DE2265223C2

DE2265223C2 - Stromdrehfeldscheider

Info

Publication number: DE2265223C2
Application number: DE19722265223
Authority: DE
Inventors: John Robert Bay Village Ohio Linders
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-04-28
Filing date: 1972-04-28
Publication date: 1983-09-08
Also published as: DE2265223A1

Description

verwendeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strom-Drehfeldscheiders dargestellt, der hier mit einem dreiphasigen Stromversorgungsnetz verbunden ist. Der Strom-Drehfeldscheider besteht grundsätzlich aus einem Signaltrennkreis A-3 und einem Meßkreis AA.

Der Signaitrennkreis A-Z umfaßt einen ersten Stromwandler 90 mit einer ersten Primärwicklung 92, einer zweiten Primärwicklung 94 und einer im Mittelpunkt angezapften Sekundärwicklung 96 sowie einen zweiten Stromwandler 98 mit einer ersten Primärwicklung ;00, einer zweiten Primärwicklung 102, einer dritten Primärwicklung 104 und einer im Mittelpunkt angezapften Sekundärwicklung 106. Die Wicklungen 100 und 102 weisen jeweils die halbe Windungszahl wie die Wicklungen 92, 94 und 104 auf, die jeweils die gleiche Windungszahl besitzen. Die Sekundärwicklungen 96 und 106 besitzen relativ zueinander hinsichtlich der Primärwicklungen der Stromwandler gleiche Windungszahlen. Die erste Primärwicklung 92 des ersten Stromwandlers 90 und die erste Primärwicklung 100 des zweiten Stromwandlers 98 sind in Reihe in die erste Phase R des Drehstromnetzes geschaltet, während die zweite Primärwicklung 94 des ersten Stromwandlers 'JO und die zweite Primärwicklung 102 des zweiten Stromvandlers 98 in Reihe in die zweite Phase S des Drehstromnetzes geschaltet sind. Die dritte Primärwicklung 104 des zweiten Stromwandlers 98 führt den Strom der dritten Phase Γ des Drehstromnetzes. Die Windungsanfänge der Wandler-Wicklungen sind in bekannter Weise durch je einen Punkt gekennzeichnet. Anstelle der ir F i g. 1 dargestellten direkten Einschaltung in das Drehstromnetz können auch zusätzliche übliche Stromwandler verwendet werden, wobei ggf. nur zwei dieser Stromwandler erforderlich sind. ^J5

Wie F i g. 1 zu entnehmen ist, ist ein Außenleiter-Anschluß der Sekundärwicklung 96 des ersten Stromwandlers 90 über einen einstellbaren Ohm'schen Widerstand 120 mit einem Verbindungspunkt 122 verbunden, während die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung % über einen weiteren einstellbaren Widerstand 124 und der andere Außenleiter-Anschluß der Sekundärwicklung % über einen induktiven Widerstand 126 mit dem Verbindungspunk; 122 verbunden sind.

Der Sekundärstrom des ersten Stromwandlers 90 fließt somit über eine von dem Ohm'schen Widerstand 120 und dem induktiven Widerstand 126 gebildete Serienschaltung eines phasendrehenden Netzwerkes.

In ähnlicher Weise ist der eine Außenleiter-Anschluß der Sekundärwicklung 106 des zweiten Stromwandlers "^¹ 98 über einen einstellbaren Widerstand 128 mit einem Verbindungspunkt 130 verbunden, während die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 106 über einen weiteren einstellbaren Widerstand 132 und der andere Außenleiter-Anschluß der Sekundärwicklung 106 über eine Induktivität 134 mit dem Verbindungspunkt 130 verbunden sind. Der Sekundärstrom des zweiten Stromwandlers 98 fließt somit ebenfalls über eine aus dem Ohm'schen Widerstand 128 und dem induktiven Widerstand 134 bestehende Serienschaltung eines phasendrehenden Netzwerkes.

Außerdem ist die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 96 des ersten Stromwandlers 90 mit der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 106 des zweiten Stromwandlers 98 verbunden.

Der Meßkreis AA besteht aus zwei Amperemetern 136 und 138. Das erste Amperemeter 136 zeigt die gegenläufige Stromkomponente /. an und liegt zwi-

65 sehen dem Verbindungspunkt 122, an den sowohl die Induktivität 126 als auch die beiden einstellbaren Widerstände 120 und 124 angeschlossen sind, und dem Verbindungspunkt 130, an den die Induktivität 134 und die einstellbaren Widerstände 128 und 132 angeschlossen sind. Die mitlaufende Stromkomponente /+ wird von dem zweiten Amperemeter 138 angezeigt, das einerseits an die miteinander verbundenen Mittelanzapfungen der Sekundärwicklungen der beiden Stromwandler angeschlossen und zum anderen mit einem Mittelabgriff einer Induktivität 140 verbunden ist, welche den Verbindungspunkt 122 mit dem Verbindungspunkt 130 verbindet.

