DE379526C - Procedure to prevent interference caused by multi-phase resonance currents of the fifth or one higher harmonic occurring in capacitively loaded networks - Google Patents

Procedure to prevent interference caused by multi-phase resonance currents of the fifth or one higher harmonic occurring in capacitively loaded networks

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DE379526C
DE379526C DEA35441D DEA0035441D DE379526C DE 379526 C DE379526 C DE 379526C DE A35441 D DEA35441 D DE A35441D DE A0035441 D DEA0035441 D DE A0035441D DE 379526 C DE379526 C DE 379526C
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/38Auxiliary core members; Auxiliary coils or windings
    • H01F27/385Auxiliary core members; Auxiliary coils or windings for reducing harmonics

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

Verfahren zur Verhütung von Störungen durch in kapazitiv belasteten Netzen auftretende mehrphasige Resonanzströme der fünften oder einer höheren Harmonischen. Werden von Wechselstromerzeugern über Transformatoren gespeiste Netze kapazitiv belastet, so beobachtet man bei gewissen Betriebsverhältnissen Ströme höherer Frequenz, welche sich dem Primär- wie dem Sekundärstrom überlagern und deren Amplituden die Amplitude des Grundwellenstromes erreichen oder übertreffen können. Die Ursache dieser Escheinung kann sowohl darin liegen, daß sich in der Kurve der E. M. K. des Generators höhere Harmonische finden, als auch darin, daß die Sättigung des Transformators die lineare Abhängigkeit des magnetischen Flusses vom Magnetisierungsstrom aufhebt. Aus dem letztgenannten Grunde werden Großtransformatoren vielfach schwach gesättigt, und sie erhalten dadurch ein bedeutend höheres Eisengewicht als bei normaler Sättigung.Method of preventing interference by in capacitively loaded Networks occurring polyphase resonance currents of the fifth or a higher harmonic. Networks fed by alternators via transformers become capacitive loaded, one observes currents of higher frequency under certain operating conditions, which superimpose the primary as well as the secondary current and their amplitudes the Can reach or exceed the amplitude of the fundamental wave current. The cause This phenomenon can be due to the fact that in the curve of the E. M. K. des Generators find higher harmonics, as well as that saturation of the transformer the linear dependence of the magnetic flux on the magnetizing current cancels. For the latter reason, large transformers are often weakly saturated, and you get a significantly higher iron weight than with normal saturation.

Wie die oberharmonischen Ströme als Folge der Eisensättigung zustande kommen, ist leicht zu erkennen, auch wenn man davon ausgeht, daß die Generatorspannung selbst keine höheren Harmonischen aufweist. Die Erzeugung einer sinusförmig verlaufenden Gegenspannung setzt ein zeitlich sinusförmig verlaufendes Feld veraus. Die felderzeugenden Amperewindungen sind aber in diesem Falle nur im geradlinigen Teil der Sättigungskurve des Transformators dem Feld proportional. Mit zunehmender Eisensättigung wächst die Größe des erforderlichen Erregerstromes entsprechend der Abnahme der Permeabilität. Bei hoher Eisensättigung zeigt daher die Kurve des Magnetisierungsstrornes in der Nähe des Amplitudenwertes der Feldkurve eine Spitze, und die Analyse der sich so ergebenden Stromkurve zeigt das Vorhandensein starker dritter, fünfter und höherer harmonischer Oberwellen. Die Abweichung des Magnetisierungsstromes von der reinen Sinusform ist also notwendig zur Erzielung einer sinusförmigen Gegenspannung und daher ohne weiteres nicht zu umgehen. Infolge der stets vorhandenen Reaktanzen der Stromkreise kommen im Spannungsabfall des Primärkreises ebenfalls die Oberwellen zum Ausdruck, so daß dadurch die entsprechenden Oberwellen auch auf die Primärspannungen des Transformators übertragen werden. Dies bewirkt andererseits wieder eine Steigerung der Amplituden der betreffenden Oberwellen, so daß sich die Intensität dieser Erscheinung von selbst auf eine unzulässige Höhe heraufarbeitet.How the harmonic currents come about as a result of iron saturation is easy to see, even assuming the generator voltage itself does not have any higher harmonics. The generation of a sinusoidal Counter-voltage causes a field that runs sinusoidally over time. The field generating In this case, ampere-turns are only in the straight-line part of the saturation curve of the transformer proportional to the field. With increasing iron saturation, it grows the size of the required excitation current according to the decrease in permeability. In the case of high iron saturation, the curve of the magnetizing current therefore shows in Near the amplitude value of the field curve a peak, and the analysis of the so The resulting current curve shows the presence of strong third, fifth and higher harmonic waves. The deviation of the magnetizing current from the pure Sinusoidal shape is therefore necessary to achieve a sinusoidal counter voltage and therefore cannot be avoided without further ado. As a result of the always existing reactances of the Circuits also get the harmonics when the voltage drops in the primary circuit expressed, so that thereby the corresponding harmonics also affect the primary voltages of the transformer. On the other hand, this again causes an increase the amplitudes of the relevant harmonics, so that the intensity of this phenomenon works up to an inadmissible height by itself.

