk zu beeinflussen. Die Pufferdrossel kann z.B. eine Anzapfungsdrossel sein, bei der die zusätzliche Sättigungsdrossel mit dem Anzapfungspunkt verbunden ist, so daß sie parallel zu der Last und zu einem Teil der Pufferdrossel liegt. Diese zweistufige Methode der Spannungsveränderungsunterdräckung ist besonders wirksam bei Schaltungen, die eine Vielzahl von parallelgeschalteten Lichtbogenöfen speisen, um die gegenseitige Beeinflussung zu begrenzen.

Es können jedoch auch Vorrichtungen vorgesehen werden, um die Spannung über der Last zu erhöhen und damit den Spannungsabfall zu kompensieren, der durch die Pufferdrossel hervorgerufen wird, wie es in der britischen Patentschrift 945 529 beschrieben ist, und in einer solchen Anordnung mit einer Pufferdrossel und einer zusätzlichen Sättigungsdrossel kann die Pufferdrossel die Form eines Drosseltransformators haben, dessen Primärwicklung in Reihe mit einem Hauptteil der zusätzlichen Sättigungsdrossel geschaltet ist, wobei die gesamte Drossel und die parallelgeschalteten Lasten wirk-

sind^, sam in Reihe in Bezug auf die Sekundärwicklung geschaltet-ie*

In anderen Kombinationen, die sich die Vorteile der Merkmale von Sättigungsdrosseln gemäß der Erfindung zu eigen

009324/0220

-H-

machen, können Kondensatoren mit der Sättigungsdrosselgrupp· oder den Gruppen in Reihe geschaltet werden, um die Spannungsänderung zu steuern, die zur Erzeugung einer gegebenen Änderung des Blindstromes erforderlich ist· Nebenschlußkondensatoren können auch parallel zu den Gruppen von Sättigungsdrosseln geschaltet werden, die mit solchen Reihen-^MSteilheitskorrektur"-Kondensatoren kombiniert sind, um die kapazitiven Leistungsanforderungen der Last und solche zusätzlichen Anforderungen zu erfüllen, die aufgrund des Leitungswid erstand es notwendig sein können, und unter der Voraussetzung, daß die Leitungsimpedanz nicht übermäßig hoch ist, d.h. solange der Kurzschlußstrom an dem Punkt des Netzwerkes, an dem eine die Steilheit korrigierte Sättigüngsdrossel-einrichtung angeschlossen ist, groß ist im Vergleich zum Strom der Parallelkapazität, wird die erforderliche Stabilität erreicht.

Es gibt jedoch noch viele Fälle, in denen die Versorgungsreaktanz notwendigerweise hoch ist, und in solchen Fällen kann eine zweite Sättigungsdrossel parallel zu einer Hauptsättigungsdrosselgruppe und einer in Reihe geschalteten "Steilheitskorrektur"-Xöndensatorkombination geschaltet werden und selbst durch ein kleinere Filter für die zweite Harmonische stabilisiert sein, das parallel zur in der Steilheit korrigierten Drosselgruppe und der zweiten Sättigungsdrossel geschaltet sein. Die zweite Sättigungsdrossel dient

0098*4/0220

asur Ausschaltung der Wirkung der hohen Leitungsimpedanz durch Vorstabilisierung dee Systems auf einen Punkt, mit dem die in der Steigung korrigierte Drossel auf solche Weise zu verbinien iet, daß sie sich so verhält, als ob die Versorgungeimpedanz niedrig väre.

Bas Vorhandensein der zusätzlichen Sättigungsdrossel und des Filters für die zweite Harmonische dient dabei dazu, Oberwellen bu verhindern, die aufgrund irgendwelcher geringer anfänglicher Asymmetrien des Systems erzeugt werden und sich selbst verstärken, und es stabilisiert demnaoh das System vor, indem es die Empfindlichkeit der in der Steilheit korrigierten Hauptdrossel gegenüber anfangenden harmonischen Störungen daran hindert, instabile Änderungen der Ausgangsspannung zu bewirken. Eine solche Anordnung sichert demnach die Oberwell^nstabilität bei dem Betrieb in Systemen, die eine hohe Leitungsimpedanz aufweisen. In bestimmten Fällen, in Abhängigkeit von der Form der magnetischen Kennlinie des in den Sättigungsdrosseln verwendeten Eisens, ist eine Stabilität zu erreichen durch die Einschließung eines Filters für die vierte oder sogar höhere Harmonische oder durch die vorsätzliche Beeinflussung der Kernkennlinie durch eine geeignete Mehrfachänderung des Querschnittes innerhalb der magnetischen Sohleife durch die Einführung kleiner nichtmagnetisoher Spalte oder durch beides.

Die Wioklungsschemata für die in der Steilheit korri-

009124/0220

gierte Hauptdrosselanordnung und die Vorstabilisierungsdrossel werden so gewählt, daß die restlichen unkondensierten Oberwellen niedrigster Ordnung sich zumindest teilweise gegenseitig herausheben.

Eine Anordnung, die die Kombination aus der Hauptsättigungsdrossel und einer Reihenkapazität sowie das Oberwellenfilter oder die Filter und die zusätzliche Stabilisierungsdrossel umfaßt, kann als eine Einheit ausgebildet werden, die über eine Leitung hoher Impedanz geschaltet werden kann, um das Xquivalent einer unendlich steifen Sammelschiene zu erzeugen, an die jegliche Last innerhalb der Kapazität der Einrichtung angeschlossen werden kann, ohne daß irgendeine merkbare Spannungsänderung in dem System auftritt. Die tatsächlich erzielte Spannungsänderung wird in gewissem Maße von dem Grad der Sättigungssteilheitkompensation durch den Reihenkondensator abhängen, doch durch die Verwendung eines geeigneten Kondensators und der oben beschriebenen Σοβρ·ηβation«vorrichtung können solch· Veränderungen bei 1 i» oder weniger gehalten werden.

