DE1913061A1

DE1913061A1 - Arrangement for filtering out harmonic oscillations that arise in a three-phase network, in particular through rectifiers or inverters

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Publication number: DE1913061A1
Application number: DE19691913061
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-08-01
Filing date: 1969-03-14
Publication date: 1970-04-02

Description

Anordnungen zum Ausfiltern von harmonischen Schwingungen, die in einem Drehatromnetz. insbesondere durch Gleichrichter oder Wechseirichter entstehen.Arrangements for filtering out harmonic oscillations in a Rotating atomic network. especially caused by rectifiers or inverters.

Mehrphasen-Wechselstromnetze können beträchtliche harmonische Schwingungen enthalten, die teils durch die Stromquelle, teils durch bestimmte Verbraucher hervorgerufen sein können, welche zum Nachteil der anderen die Schwingung der Grundspannung stören.Multi-phase AC networks can generate considerable harmonic oscillations included, partly caused by the power source and partly by certain consumers which disturb the oscillation of the basic voltage to the detriment of the others.

So sind grundsätzlich Wechselgleichrichterschaltungen und statische Wechselrichter in den meisten Fällen Erzeuger harmonischer Schwingungen und Spannungen im Mehrphasenwechselstromnetz, welches sie speist oder durch sie gespeist wird. Dies ist insbesondere der Fall bei Gleichrichteranlagen, deren Leistung gross ist gegenüber der der Wechselstromquelle, die sie speist, z.B. bei der elektrischen Zugbeförderung, in der Elektrochemie oder überhaupt bei der Übertragung grosser Energien durch Gieichstrom. Die harmonischen Schwingungen in Wechselstromnetzen sind umso kleiner, Je grösser die Zahl der Phasen des Gleichrichters oder Wechselrichters ist; ee ist beispielsweise bekannt, dass die Wechaelstromspeieung eines Gleichrichtere mit einem Strom mit q Phasen theoretisch nur harmonische Schwingungen der Ordnungen n = k n q 1 1 erzeugt3 wobei k eine ganze positive Zahl ist.So are basically inverter circuits and static In most cases, inverters generate harmonic oscillations and voltages in the multi-phase alternating current network that feeds it or is fed by it. This is particularly the case with rectifier systems whose power is high compared to that of the alternating current source that feeds it, e.g. the electrical one Train transport, in electrochemistry or in general in the case of large-scale transmission Energies through direct current. The harmonic oscillations in alternating current networks are the smaller, the greater the number of phases of the rectifier or inverter is; ee is known, for example, that the Wechaelstromspeieung a rectifier with a current with q phases theoretically only harmonic Vibrations of the orders n = k n q 1 1 where k is a positive integer.

So kann man beispielsweise eine Gleichrichteranlage aus einem Transformator speisen, der sekundärseitig eine grössere Anzahl Phasen hat. Wenn seine mit den Gleichrichtern verbundenen Wicklungen q Phasen haben und beispielsweise sterngeschaltet sind, speist jeder Anodenkreis des zugeordneten Gleichrichters nur während der Zeit 1/q des Strsmflusses einer jeden Periode Es scheint folglich, dass die mit dem Gleichrfctissr verbundenen Transformatorwicklungen ebenso wie die Gleichrichterelemente selbst einen Nutzungskoeffizienten haben, der im selben Masse kleiner wird, wie die Zahl q der gleichgerichteten Phasen wächst.For example, you can build a rectifier system from a transformer feed that has a larger number of phases on the secondary side. If its with the Rectifiers connected windings q have phases and, for example, star-connected are, each anode circuit of the assigned rectifier feeds only during the time 1 / q of the current flow of each period It therefore appears that the with the equilibrium r connected transformer windings as well as the rectifier elements themselves have a utilization coefficient that becomes smaller by the same amount as the number q of the rectified phases increases.

Ausserdem zeigt die Erfahrung, dass Gleichrichteranlagen, die die selbst wieder aus Gleichrichtergruppen mit t hoher Phasenzahl gebildet sind, Ursprung beträchtlicher Unsymmetrien zwischen gleichzeitig im Betrieb befindlichen Umrichtergruppen sein können, hervorgerufen durch die Ungleichheit der Verteilung der Einzellasten. Diese Unsymmetrien zwischen den verschiedenen Elementen, die Gruppen mit vielen Phasen bilden, können durch die harmonischen Schwingungen verstärkt werden, die in der Primärspannung auftreten, und können in dem die Gruppe speisenden Wechselstrom Rückwirkungen hervorrufen derart, dass in diesem ein Teil der harmonischen Schwingungen die man zu eliminieren wUnschte, wieder auftritt, so dass die Vorteile aus der Vergrösserung der Phasenzahl weitgehend aufgehoben sind.In addition, experience shows that rectifier systems that use the themselves are again formed from rectifier groups with t high phase numbers, origin Considerable asymmetries between groups of inverters in operation at the same time caused by the inequality of the distribution of the point loads. These imbalances between the different elements, the groups with many Phases form can be amplified by the harmonic vibrations that occur in the primary voltage and can occur in the alternating current feeding the group Cause repercussions in such a way that in this part of the harmonic oscillations which one wished to eliminate reappears, so that the benefits from the enlargement the number of phases are largely canceled.

Die Erfindung befasst sich mit dem gesamten Netzwerk, in dem ein Störungen hervorrufender Netzteil (E) durch einen Transformator (T) galvanisch von einem Wechselstrom -Xetsteil getrennt ist, und stellt sich die Aufgabe, die Harmonischen des Stromes und der Spannung, die durch jenen Netzteil ( ii Wechselstroinnetz hervorgeruten werden, eo weit wie möglich zu verringern und zugleich den Nutzungskoeffizienten für die Baugruppe Transformator-Gleichrichter oder gegebenenfalls für die Baugruppe Wechselrichter-Transformator bei Vermeidung der geschilderten Nachteile bestmöglich zu erhöhen.The invention is concerned with the entire network in which a fault generating power supply unit (E) by a transformer (T) galvanically from an alternating current -Xet part is separated, and sets itself the task of the harmonics of the current and the Voltage that are brought out by that power supply unit (ii alternating current network, eo to reduce as much as possible and at the same time reduce the utilization coefficient for the Transformer-rectifier assembly or, if applicable, for the inverter-transformer assembly to increase as much as possible while avoiding the disadvantages described.

