DE388555C

DE388555C - Schaltung zur Verminderung des Spannungsabfalls bei Transformatoren fuer Gleichrichter

Info

Publication number: DE388555C
Application number: DES54295D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing E H Moritz Schenkel
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Priority date: 1920-09-22
Filing date: 1920-09-22
Publication date: 1924-01-15

Description

DEUTSCHES REICH

ausgegeben;

AM 15. JANUAR 192l4

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d GRUPPE 34

(S54295

Siemens-Schuckertwerke G. m. b. H. in Siemensstadt b. Berlin *).

Schaltung zur Verminderung des Spannungsabfalls bei Transformatoren für Gleichrichter.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 22. September 1920 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Verminderung des Spannungsabfalls bei Transformatoren, welche Gleichrichter, z. B. Quecksilberdampfgleichrichter, speisen. In derartigen Transformatoren entsteht, wie bekannt, ein starker Sekundärstreufluß, der eine im

wesentlichen ungeänderte Richtung im Raum besitzt. Es soll dies an Hand der Abb. ι und -2 der Zeichnung erläutert werden, von denen ^y'-Abb. χ einen Gleichrichterbetrieb mit primärer Dreieckschaltung des Transformators und Abb. 2 mit primärer Sternschaltung wiedergibt.

*) Von dem Patentsucker ist als Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing.e.li.Morit\ Schenkel in Oiarlottenburg.

In beiden Abbildungen bedeuten: P die Primärwicklung, S die Sekundärwicklung, G den Gleichrichter und M einen Motor, der den erzeugten Gleichstrom aufnimmt. Der Einfachheit halber ist hier Dreiphasenstrom angenommen. Die folgenden Überlegungen gelten aber ebensogut für alle anderen Phasenzahlen, auch für Einphasentransformatoren.

Wenn bei der Anordnung nach Abb. ι beispielsweise die mittlere Spule der sekundären Wicklung den momentanen Strom * liefert, so entsteht in der entsprechenden Primärspule ein gleicher und entgegengesetzt gerichteter Strom, ebenfalls vom Werte i, wenn das Übersetzungsverhältnis gleich 1:1 ist. Dabei umgibt sich jede Wicklung mit einem Streufelde, dessen Richtung im Räume durch Richtung des Stromes * gegeben ist. Gelangt nun eine andere Phase des Gleichrichters zur Stromlieferung, ao so erfolgt diese Stromlieferung, der Arbeitsweise des Gleichrichters entsprechend, immer in derselben Richtung; infolgedessen wird sich das betrachtete Streufeld der sekundären Spule außerhalb der Spulen nicht wesentlich ändern, Höchstens wird es entsprechend den Schwankungen des Stromes i auch etwas pulsieren. '■ Anders dagegen verhält es sich mit dem Streu- 1 felde innerhalb der Spulen S. Hier wird das Streufeld zwar auch die Spulen immer in derselben Richtung durchdringen, wandert aber von einer Spule zur anderen, wodurch in den Spulen S Spannungen erzeugt werden, die sich als Spannungsabfall an der gelieferten Gleichstromspannung äußern.

Auch bei der Sternschaltung der Primärwicklung gemäß Abb. 2 tritt ein ähnlicher Spannungsabfall auf, obwohl in kleinerem Maße. Es möge hier wiederum, z. B. in der mittleren Phase, ein sekundärer Strom i auftreten. Die entsprechende primäre Spule führt nicht mehr den ganzen Strom i, da auch die anderen primären Spulen jetzt an der Stromführung beteiligt sind. Die beiden äußeren Spulen führen nämlich entsprechend dem Kirchhoffschen Gesetze je eine Hälfte des Stromes der mittleren primären Spule. Ihre magnetomotorischen Kräfte sind parallel zueinander und in Reihe mit der magnetomotorischen Kraft der mittleren primären Spule geschaltet. Da sich die primären und sekundären magnetomotorischen · Kräfte in bezug auf den Hauptfluß angenähert , das Gleichgewicht halten, so gilt für den primären Strom i_t und sekundären Strom i die Beziehung; ''

gleich — * ist.
3

Jede äußere primäre Spule hat

i · w =

Ui H—

wobei w die hier für primäre und sekundäre Wicklung als gleich angenommene Windungszahl einer Phase bedeutet. Daraus sieht man, daß der primäre Strom der mittleren Spule in diesem Augenblick je — i zu führen. Dabei

3

ist die Stromrichtung in den beiden äußeren primären Spulen dieselbe wie in der mittleren sekundären Spule. Ferner entspricht die Differenz der Amperewindungen der beiden mittleren Spulen ebenfalls dem Werte — i. Diese

magnetomotorische Kraft ist zwar in bezug auf den Hauptfluß den magnetomotorischen Kräften in den äußeren Kernen entgegengerichtet, in bezug auf die Streuflüsse aber ist sie mit dem letzteren gleichgerichtet. Infolgedessen tritt in diesem Falle nicht nur außerhalb, sondern auch innerhalb der sekundären Spulen S eine immer gleichgerichtete und nur wenig pulsierende Magnetisierung auf. Diese Magnetisierung bleibt auch dann noch bestehen, wenn der sekundäre Strom von einer der nächsten Phasen geliefert wird.

Durch diese Verteilung der magnetomotorischen Kräfte wird also der Weg für die Streulinien bereits vormagnetisiert, so daß beim Über- ; gang des sekundären Stromes von einer Spule zu einer anderen nur eine Änderung des Kraftflusses entsprechend — i eintritt. Infolge dieser

geringen Änderung des Streuflusses innerhalb der Spulen werden auch nur geringere Streuspannungen induziert, und der Spannungsabfall muß bei Sternschaltung des Transformators einen geringeren Wert als bei Dreieckschaltung haben.