Ia allgemeinen ist es zweckmäßig, den zu jeder Hauptsättigungedroesel gehörenden Relhenkoniensfttor gegen Stoßtiberepannungen, die z.B. durch Eineehaltvorgängt hervorgerufen werden, durch irgendeine geeignete Form Ton lellenedilukkern, Funkenetrecken, Gaeentladungeelementen oder durch das Einschalten in seitlicher Reihenfolge «u schützen, je nach dem, wie es durch die Umstände erforderlioh 1st, um «u ver-

00SI2WÖ220

' meiden, daß der Eelhenkondensator für eine übermäßig hohe Spannung ausgelegt Herden muß.

Dämpfungswiderstände oder kleine Entladungsdrosseln mit einer hohen Impedanz unter normalen Betriebsbedingungen oder beide in Eeihe können parallel zu jeder Eeihenkapazität geschaltet werden, um irgendwelche Instabilitäten zu verhindern, wie sie z.B. aufgrund der Beibehaltung elektrostatischer Ladungen oder aufgrund der Selbsterregung niedriger Frequenzen auftreten können.

Um die Erfindung genauer zu erklären, werden jetzt mehrere verschiedene AusfUhrungsformen als Beispiel unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 20 der beiliegenden schematischen Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Spannungsstabilisator, bei dem eine Gruppe von drei Sättigungsdrosseln 1 parallel zu einer Gruppe von Festkondensatoren geschaltet ist, die zur Lieferung von Blindleistung und auch dazu verwendet werden, stabilisierende Oberwellenfilter 2 zu bilden, und die Kombination wird mit den Versorgungsleitungen 3 einer Dreiphasen-Wechselstromversorgung in Eeihe mit einer Pufferdrossel 4 geschaltet.

Die Sättigungsdrosseln besitzen im Stern geschaltete Primärwicklungen 5 und in einer Masche geschaltete Sekundärwicklungen 6, wobei die Sekundärmasche mit einer Drossel 7 in Eeihe liegt, die so gewählt ist, daß die (2n ±1)ten Harmonischen, d.h. die 5. und 7. Harmonischen bei η * 2, auf

009824/0220

einem Minimum sind. Die Sättigungertgtlung geschieht durch eine Anzapfungsänderung 8 Ib isolierten Nullpunkt der im Stern geschalteten Primärwicklungen.

Die Reaktanz der Drossel 7 erzeugt dadurch, daß sie so gewählt wurde, daß die 5. und 7. Harmonischen in dem System verringert werden, eine praktisch oben abgeflachte Flußwelle in den Drosselkernen, und es wurde gefunden, daß durch eine solche Anordnung ein verbesserter, jedoch begrenzter Grad an Stabilität sowohl bei Leerlauf ale auch bei Kurzschluß erzielt wird· Wie bekannt ist, wird die in die Masche eingeschaltete Drossel durch keinen Grundwellenstrom erregt. Nur dreifache Harmonische können auftreten, da die Summe der drei Grundwellenströme Null ist, und nur die dreifachen Harmonischen, die in allen drei Kernen in Phase sind, können die Kompensationsdrossel erregen.

Eine Stabilität über einen weiteren Bereich kann jedoch, sogar wenn größere Pufferdrosseln erforderlich sind, wenn η = 3 ist, durch Kombination mit Oberwellenfiltern erzielt werden. Zu diesem Zweck werden den Leistungsfaktor korrigierende Kondensatoren 9 zusammen mit Drosseln 10 verwendet, um das Filternetzwerk 2 für die zweiten, dritten und fünften Harmonischen zu bilden, welches parallel zu den Sättigungsdrosseln geschaltet ist.

Bei einer solchen beschriebenen Anordnung werden im allgemeinen nur verhältnismäßig klein« Filter für gerade Harmonische erforderlich sein, woraus sich eine Kosten-

009624/0230

ereparole insbesondere dann ergibt, wenn ein Filter für die «weite Harmonische notwendig ist· Darüber hinaus ergeben eioh auch Einsparungen hinsichtlich der Konstruktion der Sättigungsdrossel aufgrund der Verringerung des benötigten Eisenvolumens bei einem bestimmten kVA-Ausgang für eine gegebene Steilheit der Sättigungskennlinie bei abgeflachter Flußwelle aufgrund des in der Masohenwicklung der Fig. 1 zirkulierenden Stromes.

Die Figuren 2 und 3 zeigen Wechselspannungsetabilisationsanordnungen gemäß der Erfindung, in welchen die in einer Masche verbundenen Sekundärwicklungen der Sättigungsdrossel! 1 weggelassen sind und die Hauptdrosselwicklungen 12 selbst su einer Masche geschaltet sind, wobei eine geeignete Drossel noch in diese Masche eingeschaltet ist.

Demnach wird in Fig. 2 eine Drossel 13 mit drei Wicklungen*geieigt, deren Wicklungen direkt mit den Hauptdroeselwicklungen verbunden sind, und Flg. 3 zeigt eine Anordnung, bei der eine gemeinsame Droseel 14 mit den parallel geaehalteten Sekundärwicklungen 15 der drei Obertrager T verbunden lat, deren Primärwicklungen 16 mit den Hauptdroaaelwioklungea 12 in Reihe geaehalttt sind.

Fig· 4 seigt elnea weiteren Spannungaatabiliaator gamtl der Srfindung, 4er eine Sättigungadroaselanordming 1 alt fttaf Kamen ( η * 5) enthält, wobei «ie Primärwicklungen 18 der Droaaeln in der Art eines Spannungsverfünffaeaeraetawerkea uai Ale Sekundärwicklungen 19 zuaaaaen alt einer Reiheneroaael 17 au einer Maeehe geschaltet eind.

QOMH/OtlO

Die Anordnung umfaßt ein Filternetzwerk 20 für gerade Harmonische, und es wurde gefunden, daß selbst bei nicht sehr großen Pufferdrosseln und einfachen Nebenschlußkondensatoren ein solches Pilternetzwerk, das in Abhängigkeit von den Netzwerkbedingungen auf die zweite oder vierte Harmonische abgestimmt ist, im allgemeinen völlig ausreicht, neben einigen sehr kleinen Filtern (nicht gezeigt) , die jegliche restliche Harmonische absorbieren oder dämpfen, wie die vorherrschenden 9. und 11. Harmonischen, was in der Praxis zweckmäßig sein kann.