In den Fig.2a bis 2d sind die Vektoren der magnetischen Flüsse sowie der Strom des Strom-Drehfeldscheiders gemäß F i g. 1 dargestellt

F i g. 2a zeigt das Vektordiagramm der Stromvektoren der Phasen R, S und T des Drehstromnetzes, nämlich Ir, /sund It.

F i g. 2b zeigt die Stromvektoren der Phasen R und 5, nämlich //? und Is, sowie den im Stromwandler 90 auftretenden magnetischen Fluß Φ90·

in F i g. 2c sind die Vektoren der Ströme Ir und Is mit ihrem halben Wert dargestellt, da die Windungszahlen der Primärwicklungen 100 und 102 lediglich den halben Wert der Windungszahlen der Primärwicklungen S2,94 und 104 aufweisen. Der Strom It der Phase T des Drehstromnetzes besitzt dagegen seinen vollen Wert. Der sich ergebende Vektor Φ98 bezeichnet den magnetischen Fluß in dem zweiten Stromwandler 98.

In Fig.2d ist die Wirkungsweise des Strom-Drehfeldscheiders gemäß F i g. 1 verdeutlicht Wie der Figur zu entnehmen ist eilt der durch den Ohm'schen Widerstand 120 fließende Strom /«120 dem magnetischen Fluß Φ90 des ersten Stromwandlers 90 um einen Phasenwinkel von 223° voraus, und der durch den induktiven Widerstand 126 fließende Strom I_L\2b eilt dem magnetischen Fluß Φ90 des magnetischen Wandlers 90 um einen Phasenwinkel von 673° nach, während der durch den Ohm'schen Widerstand 128 fließende Strom /_ri28 dem magnetischen Fluß Φη des zweiten Stromwandlers 98 um einen Phasenwinkel von 673° voreilt und .!er durch den induktiven Widerstand 134 fließende Strom h im dem magnetischen Fluß Φ98 des Stromwandlers 98 um einen Phasenwinkel von 22,5° nacheilt.

Als ein Maß für die bei einer Unsymmetrie des belasteten Drehstromnetzes auftretende gegenläufige Drehfeldkomponente /- mißt das erste Amperemeter 136 die Differenz der beiden zwischen den Verbindungspunkten 122 und 130 der Ohm'schen mit den induktiven Widerständen der beiden phasendrehenden Netzwerke fließenden Ströme, die in Fig.2d mit l<_n und /i_W bezeichnet sind. Bei Netzsymmetrie weist /_ den Wert Null auf.

In ähnlicher Weise mißt das zweite Amperemeter 138 als Maß für die bei einer Unsymmetrie des belasteten Drehstromnetzes -.uftretende mitlaufende Drehi'eldkomponente U die Summe der über die Verbindungspunkte 122 und 130 der Ohm'schen mit den induktiven Widerständen der beiden phasendrehenden Netzwerke in bezug auf die beiden miteinander verbundenen Mittelanzapfungen der beiden Stromwandler 90 und 98 fließenden Ströme. Dieser Summenstrom, in F i ?,. 2d mit /₁₄₂ bezeichnet, stellt die mitlaufende Dr::hfeldkomponente /+ dar.

Bei einer Änderung der Frequenz laufen die Vektoren /+ und /- der mitlaufenden bzw. gegenläufigen Drehfeldkomponente entlang einem geometrischen

Ort. der von dem iiuUcrcn Kreis gemäß I'i g. 2d dargestellt wird. Auch bei einer Veränderung der Frequenz bleibt daher die Differenz der Ströme /u_> und /in) bei Netzsymmetrie im wesentlichen Null. Frequenzunabhängig ist auch die mitlaufende Drehfeldkomponcnte /.. Die noch vorhandenen, jedoch vernachlässigbaren Frequenzabhängigkeiten ergeben sich aus folgender Cileichung:

sin J

wobei I] die tatsächliche Frequenz lies Drehslromnet/es und /Ii die Neiinfrequen/ bezeichnen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Strom-Drehfeldscheider für ein Drehstromnetz, bei dem zwei Stromwandler von den drei Phasenströmen des Drehstromnetzes mittels einer Kunstschaltung derart gespeist sind, daß ihre Sekundärseiten zwei gegenseitig um 90° phasenverschobene Ströme liefern, dadurch gekennzeichnet, daß ίο

a) jeder der beiden Wandler mit einem jeweils aus der Serienschaltung eines ohmschen Widerstandes (120 bzw. 128) und eines Blindwiderstandes (126 bzw. 134) bestehenden phasendre- is henden Netzwerk abgeschlossen ist, wobei die Netzwerke derart bemessen sind, daß bei Nennfrequenz die durch die ohmschen Widerstände (120,128) beider Netzwerke fließenden Teilströme (Ir im, Ir 1») gegen die magnetischen Fluss? (Φ90, Φ 98) der ihnen zugeordneten Stromwandler (90, 98) um einen Winkel von 223° bzw. 67,5° in gleicher Richtung und die über die Blindwiderstände (126,134) fließenden Teilströme (Il \ts» Il \v) gegen diese Flüsse um einen Winkel von 67,5° bzw. 22£° in entgegengesetzter Richtung phai .inverschoben sind,