Bei dem Bestreben, die oberharmonischen Ströme in ihrer Ausbildung zu begrenzen und ihr übermäßiges Anwachsen zu verhüten, muß aber in der Weise verfahren werden, daß dabei die Ausbildung des sinusförmig verlaufenden Feldes nicht gehemmt wird. Dies läßt sich nach dem Verfahren der Erfindung dadurch erreichen, daß die zur freien Magnetisierung nötigen 'Mehrphasenströme der fünften oder einer höheren Harmonischen einem Transformator zugeführt werden, welcher in bekannter Weise mit einer Dreieckwicklung zur Kompensation von Oberströmen versehen ist, indem diese Wicklung mit einem aus einer Kondensatormaschine oder aus einer anderen Kondensatoranordnung bestehenden abgestimmten Schwingungskreis zur Beseitigung der fünften und höheren Harmonischen in Verbindung gebracht wird. So können die zur freien Magnetisierung erforderlichen Mehrphasenströme dem Transformator durch eine besondere synchrone, mehrphasige Erregermaschine zugeführt werden. Diese Erregermaschine muß aber derart gebaut sein, daß sie die in Betracht kommenden höheren harmonischen Spannungen auch wirklich erzeugt, was durch entsprechende Ausbildung des erregenden Magnetsystems erreicht werden kann. Der Antrieb dieser Erregermaschine kann durch einen am Netz liegenden Synchronmotor erfolgen. Sie kann aber auch freilaufend selbst als Synchronmotor betrieben werden, indem sie ihren Leerlaufstrom der von ihr gespeisten Hilfswicklung des Transformators entnimmt. In Abb. i ist das neue Verfahren an Hand eines Ausführungsbeispieles der erwähnten Art näher erläutert. Es bedeutet N, ein Dreiphasennetz, P ein an NI angeschlossener Transformator, welcher oberhalb des geraden Teiles der Sättigungskurve arbeitet, P die Primärwicklung von T, die Sekundärwicklung von T, H eine auf dem Transformatoreisen befindliche Hilfswicklung, N2 das mit der Wicklung Q verbundene Sekundärnetz, E eine dreiphasige Erregermaschine, S die Schleifringe von E, F die Felderregung von E, B eine Gleichstrombatterie zur Speisung der Felderregung F.In striving to develop the harmonic currents in their training to limit and to prevent their excessive growth, but must proceed in this way that the formation of the sinusoidal field is not inhibited will. This can be achieved according to the method of the invention in that the necessary for free magnetization 'multiphase currents of the fifth or a higher Harmonics are fed to a transformer, which in a known manner with a delta winding is provided to compensate for overcurrents by adding this Winding with one from a capacitor machine or from another capacitor arrangement existing tuned oscillation circuit to eliminate the fifth and higher Harmonics is associated. So they can magnetize freely required multi-phase currents to the transformer through a special synchronous, multi-phase excitation machine are supplied. This exciter machine must be like this be built so that they also take into account the higher harmonic tensions really generated what by appropriate training of the exciting magnet system can be reached. The drive of this exciter machine can be connected to the network lying synchronous motor. But it can also run freely as a synchronous motor be operated by their no-load current of the auxiliary winding fed by it of the transformer. In Fig. I the new method is based on an exemplary embodiment of the type mentioned explained in more detail. It means N, a three-phase network, P a to NI connected transformer, which is above the straight part of the saturation curve works, P the primary winding of T, the secondary winding of T, H one on the Transformer iron located auxiliary winding, N2 that with the winding Q connected secondary network, E a three-phase exciter, S the slip rings from E, F the field excitation, from E, B a direct current battery for supplying the field excitation F.