Diese Aufgabe lässt sich in einfacher Weise mit bekannten induktiven Schaltelementen lösen, wenn erfindungsgemäss das Wechselstromnetz von dem die Harmonischen erzeugenden Netzteil (E) durch einen Trenntransformator (T) der soviel Phasen hat wie das Netz, getrennt wird, dessen Primär- oder Sekundärwicklungen oder mit diesen elektrisch verbundene Hilfswicklungen, vorzugsweise seine mit dem störenden Netzteil elektrisch verbundenen Wicklungen (Sekundärwicklungen) iit einer der Zahl der Harmonischen, die auszufiltern sind, entsprechenden Zahl von Abgriffen versehen sind, deren Lage so gewählt ist, dass an jeweils einem Abgriff an jeder Wicklung für eine Harmonische der Ordnung i deren Spannungen in Modul und Phase gleich sind, und wenn weiter diese Abgriffe paarweise durch einphasige Transformatoren mit einer Wicklung (Autotransformatoren) verbunden werden. Wenn diese Autotransformatoren eine hinreichend kleine Impedanz haben, bildet ihre Kette einen Kurischlueskreis für die betreffende Harmonische der Ordnung je Die Erfindung lässt sich in verschiedenen Anordnungen ausführen, die weiter unten näher beschrieben werden.This task can be accomplished in a simple manner with known inductive Solve switching elements if, according to the invention, the alternating current network from which the harmonics generating power supply (E) through an isolating transformer (T) which has so many phases how the network is separated, its primary or secondary windings or with them electrically connected auxiliary windings, preferably his with the interfering power supply electrically connected windings (secondary windings) with one of the number of harmonics, which are to be filtered out, the corresponding number of taps are provided, their position is chosen so that one tap on each winding for one harmonic of order i whose voltages in module and phase are the same, and if further these Taps in pairs by single-phase transformers with one winding (autotransformers) get connected. If these autotransformers have a sufficiently small impedance their chain forms a Kurischlueskreis for the relevant harmonic The invention can be carried out in different arrangements, which are described in more detail below.

Zur Ausfilterung der Harmonischen höherer Ordnung, wie z.B. der 11., 13. oder 19. Ordnung, wird vorteilhaft die (im allgemeinen dreiphasige) Netzspannung durch den Trenntransformator zunächst in ein System höherer Phasenzahl - insbesondere 5 für die Harmonischen 11.To filter out the higher order harmonics, such as e.g. of the 11th, 13th or 19th order, the (generally three-phase) Line voltage through the isolating transformer initially into a system with a higher number of phases - especially 5 for the harmonics 11.

oder 19. Ordnung und 7 für die Harmonische 13. Ordnung - transformiert. Hierfür verwendet man Transformatoren mit zwei Eisenkernen, zwei Primärwicklungen und drei bzw. vier Sekundärwicklungen. Die Autotransformatoren werden dann wieder zwischen die Abgriffe an je zwei Sekundärsicklungen geschaltet. Eine solche Anordnung vermag die Harmonischen bis zur 27. Ordnung einschliesslich auszufiltern, - vorausgesetzt natürlich, dass die Harmonischen 3. Ordnung und ihrer Vielfachen in dem dreiphasigen Wechselstromnetz fehlen oder auf andere bekannte Art eliminiert sind.or 19th order and 7 for the 13th order harmonic - transformed. Transformers with two iron cores and two primary windings are used for this and three or four secondary windings. The autotransformers will then be back connected between the taps on two secondary windings each. Such an arrangement is able to filter out the harmonics up to and including the 27th order - provided of course, that the 3rd order harmonics and their multiples in the three-phase AC mains are missing or eliminated in some other known way.

Gemäss einer besonderen Ausführungsform für dreiphasige Wechselstromnetze kann der dreiphasige Transformator auch aus zwei einphasigen Auto transformatoren in Scott-Schaltung aufgebaut und zu dem Wechselstromnetz parallel geschaltet sein; die Nebenschluss-Autotransformatoren - Je einer für Jede auszufilternde Harmonische -sind wieder mit Abgriffen an seinen Wicklungen verbunden, die gemäss der Lehre der Erfindung angeordnet sind.According to a special embodiment for three-phase alternating current networks The three-phase transformer can also consist of two single-phase auto transformers be constructed in a Scott circuit and connected in parallel to the AC network; the shunt autotransformers - one for each harmonic to be filtered out -are connected again with taps on its windings, according to the teaching of the invention are arranged.

Die Erfindung wird nun im einzelnen zunächst theoretisch, dann an Ausführungabeispielen ausführlicher erläutert.The invention is now initially theoretical in detail, then on Execution examples explained in more detail.

In der Zeichnung zeigen: Pig. 1 ein Netzschaltbild mit einem erfindungsgemäss geschalteten Trenntransformator in Scott-Schaltung und dazu das Ersatzschaltbild; Fig. 2 eine vereinfachte Ausführung zu Fig. 1 und deren Ersatzschaltbild; Fig. 3 das Ersatzschaltbild einer Abwandlungsform zur Fig. 2 mit einem dreiphasigen Trenntransformator in Dreieckschaltung; Fig. 4 eine erweiterte Ausführungsform zu Fig. 1 für die Ubersetzung eines dreiphasigen Systems in ein fünfphasiges System und dazu das Ersatzschaltbild; Fig. 5 die Ersatzschaltbilder zweier Abwandlungs-und 6 formen zu Fig. 4; Fig. 7 das Ersatzschaltbild eines renntransformators für die Ubersetzung eines dreiphasigen Systems in ein siebenphasiges System; Fig. 8 eine weitere abwandlungsform für einen zum Wechselstromnetz parallel geschalteten Transformator in Scott-Schaltung; Fig. 9 zwei Vektordiagramme zu den Ausführungsfor-und 10 men nach Fig. 4, 5 und 6.In the drawing show: Pig. 1 shows a network diagram with an according to the invention switched isolating transformer in Scott circuit and the equivalent circuit diagram; FIG. 2 shows a simplified version of FIG. 1 and its equivalent circuit diagram; FIG. Fig. 3 shows the equivalent circuit diagram of a modification to FIG. 2 with a three-phase isolating transformer in delta connection; FIG. 4 shows an expanded embodiment of FIG. 1 for the translation a three-phase system into a five-phase system and the equivalent circuit diagram; 5 shows the equivalent circuit diagrams of two modifications and 6 forms of FIG. 4; Fig. 7 the equivalent circuit diagram of a racing transformer for the translation of a three-phase System into a seven-phase system; Fig. 8 shows a further modification for a Scott-type transformer connected in parallel to the AC network; Fig. 9 two vector diagrams for the embodiments and 10 men according to FIGS. 4, 5 and 6.

