DE1638507C3 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines symmetrischen Dreiphasensystems aus den um 120 Grad elektrisch verschobenen Phasen und dem Nulleiter eines mindestens zeitweise unsymmetrischen Dreiphasennetzes - Google Patents

Description

bene, symmetrische Spannungen ergeben.

In den Fig. 1 bis 4 sind Ausführungsbeispiele zur Erläuterung der Erfindung dargestellt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine SchaltungE- 40 F i g. 1 stellt das Vektordiagramm einer Dreianordnung zur Erzeugung eines symmetrischen Drei- phasenwechselspannung dar, wobei die zwei Enden phasensystems aus den um 120° elektrisch verscho- eines Autotransformators mit den Phasen A und B benen Phasen und dem Nulleiter eines mindestens verbunden werden. Dadurch wird zwischen der Mittelzeitweise unsymmetrischen Dreiphasennetzes mittels anzapfung M dieser Verbindung und dem Nulleiter N zweier Autotransformatoren. 45 eine neue Wechselspannung gleicher Frequenz gewon-

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits nen. Die erzeugten Spannungen zwischen A und N, aus der CH-P¹S 3 45 947 bekannt. Bei dieser bekannten dann zwischen B und N sind gleich U, jedoch um Schaltungsanordnung werden zwei um 120° elektrisch 120° phasenverschobea Die neue Spannung, das verschobene Phasen und ein Nulleiter eines drei- Mittel von A/B in bezug auf JV, läuft also um 60 phasigen Dreltistromsystems zu eiinem leistungsstarken 50 hinter der Phase A nach und um 60° der Phase B Verbraucher geführt der alle drei Phasen eines Dreh- voraus. Wenn der Cosinus eines Winkels von 60° Stromsystems benötigt. Hierzu werden zwei Auto- gleich 0,5 ist dann ist der Wert seiner Amplitude

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angeschlossen zu werden, bei dem in nicht vorher- der Phase C, gleich dem U zwischen C und N festbestimmbarer Weise eine der drei Phasen ausfallen zustellen. Aus dieser Tatsache ergibt sich, daß bei

" ist weiterhin eine Schaltung bekannt (Scott- 60 Verdoppelung von £ und Umkehrung um 180°

Schaltung; ML V i d m a r: »Transformatoren«, SpHn- die Phase C erhalten wird.

ger-Verlag, Berlin 1925, 2. Aufl., S. 675 bis 678), die Das Mittel zur Erreichung dieses Resultats ist

folgendermaßen arbeitet: Bei einem Zweiphasen- sehr einfach: An einem zweiten Autoträfo mit eiinem

system, dessen Phasen jedoch um 90° verdreht sind, Zwischenabgriff am Drittel der Spule wird ein Abgriff

wird durch Verwendung von zwei Transformatoren 65 angeordnet, der mit dem Nulleiter JV verbunden

ein dreiphasiges Drehstromsysterai erzeugt Mit dieser wird. Von diesem Nulleiter JV verzweigen sich in

Schaltung ist es möglich, eine symmetrische drei- entgegengesetzter Richtung zwei Teilspulen, wovon

phasige Belastung in eine gleichmäßige zweiphasige eine doppelt soviel Windungen wie die andere hat.

y/enn das Ende der kleinen TeUspule mit der Mittelanzapfung M des ersten Autotrafos verbunden wird, jjrird damit die Lage der Phase C am Ende der la-oßen TeUspule erreicht

Es ist somit zu erkennen, daß mit diesem erfindungsgeiaäßen System, wenn es an ein \υΐ zweiphasiges Versorgungsnetz A und B angeschlossen ist, erreicht wird, einen Dreiphasen-Motor zu speisen. Die Phase C wird dem Motor durch die aus den Phasen A-B entnommene Energie zugeführt Auf dieses Merkmal wird später noch bei zwei Anwendungsbeispielen Bezug genommen.