Die Anordnung des Transformators T mit der in Dreieck geschalteten Hilfswicklung H ist an sich bekannt. Diese Hilfswicklung ist nämlich geeignet, die zur freien Magnetisierung erforderlichen dritten oberharmonischen Ströme zu führen. Da diese Ströme in allen drei Phasenwicklungen von .P bzw. Q gleichphasig verlaufen, so stellt die Dreieckwicklung H für die dritte Oberwelle eine kurzgeschlossene Einphasenwicklung dar, bei welcher für diesen Strom die drei Wicklungsteile (a, ß, y) einfach in Reihe geschaltet sind. Zur Unterdrückung der fünften, siebenten usw. oberharmonischen Ströme ist die Hilfswicklung H allein nicht ausreichend, weil die Oberharmonischen höherer Ordnung in den drei Phasenwicklungen der drei Kerne nicht als gleichphasige Ströme auftreten. Sie verlaufen in diesem Falle dreiphasig und können daher nur durch dreiphasige Stromquellen kompensiert werden. Als solche dient erfindungsgemäß die synchrone Erregermaschine E, deren Schleifringe mit den Klemmen der Wicklung H verbunden sind und welche derart ausgebildete Pole besitzt, daß sie außer der Gegenspannung von der Grundfrequenz noch eine ausgeprägte Oberwelle der in Frage kommenden höheren Frequenz erzeugt. Die Feldwicklung F dieser Maschine wird durch die Gleichstrombatterie B erregt. Die freilaufende synchrone Erregermaschine E entnimmt der Wicklung H, wie bereits erwähnt, die Leerlaufsleistung durch einen Strom von der Grundfrequenz und sendet ihrerseits einen Magnetisierungsstrom von der Frequenz der zu unterdrückenden Oberwelle in die Wicklung H hinein. Dieser Strom wird also nicht mehr dem Netz Ni bzw. N2 entnommen, und er schließt sich auch nicht über die Betriebskapazität des Netzes.The arrangement of the transformer T with that connected in triangle Auxiliary winding H is known per se. This auxiliary winding is namely suitable that lead to the necessary third harmonic currents for free magnetization. Since these currents run in phase in all three phase windings of .P and Q, so the triangular winding H represents a short-circuited single-phase winding for the third harmonic represents in which for this current the three winding parts (a, ß, y) simply in series are switched. To suppress the fifth, seventh, etc. upper harmonics Currents, the auxiliary winding H alone is not sufficient because the harmonic higher order in the three phase windings of the three cores not as in-phase Currents occur. In this case, they run in three phases and can therefore only can be compensated by three-phase power sources. Serves as such according to the invention the synchronous excitation machine E, whose slip rings with the terminals of the winding H are connected and which has poles formed in such a way that they except the Counter voltage from the fundamental frequency still has a pronounced harmonic of the one in question coming higher frequency generated. The field winding F of this machine is through the DC battery B is energized. The free-running synchronous exciter E removes of the winding H, as already mentioned, the no-load power by a current of the fundamental frequency and in turn sends a magnetizing current of the frequency of the harmonic to be suppressed into the winding H. So this stream will is no longer taken from the network Ni or N2, and it does not close via the Operating capacity of the network.

An Stelle der Erregermaschine E kann gemäß Abb. 2 auch ein aus der Reihenschaltung einer Induktivität L und einer Kapazität C gebildeter Schwingungskreis treten, welcher sich für die betreffende oberharmonische Frequenz in Resonanzabstimmung befindet. Durch diesen Schwingungskreis ist die Hilfswicklung auch für die mehrphasig verlaufende höhere Harmonische kurzgeschlossen, und sie führt somit außer dem Strom der dritten Oberwelle noch einen Strom derjenigen Oberwelle, auf welche- der Schwingungskreis (L + C) abgestimmt ist. In Abb. 2 ist die Bedeutung der Buchstaben die gleiche wie in Abb. _. An Stelle der Erregermaschine E ist, wie ersichtlich, die Anordnung der mit der Selbstinduktivität L hintereinandergeschalteter Kapazität C getreten.Instead of the exciter E, according to Fig. 2, one from the Series connection of an inductance L and a capacitance C formed oscillation circuit occur, which is tuned for the harmonic frequency in question in resonance is located. Due to this oscillation circuit, the auxiliary winding is also multi-phase for the running higher harmonics short-circuited, and it therefore conducts outside the current of the third harmonic, a current of the harmonic to which the oscillation circuit (L + C) is coordinated. In Fig. 2 the meaning of the letters is the same as in Fig. _. Instead of the exciter E, as can be seen, the arrangement of the with the self-inductance L of the capacitance C connected in series.