Zunächst seien die Betriebsbedingungen an Vektordiagrammen kurz erläutert.First, the operating conditions are briefly explained using vector diagrams.

In einem gegebenen gleichseitigen Dreieck ABC mit dem Mittelpunkt 0 kann man um diesen Mittelpunkt als Nullpunkt ein regelmässiges Vieleck aus (2 n + 1) gleichen Seiten konstruieren, von denen eine auf der Basis BC des Dreiecks ABC liegt. In Fig. 9 ist das regelmässige Vieleck ein Fünfeck - es wurde so gewählt zur Vereinfachung der Darstellung - mit den Ecken a, b, c, d, e, von denen die Ecke a auf dem Lot WH von A auf der Basis BO liegt. DEFG sind die Schnittpunkte der beiden anderen Seiten des Dreiecks ABC.In a given equilateral triangle ABC with the center 0 you can create a regular polygon around this center point as the zero point (2 n + 1) construct equal sides, one of which is based on the BC base of the triangle ABC lies. In Fig. 9 the regular polygon is a pentagon - it was chosen that way to simplify the illustration - with the corners a, b, c, d, e, of which the corner a is on the perpendicular WH of A on the base BO. DEFG are the intersection of the two others Sides of the triangle ABC.

Mit dieser Darstellung kann die elektrische Verbindung von zwei Transformatoren schematisch dargestellt werden, von denen einer dreiphasig ist, dargestellt durch seine Primär- oder Sekundärwicklungen AB, BC, CA, und der andere fünfphasig, bestehend aus einphasigen Transformatoren, die nur eine Wicklung enthalten und deshalb im folgenden als einphasige Auto-Transformatoren bezeichnet werden, dargestellt als ad, db, bc, ce und ea.With this representation, the electrical connection of two transformers are schematically represented, one of which is three-phase, represented by its primary or secondary windings AB, BC, CA, and the other five-phase, consisting from single-phase transformers that contain only one winding and are therefore in the hereinafter referred to as single-phase auto-transformers, represented as ad, db, bc, ce and ea.

Die elektrische Verbindung zwischen den Transformatoren ABC und adbce geschieht bei den Punkten EDGF und c, b, welche Abgriffe an jeder der einphasigen Wicklungen darstellen, und zwar so, dass ihre jeweilige Lage auf der Wicklung den Abschnitten auf dir Figur entspricht.The electrical connection between the transformers ABC and adbce happens at points EDGF and c, b, which taps on each of the single-phase Represent windings in such a way that their respective position on the winding denotes Corresponds to sections on you figure.

Falls der Transformator ABC durch ein System von dreiphasigen symmetrischen Spannungen gespeist wird, so entnimmt man an den Punkten a, d, b, c, e ein fünfphasiges symmetrisches System. Wenn die dreiphasigen symmetrischen Spannungen, die vom Transformator ABC abgegeben werden, periodische, nicht sinusförmige Funktionen der Zeit sind, greift man sie an den Anschlussklemmen des fünfphasigen Autotransformators adbce ab als ein System von fünf fünfphasigen symmetrischen Spannungen. Diese kann man in Fourierreihen entwickeln: Die Thermen 5. Ordnung, die aus diesen verschiedenen Reihen entnommen werden können, sind im Modul gleich und stimmen in den Phasen überein. Dasselbe gilt für die Thermen der Ordnung, die ein Vielfaches von 5 ist.In the case of transformer ABC through a system of three-phase symmetrical If voltages are fed, a five-phase can be seen at points a, d, b, c, e symmetrical system. When the three-phase symmetrical voltages coming from the transformer ABC are given, are periodic, non-sinusoidal functions of time, you grab them at the connection terminals of the five-phase autotransformer adbce as a system of five five-phase symmetrical voltages. You can do this Developing in Fourier series: The 5th order thermals resulting from these different Rows that can be taken are the same in the module and correspond in the phases. The same applies to the terms of the order, which is a multiple of 5.

Wenn das Funfeck eine genügend kleine Impedanz hat, bildet es einen kurzgeschlossenen Kreis für die Harmonischen 5. Ordnung und der Vielfachen von 5, die infolgedessen im Fünfeck adbce umlaufen und sich nicht in das Netz fortpflanzen.If the pentagon has a sufficiently small impedance, it will form one short-circuited circuit for the 5th order harmonics and multiples of 5, which consequently circulate in the pentagon adbce and do not reproduce in the network.

Allgemein lässt sich also ein mehrphasiger,genullter Autotransformator mit (2n + 1) Phasen und elektrisch mit einem dreiphasigen Trafo ABC gekoppelt allgemein beschreiben durch ein Vieleck mit (2n + 1) Ecken, aus dem man ein System von (2n + 1) mehrphasigen symmetrischen Spannungen erhält, welches sich wie folgt in Fourierr« n darstellen lassen: Die Thermen der Ordnung (2n + 1) in den verschiedenen Ausdrücken sind alle gleich im Modul und in Phase, wie auch die übrigen Thermen vielfacher Ordnung von (2n + 1), und das Vieleck aus (2n + 1) Elementen bildet, wennW:%? dafür sorgt, dass seine Impedanz hinreichend klein iet, einen Kurzschlusskreis für die harmonischen Ströme der Ordnung (2n + 1) und der Vielfachen von (2n + 1), die sich nicht in das übrige Netz fortpflanzen.In general, a multi-phase, zeroed autotransformer can be used with (2n + 1) phases and electrically coupled with a three-phase transformer ABC in general describe by a polygon with (2n + 1) corners, from which a system of (2n + 1) receives multiphase symmetrical voltages, which is expressed as follows in Fourierr « Let n represent: The terms of the order (2n + 1) in the various expressions are all the same in module and in phase, as are the other thermal baths many times over Order of (2n + 1), and forms the polygon from (2n + 1) elements, ifW:%? Therefore ensures that its impedance is sufficiently small, a short circuit for the harmonic currents of order (2n + 1) and multiples of (2n + 1), which are do not propagate into the rest of the network.

