DE2530047C3 - Anordnung zum Anschalten von Transformatoren, insbesondere leerlaufenden Transformatoren, an eine Wechselspannungsquelle - Google Patents
Anordnung zum Anschalten von Transformatoren, insbesondere leerlaufenden Transformatoren, an eine WechselspannungsquelleInfo
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Description
30
Die Erfindung bezieht sich a>'f eine Anordnung zum
Anschalten von Transformatoren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine derartige Anordnung ist
bekannt (siehe die unten näher oehandelte deutsche Patentanmeldung N 5 216).
Beim Einschalten von Transformatoren tritt je nach Einschaltaugenblick im Transformator ein Gleichstromglied
auf, das insbesondere bei magnetisch hoch ausgenutzten Transformatoren das Kernblech weit in «0
die Sättigung treibt.
Es ist bereits versucht worden, zur Vermeidung unzulässig hoher Gleichstromkomponenten in einem
Wechselspannungssystem in Reihe zu einer induktiven Last ohmsche Widerstände zu schalten, an denen ein
entsprechender Anteil der Gleichspannung abfällt, so daß an der Induktivität nur noch ein Rest der
Gleichspannung wirksam ist, der dann so klein ist, daß er den ordnungsgemäßen Betrieb nicht mehr störi.. Ferner
ist es bekannt, durch Vergrößerung des Kernquerschnittes oder durch Einführen eines Luftspaltes die
magnetische Induktion so weit herabzusetzen, daß Sättigung erst bei höherem Magnetisierungsstrom
eintritt. Dabei können die genannten Kompensierungsmaßnahmen auch gemeinsam angewendet werden. Sie
bedeuten jedoch eine erhebliche Verteuerung der Anlage und setzen deren Wirkungsgrad herab. Ferner
ergibt sich ein zusätzlicher Aufwand an Mitteln, da sich durch die Vergrößerung des Kernquerschnittes die
mittlere Windungslänge vergrößert und damit der so Aufwand an Kernmaterial und Kupfer steigt. Bei einer
induktivität, deren Kern mit einem Luftspalt versehen
wird, werden durch den erforderlichen größeren Magnetisierüngsstrom auch die Verluste in den
ohmschen Widerständen entsprechend größer.
Durch die oben genannte deutsche Patentanmeldung N 5 216 VIIlb/21d2, bekänntgemacht am 1,12-1955, ist
eine Anordnung zum Anschalten von Transformatoren an eine Wechselspannungsquelle unter Verwendung
eines Lastschalters bekannt, wobei der Lastschalter durch eine Synchronisiereinrichtung betätigbar ist, bei
der der Phasenwinkel des Einschaltens voreinstellbar ist und von der zusätzlich eine Steuerschaltung steuerbar
ist, über die durch einen Trennschalter vor dem Einlegen des Lastschalters kurzzeitig eine Gleichspannung in der
Weise an Wicklungen des Transformators geschaltet v/ird, daß eine remanente Vormagnetisierung entgegen
der durch den Einschaltvorgang gegebenen Magnetisierung entsteht. Mit dieser Schaltung ist es möglich, durch
Vormagnetisierung den Transformator bei bestimmten Phasenwinkeln zuzuschalten und dadurch eine Verminderung
der Einschaltstromstöße zu erzielen. Ähnliche Wirkungen können mit den Anordnungen gemäß
DE-AS 10 92 560 und AT-PS 3 10 853 erzielt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Anschalten von Transformatoren unabhängig von einem bestimmten
Einschaltphasenwinkel zu machen und dabei Spannungsverzerrungen zu vermeiden.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Anordnung der
eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Maßnahmen.