b) als ein Maß für die bei einer Unsymmetrie des belasteten Drehstromnetzes auftretende mitlaufende Drehfeldkomponente (h) mittels eines Amperemeters (138) der Summenstrom zur Anzeige gebracht wird, der zwischen der MittenanzapfuE; eine; zwischen den Widerstands- Verb;nduD3spunkten (122, 130) der beiden phasendrehenden Nr werke eingeschalte- ten induktiven Widerstandes (140) und einem gemeinsamen Bezugspunkt fließt, der durch Verbindung von Mittenanzapfungen der Sekundärwicklungen (96, 106) der beiden Wandler (90,98) und durch Verbindung der Widerstands-Verbindungspunkte (122, 130) der beiden phasendrehenden Netzwerke über je einen Justierwiderstand (124, 132) mit den Mittenanzapfungen der Sekundärwicklungen der beiden Wandler hergestellt ist, und

c) als ein Maß für die bei einer Unsymmetrie des belasteten Drehstromnetzes auftretende gegenläufige Drehfeldkomponente (L) der zwischen den Verbindungspunkten (122, 130) der ohmschen mit den Blindwiderständen der beiden phasendrehenden Netzwerke fließende Differenzstrom (I\n-I\x) mittels eines Amperemeters (136) zur Anzeige gebracht wird.

2. Strom-Drehfeldscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Serienwiderstand, vorzugsweise der ohmsche Serienwiderstand (120, 128), der phasendrehenden Netzwerke einstellbar ist.

3. Strom-Drehfeldscheider nach Anspruch 1, so dadurch gekennzeichnet, daß die Blindwiderstände der phasendrehenden Netzwerke induktiver oder kapazitiver Art sind.

65

Die Erfindung betrifft einen Strom-Drehfeldscheider

gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einem bekannten Drehfeldscheider dieser Art (DE-PS 11 75 790) werden ein erstes Zwischensignal, das eine Funktion der Summe der Mitkomponente und der Gegenkomponente des Drehfeldes ist, sowie ein zweites Zwischensignal, das die Differenz von Mitkomponente und Gegenkomponente darstellt, erzeugt Diese beiden Zwischensignale werden addiert, um auf diese Weise eine Anzeige von entweder der Mitkomponente oder der Gegenkomponente zu erhalten. Das zweite Zwischensignal ist von der Frequenz des Drehstromnetzes unabhängig, während das erste Zwischensignal zwar im näheren Bereich der Nennfrequenz im wesentlichen frequenzunabhängig ist, jedoch eine größere Frequenzabhängigkeit aufweist, wenn die Frequenzabweichung von der Nennfrequenz größer wird, wie es beispielsweise bei den Oberwellen des mehrphasigen Signals der Fall ist Diese Frequenzabhängigkeit des ersten Zwischensignals für Frequenzen, die wesentlich höher oder niedriger als die Nennfrequenz sind, beruht darauf, daß ein Kondensator und eine induktivität als Last an einen der Stromwandler angeschlossen sind, so daß der Stromwandler bei hohen Frequenzen aufgrund der hohen impedanz der Induktivität und bei niedrigen Frequenzen aufgrund der hohen Impedanz des Kondensators ein offener bzw. leerlaufender Schaltkreis wird.

Diese Frequenzabhängigkeit ergibt sich auch aus einer in der DE-PS 11 75 790 angegebenen Gleichung, gemäß der das erste Zwischensignal bzw. die erste Zwischenspannung eine Funktion der Größe (x+ Mx) ist, wobei χ das Verhältnis der anliegenden Frequenz zur Nennfrequenz bezeichnet Aufgrund dieser Frequenzabhängigkeit tritt ein Fehler von 20 bis 25% bei doppelter Nennfrequenz auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Strom-Drehfeldscheider der eingangs genannten Art zu schaffen, der im Vergleich zu bekannten Strom-Drehfeldscheidern eine geringere Frequenzabhängigkea und damit eine höhere Genauigkeit aufweist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Durch diese Maßnahmen läßt sich eine wesentlich verringerte Frequenzabhängigkeit erreichen, wodurch die Meßgenauigkeit, insbesondere bei Oberwellen, gesteigert wird. Der erfindungsgemäße Strom-Drehfeldscheider spricht außerordentlich schnell auf Abweichungen in Drehstromsystemen an, so daß er z. B. in vorteilhafter We*se als Abschalt- oder Schutzeinrichtung verwendet werden kann.

Besonders zweckmäßig ist es, zumindest einen Serienwiderstand der phasendrehenden Netzwerke einstellbar auszubilden.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Strom-Drehfeldscheiders wird mit den Maßnahmen nach Anspruch 3 erreicht.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Strom- Drehfeldscheiders ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltungsbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strom-Drehfeldscheiders in einem Dreiphasensystem und

F i g. 2a bis 2d Vektordiagramme zur Verdeutlichung der Wirkungsweise des Strom-Drehfeldscheiders gemäß Fig.! bei symmetrischer bzw. unsymmetrischer Belastung im Dreiphasennetz.

In F i g. 1 ist ein Schaltbild einer vorzugsweise