Die Sättigungsdrossel mit induktiv belasteten Maschenwicklungen kann die Form eines Kernes mit vier oder sieben Schenkeln haben, die mit Primärwicklungen gemäß den Figuren 1 oder 4 ausgerüstet sind, bei denen jedoch die Sekundärwicklungen durch eine gemeinsame Wicklung ersetzt sind, welche die drei bzw. fünf umwickelten Schenkel und die unumwickelten Schenkel umgeben, oder die Jochabmessungen können so gewählt sein, daß eine Streureaktanz entsteht, die die Bedingungen für eine geeignete Abflachung der Flußwelle erfüllt. In einer anderen Form der Erfindung kann ein Kern mit drei oder fünf Schenkeln in einen Tank geeigneter Größe und aus leitendem Material, wie Aluminium, eingebracht werden, wobei der leitende Tank anstelle der gemeinsamen Wicklung tritt, die alle Schenkel umgibt.

Stabilisierte Sättigungsdrosseln, wie sie oben beschrieben wurden, können nicht nur in Verbindung mit ein-

009824/0220

-21-fachen Pufferdrosseln, sondern auch mit Dreiphasen-Konstant Spannungsübertragern und Stromkorrektoren verwendet werden, wie sie z.B. zur Unterdrückung von durch Lastschwankungen oder dergl. hervorgerufenen SpannungsSchwankungen verwendet werden, und sie können vorteilhaft für ein allgemeines Netzwerk oder für die Stabilisation von langen Übertragungsleitungen für die Lichtbogenofen-Flackerunterdrückung oder für Konstantspannungstransformatoren in Verbindung mit angezapften luftspaltdrossein verwendet werden.

Die in Pig. 5 gezeigte Anordnung istbesonders für den Betrieb einer Vielzahl von Lichtbogenöfen 21 parallel zueinander von einer Dreiphasen-Wechselstromversorgung vorgesehen, wobei die Öfen (von denen nur zwei gezeigt werden) durch Versorgungstransformatoren 23 mit den Sammelschienen 22 gekoppelt sind.

Zu den Öfen gehört eine Gruppe von drei Sättigungsdrosseln 24 der oben beschriebenen Form, die mit den Sammelschienen verbunden sind, um die Öfen wirksam im Nebenschluß zu schalten, wobei die Drosseln im Stern geschaltete Primärwicklungen 25 und in einer Masche geschaltete Sekundärwicklungen 26 aufweisen. Die Sekundärmasche liegt mit einer Drossel 27 in Reihe, die so gewählt ist, daß die 5. und 7. Harmonischen auf einem Minimum sind. Die Sättigungssteuerung kann z.B. mit Hilfe einer Anzapfungsänderung 28 im isolierten Nullpunkt der im Stern geschalte-

Q09824/O220

ten Primärwicklungen, wie gezeigt, geschehen, oder mit Hilfe eines äußeren Reguliertransformators (nicht gezeigt). Festkapazitäten 29 dienen dazu, Blindleistung zu liefern, und sie enthalten auch geeignete stabilisierende Oberwellenfilter.

Die Sättigungsdrosselanordnung ergibt einen hohen Grad an Stabilität sowohl im Leerlauf als auch unter Last und begrenzt die Spannungsänderungen an den gemeinsamen Ofensammeischienen 22 auf einen Pegel, bei dem sich die Öfen nicht gegenseitig stören. Die Anzapfungsänderungsanordnung dient dazu, die Durchschnittsspannung der Ofensammelschienen auf ihren festen Wert für eine unterschiedliche Zahl von betriebenen Öfen zu halten.

Die Sammelschienen 22 sind mit den Leitungen eines Dreiphasen-Netzwerkes 5 über eine Pufferdrossel 30 in Form eines Transformators verbunden, und zu diesem gehört eine zusätzliche Sättigungsdrossel 31, die so mit ihm gekoppelt ist, daß die Sättigung der Drossel den Lastveränderungen ohne Verzögerung folgt, um auf diese Weise jegliche Reständerungen des Laststromes zu absorbieren.

Bei einer solchen Anordnung sind alle Restspannungsänderungen auf den Sammelschienen praktisch von dem Yersorgungsnetzwerk ausgeschlossen.

In der dargestellten Anordnung sind die Wicklungen der zusätzlichen Sättigungsdrossel mit Anzapfungen versehen, wobei die Primärwicklungen der Puffertransformatordrossel 30 zwischen den Versorgungsleitungen und den ent-

009824/0220

sprechenden Anzapfungspunkten liegen. Ein Ende jeder Wicklung der zusätzlichen Drossel ist durch die zugeordnete Sekundärwicklung der Puffertransformatordrossel mit der entsprechenden Sammelschiene 22 verbunden. Durch diese Anordnung wird die Spannung an den Sammelschienen heraufgesetzt, um den Spannungsabfall über der Pufferdrossel zu kompensieren.

Geeignete Oberwellenfilter 33 liegen parallel zu der Anordnung, um einen weiteren Schritt gegen Spannungsänderungen zu erzeugen, die sich aus den Harmonischen niedrigerer Ordnung ergeben, welche in dem System erzeugt werden, und um jede weitere notwendige Leistungsfaktorkorrektur zu ergeben.

Miteinander verbundene Maschenwicklungen können auf die Drosseln 30 und 31 in bekannter Weise aufgebracht werden.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung, die zur automatischen Einstellung der Flußwellenform in Abhängigkeit vom Drosseletroni entworfen ist, um so eine optimale Wellenform für sich verändernde Stromgrößen zu erzielen. In Fig. 6 zeigt 61 eine Sättigungsdrosselanordnung mit fünf Kernen, welche parallel zu einem Dreiphasen-Wechselstromversorgungsnetzwerk: geschaltet werden kann, um eine Spannungsstabilisation zu erzielen. Weiterhin wird ein zugehöriger Steuertransduktor 62 mit zehn Kernen gezeigt, wobei die Hauptwicklungen 63, 64 der Drossel und des Transduktors in der Art eines Spanmmgsverfünffachernetzwerkes gewickelt und geschaltet