Einem vorwählbaren Einschaltphasenwinkel ist eine bestimmte Vormagnetisierung zugeordnet Durch die
Erfindung erreicht man gegenüber der bekannten Ausführung gemäß der deutschen Patentanmeldung
N 5 216 eine Vormagnetisierung nach nahezu vollständiger Entmagnetisierung des Transformators, also eine
Vormagnetisierung von einem definierten Ausgangspunkt aus. Einem gewünschten Einschaltphasenwinkel
kann daher die notwendige Vormagnetisierung jeweils zugeordnet werden, um die auftretenden Einschaltströme
zu verringern und eine verzerrungsfreie Spannungskurve zu erhalten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt Darin zeigt
F i g. 1 eine im Prinzip bekannt·. Anordnung, bei der
die Einrichtung zur Vormagnetisierung eines Transformators eine Schützsteuerung enthält, und
F i g. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung, bei der vor der Vormagnetisierung eine Entmagnetisierung des
Transformators mittels Thyristorumrichter vorgenommen wird.
Wie F i g. 1 zeigt, wird bei einer im Prinzip bekannten Anordnung ein Transformator 1 durch einen Generator
2 gespeist. Zum Anschalten des Transformators dient ein Lastschalter 3, der durch eine Synchronisiereinrichtung
4 zu beliebig vorwählbaren Phasenwinkeln in Bezug auf die Generatorspannung schaltbar ist. Hierzu
ist die Synchronisiereinrichtung 4 in an sich bekannter Weise an einen Hilfsgenerator 7 angeschlossen und mit
einer Einrichtung 4a zur Vorgabe des Phasenwinkels versehen.
Die Last 5 kann ein Netz, eine Maschine oder ein zu prüfendes Schaltgerät sein; im letzteren Fall ist ein
weiterer Lastschalter auf der Sekundärseite des Transformators 1 nicht erforderlich. Vor dem Einschalten
des Transformators, also bei geöffnetem Lastschalter 3, wird durch Schließen des Trennschalters 6 eine
Anordnung zur Vormagnetisierung an die Sekundärwicklungen Ib geschaltet. Diese Vormagnetisierungseinrichtung
enthält eine Batterie 10, einen veränderbaren Widerstand 9 und Steuerschütze c 1 bis e6, die über
eine Steuerschaltung 8 von der Synchronisiereinrichtung 4 steuerbar sind. Von der Synchronisiereinrichtung
4 ist ferner ein Schalter c 0 betätigbär.
Abhängig von dem vorgewählten Einschaltphasenwinkel des Lastschalters 3 und den magnetischen
Eigenschaften des Transformators 1 ergibt sich eine bestimmte notwendige Vormagnetisierung nach Größe
und Richtung. Dieser Zusammenhang wird in der Steuerschaltung 8 verarbeitet, die die zugehörigen
Steuerschütze el bis c6 ansteuert. Die Stromamplitude
wird durch entsprechende Änderung des Widerstandes 9 voreingestel.1·.
Um die Vormagnetisierung einzuleiten, wird durch Vorgabe eines Einschaltbefehls an die Synchronisiereinrichtung
4 das Schütz cO geschlossen. Sodann fließt ein Gleichstrom vorgegebener Größe und Richtung durch
die Sekundärwicklungen IZj des Transformators 1. Die Dauer der Vormagnetisierung wird nach der Zeitkonstante
der Sekundärwicklungen ib bemessen und beträgt etwa das Fünffache der Transformator-Zeitkonstante,
d.h. es wird so lange vormagnetisiert, bis ein stationärer Gleichstrom fließt. Nach Abschalten des
Gleichstromes verbleibt im Eisen des Transformators »ϊηα Dorr»oTiÄn^m/liil^firjn CTeWÜncChtSr G1-^B*1 Und
Richtung entgegen der durch den Einsch dtvorgang gegebenen Magnetisierung zurück.
Beim nachfolgenden selbsttätigen Einschalten des Transformators 1 durch Einlegen des Lastschalters 3
steht durch die Vermagnetisierung eine ausnutzbare Induktionsänderung zur Verfügung, ohne daß die
Sättigungsinduktion erreicht wird. Das Gleichstromglied klingt innerhalb weniger Perioden der Wechselspannung
ab. Dadurch wird erreicht, daß neben der Verringerung des Einschaltstromes die Kurvenform der
Spannung frei von Verzerrungen bleibt, die sonst durch die Nichtlinearität der Magnetisierungskurve entstehen
würden.