Diese Eigenschaften können nun in verschiedener Weise verwerten werden, ausgehend von einer stark vereinfachten Ausführungsform, welche zur besseren Übersicht wieder anhand der Fig. 9 erläutert wird.These properties can now be used in various ways, starting from a greatly simplified embodiment, which for a better overview will be explained again with reference to FIG.

In diesem Sonderfall liegen die Punkte a, d, b, c, e auf gleichem Potential (hinsichtlich Modul und Phase) für die Harmonischen 5. Ordnung und ihrer Vielfachen.In this special case the points a, d, b, c, e are on the same Potential (in terms of module and phase) for the 5th order harmonics and their Multiples.

Unter diesen Bedingungen würde ein dreiphasiger Autotransformator unsymmetrischer Bauart, welcher-die Punkte a, b, c verbindet, die derart gewählt sind, dass sie an dem dreiphasigen Transformator ABC leicht herzustellende Zwischenabgriffe ergeben, selbst die Quelle von Strömen der Harmonischen 5. Ordnung und ihrer Vielfachen sein vorausgesetzt, dass seine Impedanz hinreichend klein ist. Dasselbe wäre der Fall bei einem dreiphasigen Autotransformator, der drei gleich weit von 0 entfernte Punkte miteinander verbinden würde, deren von 0 ausgehende Vektoren gleich sein und zwischen sich gleiche Zentriwinkel von 2/5 Radiant oder dem Vielfachen davon einschliessen würden, wie es beispielsweise bei dem dreiphasigen Autotransformator abc der Fall ist, der schematisch in Fig. 10 dargestellt und so aufgebaut ist, dass zwei seiner Anschlüsse auf den Ästen AB und AC des Transformators ABC liegen.Under these conditions a three-phase autotransformer would asymmetrical design, which-connects the points a, b, c, which are chosen in this way are that they are easy to produce intermediate taps on the three-phase transformer ABC result, itself the source of currents of 5th order harmonics and their multiples its provided that its impedance is sufficiently small. That would be the same Case with a three-phase autotransformer that put three equidistant from 0 Would connect points with each other whose vectors starting from 0 are equal and between them equal central angles of 2/5 radians or that Multiples of it would include, as for example with the three-phase Autotransformer abc is the case shown schematically in Fig. 10 and so on is constructed that two of its connections are on the branches AB and AC of the transformer ABC lie.

Allgemein kann man also einem dreiphasigen Transformator, dessen Primär- oder Sekundärwicklungen dreiphasige symmetrische Spannungen abgeben, die in einem Fresnel-Diagramm durch die Ecken eines gleichseitigen Dreiecks ABC dargestellt werden, zwei einphasige Autotransformatoren ab und ac zuordnen, die folgende Bedingungen zu erfüllen haben: Die Punkte a, b, c ihres Fresnel-Diagramms ergeben drei Ecken eines regelmässigen Polygons mit (2n + 1) Seiten mit dem gleichen Nullpunkt wie das Dreieck ABC; die Punkte abc liegen auf diesem Diagramm an bevorzugten Stellen und zwar liegen zwei Ecken des Dreiecks abc entweder beide auf einer Seite des Dreiecks ABC (Fall nach Fig. 9) oder einzeln auf je einer Seite des Dreiecks ABC (Fall nach Fig. 10); ihre Impedanzen sind hinreichend klein.In general, a three-phase transformer whose primary or secondary windings emit three-phase symmetrical voltages, which in one Fresnel diagram to be represented by the corners of an equilateral triangle ABC two single-phase autotransformers ab and ac assign the following conditions have to fulfill: The points a, b, c of your Fresnel diagram result in three corners of a regular polygon with (2n + 1) sides with the same zero point as the triangle ABC; the points abc are in preferred places on this diagram namely, two corners of the triangle abc either both lie on one side of the triangle ABC (case according to Fig. 9) or individually on each side of the triangle ABC (case according to Fig. 10); their impedances are sufficiently small.

Sind diese Bedingungen erfüllt, so sind die Harmonischen der Spannung der Ordnung (2n + 1) und der Vielfachen von (2n + 1) gleich und in Phase in a, b, c: die einphasigen Auto transformatoren, die diese Punkte untereinander verbinden, sind Quellen harmonischer Schwingungen, welche im einzelnen der Netzteil E erzeugt und vor denen sie letztlich das Eechselstromnetz schützen, das vor oder hinter dem Transformator ABC liegt, wenn beispielsweise der Netzteil E ein Gleichrichter oder ein ruhender Wechselrichter ist.If these conditions are met, the harmonics of the voltage are of order (2n + 1) and the multiple of (2n + 1) equal and in phase in a, b, c: the single-phase auto transformers that connect these points to each other, are sources of harmonic oscillations, which the power supply unit E generates in detail and from which they ultimately protect the alternating current network, the one before or after the Transformer ABC is when, for example, the power supply E is a rectifier or is a dormant inverter.

Die beschriebene Anordnung wirkt also als ein Filter für harmonische Ströme, die im Netzteil E erzeugt werden.The arrangement described thus acts as a filter for harmonic currents that are generated in the power supply unit E.

Dieses Ergebnis kann nun Grundlage verschiedenartiger Anordnungen und Kombinationen sein, wobei darauf zu achten ist, dass, wenn harmonische Schwingungen verschiedener Ordnung ausgefiltert werden müssen, die Zahl der Autotransformatoren vom Typ ab so klein wie möglich bleibt.This result can now be the basis of various arrangements and combinations, taking care that if harmonic vibrations different order must be filtered out, the number of autotransformers from the type onwards remains as small as possible.

