DE503212C

DE503212C - Device for increasing the terminal voltage of transformers or induction motors when the load increases

Info

Publication number: DE503212C
Application number: DEG70375D
Authority: DE
Original assignee: GANZ SCHE ELEK ZITAETS AKT GES
Current assignee: GANZ SCHE ELEK ZITAETS AKT GES
Priority date: 1927-05-29
Filing date: 1927-05-29
Publication date: 1930-07-24

Description

Einrichtung zur Erhöhung der Klemmspannung von Transformatoren oder Induktionsmotoren bei Zunahme der Belastung Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, die die selbsttätige Erhöhung der primären Klemmenspannung von mit wattloser Leerlaufstromkomponente arbeitenden Wechselstromverbrauchern, z. B. Transformatoren oder Induktionsmotoren, bezweckt, wenn diese Vorrichtungen belastet werden.Device for increasing the terminal voltage of transformers or Induction motors when the load increases The invention relates to a device which the automatic increase of the primary terminal voltage of with wattless no-load current component working AC consumers, e.g. B. transformers or induction motors, intended when these devices are loaded.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß mit dem Stromverbraucher eine mit einem geschlossenen, magnetisierbaren Kern ausgerüstete Selbstinduktionsspule in Reihe geschaltet ist, in der bei Leerlauf ein z °'o der Klemmenspannung des unbelasteten Stromverbrauchers übersteigender Spannungsabfall auftritt und deren magnetisierbarer Kern im unbelasteten Zustande so weit gesättigt ist, daß bei Belastung des Stromverbrauchers der in der Selbstinduktionsspule auftretende Spannungsvektor nicht proportional mit dem durch die Spule fließenden Strom, sondern nur so weit wächst, daß der nach vektorialem Abzug dieses Spannungsvektors vom Gesamtspannungsvektor auf den Stromverbraucher entfallende Spannungsvektor zunimmt.The essence of the invention is that with the electricity consumer a self-induction coil equipped with a closed, magnetizable core is connected in series, in which at no load a z ° 'o of the terminal voltage of the unloaded Power consumer exceeding voltage drop occurs and their magnetizable The core is so saturated in the unloaded state that when the power consumer is loaded the voltage vector occurring in the self-induction coil is not proportional with the current flowing through the coil, but only grows so far that the after vectorial deduction of this voltage vector from the total voltage vector on the power consumer omitted voltage vector increases.

In der Zeichnung zeigt Abb. i das Schaltungsschema eines Ausführungsbeispieles des Erfindungsgegenstandes für Einphasenwechselstrom.In the drawing, Fig. I shows the circuit diagram of an embodiment of the subject matter of the invention for single-phase alternating current.

Abb. z ist ein die Wirkungsweise veranschaulichendes Vektordiagramin. Abb.3 ist eine Variante der Einrichtung. Abb.4 zeigt die Einrichtung in Dreiphasenschaltung.Fig. Z is a vector diagram illustrating the operation. Fig.3 is a variant of the facility. Fig. 4 shows the device in a three-phase circuit.