009824/0220

sind, so daß die niedrigeren Hannonischen bis zur neunten Harmonischen unterdrückt oder intern ausgeglichen v/erden. Die Sättigungsdrossel 61 besitzt eine Maschenwicklung 65 in Reihe mit einem ersten Abgleichtransduktor Ein zweiter Abgleichtransduktor 67 liegt in Reihe mit einer Maschenwicklung 68 des Steuertransduktors. Die Wirkung der Abgleichtransduktoren und der Maschenwicklungen liegt darin, daß eine praktisch an der Spitze abgeflachte Flußwelle in jedem der Drosselkerne erzeugt wird und dadurch die restlichen neunten und elften Hannonischen verringert werden, wobei die Anordnung, wie oben erklärt, einen hohen Grad an Stabilität liefert. Die Transduktoren werden so gesteuert, daß die Plußweilenform für Drosselstreuwerte, die sich wesentlich um den Mittelwert herum ändern, gleichgehalten wird. Um diese Steuerung zu erzielen, sind die Steuerwicklungen 69» 70 der beiden Abgleichtransduktoren 66, 67 mit dem Ausgang eines VoIlwellengleichrichters R in Reihe geschaltet, welcher mit Strom durch die Sekundärwicklungen 71 eines Dreiphasen-Stromtransformators 72 gespeist wird, dessen Primärwicklungen 73 mit den Hauptwicklungen der Sättigungsdrossel und des Steuertransduktors verbunden sind, so daß der Wert des Steuerstromes durch die Steuerwicklungen der Abgleichtransduktoren vom Drosselstrom abhängig ist und die Veränderung der Kaschenwicklungsströme, die sich aus Änderungen des Hauptdrosselstromes ergibt, den gewünschten

009824/0220

Grad an Einstellung der Flußwellen zur Beibehaltung der optimalen Kompensation liefert. Eine externe Sättigungssteuerung kann mit Hilfe einer Steuerwicklung 74 auf dem Steuertransduktor erzielt werden.

Die dargestellte Anordnung enthält auch eine zusätzliche RückkopplungsSteuerwicklung 75 auf dem Steuertransduktor 62, die mit dem Ausgang des Gleichrichters R und in Reihe mit den Steuerwicklungen 69, 70 des Abgleichtransformators geschaltet ist, wobei der Zweck dieser Rückkopplungssteuerung darin liegt, eine Kennlinie zu erhalten, die sich einem KonstantSpannungsmerkmal ähnlich dem der Sättigungsdrossel annähert. Vorzugsweise nähert sich die Rückkopplungserregung einer hundertprozentigen Selbsterregung, so daß nur ein sehr geringer externer Steuerstrom erforderlich ist, um den Arbeitspunkt der Drossel-Transformator-Kombination zu verschieben. Dies kann z.B. für eine Spannungssteuerung bei geschlossener Schleife oder für andere Netzwerkanforderungen verwendet werden.

Die Figuren 7 bis 9 kennzeichnen die drei verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, welche Paare von in Reihe geschalteten Sättigungs.drosselgruppen enthalten. In Fig. 7 sind demnach 76A und 76B zwei identische

Sättigungsdrosselgruppen mit drei Kernen, deren Zickzackwicklungen so geschaltet sind, daß sich eine + "^-Phasenverschiebung zwischen den Kernflüssen der beiden Drossel-

009824/0220

gruppen ergibt, wobei die Vorzeichenumkehr durch Umkehr der Phasenfolgenverbindung zwischen den Gruppen erzielt wird.

Außerdem besitzt jede Drosselgruppe 76A, 76B eine sekundäre Maschenwicklung 77A, 77B, die eine Kompensationsdrossel 78A bzw. 78B enthält, welche entsprechend in der Masche in Reihe geschaltet und so abgestimmt ist, daß die Restharmonischen in den entsprechenden Primärströmen von (2n + i)ter Ordnung zumindest annähernd auf das Minimum verringert sind, welches zwischen Leerlauf und Kurzschluß der Maschenwicklung besteht. Die Anordnung ergibt eine Phasenverschiebung der dreifachen Oberwellenströme durch die Kompensationsdrossel von 90°. Es wurde gefunden, daß diese Anordnung zusätzlich zur Unterdrückung der 5. und 7. Harmonischen nach dem Kompensationsprinzip der Phasenverschiebung auch die 11. und 13. Harmonischen wirksam durch den Strom unterdrückt, der durch die Kompensationsdrosseln über praktisch den gesamten Bereich von Spannung und Strom zirkuliert, für den die Anordnung entworfen ist.

Fig. 8 zeigt eine äquivalente Stern- und 30°-Zickzackschaltung der beiden Drosselgruppen 76A, 76B, von denen jede Gruppe wieder eine« Sekundärmaschenwicklung 77A, 77B aufweist und wobei eine Drossel 78A bzw. 78B in Reihe mit der Masche geschaltet ist. Die Anordnung liefert auch eine wirksame Unterdrückung der 11. und 13. und anderer Harmonischer niedriger Ordnung.

Fig. 9 zeigt eine Stern + Dreieck-Schaltung der beiden

009924/0220

Drosselgruppen, wobei die Kompensationsdrossel 78B in dieser Anordnung in die Schleife einer Maschenwicklung eingeschaltet ist, die durch die Hauptwicklungen der Sättigungsdrosselgruppe 76B gebildet wird und drei Wicklungen W auf einem gemeinsamen Kern umfaßt. Diese Wicklungen tragen keinerlei Grundwellen-Amperewicklungen bei, sondern dienen nur für den gleichen Abgleicheffekt wie die entsprechende Drossel 78B in der Drosselgruppe der Fig. 8, die in 30°- Zickzack-Sehaltung ausgeführt ist. Der Vorteil dieser Anordnung liegt in der sehr einfachen Wicklung auf allen Kernen ohne Anzapfungen.

Selbstverständlich sind in extremen Fällen einige Oberwellenfilter immer noch erforderlich, doch werden bei den betriebenen Anordnungen nur relativ kleine Filter für gerade Harmonische im allgemeinen notwendig sein, woraus sich eine Kostenersparnis ergibt. Eine weitere Kostenersparnis wird durch die verbesserte Abflachung der Flußwelle bei gesteigerter Anzahl der Kerne (n = 6) in diesen Fällen erzielt.