Bei der in F i g. 2 dargestellten Erfindung wird durch einen Einschaltbefehl an die Synchronisiereinrichtung 4
durch Schließen des Trennschalters 6 ein vom Netz R, S, T gespeister an sich bekannter Umrichter an die
Sekundärwicklung ib des Transformators 1 angeschlossen. Von d.r Synchronisiereinrichtung 4 wird über die
Steuerschaltung 8 der Steuersatz 13 des netzgeführten Stromrichters 11a und die Einrichtung 12 für die
Frequenzvorgabe des Wechselrichter? Wb derart beeinflußt, daß bei der Frequenz nahezu Null beginnend
ein Strom eingestellt wird, der im Transformator 1 sicher die Sättigungsinduktion erzeugt. Durch Steigerung
der Frequenz bleibt der Fluß zunächst konstant, da die Spannung bei konstantem Strom proportional der
Frequenz gesteigert wird, bis die Aussteuergrenze erreicht ist. Dann geht bei weiterer Erhöhung der
ίο Frequenz und konstanter Spannung der Ruß umgekehrt
proportional zurück. Dabei sollte etwa die Nennfrequenz des Transformators (eventuell auch höhere
Werte) erreicht werden. Durch Zurücknahme der Stromamplitude schrumpft die Magnetisierungsschleife
schließlich auf einen Punkt zusammen. Vcm diesem
definierten Ausgangspunkt (Restinduktion nahezu Null) wird nun eine Aufschaltung einer Gleichspannung
dadurch vorgenommen, daß die Steuerschaltung 8 abhängig vom gewünschten Einschaltphasenwinkel die
Frequenzvorgabe für den Wechselrichter Wb anhält, so
daß die Sekundärwicklungen ib des Transformators 1 mit Gleichstrom vorgegebener Amplitude gespeist
werden. Diese Schaltungsanordnung besitzt den Vorteil, daß der Obergang in den Vormagnetisierungsristand
stets über die sogenannte Neukurve geschieht, d. h. es
ergibt sich eine sehr gute Reproduzierbarkeit der magnetischen Einstellung.
In manchen Fällen ist es zweckmäßig, den Transformator 1 bereits zuzuschalten, während noch eine
Vormagnetisierung stattfindet Dabei soll die Abschaltung der Vormagnetisierung jedoch nach der ersten
Halbschwingung der Wechselspannung erfolgen. Hierzu ist ein schneller Trennschalter 6 erforderlich. Um
besondere Anforderungen an den Trennschalter zu umgehen, kann beispielsweise die überlappte Vormagnetisierung
durch einen definierten Stoß aus einer Kondensatorbatterie erzeugt werden. Damit wird die
Abschaltzeit unkritisch. Zur Entkopplung von Transformator 1 und Vermagnetisiereinrichtung werden Drossein
13 vorgesehen, so daß der Wechselstrom begrenzt wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Anordnung zum Anschalten von Transformatoren, insbesondere leerlaufenden Transformatoren, an eine Wechselspannungsquelle unter Verwendung eines Lastschalters, der durch eine Synchronisiereinrichtung betätigbar ist, bei der der Phasenwinkel des Einschaltens voreinstellbar ist und von der zusätzlich eine Steuerschaltung steuerbar ist, über die durch einen Trennschalter vor dem Einlegen des Lastschal- to ters kurzzeitig eine Gleichspannung in der Weise an Wicklungen des Transformators schaltbar ist, daß eine remanente Vormagnetisierung entgegen der durch den Einschaltvorgang gegebenen Magnetisierung entsteht, dadurch gekennzeichnet, is daß die Gleichspannung über einen von der Synchronisiereinrichtung (4) beeinflußten Thyristorumrichter (11) hergeleitet ist, der derart gesteuert ist, daß nach dem Einlegen des Trennschalters (6) zunächst zur Entmagnetisierung des Transformators (i) an dessen Wicklungen eine in der Frequenz und/oder Amplitude veränderbare Spannung angelegt v/ird, wobei die Stromamplitude einen Wert besitzt, bei dem zunächst eine Sättigung des Transformators (1) erreicht wird und hierauf durch Anhalten der Frequenzvorgabe für den Thyristorumrichter (11) die Gleichspannung angelegt wird.
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