Wenn die am freien Ende des auf V₃ unterteilten Trafos erzeugte Phase C ganz gleich der Phase C der Leitung des Versorgungsnetzes ist, so gibt es keine Änderung, wenn die Klemme C des Systems mit der entsprechenden Phase C des Netzes verbunden wird, die in jeder Hinsicht das gleiche Potential hat Es gibt in diesem Falle keinerlei Energieübertragung von einer Phase auf die andere.

Das ist nicht so, wenn, infolge einer ungleichen Verteilung der Last zwischen den drei Phasen, die Spannungen selbst ungleich werden. Dann entstehen in den verschiedenen Teilspulen Ausgleichsströme, um das anfängliche Gleichgewicht wieder herzustellen. Es erfolgt durch diese Ausgleichsfähigkeit des Systems eine unmittelbare Energieübertragung von den unter überspannung stehenden Phasen auf die überlasteten Phasen.

Aus dem Schema der F i g. 1 ist noch eine andere Folgerung zu ziehen: Angenommen, das System mit den zwei Autotrafos wird mit dem Netz nicht mehr über die Punkte A, B und N, sondern nur noch über die Punkte C und N verbunden, dann erhält der Teil der Spule C-N eine primäre Versorgung durch die Phase C. Das letzte Drittel dieses Autotrafos hat

dann eine Sekundärspannung ., die um 180^r zu C

phasenverschoben und auf den Mittelabgriff des anderen Autotrafos bezogen ist. Es genügt also, entweder die Klemme A an die Phase A anzuschließen, um die Phase ß · an der Klemme B zu erzeugen, oder die Klemme B an die Phase B anzuschließen, um die Phase A an der Klemme A zu erhalten.

Die allgemeine Regel lautet: Wenn zwei Phasen irgendwelcher Art des vorgenannten Systtms zu dieser Vereinigung kommen, dann entsteht unmittelbar die dritte Phase.

Bei allen Erläuterungen bezüglich der Fig. 1 wurde der Autotrafo mit Mittelanzapfung M in der Basis A B des gleichseitigen Dreieckes ABC angeordnet. Der Einfachheit halber wird er daher >, Basisspule« und infolgedessen der Autotrafo mit der Spulenunterteilung '/3 »mittlere Spule« genannt, unter Berücksichtigung der Tatsache, daß diese zwei Spulen auf geschlossenen, vollkommen unabhängigen Magnetkernen aufgewickelt sind.

Es wäre aber genau so gut möglich, die Gruppe von 120" in der Weise abzutrennen, daß sich die Basisspule zwischen B und C befindet, um die Phase A an der der mittleren Spule gegenüberliegenden Klemme zu erzeugen.

Desgleichen entsteht die Phase B am gegenüberliegenden Ende, indem die Basisspule auf der Seite AjC angeordnet wird. Außerdem ist es möglich, diese drei Kombinationen in der gleichen Anlage, trotz der eigenen Ausgleichsfähigkeit jeder Gruppe, gemäß dem Schema nach F i g. 2 zu vereinigen.

Dieses Dieieck-Stein-System ist in verschiedenen Fällen besonders vorteilhaft Sei es, um die Auswirkungen einer zufälligen Unterbrechung in einer Gruppe minimal zu halten, oder sie gar zu beseitigen; sei es, tun die in den Transformatorspulen vorhandenen Lasten in drei gleiche Teillasten zu teilen, wenn die Gesamtlast einen nicht zulässigen Wert bei den größten zu verwirklichenden Transformatoren erreicht, was beispielsweise wichtig beim Energie-

austritt aus einem elektrischen Kraßwerk ist; sei es aus der prinzipiellen Notwendigkeit (Sechsphasengleichrichter) heraus, daß, ausgehend von einem Dreiphasenstrom, ein Sechsphaseastrom erzeugt werden solL

In den Anwendungsbeispielen wird noch gezeigt wie dieses Resultat durch eine leichte Variante erreicht werden kann.