Zwischen die Stromleiter i, i ist der mit Leerlaufstrom arbeitende Stromverbraucher 3, z. B. ein Transformator, geschaltet, dessen primäre Klemmenspannung bei Zunahme der Belastung steigen soll. Vor dem Transformator ist gemäß der Erfindung eine Selbstinduktionsspule ¢ geschaltet, deren aus magnetisierbarem Metall, insbesondere Eisen, bestehender Kern 5 derart bemessen ist, daß eine zur Erzielung der nachstehend erläuterten Wirkung genügende Sättigung eintritt. Die Selbstinduktionsspule 4 muß derart bemessen sein, daß dieselbe bereits bei Leerlauf eine Spannung aufnimmt, die einen nennenswerten Prozentsatz der Klemmenspannung des Stromverbrauchers 3 beträgt, damit die angestrebte Regelwirkung erreicht wird. Diese Spannung muß mehr als z @'o der Klemmenspannung der zu regelnden Vorrichtung betragen. Steigt also die Belastung des Stromverbrauchers 3, so nimmt auch der durch die Selbstinduktionsspule 4 fließende Strom zu und trachtet die Magnetisierung des Eisenkerns 5 zu erhöhen. Befindet sich aber das Eisen in der Nähe der Sättigung, so wächst die Magnetisierung in geringerem Maße als der durch die Selbstinduktionsspule fließende Strom, weshalb auch die in der Selbstinduktionsspule abgedrosselte Spannung in geringerem Maße wächst als der Strom. Die Wirkungsweise ist an der Hand des in Abb. z veranschaulichten Vektordiagramms erläutert.Between the current conductors i, i is the one working with no-load current Power consumer 3, z. B. a transformer, switched, whose primary terminal voltage should increase as the load increases. Before the transformer is according to the invention a self-induction coil ¢ switched, whose made of magnetizable metal, in particular Iron, existing core 5 is dimensioned such that one to achieve the following the effect explained is sufficient saturation occurs. The self-induction coil 4 must be dimensioned in such a way that it already absorbs a voltage when idling, which represent a significant percentage of the terminal voltage of the power consumer 3 so that the desired control effect is achieved. This tension must be more as z @ 'o the terminal voltage of the device to be controlled. So increases the load on the power consumer 3, so also increases by the self-induction coil 4 flowing current and seeks to increase the magnetization of the iron core 5. But if the iron is close to saturation, the magnetization increases to a lesser extent than the current flowing through the self-induction coil, why also the in the self-induction coil throttled voltage in grows less than electricity. The mode of action is based on the principle shown in Fig. z illustrated vector diagram.

Der Vektor E bedeutet die zwischen den Leitern i, i herrschende Gesamtspannung, die bei Leerlauf sich derart verteilt, däß die Selbstinduktionsspule 4 die Spannung eo und der Stromverbraucher 3 die Spannung Eo aufnimmt. Wird der Stromverbraucher belastet, so nimmt die durch die Selbstinduktionsspule aufgenommene Spannung die vektoriale Größe e, an, wodurch auf den Stromverbraucher 3 die Spannung E, entfällt. Die Klemmenspannung E'1 des Stromverbrauchers 3 ist demnach in bezug auf den bei Leerlauf vorhandenen Wert Eo gestiegen. Bei ganz geringer, bloß einen Bruchteil des Leerlaufstromes betragenden, in der Praxis also vernachlässigbaren Belastung kann die Spannung des Stromverbrauchers in ganz geringem Maße auch abnehmen. Dieser Fall kann dann eintreten, wenn bei Leerlauf in der Selbstinduktionsspule die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung kleiner ist als in dem zu regelnden Stromverbraucher.The vector E means the total voltage between the conductors i, i, which is distributed when idling in such a way that the self-induction coil 4 controls the voltage eo and the power consumer 3 receives the voltage Eo. Becomes the electricity consumer loaded, the voltage picked up by the self-induction coil takes the vectorial quantity e, whereby the voltage E is omitted on the power consumer 3. The terminal voltage E'1 of the power consumer 3 is therefore with respect to the Idle existing value Eo increased. At a very low level, only a fraction of the no-load current, which is negligible in practice the voltage of the electricity consumer can also decrease to a very small extent. This Case can occur if the phase shift occurs when the self-induction coil is idle between current and voltage is smaller than in the current consumer to be regulated.