Im übrigen wird ein einziger einphasiger Autotransformator, sei es ab oder ac in Fig. 9), für die Filterung harmonischer Schwingungen zum gleichen Ergebnis führen: Im Endeffekt ist die notwendige und hinreichende Bedingung, dass für eine bestimmte harmonische Schwingung die Punkte a, b, c durch Autotransformatoren mit möglichst kleiner Impedanz verbunden sein müssen, erfüllt durch den Einsatz des Autotransformators ab einesteils und andererseits durch den Autotransformator bc, welcher seinerseits mit der Wicklung BC des Transformators ABC verbunden ist.Incidentally, a single single-phase autotransformer will be either ab or ac in Fig. 9), for filtering harmonic oscillations at the same time Result: Ultimately, the necessary and sufficient condition is that for a certain harmonic oscillation the points a, b, c by autotransformers must be connected with the smallest possible impedance, fulfilled by the use of the autotransformer on the one hand and the autotransformer on the other bc, which in turn is connected to the winding BC of the transformer ABC.

So kann die Filterung von n Harmonischen des Stromes, der im Netzteil E erzeugt wird, mit n Autotransformatoren ab erreicht werden, welche die durch jeder der betrachteten harmonischen Schwingungen festgelegten Punkte a und b verbinden.This can filter n harmonics of the current in the power supply E generated can be achieved with n autotransformers starting which the through each of the considered harmonic vibrations connect points a and b.

Dazu muss bemerkt werden, dass ein Netz im allgemeinen bei Stern- oder Dreieck-Schaltung seiner verschiedenen Generatoren oder Verbraucher frei von Harmonischen 3.It should be noted that, in general, a network with star or delta connection of its various generators or consumers free of 3rd harmonic

Ordnung und ihrer Vielfachen oder zumindest deren Amplitude beträchtlich reduziert ist. Nur unter dieser Voraussetzung kann die Filterung von harmonischen Schwingungen ungerader und von 3 verschiedener Ordnung behandelt werden.Order and its multiples or at least their amplitude is considerable is reduced. The filtering of harmonics is only possible under this condition Vibrations of odd and of 3 different orders are treated.

Im übrigen erfordert ein solches Verfahren, dass entweder ein einphasiger unabhängiger Autotransformator vorgesehen ist (wie AH in Fig. 9) oder dass AH eine Wicklung des Transformators ABC bildet, damit in beiden Fällen AS alle Abgriffe a der verschiedenen einphasigen Filter-Autotransformatoren ab erfassen kann.Incidentally, such a procedure requires that either a single-phase independent autotransformer is provided (like AH in Fig. 9) or that AH one The winding of the transformer ABC forms, so that in both cases AS all taps a of the various single-phase filter autotransformers.

Daher ist das Verfahren insbesondere dann einfach anzuwenden, wenn gemäss Fig. 1 der TransformatorABC aus zwei einphasigen, miteinander primär und sekundär nach der Scott-Schaltung elektrisch gekoppelten Transformatoren besteht: primär- und sekundärseitig ist an einem der beiden je ein Mittelabgriff vorgesehen, und an diese ist je ein Ende der entspreehenden Wicklung des anderen herangeführt. Letzterer erhält primärwie sekundärseitig jeweils das -fache der primär-und sekundärseitigen Windungszahlen des ersteren Transformators an Windungen.The method is therefore particularly easy to use when, according to FIG this is brought up to one end of the corresponding winding of the other. The latter receives that both primarily and on the secondary side -fold the number of turns on the primary and secondary side of the former transformer.

Vereinfacht können die einphasigen Filter-Auto transformatoren ab, welche die Abgriffe a und b am Transformator ABC verbindet, fächerförmig zu beiden eiten der Wicklung AH angeordnet sein derart, dass die Magnetisierungsströme der Grundfrequenz des Netzes, die in ihnen fliessen, bestmöglich auf die drei Phasen verteilt sind und im Netz eine möglichst geringe unsymmetrische Belastung verursachen.In simplified terms, the single-phase filter auto transformers can be which connects the taps a and b on the transformer ABC, fan-shaped to both be arranged on the side of the winding AH in such a way that the magnetizing currents of the The basic frequency of the network that flows in them, best possible on the three phases are distributed and cause the least possible asymmetrical load in the network.

Die Piltertransformatoren ab können auf der Primärseite oder auf der Sekundärseite des Transformators T oder auch zugleich primär- und sekundärseitig liegen - naturlich mit passenden Impedanzen -, um das Problem der Zugänglichkeit der Abgriffe auf den Hauptwicklungen von T bestmöglich zu lösen.The filter transformers can be on the primary side or on the Secondary side of the transformer T or also the primary and secondary side at the same time lie - of course with suitable impedances - to the problem of accessibility to solve the taps on the main windings of T as best as possible.

Die vorstehenden Darlegungen führen, wenn der Netzteils echt ein Gleichrichter oder ein ruhender Wechselrichter ist, zu einem Netzwerk "Transformator T + Gleichrichter oder Wechselrichter Et, welches den besten Nutzungskoeffizienten liefert unter gleichzeitiger Ausfilterung der unerwuhschten harmonischen Schwingungen, welche durch E im Wechselstromnetz erzeugt werden.The foregoing result when the power supply real a rectifier, or a dormant inverter, is, to a network "transformer T + rectifier or inverter Et, whichever has the best utilization coefficient supplies with simultaneous filtering out of the undesired harmonic oscillations, which are generated by E in the alternating current network.

Im folgenden werden drei-, fünf- und siebenphasige Anordnungen und ihre Besonderheiten untersucht, Jeweils unter der vereinfachenden Voraussetzung, dass die einphasigen Filter-Auto transformatoren Abgriffe an den Sekundärwicklungen von T verbinden, d.h. laut Definition an denjenigen Wicklungen, die direkt mit der Schaltung E verbunden sind.The following are three-, five- and seven-phase arrangements and examines their peculiarities, each under the simplifying premise, that the single-phase filter auto transformers taps on the secondary windings from T, i.e. by definition on those windings that are directly connected to the Circuit E are connected.

