-
Sparschaltung (Rückarbeitsschaltung) zur Belastungsprüfung von Ein-
und Mehrphäsentransformatoren Es ist bekannt, Transformatoren dadurch künstlich
zu belasten, daß man zwei gleiche Transformatoren primär parallel und sekundär gegeneinander
schaltet (s. Abb. z). Durch Änderung der Windungszahl eines Transformators kann
man dann einen beliebig großen Primär- und Sekundärstrom einstellen. Dieses Verfahren
hat den Nachteil, daß sowohl der Primär- wie der Sekundärstrom fast reine Blindströme
sind und somit die von ihnen verursachten Verluste nicht denjenigen gleich sind,
die tatsächlich im normalen Betrieb stattfinden.
-
Die Erfindung besteht nun darin, daß die Transformatorströme nicht
nur der Größe, sondern auch der Phase nach regelbar gemacht werden und somit der
tatsächliche Betriebszustand des Transformators künstlich hergestellt werden kann.
-
Einige Ausführungsbeispiele sind in der beistehenden Zeichnung angegeben.
-
Nach Abb.2 werden zwei gleiche Transformatoren primär parallel geschaltet;
sekundär werden aber nicht Wicklungen einer und derselben Phase gegeneinander geschaltet,
sondern von um t2o° gegeneinander verschobene Phasen, also Phase t mit Phase 2',
2 mit 3' und 3 mit i'.
-
Die Phasenverschiebung des Stromes T gegenüber den in den Wicklungen
induzierten EMKK ist aus der Abb. 2a ersichtlich.
-
Sind nämlich B A und C B die um r 2o° gegeneinander
verschobenen EMKK der Wicklungen z und 2', so ist A C die resultierende EMK. Der
Strom 7 ist, wenn der induktive Widerstand co L der Wicklungen gegenüber dem Verlustwiderstand
genügend groß ist, nahezu senkrecht auf A C. Somit bildet er mit A B und
A C einen Winkel von -I- 30°. Dieser Phasenwinkel entspricht in den meisten
Fällen der normalen Belastung.
-
Die Größe des Stromes wird durch regelbare Blindwiderstände L' geändert.
-
In manchen Fällen, insbesondere bei Hochfrequenztransformatoren, kann
es zweckmäßig sein, statt Selbstinduktionen Kapazitäten zu verwenden, da letztere
meistens viel weniger Verluste haben. In der Abb. 2a ändert sich dadurch die Richtung
des Stromes I, was nur eine Vertauschung der Rollen der Wicklungen i, 2' miteinander
zur Folge hat.
-
Will man einen anderen Winkel als 30° zwischen Strom und induzierter
EMK in den Wicklungen haben, so ist es zweckmäßig (s. Abb.3), parallel zu den Sekundärwicklungen
der Transformatoren einen regelbaren Blindwiderstand L" (Selbstinduktion oder Kapazität)
zu schalten.
-
Um gleichzeitig die Größe und Phase der Ströme zu regeln, wird man
(s. Abb. ¢) regelbare Reihen- und Parallelblindwiderstände (L' und
L") verwenden.
-
Werden nur Reihenwiderstände L' verwendet, so sind die Ströme gezwungenerweise
in beiden Transformatoren die gleichen. Werden aber auch Parallelwiderstände verwendet
(wie
z. B. in Abb. q.), so sind die Ströme beider Transformatoren im allgemeinen verschieden.
Um nun die Stromgleichheit auch in diesem Falle zu erhalten, wird man daher nicht
nur die Widerstände L' und L" an sich, sondern auch die Anschlußpunkte
h der Parallelwiderstände an die Reihenwiderstände veränderlich machen (s. Abb.
q.) oder bei festen Anschlußpunkten (s. Abb. 5) die Widerstände L' in zwei Teile
teilen, von denen der eine Teil auf der einen Seite und der andere Teil auf der
anderen Seite der Anschlußpunkte k sich befindet, wobei jeder Teil für sich regelbar
ist.
-
Statt lvie bisher die phasenverschobenen Wicklungen des Transformators
selbst aufeinander zu schalten, kann man (s. Abb. 6) auf sämtlichen Schenkeln der
Transformatoren Hilfswicklungen wh, wlt anbringen und diese Wicklungen in derselben
Weise wie früher die Hauptwicklungen phasenverschoben aufeinander schalten, während
die Hauptwicklungen in bekannter Weise nach Abb. i geschaltet sind, also i mit 1',
2 mit 2' und 3 mit 3'.
-
Macht man die Windungszahl der Hilfswicklungen veränderlich, so kann
man die Ströme nach Größe und Phase beliebig regeln.
-
Die Hilfswicklungen können auch einen festen oder veränderlichen Teil
der Hauptwicklungen selbst bilden, so daß man sie im Betrieb in Reihe mit den entsprechenden
Hauptwicklungen verwenden kann, mit anderen Worten: statt Hilfswicklungen kann man
die Hauptwicklungen mit abschaltbaren Spulen ausführen und diese bei der Belastungsprüfung
in derselben Weise verwenden wie die Hauptwicklungen der Abb. 6.
-
Nach der Abb. 7 werden die Hauptwicklungen selbst wiederum in normaler
Weise nach Abb. i geschaltet, während zur Regelung der Ströme nach Größe und Phase
ein Potentialregler verwendet wird, dessen Primärwicklungezi p, p, p in Reihe mit
den Sekundärwicklungen beider Transformatoren und dessen Sekundärwicklungen s, s,
s parallel zu den entsprechenden Sekundärwicklungen eines Transformators geschaltet
sind.