1. Anwendungsbeispiel

Es ist bekannt wie sehr Dreiphasen-Motoren im Fall einer Unterbrechung einer Netzphase, z. B. durch Leitungsbruch, geschädigt werden. Das betrifft nicht nur den Lauf des Motors, sondern auch dessen Erhitzung ist verhängnisvoll, wenn die zwei restlichen

*5 Phasen nicht sofort abgeschaltet werden. Die Zuordnung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung parallel zum Motor schützt diesen nicht nur vor solchen Schäden, sondern ermöglicht auch seine dauernde nurmale Funktion ohne die geringste Unterbrechung, was also einen doppelten Vorteil bedeutet, da, wie bereits erwähnt die fehlende Phase durch Energieentnahme aus den zwei restlichen Phasen vollständig wiedererzeugt wird.

2. Anwendungsbeispiel

Wenn man an einem Einsatzort ein magnetisches Drehfeld durch zwei um 120° verschobene Phasen erzeugen kann, so ist es nicht mehr unbedingt notwendig, die dritte Phast durch ein Leitungskabel zuzuführen, wodurch ein neues Verteilungssystem möglich wird. Vom Ort der Entstehung kann sich die Energie in drei Richtungen ausbreiten: Die Phasen A und B in eine erste, die Phasen B und C in eine zweite und die Phasen A und C in eine dritte Richtung, wobei je nach Erfordernis die fehlende Phase an Ort und Stelle erzeugt werden kann, was beispielsweise bei Tiefbohrungen, wo der Motor unten sitzt, von Interesse ist. Es ist von Vorteil, die elektrischen Energieleitungen dadurch zu vereinfachen, daß ein Leiter wegfällt.

3. Anwendungsbeispiel

Ein Stern-Dreieck-System für große Leistungen, an eine Wechselstrommaschine oder einer Gruppe von synchronisierten Wechselstrommaschinen angeschlossen, ist in der Lags, am Abgang der Leitungen die Lasten und folglich dis Spannungen im ganzen Netz auszugleichen, wodurch eine optimale Gesamtleistung des Netzes gewährleistet wird. Diese Anwen-

dung kann in nützlicher Weise das zweite Anwendungsbeispiel ergänzen, wenn die drei dort angegebenen Energierichtungen einen zu unterschiedlichen Verbrauch haben.

4. Anwendungsbeispiel
⁶5

Durch eine einfache Variante in der Anordnung der drei mittleren Autotrafos ist das Stern-Dreieck-System in der Lage, einen Sechsphasenstrom, versetzt

um je 60°, aus einem Dreiphasenstrom zu erzeugen, und zwar selbst dann, wenn eine der Netzphasen fehlt.

Jede mittlere Spule hat einen zusätzlichen Teil -γ

jenseits der Basis, außerhalb des Dreiecks des Schemadiagramms gemäß Fig. 3, wo die Basen rechtwinklig dargestellt sind.

Bei Betrachtung der vollständigen Beschreibung der mittleren Spule, deren Gesamtspannung 2 U bei diesem Anwendungsbeispiel ist, ergibt sich, daß es sich üis einen Autbtrafo mit vier Klemmen, einer an jedem Ende, plus zwei Zwischenabgriffe handelt. Der erste Zwischenabgriff ist in der Mitte und der zweite am Viertel der Spule. Die Verbindung der Kabel geschieht nun folgendermaßen: Der Mittelabgriff wird mit dem Nulleiter N, der Abgriff am Viertel mit der MittelanzapfungM der Basisspule, z.B. Basis A B, und das Ende des großen Teiles, der Hälfte der Spule, mit der der Basis gegenüberliegenden Phase (PhaseC im gewählten Beispiel) verbunden; das Ende des kleinen restlichen Teiles^ eines Viertels der Spule, ist die Klemme, wo die neue Phase abgenommen wird, wobei es sich, gemäß dem Ausführungsbeispiel, um die Phase/) handelt, die urn 180° der Phase C entgegengeriehtet und um 60° zu A und B versetzt ist. Die komplette Schaltung ist aus F i g. 4 ersichtlich.