Die Anordnung der Fig. 10 umfaßt eine Hauptsättigungsdrosseleinhoit 81 und eine Kompensationsdrosseleinheit 82. Die Hauptdroββel besteht in der Tat aus zwei ähnlichen Sättigungsdrosselgruppen mit drei Kernen, die jeweils in der Art eines Frequenzverdreifachers mit Zickzackwicklungen gewickelt sind, die so geschaltet sind, daß sie eine + 15°- Phasenverschiebung zwischen den Kernflüssen der beiden Dros-

009824/0220

selgruppen ergeben. Die Vorzeichenumkehr wird durch die Umkehrung der Phasenfolgenverbindung zwischen den Gruppen bewirkt. Die Wicklungen der Drosselgruppen sind auf sechs Schenkeln eines gemeinsamen Kernes 83 mit acht Schenkeln untergebracht, wobei die Wicklungen der ersten Drosselgruppe auf dem zweiten, vierten und sechsten Schenkel angeordnet sind, während die Wicklungen der zweiten Gruppe auf den dritten, fünften und siebten Schenkel aufgebracht sind. Der erste und der letzte Schenkel bleiben frei. Diese Verteilung ergibt einen minimalen Jochfluß mit weiterer Ersparnis an aktivem Material.

Außerdem besitzt jede Gruppe eine sekundäre Maschenwicklung 84 bzw, 85, die jeweils in Reihe in der Masche mit einer Wicklung der Kompensationsdrossel 82 geschaltet sind, wie im folgenden erklärt werden wird.

Die Kompensationsdrossel besteht aus einer Wechselstrom-Sättigungsdrossel mit einem gemeinsamen sechsschenkeligen Kern 87 mit vier umwickelten Schenkeln L1, L2, L3, L4, wobei die Schenkel L2 und L4 die Hauptkompensationswicklungen 88, 89 tragen, die entsprechend in Reihe in den Maschenwicklungen 84, 85 der beiden Drosselgruppen liegen. Die umwickelten Schenkel L1 und L3 tragen zusätzliche Wicklungen 90, 91f die so geschaltet sind, daß eine gegenseitige Kompensation der in den Maschenwicklungen erzeugten Oberwellen auftritt.

Das Wicklungsschema - eine von vielen verschiedenen Lösungen, wie dem Fachmann ersichtlich ist - wird durch

009824/0220

aas Vektordiagramm der Fig. 11 erklärt, welches unter (a)
die Phasenstellung der einzelnen Spannungen auf den Schenkeln L1 bis 14 zeigt, die zu der Gesamtform beitragen, und
in (b) das sich ergebende elektrische Sternsystem mit η =4 zeigt, woraus sich als niedrigste Harmonische die 7. und 9. Harmonische in Bezug auf die 3. Harmonische ergeben, d.h.
die 21. und 27. Harmonische des Primärsystems. Durch Anbringung einiger Anzapfungen an den Hauptkoinpensationswicklungen 88, 89 ist es mcrglich, den Kompensationsbereich für eine
optimale Anpassung an den geforderten Pegel zu regeln.

Pig. 12 zeigt eine typische Spannungs-Strom-Kennlinie der Anordnung, und es wurde gefunden, daß durch geeignete
Formgebung der'magnetischen Kennlinie der Kompensationsdrossel bzw. der Hauptdrosseln eine optimale Spannung erreicht
werden ka,nn, die über einen weiten Strombereich beinahe konstant bleibt.

Im allgemeinen kann die Formgebung irgendeiner magnetischen Kennlinie, die erforderlich sein kann, durch die
Steuerung von drei Parametern einer Sättigungsdrossel erzielt werden, wie es oben erklärt wurde.

Die Zufügung von Reihenkondensatoren (C), wie sie
gestrichelt eingezeichnet sind, in die Leitungen zwischen die Maschenwicklungen 84, 85 und die Kompensationsdrossel 82 kann ebenfalls dazu verwendet werden, die Gesamtform der Kennlinie, wenn nötig, zu verbessern.

009824/0220

Wo es zweckmäßig ist, einen mehr allmählichen Übergang am "Knie" der Kennlinie zu erzielen, d.h. am Übergang zwischen dem ungesättigten und dem gesättigten Abschnitt entweder der Haupt- oder der Kompensationsdrossel, kann dies durch geriffelte Kanten der Stahlbleche erzielt werden, aus denen die Sättigungsschenkel hergestellt werden, wie es in Pig. 13 gezeigt ist, wobei die Tiefe der Riffelungen die Form des "Knies" innerhalb weiter Grenzen steuert. Eine äquivalente Variante liegt darin, daß eine oder mehrere axiale Reihen von Löchern in den Kernen vorgesehen werden, um örtliche Beschränkungen des Eisenquerschnittes hervorzurufen<

Selbstverständlich kann die Kompensationsdrossel auf irgendeine andere vorteilhafte Weise gewickelt werden, die eine geeignete Oberwellenkompensation ergibt, und kann mehr als vier umwickelte Schenkel, z.B. 6, aufweisen, wenn es zweckmäßig ist, um eine sehr zufriedenstellende Leistung für alle bestimmten Betriebsbedingungen zu ergeben.

Die in Pig. 14 gezeigte Anordnung ist in etwa ähnlich der der Fig. 10 und umfaßt eine Hauptsättigungsdrosseleinheit 81 und eine Kompensationssättigungsdrosseleinheit 82, wobei die Hauptdrossel in der Tat aus zwei ähnlichen dreikernigen Sättigungsdrosselgruppen auf einem gemeinsamen achtschenkeligen Kern bestehen kann und jede in der Art eines Frewquenzverdreifachers geschaltet sein kann, bei dem die Zickzackwicklungen so geschaltet sind, daß sie eine -15°-

009824/0220

Phasenver Schiebung zwischen den Kernflüssen der beiden Drosselgruppen wie in der vorangehenden Anordnung ergeben.

Jede Gruppe besitzt in ähnlicher Weise eine sekundäre Maschenwicklung 84 bzw. 85, in deren Masche jeweils eine Wicklung der Kompensationsdrossel 82 liegt.