Die Charakteristik der Selbstinduktionsspule kann den verschiedenen Ansprüchen dadurch angepaßt werden, daß. man die Sättigung entsprechend wählt, daß man im Eisenkern einen verjüngten Steg 6 oder einen Luftspalt anbringt oder im Nebenschluß zur Selbstinduktionsspule einen Ohmschen Widerstand 7 schaltet. In Abb. 3 sind zwei Selbstinduktionsspulen mit verschiedener Charakteristik in Reihe geschaltet, z. B. die mit dem Nebenschlußwiderstand 7 ausgerüstete Spule 4. mit einer einfachen Spule 4'. Würde die Selbstinduktionsspule z. B. eine derartige Charakteristik besitzen, daß ihr Kern beim Leerlaufstrom des Transformators bereits vollständig gesättigt wäre, so könnte die Spannung in der Spule mit Zunahme des Stromes kaum mehr zunehmen. In diesem Falle würde es sich um die größte spannungserhöhende Wirkung für den Stromverbraucher handeln, doch würde sich der Spannungsvektor schon bei geringer Belastung stark verdrehen, so daß auch die Spannung bei geringer Belastung plötzlich stark, darauffolgend aber nur wenig zunehmen würde. Besitzt aber die Selbstinduktionsspule eine derartige Charakteristik, daß bis zu einem gewissen Wert des Belastungsstromes der Spannungsabfall in der Drosselspule zunimmt, so wird dadurch die durch die plötzliche Verdrehung des Spannungsvektors verursachte plötzliche Spannungszunahme ausgeglichen.The characteristics of the self-induction coil may suit the various Claims are adapted in that. one chooses the saturation according to that a tapered web 6 or an air gap is attached in the iron core or in a shunt an ohmic resistor 7 switches to the self-induction coil. In Fig. 3 there are two Self-induction coils with different characteristics connected in series, e.g. B. equipped with the shunt resistor 7 coil 4. with a simple one Coil 4 '. Would the self-induction coil z. B. have such a characteristic, that their core is already completely saturated with the no-load current of the transformer if the voltage in the coil were to increase as the current increased. In this case it would be the greatest voltage-increasing effect for the electricity consumer act, but the stress vector would be strong even with a low load twist, so that the tension suddenly becomes strong even with a low load, subsequently but would increase only a little. But if the self-induction coil has such a coil Characteristic that up to a certain value of the load current the voltage drop increases in the choke coil, this will reduce the sudden rotation of the voltage vector caused the sudden increase in voltage.

Die Selbstinduktionsspulen gemäß der Er-Endung werden bei öltransformatoren zweckmäßig mit dem Transformator in einem gemeinsamen Ölbehälter untergebracht.The self-induction coils according to the invention are used in oil transformers expediently housed with the transformer in a common oil tank.

Zur Erzielung einer merklichen Spannungsregelung ist es erforderlich, daß einerseits die in der Selbstinduktionsspule auftretende Spannung bereits bei Leerlauf z o'o übersteigt und daß anderseits die Spannung nicht proportional mit dem durchfließenden Strom, sondern in bedeutend geringerem Maße wächst. Den praktischen Anforderungen entspricht, daß die in der Selbstinduktionsspule auftretende Spannung höchstens 'das i # 4fache der Leerlaufstellung beträgt, wenn der durch die Selbstinduktionsspule durchfließende Belastungsstrom das Doppelte des Leerlaufstromes erreicht hat, und wenn der Strom auf das i ofache des Leerlaufwertes gewachsen ist, so darf die Spannung der Selbstinduktionsspule höchstens auf den vierfachen Wert steigen. Da die Spannung des Stromverbrauchers infolge des Umstandes wächst, daß durch die Belastung der in der Selbstinduktionsspule auftretende Spannungsvektor sich verdreht, kann eine praktisch in Betracht kommende Spannungsregelung nur dann zustande kommen, wenn die Phasenverschiebung des Leerlaufstromes genügend groß ist und die Belastung mindestens eine so große Wattkomponente aufweist, daß bei normaler Belastung die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung vor . dem Stromverbraucher und der Selbstinduktionsspule nicht mehr als 45° beträgt, d.h. der Leistungsfaktor (cos cP) nicht kleiner als 0,7 ist.In order to achieve a noticeable voltage regulation, it is necessary on the one hand that the voltage occurring in the self-induction coil already exceeds z o'o when idling and on the other hand that the voltage does not grow proportionally with the current flowing through it, but to a significantly lesser extent. The practical requirements correspond to the fact that the voltage occurring in the self-induction coil is at most i # 4 times the idle position if the load current flowing through the self-induction coil has reached twice the no-load current, and if the current has grown to i of the no-load value, see above the voltage of the self-induction coil may not increase more than four times the value. Since the voltage of the current consumer increases as a result of the fact that the voltage vector occurring in the self-induction coil is twisted due to the load, a voltage regulation that can be considered in practice can only come about if the phase shift of the no-load current is sufficiently large and the load is at least as large Watt component has that under normal load the phase shift between current and voltage before. the power consumer and the self-induction coil is not more than 45 °, ie the power factor (cos cP) is not less than 0.7 .