Eine nähere Betrachtung dieses Systems: könnte zu dem Einwand führen, daß das Vorhandensein des durch die drei Basisspulen gebildeten Spannungsdreiecks zur Erzeugung von drei neuen Phasen nicht mehr erforderlich sei. Die Beseitigung dieses Dreiecks würde aber die Aufteilung der Lasten zwischen den Phasen und die Möglichkeit der Versorgung durch nur noch zwei Phasen aufheben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Belastung umzuwandeln oder umgekehrt. Diese Schal-

   ι ²

   ^tentansprüche:

   siaSSXi&^riniS 3 ^ΖΒΆ^ 120° elektrisch verschobenen Phasen und dem anordnung der eingangs genannten Art w Nalleiter eines mindestens zeitweise unsymmetri- mäßige Belastung m eine gleichma&ge g

   sehen Dreiphasennetzes mittels zweier Autotrans- der drei Phasen umzuwandeln und ta nebretigem foEmatoren; dadurch gekennzeichnet, Ausfall einer Phase zu erreichen, daß sich dieser mcht daß der erste Autotransfonnator eine Mittel- io beim Verbraucher auswirkt

   anzapfung {Jtf) aufweist, daß der zweite Auto- Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden

   Informator eine Anzapfung besitzt, die seine Merkmale des Anspruchs I gelost Die Vorteile der Windungszahl im Verhäliaiä 2:1 aüfteüi, wobei Erfindung liegen darin, daß eine_j ungleichmäßige der Abschnitt mit der kleineren Windungszahl Belastung m eine gieicnmaoige n«aäiüag u« _urei zwischen die Mittelanzapfung (M) des ersten Auto- i_S Phasen umgewandelt wird und daß bp netzse-ügem transformator* und den Nullleiter (,V) gelegt ist Ausfall einer Phase erreicht wird, daß sich dieser mcht und .daß die verbleibenden drei Enden der beiden beim Verbraucher auswirkt Dies ware beispielsweise Autottansiformatoren die drei Phasen [A, B, Q des für einen Drehstrommotor schädlich, weil dieser zu erzeugenden Dreiphasensystems bilden, indem dadurch überhitzt wird, was bei einem Zweiphasenan mindestens zwei von ihnen die Phasen des 20 betrieb auf jeden Fall eintreten wurde. Schließlich Dreiphasennetzes angeschlossen sind (Fig. 1). wird durch die Erfindung, ohne daß hierzu die

   Z Schaltungsanordnung mach Anspruch 1, da- Anschlüsse vertauscht werden müssen^ dem partiellen durch gekennzeichnet daß die gleiche Anordnung oder restlosen Versagen irgendeiner der drei Phasen, in zyklischer Vertauschung noch zweimal an das ausgehend von den zwei verbleibenden Phasen, vor-Dreiphascnnetz angeschlossen ist (F i g. 2). 25 gebeugt.

   3. Schaltungsanordnung mach Anspruch 2, da- In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung

   durch gekennzeichnet daß jede der drei Anord- ist vorgesehen, daß die gleiche Anordnung in zyklinungen einen in der Windungszahl vergrößerten scher Vertauschung noch zweimal an das Dreiphasenzweiien Autotransformator aufweist bei dem die netz angeschlossen ist Zur Bildung einer sechsphasigen zusätzlichen Windungen sich an den Abschnitt 30 Schaltung wird vorteilhafterweise vorgesehen, daß mit der kleineren Windungszahl anschließen und jede der drei Anordnungen einen m der Windungszahl diesem Abschnitt in der Windungszahl gleich sind vergrößerten zweiten Autotransformator aufweist, bei derart daß sich sechs um jeweils 60" phasen- dem die zusätzlichen Windungen sich an den Abschnitt verschobene, symmetrische Spannungen ergeben mit der kleineren Windungszahl anschließen und (F i g. 3 und 4). 35 diesem Abschnitt in der Windungszahl gleich sind

   derart daß sich sechs um jeweils 60° phasenverscho-