Die Kompensationsdrossel umfaßt eine» Wechselstrom-Sättigungsdrossel mit einem gemeinsamen sechsschenkeligen Kern 87 und vier umwickelten Schenkeln L1, L2, L3, 14, wobei alle vier Schenkel gleiche Wicklungen mit einem Windungsver-

1° hältnis haben, das äquivalent einem tan 22?j- ist, und mit um 90° in der Phase verschobenen Spannung V. , Vg verbunden sind, um eine Phasenverschiebung zwischen den Spannungen und den

1° 1°

entwickelten Flüssen von 0+22^· und 90+22^· in der Kompensationsschaltung zu ergeben. Die Wahl der Flußphasenrichtung ist so, daß die Jochflüsse auf einem Minimum gehalten werden, wes erreicht wird, indem die Flüsse in den Schenkeln L2 und 14 umgekehrt im Verhältnis zu den Schenkeln L1 und L3 verlaufen.

Das resultierende Vektordiagramm wird in Fig. 15 gezeigt und es wurde gefunden, daß eine solche Anordnung sehr wirksam in der Ausgleichung der Sättigung der Kernschenkel ist und eine stark verbesserte Kompensation erzielt.

In einer anderen Anordnung können die vier Schenkel durch um 90° in der Phase verschobene Ströme erregt werden, wobei die zugehörigen Sternwicklungen in Reihe geschaltet sind und ein Wicklungsverhältnis aufweisen, welches eine

009824/0220

ι b e j ί b y

1°
22^· -Phasenverschiebung zwischen dem Strom in dem einen der beiden Wicklungssätze und den resultierenden Amperewindungen ergibt.

Anstatt die beiden Sättigungsdrosselgruppen der Figuren 10 und 14 als Spannungsverdreifacher zu schalten, können sie auch in Form von Verfünffachern oder anderen Frequenzvervielfachern geschaltet werden, die entweder in Reihe oder parallel verbunden sind.

Fig. 16 zeigt in schematischer Form eine Anordnung, bei der der HauptSättigungsdrosselanordnung gemäß der Erfindung, die bei R- gezeigt wird, ein in Reihe geschalteter Steilheitskorrekturkondensator Cg zugeordnet ist. In dieser Figur, die in einer einzigen Phase der Einfachheit halber gezeigt wird, stellen R die Leitungsreaktanz, L die Last und C einen Nebenschlußkondensator dar.

Wenn die Leitungsreaktanz groß ist, kann der Kondensator C mit der Versorgungsseite der Leitungsdrossel R, wie in Fig. 17» verbunden werden, Eine solche Anordnung ist von sich aus stabil und spricht gut auf Spannungsänderungen entweder in der Versorgung oder aufgrund von Veränderungen des Laststromes an, und sie kann z.B. mit Vorteil als eine Spannungsstabilisationsanordnung zur Verwendung mit Hochleistungs-Lichtbogenöfen verwendet werden, um LastStromveränderungen daran zu hindern, eine merkbare Wirkung auf die Spannung des Versorgungsnetzwerkes auszuüben. Die Größe der erlaubten

009824/0220

Reaktanz E in Fig. 17 ist dadurch begrenzt, daß sie die Last "begrenzt, die angelegt werden kann.

Die in Fig. 18 gezeigte Anordnung benutzt eine zusätzliche Sättigungsdrossel Rp zusammen mit einem Filter F für die zweite Harmonische, wobei beide parallel zu der Hauptsättigungsdrossel R.. und dem zugehörigen Reihenkondensator C₀ liegen. Bin Filter für die vierte Harmonische (nicht

gezeigt) kann--auch parallel zur Reihenkombination aus Drossel und Kondensator in einigen Fällen geschaltet werden.

Die Sättigungsreaktanz der zusätzlichen Sättigungsdrossel Rp zusammen mit dem Filter für die zweite und gegebenenfalls für die vierte Harmonische dient zur Vorstabilisierung des Systems durch praktische Eliminierung der Wirkung der großen Leitungsreaktanz mit Hilfe der Sättigungsdrossel Ro in einer Art, die es ermöglicht, daß die Empfindlichkeit des Hauptsättigungsdrosselkernes R- wirksam wird, ohne instabile Veränderungen der Lastspannung hervorzurufen.

Die gesamte Einheit, die durch die Reihenkombination der Drossel R₁ und des Kondensators C_, das Oberwellenfilter

ι ο

oder die Filter und die zusätzliche Stabilisierungsdrossel R₂ gebildet wird und innerhalb der gestrichelten Linie gezeigt wird, kann parallel zu einer Leitung hoher Impedanz geschaltet werden, um so etwas wie eine unendlich steife Sammelschiene zu erzeugen, an die jegliche Last innerhalb der Blindleistungskapazität der Einrichtung geschaltet werden kann, ohne irgendeine merkbare Spannungsveränderung hervorzurufen.

009824/0220

Die Gesamtkennlinie der Einheiten, wie sie in Fig. 18 gezeigt werden, wird in Fig» 19 entwickelt. Die Sättigungsspannung Vp der Stabilisierungsdrossel Rg muß niedriger als die Sättigungsspannung V .. der Drossel R- sein, und die Stabilisierungsdrossel Rp wird auf praktisch konstanter Last sein, wobei die Blindleistung, die sie aufnimmt, gerade einen festen Teil der Gesamtkapazität C absorbiert. Die Ausgangsspannung wird über einen weiten Bereich von Blindstrom konstant sein, bis sich der Strom in der Drossel R- Null nähert. An diesem Punkt wird die Drossel Rp immer noch Strom führen, und bei einer weiteren Anforderung an Blindstrom kann die Spannung um einen gewissen Wert in der Größenordnung von z.B. 10 i* bis 15 $ absinken. Die Schaltung wird sich in diesem Bereich so verhalten, als ob der Stabilisator nur aus der Kapazität 0 und der Reaktanz X₃₂ der Drossel Rg bestünde, d.ho sie wird sich immer noch als Stabilisierungseinheit verhalten, nur mit der üblichen Steilheit einer einfachen Drosselstabilisierung. Nur wenn auch der Strom durch die zweite Drossel den Wert Null erreicht, wird das System mit der Parallelkapazität allein gelassen, und wenn eine weitere Spannungsverringerung eintritt, wird die Blindleistung dann auf eine Weise absinken, wie sie für alle einfachen Parallelkapazitäten üblich ist und wie es durch die "Kapazitätsleitung" gezeigt ist.