DreiDhasige Anordnung Die dreiphasige Anordnung mit einem Transformator T der selbst aus drei einphasigen Elementen besteht (elektrisch in Dreieckschaltung gemäss Fig. 3) oder aus zwei einphasigen Elementen (gemäss Fig. 1 und 2), benutzt zwei einphasige Wicklungen AH und BC, die in H elektrisch verbunden sind, und ferner einphasige Autotransformatoren ai bi. die den Abgriff ai an der Wicklung AH mit dem Abgriff bi an der Wicklung BC verbindet. Jeder dieser Autotransformatoren ai bi ist so ausgelegt, dass er die Harmonischen der ungeraden Ordnung i ausfiltert.Three-phase arrangement The three-phase arrangement with a transformer T which itself consists of three single-phase elements (electrically in delta connection according to FIG. 3) or from two single-phase elements (according to FIGS. 1 and 2) two single-phase windings AH and BC electrically connected in H and further single-phase autotransformers ai bi. with the tap ai on the winding AH the tap bi on the winding BC connects. Each of these autotransformers ai bi is designed in such a way that it filters out the harmonics of the odd order i.

Die Lagen der Abgriffe ai und bi an den Wicklungen AH und BC entsprechen den Positionen, welche zwei Ecken des regelmässigen Polygons mit (?n + 1) Seiten besetzen können, dessen Mittelpunkt im Nullpunkt (Fig. 9) liegt.The positions of the taps ai and bi on the windings AH and BC correspond the positions, which are two corners of the regular polygon with (? n + 1) sides can occupy whose center is in the zero point (Fig. 9).

Sie ergeben sich rechnerisch zu: In diesen Ausdrücken ist k eine ganze positive Zahl oder 0 und hat in beiden denselben Wert, und die mit ihnen bezeichneten geometrischen Abschnitte stellen Teile der Wicklung dar bzw. für eine Spule die Zahl ihrer Windungen.They result arithmetically as follows: In these expressions, k is a positive integer or 0 and has the same value in both, and the geometric sections labeled with them represent parts of the winding or, for a coil, the number of turns.

Die Harmonischen, die von dem Netzteil E ausgehen und das dreiphasige Wechselstromnetz stören können, sind von der Ordnung 5, 7, 11, 13, 17, 19 usw. Sie können einzeln durch den Einsatz von soviel einphasigen Autotransformatoren ai bi (Fig. 3), wie man harmonische Schwingungen ausfiltern will, eliminiert werden.The harmonics emanating from the power supply E and the three-phase AC mains are of the order 5, 7, 11, 13, 17, 19, etc. They can be achieved individually by using so many single-phase autotransformers ai bi (Fig. 3), how one wants to filter out harmonic oscillations, can be eliminated.

Fünfphasige Anordnung Die einfachste fünfphasige Anordnung ist zu verwirklichen durch einen Transformator T mit zwei Eisenkernen (Fig. 4), auf die zwei elektrisch nach Scott geschaltete Primärspulen gewickelt sind, und zwar so, dass drei Sekundärwicklungen AH, BC, DE entstehen, die miteinander durch die Abgriffe H und I verbunden wird und in A, D, B, C, E gleich grosse, fünfphasige Spannungen liefern.Five-phase arrangement The simplest five-phase arrangement is to realize through a transformer T with two iron cores (Fig. 4) on which two primary coils, electrically connected according to Scott, are wound as follows, that three secondary windings AH, BC, DE arise, which are connected to one another by the taps H and I are connected and in A, D, B, C, E equal five-phase voltages deliver.

Der Netzteil E, der mit dem so definierten Transformator T verbunden ist, kann für die Erzeugung der Harmonischen 11., 19., 29. usw. Ordnung im Wechßeletromnetz verantwortlich sein. Die Filterung der ersten beiden Harmonischen kann in einer ersten Ausführungsform mit einphasigen Autotransformatoren a11 b11 und a19 b19 erreicht werden, welche die Abgriffe a11 mit b11 und19 mit b19 verbinden. Diese Autotransformatoren sitzen auf den Sekundärwicklungen von T. Die Lagen dieser Abgriffe ergeben sich wieder aus der Konstruktion der regelmässigen Vielecke mit 11 bzw. 19 Seiten als Abschnitte auf AH und BC: Diese Abschnitte repräsentieren wieder die Teile einer Wicklung bzw. die Windungszahlen einzelner Spulen.The power supply unit E, which is connected to the transformer T defined in this way, can be responsible for generating the 11th, 19th, 29th, etc. order harmonics in the AC network. The filtering of the first two harmonics can be achieved in a first embodiment with single-phase autotransformers a11 b11 and a19 b19, which connect the taps a11 with b11 and 19 with b19. These autotransformers sit on the secondary windings of T. The positions of these taps result from the construction of the regular polygons with 11 or 19 sides as sections on AH and BC: These sections again represent the parts of a winding or the number of turns of individual coils.

Gemåss einer zweiten Ausführungsform kann die Ausfilterung der evtl. auftretenden harmonischen Schwingungen der Ordnung 11 und 19 gemäss Fig. 5 mit einem Transformator T der gleichen Bauweise wie bei der ersten Ausführungsform durchgeführt werden, wobei Abgriffe al1 und b11 bzw. a19 und b19 auf seinen Sekundärwicklungen AH und DE durch einphasige Autotransformatoren al1 b11 verbunden sind.According to a second embodiment, the filtering out of the possibly. occurring harmonic oscillations of the order 11 and 19 according to FIG. 5 with a Transformer T carried out the same construction as in the first embodiment with taps al1 and b11 or a19 and b19 on its secondary windings AH and DE are connected by single phase autotransformers al1 b11.

Die Lagen dieser Abgriffe ergeben sich aus den Schnittpuntten der regelmässigen Vielecke mit 11 und 19 Seiten und dea Mittelpunkt in O mit den Geraden AS und DE zu: k = 1 oder 2 und k' = 1,2 oder 3 Diese Abschnitte reprasentieren wieder die Teile einer Wicklung bzw. die Windungszahlen einzelner Spulen, aus denen sie bestehen kann.The positions of these taps result from the intersection points of the regular polygons with 11 and 19 sides and the center point in O with the straight lines AS and DE to: k = 1 or 2 and k '= 1,2 or 3 These sections again represent the parts of a winding or the number of turns of individual coils from which it can consist.