Die Abb. 4 zeigt die Einrichtung beispielsweise in einer Dreiphasenschaltung, bei welcher drei Selbstinduktionsspulen 4 auf einem gemeinsamen Eisenkern 5 angeordnet sind.Fig. 4 shows the device, for example, in a three-phase circuit, in which three self-induction coils 4 are arranged on a common iron core 5 are.

Bei dieser Anordnung kann es trotz der Sättigung des Eisenkernes bei starker Zunahme des Stromes (z. B. auf das i o- bis zofache) vorkommen, daß der Spannungsabfall in den Selbstinduktionsspulen zwei- bis dreimal größer wird, was die Wirkung der Einrichtung zur Erhöhung der Klemmenspannung -des Stromverbrauchers nicht unbedeutend beeinträchtigen würde. Um dies zu verhindern, empfehlt es sich, eine in Dreieck geschaltete zusätzliche Wicklung z vorzusehen.With this arrangement, it can occur in spite of the saturation of the iron core strong increase of the current (z. B. i o- to z-fold) occur that the Voltage drop in the self-induction coils becomes two to three times greater, what the effect of the device for increasing the terminal voltage of the power consumer would not affect negligibly. To prevent this, it is advisable to to provide an additional winding z connected in a triangle.

Diese Wicklung 2 dient zur Unterstützung der spannungserhöhenden Wirkung der Selbstinduktionsspulen 4. Wenn nämlich der Sinusstrom durch den gesättigten Eisenkern fließt, so tritt in der Spule zufolge der besonderen Form der Magnetisierungskurve des Eisens eine Spannung auf, die eine starke dritte harmonische Schwingung enthält, deren Größenordnung diejenige der Grundharmonischen erreichen kann. Zur Vermeidung eines starken Spannungsabfalles in der Einrichtung dient im Sinne des beabsichtigten Zweckes, namentlich bei zunehmendem Strom die Spannung hinter der Einrichtung zu erhöhen, in erster Linie die Maßnahme, daß der Eisenkern der Selbstinduktionsspule schon bei Leerlauf gesättigt ist. Bei starker Sättigung besteht aber ein großer Teil der Spannung aus einer dritten harmonischen Schwingung, welche nun durch die Spulen a beseitigt wird, wodurch der Spannungsabfall in geringerem Maße zunimmt.This winding 2 serves to support the voltage-increasing effect of self-induction coils 4. Namely, if the sinusoidal current through the saturated Iron core flows, so occurs in the coil as a result of the special shape of the magnetization curve the iron exhibits a tension that contains a strong third harmonic oscillation, whose order of magnitude can reach that of the fundamental harmonics. To avoid one strong voltage drop in the facility serves in the sense of the intended purpose, namely with increasing current the voltage behind to increase the establishment, primarily the measure that the iron core of the Self-induction coil is already saturated when idling. With strong saturation there is but a large part of the tension from a third harmonic vibration, which is now eliminated by the coils a, reducing the voltage drop in lesser Increases in size.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for increasing the terminal voltage of transformers or induction motors when the load increases with the aid of a self-induction coil connected in series and equipped with a magnetizable core, characterized in that the self-induction coil is chosen such that its voltage drop in idle z 0110 exceeds the terminal voltage of the unloaded power consumer and that the core in the unloaded state is so saturated that when the current consumer is loaded, the voltage throttled in the self-induction coil does not increase proportionally with the current flowing through the coil, but only so far that the after vectorial subtraction of this voltage vector from the total voltage vector increases the electricity consumer increases. z. Device according to claim i, characterized in that the degree of saturation of the iron core of the self-induction coil is selected so high that, if the current is ten times the no-load current under load, the voltage drop in the self-induction coil is at most four times the no-load value. 3. Device according to claim i and a, characterized in that the iron core of the self-induction coil contains an air gap or a tapered section. q .. Device according to claim i, characterized in that an ohmic resistor is connected in parallel with the self-induction coil. 5. Device according to claim i, characterized in that two self-induction coils of different characteristics are connected in series. 6. Device according to claim i for three-phase alternating current, characterized in that the iron core of the self-induction coil is also provided with an additional winding connected in a triangle. 7. Device according to claim i for oil transformers, characterized in that the self-induction coil is housed with the transformer to be regulated in a common container.