Führt man gemäß der Erfindung die zur freien Magnetisierung nötigen Mehrphasenströme höherer Frequenz dem Transformator T in der erläuterten Weise durch besondere Einrichtungen zu, dann kann der Betriebstransformator in normaler Weise gesättigt werden, ohne daß störende Resonanzerscheinungen im Netz zu erwarten sind.According to the invention, the necessary for free magnetization are carried out Multi-phase currents of higher frequency through the transformer T in the manner explained special facilities too, then the operating transformer can operate normally be saturated without disturbing resonance phenomena in the network to be expected.

Claims (6)

PATENT-ANsPRÜcHE: i. Veifahren zurVerhütung von Störungen durch in kapazitiv belasteten Netzen auftretende mehrphasige Resonanzüberströme der fünften oder einerhöheren Harmonischen, dadurch gekennzeichnet, daß die zur freien Magnetisierung nötigen Ströme der an das Netz angeschlossenen Transformatoren diesen durch eine auf ihnen befindliche Dreieckwicklung zugeführt wird, indem diese an sich bekannte Dreieckwicklung mit einem aus einer Kondensatormaschine oder aus einer anderen Kondensatoranordnung bestehendem abgestimmten Schwingungskreis zur Beseitigung der fünften oder höheren Harmonischen in Verbindung gebracht wird. PATENT CLAIMS: i. Procedure to prevent interference from in capacitively loaded networks occurring polyphase resonance overcurrents of the fifth or a higher harmonic, characterized in that the for free magnetization necessary currents of the transformers connected to the network through a triangular winding located on them is supplied by this known per se Delta winding with one from a capacitor machine or from another capacitor arrangement existing tuned oscillation circuit to eliminate the fifth or higher Harmonics is associated. 2. Verfahren nach Patentanspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zur freien Magnetisierung nötigen Ströme in einer besonderen Erregermaschine erzeugt werden. 2. The method according to claim i, thereby characterized in that the currents necessary for free magnetization in a special Exciter machine are generated. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregermaschine als freilaufende Synchronmaschine betrieben wird. q.. 3. The method according to claim 2, characterized in that that the exciter is operated as a free-running synchronous machine. q .. Verfahren nach Patentanspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die auf demTransformator befindliche Dreieckwicklung durch einen auf eine bestimmte Oberwelle abgesiimmtenSchwingungskreismehrphasig kurzgeschlossen wird. procedure according to claim r, characterized in that the Triangular winding through a multi-phase oscillation circuit tuned to a specific harmonic is short-circuited. 5. Verfahren nach Anspruch :1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß des Schwingungskreises über einen Zwischentransformator, welcher in diesem Falle die Dreieckwicklung erhält, erfolgt. 5. The method according to claim: 1, characterized in that the connection of the oscillation circuit via an intermediate transformer, which in in this case the triangular winding is obtained. 6. Verfahren nach Anspruch 2 und dadurch gekennzeichnet, daß als auf dem Transformator befindliche Dreieckwicklung eine besondere Hilfswicklung verwendet wird, die gleichzeitig in an sich bekannter Weise als einphasiger Kurzschluß für die dritte harmonische Oberwelle dient.6. The method according to claim 2 and characterized in that as a triangular winding located on the transformer a special auxiliary winding is used, which is also known per se Way, serves as a single-phase short for the third harmonic.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE749488C (en) * 1940-05-04 1945-01-13 Arrangement for compensating the harmonics occurring in power networks
DE1084827B (en) * 1955-06-14 1960-07-07 Siemens Ag Arrangement for suppressing stall oscillations that occur in single-pole earthed voltage transformers in non-earthed three-phase systems

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE749488C (en) * 1940-05-04 1945-01-13 Arrangement for compensating the harmonics occurring in power networks
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