Gemäss einer dritten Ausführungsform kann die Ausfilterung der evtl. auftretenden harmonischen Schwingungen der Ordnung 11 und 19 gemäss Fig. 6 mit einem Transformator T durchgeführt werden, der in der Ausführung den beiden vorhergehenden Varianten entspricht, und einphasigen Autotransformatoren a11 b11 und a19 b welche jeweils die Abgriffe a11 b11 sowie a19 und b19 an den Sekundärwicklungen AH und DE von T verbinden.According to a third embodiment, the filtering out of the possibly occurring harmonic oscillations of the order 11 and 19 according to FIG. 6 with a Transformer T be carried out in the execution of the previous two Variants corresponds, and single-phase autotransformers a11 b11 and a19 b which the taps a11 b11 and a19 and b19 on the secondary windings AH and Connect DE from T.

Die Lagen dieser Abgriffe ergeben sich diesmal aus den Schnittpunkten der regelmässigen Vielecke mit 11 und 19 Seiten, deren eine Ecke auf dem Lot AH zwischen den Punkten 0 und H liegt, mit den Geraden AR und DE, und die Abschnitte sind diesmal definiert durch: k r 0 oder 1 k' = 0 0, 1, 2 oder 3 Die Ausdrücke geben wieder die Teile einer Wicklung bzw.The positions of these taps result this time from the intersections of the regular polygons with 11 and 19 sides, one corner of which lies on the perpendicular AH between points 0 and H, with the straight lines AR and DE, and this time the sections are defined by: kr 0 or 1 k '= 0 0, 1, 2 or 3 The expressions indicate the parts of a winding or

die Windungszahlen einer gleich grossen Spule an.the number of turns of a coil of the same size.

Siebenphasige Anordnung Die einfachste siebenphasige Anordnung ist gemäss Fig. 7 mit einem Transformator T zu erstellen, der zwei Eisenkerne enthalt, auf die zwei elektrisch nach Scott geschaltete Primärwicklungen aufgewickelt sind, und zwar so, dass vier Sekundärwicklungen AH, BC, DE, PG entstehen, die miteinander verbunden sind, durch Abgriffe H, I und j und in A, F, X, B; C, B und G gleich grosse, siehenphasige Spannungen liefern.Seven-phase arrangement The simplest seven-phase arrangement is according to FIG. 7 with a transformer T containing two iron cores, on which two primary windings electrically connected according to Scott are wound, in such a way that four secondary windings AH, BC, DE, PG are created which are connected to one another connected by taps H, I and j and in A, F, X, B; C, B and G of the same size, supply visual phase voltages.

Der Netzteil E, der mit dem so definierten Transformator T verbunden ißt, kann in dem dreiphasigen Wechselstromnetz nur harmonische Schwingungen der Ordnung 13, 29 etc. erzeugen. Die Harmonischen 13. Ordnung können mit einem einphasigen Autotransformator a13 b13 gemäss Fig.7 ausgefiltert werden. Die Abgriffe a13 und b13 können dabei auf den Sekundärwindungen auf verschiedene Weise angeordnet sein: es genügt, dass sie auf unterschiedlichen Wicklungen angeordnet sind und an solchen Punkten, wo die Spannung der Harmonischen 13. Ordnung der Grundschwingung genau denselben Wert bezüglich Modul und Phase hat. Unter diesen Bedingungen ist das Ergebnis dasselbe wie das der verschiedenen Ausführungsformen der fünfphasigen Anordnung: die erste Harmonische, die im Wechselstromnetz auftreten könnte, ist 29. Ordnung.The power supply E, which is connected to the transformer T so defined eats, can in the three-phase AC network only harmonic oscillations of the Generate order 13, 29 etc. The 13th order harmonics can be single-phase Autotransformer a13 b13 can be filtered out according to Fig. 7. The taps a13 and b13 can be arranged on the secondary windings in different ways: it is enough that they are arranged on different windings and on such Points where the voltage of the 13th order harmonic of the fundamental is exactly has the same value in terms of module and phase. Under these conditions the result is the same as that of the various embodiments of the five-phase arrangement: the first harmonic that could occur in the AC network is the 29th order.

Da schliesslich der Netzteil E direkt und ohne Zwischenschaltung eines Transformators 1, wis er beschrieben wurde, mit dem dreiphasigen Wechselstromnetz verbunden ist, welches ihn speist oder durch ihn gespeist wird, können die harmonischen Schwingungen, die durch E erzeugt werden, ausgefiltert werden durch einen in Parallelschaltung mit E auf das Wechselstromnetz geschalteten Autotransformator, der selbst aus zwei einphasigen Autotransformatoren zusammengesetzt ist, die ihrerseits im Mittelpunkt des einen von beiden nach Scott zusammengeschaltet sind. Gemäss Fig. 8 enthält dieser dreiphasige Autotransformator ASC Abgriffe wie ai und bi auf seinen beiden Wicklungen. Ihre Positionen folgen derselben Konstruktionsregel, wie sie oben bereits für die Abgriffe auf den Sekundärwicklungen des Transformators T angegeben wurden. In dreiphasiger Ausführung gilt: Die Ausdrücke, in denen k eine ganze positive Zahl oder O ist, bezeichnen geometrische Abschnitte im Vektordiagramm, Wicklungsabschnitte oder Windungszahlen entsprechender Spulen.Finally, since the power supply unit E is connected directly and without the interposition of a transformer 1, as it has been described, to the three-phase alternating current network which feeds it or is fed by it, the harmonic oscillations generated by E can be filtered out by an in Parallel connection with an E autotransformer connected to the AC network, which is itself composed of two single-phase autotransformers, which in turn are interconnected in the center of one of the two according to Scott. According to FIG. 8, this three-phase autotransformer contains ASC taps such as ai and bi on its two windings. Their positions follow the same design rule as were already given above for the taps on the secondary windings of the transformer T. The following applies to the three-phase version: The expressions in which k is a positive integer or O denote geometric sections in the vector diagram, winding sections or numbers of turns of corresponding coils.