Die Steilheit der Hauptdrossel R^ kann durch die Ab-

00982WO?20

stimmung des Reihenkondensators Cg mehr oder weniger zu dem Gesamtwert oder nur einem Bruchteil der Steilheitsreaktanz X ₁ der Drossel abgestimmt werden, und diese kann durch Unterteilung der Reihenkapazität in vorzugsweise in Reihe geschaltete Einheiten einstellbar gemacht werden, welche in Abschnitten kurzgeschlossen werden können, wenn es erforderlich ist.

Die Stabilität der in Fig. 19 gezeigten Kombination ist derart, daß der Reihenkondensator Cg sogar so gewählt werden kann, daß er eine Reaktanz X_c ~^_si hat. Dies bedeutet, daß es möglich ist, die Steilheit der Sättigungsdrosselkennlinie überzukompensieren und dementsprechend der gesamten "Konstantspannungsdrossel¹¹ der Pig. 19 die Kennlinie einer Drossel mit fallender Kennlinie zu geben. Dies kann besonders bei Anwendung in Netzwerken mit sehr hoher Spannung vorteilhaft sein, bei denen es nicht praktisch ist, die komplizierte Wicklung der Hauptdrossel direkt mit dem höchsten Spannungepegel zu verbinden, so daß ein Isolationstransfornator T dazwischenzuschalten ist. Wenn die neue Drossel mit einer fallenden Kennlinie dann mit der Sekundärwicklung eines solchen daz wischengeschalt et en Transformators T verbunden ist, der aueh Anzapfungsänderungseinriohtungen enthalten kann, kann die Steilheit der Kennlinie so gewählt werden, daß sie zur gleichen Zeit die Streureaktanz des Transformators kompensiert, so daß ein KonstantSpannungseffekt im jetzt stabilisierten Hochspannungspegel erhalten wird. Das sich ergebende Schema wird in Fig. 20 gezeigt.

0 0 9824/0220 " Patentansprüche -

Claims (24)

1. G 1193

   -36-

   Patentansprüche :

   (TIj Spannungsstabilisationsanordnung für eine Wechselspannungsversorgung, gekennzeichnet durch zumindest eine Gruppe von Wechselspannungs-Sättigungsdrosseln, die im Nebenschluß zum Versorgungssystem geschaltet werden und in Reihe geschaltete Sekundärwicklungen besitzen, die in Form einer blindbelasteten Masche angeordnet sind, und zu der äußere Filter gehören, bzw. Primärwicklungen aufweisen, 4ie die entsprechenden Süernfllisse einer Phasenverschiebung von

   ~χ relativ zueinander unterwerfen, wobei η die Zahl der Drosselkerne in der Gruppe ist, zur Unterdrückung zumindest der Harmonischen niedriger Ordnung, und wobei die Anordnung so gewählt ist, daß der Oberwellenstrom in den in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen von solcher Größe ist, daß er

   Jßlle, eine merkbare Abflachung der Spitze der Flußceiträgt, die in

   jedem Drosselkern der Anordnung erzeugt wird.
2. 2. Spannungsstabilisetionsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Drossel mit ihren Wicklungen so angeordnet ist, daß eine an der Spitze praktisch abgeflachte Flußwelüe in jedem der in der Anordnung verwendeten Drosselkerne erzeugt wird.
3. 3. Spannungsstabilisationsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen in Form einer blindbelasteten n-Phasen-Masche geschaltet sind.

   009824/0220
4. 4. Spannungsstabilisationsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Drosselkerne gerade ist und die Sekundärwicklungen zu zwei blindbelasteten S -Phasen-Maschenschleifen geschaltet sind.
5. 5. Spannungsstabilisationsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine ungerade durch drei teilbare Anzahl von Kernen größer als drei vorgesehen ist und die Sekundärwicklungen zu drei blindbelasteten S -Phasen-Maschenschleifen geschaltet sind.
6. 6. Spannurigsstabilisationsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Drosselgruppe eine Untergruppe mit einer ungeraden Zahl m von Drosseln enthält,deren Primärwicklungen in der Art der. Frequenzvervielfacher gewickelt sind, und deren Sekundärwicklungen zu einer Masche geschaltet sind, und wobei eine zusätzliche Kompensationsdrossel in die Masche eingeschaltet ist, daß Restharmonische in dem Primärstrom von (2n-1)ter Ordnung zumindest annähernd " auf das Minimum, verringert werden, das zwischen Leerlauf und Kurzschluß der Maschenwicklung besteht, wobei η die Zahl der Kerne in der Gruppe ist.
7. 7· Spannungsstabilisationsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Kompensationsdrossel einen Transduktor umfaßt, und daß Vorrichtungen vorgesehen sind, um den durch die Steuerwicklung desTransduktors fließenden Gleichstrom aufgrund von Änderungen im Dros-

   Ö098U/0220

   selsfcrom zu steuern.
8. 8. Spannungsstabilisationsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrom zur Steuerung des Transduktors direkt durch Gleichrichter von dem Drosselstrom abgenommen ist.
9. 9» Spannungsstebilisatior.sanordnung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Steuertransduktor, wobei die Wicklungen der Drossel und des Steuertransduktors so gewickelt und geschaltet sind, dai3 eine Unterdrückung oder interne Ausgleichung gewisser Harmonischer niedriger Ordnung entsteht, und durch Vorrichtungen zur Steuerung des Stromes in einer Steuerwicklung des zusätzlichen Steuertransduktors.
10. 10. Spannungsstabilisatior.sanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mindestens zwei ähnliche Sättigungsdrossel-Untergruppen, die jeweils eine ungerade Zahl von Drosseln aufweisen und deren Hauptprimärwicklungen in der Art der Frequenzvervielfachung gewickelt und miteinander in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sind, wobei jede Sekundärwicklungen, die zu einer m-Phasen-Masche geschaltet sind, zusammen mit einer zusätzlichen Kompensationsdrossel aufweist, die in die entsprechende Masche in Reihe eingeschaltet ist. ■
11. 11. Spannungsstabilisationsanordnung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch zwei dreikernige Sättigungsdrössel-