-
Durch Verstellung der Primär- und Sekundärwicklungen des Potentialreglers
gegeneinander können die Größe und Phase der Transformatorströme eingestellt werden.
-
Bei den Schaltungen nach Abb. i bis 7 wurde vorausgesetzt,. daß man
zwei Transformatoren zur Verfügung hat. Alle diese Schaltungen gelten aber sinngemäß
auch für einen einzigen Transformator, dessen sämtliche Wicklungen in j e zwei im
wesentlichen . einander gleiche Gruppen mit genügend großer gegenseitiger Streuung
getrennt werden können. Die Schaltungen 2 bis 7 lassen sich sinngemäß auch auf Mehrphasentransformatoren
mit anderer Phasenzahl übertragen.
-
Allen diesen Transformatorschaltungen ist eigentümlich, daß man in
jeder Phasenwicklung zu ihrer normalen inneren EMK eine phasenverschobene Spannung
hinzufügen kann.
-
Nicht so einfach liegen die Verhältnisse bei E,inphasentransformatoren,
bei denen eine phasenverschobene Spannung nicht vorhanden ist.
-
Man kann auch in diesem Falle eine beliebige Phasenverschiebung zwischen
Strom und Spannung des Transformators erhalten, wenn man z. B. den Winkel, den die
Impedanz des Einphasentransformators mit seinem Wirkwiderstand bildet, regelbar
macht (der Wirkwiderstand des Transformators bedeutet hier seinen Verlustwiderstand
und den etwa zugeschalteten Ohmschen Hilfswiderstand; unter der Impedanz des Transformators
wird hier verstanden die resultierende Impedanz aus dem erwähnten Wirkwiderstand
und der Reaktanz, die sich aus der Streureaktanz des Transformators und einem zugeschalteten
Blindwiderstand zusammensetzt).
-
Man kann aber auch durch eine besondere Hilfsmaschine eine phasenverschobene
Spannung erzeugen.
-
Entsprechende Ausführungsbeispiele sind in den Abb. 8 bis 12 dargestellt.
-
Der Einphasentransforinator nach Abb.8 ist ein gewöhnlicher Kerntransformator
mit zwei Säulen, auf denen im normalen Betrieb sowohl die primäre Wicklung wl wie
auch die sekundäre Wicklung w2 gleichmäßig verteilt sind.
-
Für den Belastungsversuch werden jedoch entweder bei der primären
Wicklung ihre beiden auf verschiedenen Kernen angebrachten Teile wi und wi ' oder
die genannten Teile bei beiden Wicklungen einander ungleich gemacht, so daß wi
= w"" oder (und) w,'= w,", und es werden w1' und wi' zueinander parallel,
aber w2 und w2' gegeneinander geschaltet.
-
Dadurch entsteht eine im wesentlichen von der Streuung zwischen w,'
und wi' einerseits und w2 und W2" andererseits abhängige EMK, die mit der Netzspannung
e im wesentlichen phasengleich oder ihr gegenüber um 180° phasenverschoben ist.
-
Um nun den Winkel zwischen dieser EMK und dem Transförmatorstrom einstellen
zu können, wird nach der Erfindung beispielsweise bei der Sekundärwicklung eine
gegebenenfalls, regelbare Kapazität C eingeschaltet.
-
Diese Kapazität kann den Gesamtblindwiderstand des zugehörigen Kreises
vermindern, aufheben oder umkehren, so daß hierdurch der gewünschte Winkel zwischen
der
Impedanz und dem Verlustwiderstand dieses Kreises eingestellt
werden kann. Dadurch verschiebt sich auch der Transformatorstrom um denselben Winkel
gegen die EMK e. Zwecks feinerer Phasenregelung kann man durch einen kleinen regelbaren
Wirkwiderstand r auch den resultierenden Wirkwiderstand des Kreises einstellbar
machen.
-
Statt in der Sekundärwicklung können C oder r oder auch beide in einer
Hälfte der Primärwicklung eingeschaltet werden. Es können aber auch in der Primär-
und Sekundärwicklung gleichzeitig regelbare Widerstände eingeschaltet werden (Abb.
9).
-
Die Primärwicklungen können auch in Reihe (z. B. gegeneinander) geschaltet
werden (Abb. i o).
-
Statt die Windungszahl verschieden zu machen, kann man eine resultierende
EMK in der Sekundärwicklung dadurch erzeugen, daß parallel zu einem Wicklungsteil
eine gegebenenfalls regelbare Impedanz z (am besten Blindwiderstand, Kapazität oder
Induktanz) geschaltet ist (Abb. i i ).
-
Auch in der Schaltung Abb. 9 können wi = w," und ie,.' = w." gemacht
werden, da infolge der Kapazität Cl eine resultierende EMK in der Sekundärwicklung
entsteht.
-
In den Fällen, wo die Verwendung von Kondensatoren unzweckmäßig erscheint,
z. B. bei \ iederfrequenztransformatoren, kann man eine phasenverschobene Spannung
durch eine Mit der Hauptmaschine N71 gekoppelte und gegen sie um einen festen Winkel
verstellte. Hilfsmaschine 27, erzeugen (s. Abb. i2).
-
Bei den oben beschriebenen Schaltungen sind die beim Belastungsversuch
an die Außenspannung angeschlossenen Wicklungen als primäre und die anderen als
sekundäre bezeichnet; sie brauchen aber nicht unbedingt auch beim normalen Betrieb
als primäre bzw. sekundäre Wicklungen zu dienen. Vielmehr können die primären und
sekundären Wicklungen des normalen Betriebes für die Belastungsprüfung bei geeigneter
Prüfspannung auch ihre Rollen vertauschen.