Soviele einphasige Auto transformatoren verbinden die Anschlüsse ai und bi, aJ und bJ etc... mit demselben Index oder der gleichen Nummer, wie störende Harmonische ausgefiltert werden sollen.As many single-phase auto transformers connect the terminals ai and bi, aJ and bJ etc ... with the same index or number as disruptive Harmonics should be filtered out.

Zum Abschluss sei gesagt, dass die verschiedenen Verfahren, die Gegenstand dieser Beschreibung sind, es ermöglichten, einerseits die durch eine Störschaltung E erzeugten harmonischen Schwingungen in einem mehrphasigen Wechselstromnetz auszufiltern und andererseits, wenn E eine Gleichrichter- oder mehrphasige We,chselrichterschaltung ist, sie mit dem bestmöglichen Nutzungskoeffizienten zu betreiben und gleichzeitig das Wechselstromnetz von harmonischen Schwingungen freizuhalten, die erzeugt werden, sobald die installierte Leistung von E beträchtlich ist. Dies wird erreicht durch den Einsatz von einphasigen Autotransformatoren, die mit definierten Stromabgriffen des Netzes verbunden sind: Diese einphasigen Autotransformatoren arbeiten wie Filter ohne Kapazität (was das Netz vor eventuell vorübergehend auftretenden Überspannungen schützt). Schliesslich bleibt ihre Wirksamkeit auch bei Änderungen der Grundfrequenz des Wechselstromnetzes erhalteneIn conclusion, it should be said that the various procedures that are subject of this description are, on the one hand, made possible by a fault circuit E to filter out harmonic oscillations generated in a multi-phase AC network and on the other hand, if E is a rectifier or polyphase inverter circuit is to operate them with the best possible utilization coefficient and at the same time to keep the AC network free from harmonic oscillations that are generated, as soon as the installed capacity of E is considerable. This is achieved through the use of single-phase autotransformers with defined current taps of the network: These single-phase autotransformers work like filters without capacity (which protects the network from any temporary overvoltages protects). Ultimately, their effectiveness remains even with changes in the basic frequency of the alternating current network

Claims

Claims 1. Arrangement for filtering off harmonic vibrations, which are generated in an alternating current network by a power supply unit (E), which this Network feeds or is fed by the same, especially if this power supply unit Contains inverter or dormant rectifier, characterized in that the AC mains is separated from the power supply unit (E) by a transformer (T) its primary or secondary windings or electrically connected to them Auxiliary windings, preferably its windings electrically connected to the power supply unit (E) (Secondary windings), with taps (ai, bi, ci, where the index i is the general odd order of the harmonic oscillation to be filtered out) are, the position of which is chosen so that there is one tap on each winding the voltage values of the harmonic oscillation of order i in module and phase are equal, and which are paired by single-phase transformers (ai bi, ai ...) connected to a single winding (autotransformer) with low impedance are.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that in a three-phase alternating current network, the transformer (I) is composed of two single-phase transformers, the primary and secondary windings of which are electrically connected according to Scott in the center of one of the two, and that two single-phase Autotransformers (ai bi and ai c) connect the tap (ai) on one winding (AH) with one tap each (bi and ci) on the other winding (BC), with the position of the taps (ai bi, ci) on the Windings (AH, BC) is determined by the following expressions: where k is a positive integer or 0 and has the same value for both expressions at the same time (Fig. 1).

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that a single single-phase autotransformer (ai bi) is used, each of which has one tap (ai and bi) connects to both windings (AH, BÖ) '(Fig. 3).

4. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized by a three-phase Isolating transformer (T) of symmetrical design with three iron cores, its secondary windings (AB, BC, CA) are electrically connected in delta by a single-phase autotransformer (AH), the one connection (A) of a winding (AB) with a center tap (H) of a other winding (BC) connects, and each one single-phase autotransformer (ai bi) for each harmonic oscillation to be filtered out of the taps (ai, bi) the interlinked windings (AH, BC) connects (Fig. 3).

5. Arrangement according to claim 1 for a three-phase alternating current network, characterized by a tree transformer (T) transforming the symmetrical three-phase voltages into symmetrical five-phase voltages (A, D, ns c, E) with two iron cores, two primary windings and three secondary windings (AH, BC, DE), which are electrically connected to one another via taps (H and I), two single-phase autotransformers (a11 b112 a19 b19) for filtering out the 11th and 19th harmonics, which are sent to the taps (a1r, bl1; a19 , b19) of the first and second secondary windings (AH, BX) are connected, the position of which on the windings is determined by the following expressions: and where k is equal to 0 or 1 and has the same value for both expressions at the same time (Fig. 4).

6. The arrangement according to claim 5, characterized in that the two single-phase autotransformers (a11 b11 and a19 b9) are connected to the taps (a11, b11; to b19) of the first and third secondary windings (AH, DE), their position on the Windings is determined by the following expressions: k = 1 or 2 and k '1, 2 or 3 (Fig. 5)

7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the position of the connections (a11 b11; a19 b19) for the two single-phase autotransformers (a11 b11 and a19 b19) on the two windings (AH, DE) is determined by the following expressions: k = 0 or 1 and k '= 0, 1, 2 or 3 (Fig. 6).

8. Arrangement according to claim 1 and 3 for a three-phase alternating current network, characterized by one the symmetrical three-phase voltages in symmetrical seven-phase voltages (A, F, D, B, C, E, G) transforming isolation transformer with two iron cores, two primary windings and four secondary windings (AH, BC, DE, FG), which are electrically connected to one another via taps (H, I, J), and a single-phase autotransformer (a13 b13) to filter out the 13th harmonic, either with the first and second winding (AH, BC) or with the first and third winding (AH, DE) (Fig. 7) or with the first and fourth (AH, FG) across Taps pa13, b13) of those windings that are attached so that the voltage of the 13th harmonic of the fundamental voltage across them has the same value in Has module and phase.

9. Arrangement according to claim 2, characterized in that the three-phase, from two single-phase autotransformers (AH, BC) in Scott circuit constructed transformer (T) is connected in parallel to the AC network and the n autotransformers (aibi, aj bj etc.) for filtering out the n harmonics with taps (ai, bi are connected to its windings, their position according to claim 2 is selected.

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