    009324/0220

    gruppen, deren Hauptprimärwicklungen in Form eines Frequenzverdreifachers gewickelt und miteinander in Reihe geschaltet sind und zu denen jeweils eine Kompensationsdrossel gehört, die in der entsprechenden Maschenwicklung in Reihe liegt und so angeordnet ist, daß die Oberwellenströme des Verdreifachers, die durch die beiden Kompensationsdrosseln zirkulieren, um 90° in der Phase in Bezug auf diese Frequenz verschoben sind«
12. 12. Spannungsstabilisationsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sättigungsdrosselgruppen in gleicher Form für eine i 15° -Grund wellen-Phasenverschiebung gewickelt sind, wobei ihre Hauptprimär wicklungen in Reihe, aber mit umgekehrter Phasenfolge geschaltet sind, und wobei getrennte Sekundärwicklungen in einer Masche mit den entsprechenden Kompensationsdrosseln geschaltet sind.
13. 13· Spannungsstabilisationsanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch zwei Sättigur-gsdrossel-Untergruppen von jeweils drei Kernen mit Kauptprimärwicklungen, die nach der Art der Frequenzvervielfachung gewickelt und miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei die eine Drosseluntergruppe in Stern geschaltete Primärwicklungen und zusammen mit einer zusätzlichen Kompensationsdrossel in einer Masche geschaltete zugehörige Sekundärwicklungen aufweist und wobei die Hauptprimärwicklungen der anderen Drosselgruppe in Masche geschaltet sind und mit einer zusätzlichen Kompensationsdrossel

    009824/0220

    ausgertistet sind, wobei die letztere drei getrennte Drosselwicklungen auf einem gemeinsamen Kern und in Reihe mit einer der Primärwicklungen aufweist.
14. 14. Spannungsstabilisationsanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mindestens zwei ähnliche Sättigungsdrosselgruppen jeweils mit Hauptprimär wicklungen, die in der Art von Frequenzvervielfachern angeordnet und miteinander in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sind, wobei zu jeder eine entsprechende Kompensationsdrosselwicklung gehört, die in Reihe mit einer entsprechenden Maschenwicklung geschaltet ist, wobei die Kompensationsdrosselwicklurgen kombiniert sind, um eine Sättigungsdrosseleinheit mit einer Vielzahl von Kernschenkeln mit zusätzlichen Wicklungen zu bilden, die für eine gegenseitige Kompensation der Oberwellen geschaltet sind, welche in den Kompensationsdrosselwicklungen erzeugt werden.
15. 15. Spannungsstabilisationsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei oder mehr ähnlichen Drosseluntergruppen selbst als eine einzige Drosseleinheit kombiniert sind, wobei alle Drosselwicklungen auf einem oder mehreren mehrschenkeligen Kernen liegen.
16. 16. Spannur-gsstabilisatior-sanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsdrosselwicklungen so angeordnet sind, daß sie eine symmetrische Phasenverschiebung zwischen der Grundwelle und der dritten Harmo-

    009824/0220

    -41-

    nischen in der Kompensationsdrossel aufgrund der in der Sekundärschaltung der Haupt satt igungsdross'elgruppen. erzeugten Oberwellen in solchem Ausmaß bewirken, daß der Sättigungsgrad aller Kernschenkel der Kompensationsdrossel oder der Drosseln praktisch der gleiche bleibt.
17. 17. Spannungsstabilisationsanordnung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch zwei Sättigungsdrosselgruppen, die Spannungen liefern, welche die Kompensationsdrossel speisen und um 90° in der Phase verschoben sind, und dadurch, daß die Kompensationsdrossel vier umwickelte Kernschenkel besitzt, wobei die Wicklungen so geschaltet sind, daß sie eine

    + 1°

    Phasenverschiebung der Spannungen und Flüsse von 0 - 22^·

    1 ο
    und 90° - 22tj in der Komp ens a,t ions schaltung erzeugen.
18. 18. Spannungsstabilisationsanordnung nach Anspruch 1 zur Verringerung von Spannungsveränderung in elektrischen Versorgungsnetzwerken mit einem Sammelschienensystem, welches eine Vielzahl sich verändernder Lasten speist, gekennzeichnet durch Anzapfungsänderungsvorrichtungen an den Sättigungsdrosseln, damit die Durchschnittspannung der Sammelschienen auf einem genvählten Wert unabhängig von der Anzahl der angeschlossenen Lasten gehalten werden kann.
19. 19. Spannungsstabilisationsanordnung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Pufferdrossel, die das Versorgungsnetzwerk mit dem Sammelschienensystem verbindet und zu der eine zusätzliche Sättigungsdrossel gehört, die so mit

    09024/0220

    der Pufferdrossel und den Lasten gekoppelt ist, daß die Sättigung der zusätzlichen Drossel den Last Veränderungen ohne Verzögerung folgt, so daß alle restlichen LastVeränderungen an den Sammelschienen praktisch das Versorgungsnetzwerk nicht beeinflussen können.
20. 20. Spannungsstabilisationsanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferdrossel aus einer angezapften Drossel mit einer zusätzlichen Sättigungsdrossel besteht, die so mit dem Anzapfungspunkt verbunden ist, daß sie parallel zur Last und einem Teil der Pufferdrossel liegt·
21. 21. Spannungsstabilisationsanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferdrossel die Form eines Transformators hat, dessen Primärwicklung mit einem Hauptteil der zusätzlichen Sättigungsdrossel liegt, wobei die gesamte Drossel und die parallel geschalteten Lasten •wirksam in Eeihe in Bezug auf die Transformatorsekundärwicklung geschaltet sind.
22. 22. Spannungsstabilisationsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestena einen Kondensator in Reihe mit jeder Sättigungsdrosselgruppe zur Regelung der Spannungsänderung, die zur Erzeugung einer gegebenen Änderung des Blindstromes erforderlich ist.
23. 23. Spannungsstabilisationsanordnung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch mindestens einen Nebenschlußkonden-

    009824/0220

    sator parallel zur Sättigungsdrossel und zum Reihenkondensat or·
24. 24. Spannungsstabilisationsanordnung nach Anspruch 22 öler 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Sättigungsdrossel parallel zu einer Kombination aus einer Hauptsättigungsdrosselgruppe und einem Reihenkondensator geschaltet ist und selbst durch ein Filter für die zweite Harmonische stabilisiert ist, welches parallel dazu liegt.

    0 1193
    HP/fr

    009824/0220

    Leerseite