Die beschriebene Erscheinung des Auftretens von gleichgerichteten Streuflüssen ist bereits bekannt und beispielsweise im Patent 316041, Seite i, Zeile 32 bis 37, erwähnt. Neu ist jedoch die Erkenntnis, welchen Einfluß ein derartiger Fluß auf den Spannungsabfall des Gleichrichters besitzt.

Von dieser Erkenntnis ausgehend wird erfindungsgemäß die Schaltung so getroffen, daß zum Zwecke, die Änderung der Streuflüsse zu vermindern, eine Vormagnetisierung des ganzen Transformators durch einen gleichmäßigen oder etwas pulsierenden Gleichstrom nicht wie nach der genannten Patentschrift 316041 entgegen der Richtung der Streuflüsse der Transformatorsekundärwicklung bewirkt wird, sondern in der Richtung dieser Streuflüsse. Stellt man sich z. B. bei der Anordnung nach Abb. 2 eine im Sinne des Streuflusses gerichtete Magnetisierung vor, die konstant ist und in sämtlichen Spulen die gleiche Richtung besitzt, jedoch nicht

nur dem Betrage — * entspricht, sondern z. B.

dem Betrage —, so ist leicht zu sehen, daß als ^iao

dann der in den sekundären Windungen fließende

Gleichrichterstrom i wegen der Vormagnetisierung des Streupfades nicht mehr sehr viel zur Verstärkung des Streuflusses beitragen kann. Der Gleichrichterstrom i wird also leicht von einer sekundären Phase zur anderen übergehen, und es wird kein oder aber ein sehr kleiner Spannungsabfall stattfinden.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Abb. 3 ist der ganze Transformator K von einer Hilfswicklung H umgeben, die durch einen Gleichstrom erregt wird und die erwünschte Vormagnetisierung bewirkt.

Man kann auch entsprechend der Ausführung nach Abb. 4 und 5 die Gleichstromwicklung H auf einzelne Kerne verteilen und sie aus einzelnen Spulen H₁, H₂ und H₃, die im gleichen Sinne hintereinander geschaltet sind, bilden.

Die Hilfswicklung H kann durch einen beliebigen Gleichstrom gespeist werden. Es kann dazu der Strom des Gleichrichters selbst verwendet werden, wie dies beispielsweise in Abb. 6 dargestellt ist.

Bei dieser letzten Ausführung tritt der Unterschied der neuen Schaltung gegenüber der bekannten besonders klar zutage. Man sieht, daß hier die Hilfswicklung H im Gegensatz zu der bekannten Anordnung nach Patent 316041 nicht wie dort entgegengesetzt zur Wicklung S geschaltet ist, sondern gerade umgekehrt diese Wicklung 5 unterstützt. Es werden also die unausgeglichenen Amperewindungen nicht wie bei der bekannten Anordnung nahezu aufgehoben, sondern im Gegenteil verstärkt.

Die Speisung der Wicklung H kann nicht nur wie in Abb. 6 mit dem Gesamtstrom des Gleichrichters, sondern auch mit einzelnen Teilen desselben erfolgen. Man kann z. B. den ganzen gleichgerichteten Strom in einen konstanten und einen wellenförmigen Teil zerlegen. Man kann dann durch die Wicklung H entweder den konstanten Teil oder auch nur den wellenförmigen hindurchleiten. Abb. 7 bezieht sich beispielsweise auf diesen letzten Fall. In den Stromkreis des Hauptverbrauchers ist die Primärwicklung eines Seriensaugtransformators T eingeschaltet, dessen Sekundärwicklung den wellenförmigen Teil des gleichgerichteten Stromes absaugt und durch die Hilfswicklung if in einem Hilfsverbraucher H_m, beispielsweise einen Motor, schickt. Der Hauptverbraucher wird dabei durch -"reinen-· Gleichström "durchflossen. ■■'""_■ "*-"""". Zur Einstellung des Maßes, in welchem bei sämtlichen obenbeschriebenen Anordnungen die Hilfswicklung H zur Vormagnetisierung herangezogen wird, kann man, wie Abb. 8 zeigt, entweder der gesamten Wicklung H ein Regulierorgan R oder auch den einzelnen Unterabteilungen H₁, H₂, H₃ Regulierorgane R₁₁R₂, und R₃ (z. B. Ohmsche oder induktive- Widerstände) parallel oder in Reihe schalten.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Schaltung zur Verminderung des Spannungsabfalles bei Transformatoren für Gleichrichter, wobei der ganze Transformator durch vollkommenen oder pulsierenden Gleichstrom vormagnetisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß diese zusätzliche Vormagnetisierung in der Richtung der Streuflüsse, welche die Sekundärwicklungen des Transformators hervorrufen, erfolgt.

2. Schaltung nach Anspruch x, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vormagnetisierung eine den ganzen Transformator umgebende Gleichstromwicklung dient.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromwicklung auf die Kerne verteilt ist.

4. Schaltung nach Anspruch χ bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromwicklung durch den vom Gleichrichter abgegebenen Gleichstrom oder durch einen Teil desselben gespeist wird.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromwicklung durch den konstanten Teil des gleichgerichteten Stromes gespeist wird.

6. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromwicklung durch den pulsierenden Teil des gleichgerichteten Stromes gespeist wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.