DE623880C

DE623880C - Choke coil for series connection with capacitors

Info

Publication number: DE623880C
Application number: DES110776D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Erich Friedlaender
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1933-08-29
Filing date: 1933-08-29
Publication date: 1936-01-07

Description

Drosselspule für die Reihenschaltung mit Kondensatoren Beim Anschluß von Kondensatoren zur Blindleistungskompensation von Netzen kÖnnen die Kondensatoren mit der Induktivität des Netzes in Resonanz für eine Oberwelle oder eine für Steuerzwecke dem Netz überlagerte Mittelfrequenz kommen. Solche Ströme von Mittelfrequenz, z. B. 3oo, bis 6oo Hertz, werden beispielsweise zu Fernsteuerzwecken dem Netz überlagert und dienen zur Auslösung von im. Netz verteilten Relais, die auf verschiedene Frequenzen abgestimmt sind und bei ihrem Ansprechen beispielsweise Tarifapparate umschalten, Straßenbeleuchtung ein- oder ausschalten usw. Insbesondere treten solche Resonanzerscheinungen auf, wenn der Kondensator über einen Transforinator an das Netz angeschlossen ist, dessen Nennleistung nicht viel größer ist als die Nennleistung des angeschlossenen Kondensators, weil dann die Streuinduktivität des Transformators leicht mit der Kapazität einen Schwingungskreis bilden kann, dessen Eigenfrequenz in der Größenordnung der Frequenzen der Oberwellen oder der mittelfrequenten Steuerfrequenz liegt. Beim Auftreten solcher Resonanzerscheinungen treten leicht Überlastungen des Kondensators oder auch Unterdrückung der zu übertragenden Steuerfrequenz auf, so daß die im Netz verteilten Relais nicht mehr ansprechen. Es ist dann erforderlich, das System durch zusätzliche Hilfsmittel zu verstimmen. Das einfachste Mittel ist die Vorschaltung einer nicht gesättigten Drosselspule vor den Kondensator. Das hat aber wieder den Nachteil, daß die Drosselspule die Kondensatorspannung erhöht. Dadurch kann es vorkommen, daß Kondensatoren, die bereits gut ausgenutzt sind, über Gebühr beansprucht werden.Choke coil for series connection with capacitors When connecting of capacitors for reactive power compensation of networks can use the capacitors in resonance with the inductance of the network for a harmonic or one for control purposes Medium frequency superimposed on the network come. Such medium frequency currents, e.g. B. 300 to 600 Hertz, for example, are superimposed on the network for remote control purposes and are used to trigger im. Network distributed relays operating on different frequencies are coordinated and, for example, switch over tariff devices when they are addressed, Switching street lights on or off, etc. Such resonance phenomena occur in particular on when the capacitor is connected to the grid via a transformer, whose nominal power is not much greater than the nominal power of the connected Capacitor, because then the leakage inductance of the transformer easily with the Capacitance can form an oscillating circuit whose natural frequency is of the order of magnitude the frequencies of the harmonics or the medium-frequency control frequency. At the If such resonance phenomena occur, the capacitor is easily overloaded or suppression of the control frequency to be transmitted, so that the network no longer respond to the distributed relay. It is then necessary to go through the system to detune additional aids. The simplest means is the upstream connection a non-saturated choke coil in front of the capacitor. But that has that again Disadvantage that the choke coil increases the capacitor voltage. This can lead to that capacitors that are already well used are unduly stressed.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorschaltdrosselspule für Kondensatoren, bei der eine solche Beanspruchung des Kondensators vermieden wird. Die Vorschaltdrosselspule gemäß der Erfindung ist insbesondere dann von Wichtigkeit, wenn bereits im Netz vorhandene Kondensatoren mit einer Vorschaltdrosselspule versehen werden sollen oder wenn nur Kondensatoren für eine bestimmte Spannung, z. B. zao Volt, vorhanden sind und die Netzspannung bzw. die Spannung der Sekundärseite des Transformators, an welche der Kondensator angeschlossen wird, auch gerade aao Volt ist.The subject of the invention is a series reactor for capacitors, in which such stress on the capacitor is avoided. The ballast reactor according to the invention is particularly important when already in the network existing capacitors are to be provided with a series reactor or if only capacitors for a certain voltage, e.g. B. zao volts, available and the mains voltage or the voltage of the secondary side of the transformer, to which the capacitor is connected is also just aao volts.

Gemäß der Erfindung dient als Vor schaltdrosselspule eine dreischenklige Drosselspule, deren erster Schenkel einen Luftspalt besitzt, deren zweiter Schenkel eine Wicklung trägt, die mit dem Kondensator in Reihe geschaltet ist, der parallel zu einer Wicklung auf dem dritten Schenkel liegt. Durch geeignete Wahl des Windungszahlenverhältnisses der beiden Wicklungen und der Größe des Luftspaltes kann man erreichen, daß, die Spannung der Grundwelle am-Kondensator genau oder annähernd so groß ist wie die Spannung der Grundwelle des Netzes, so daß des Kondensator nicht überlastet wird.According to the invention, a three-legged choke is used as a front throttle Choke coil, the first leg of which has an air gap, the second leg of which has an air gap carries a winding which is connected in series with the capacitor, which is in parallel lies in a winding on the third leg. By appropriate choice of Number of turns ratio of the two windings and the size of the air gap one can achieve that, the voltage of the fundamental wave on the capacitor exactly or approximately is as great as the voltage of the fundamental wave of the network, so that of the capacitor is not is overloaded.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. i zeigt die dreischenklige Drosselspule mit den drei Schenkeln i, a und 3. _ Der Schenkel i bildet einen Nebenschluß zum Schenkel 2. Der Schenkel 2 trägt eine Wicklung 4, der Schenkel 3 eine Wicklung 5. An die Wicklung 5 ist der Kondensator 6 angeschlossen. Die beiden Wirklungen liegen in Reihe an der Netzspannung U bzw. an der Sekundärspannung U eines nicht dargestellten Transformators. Wie bereits erwähnt, wird die Anordnung so bemessen, daß die Spannung der Grunds elle am Kondensator so groß ist wie die Spannung -der Grundwelle, die an der Reihenschaltung der beiden Wicklungen liegt. Die Wirkungsgreise kann man sich etwa folgendermaßen vorstellen: .Various exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing shown. Fig. I shows the three-legged choke coil with the three legs i, a and 3. _ The leg i forms a shunt to the leg 2. The leg 2 carries a winding 4, the leg 3 has a winding 5. On the winding 5 is the Capacitor 6 connected. The two effects are in series due to the mains voltage U or at the secondary voltage U of a transformer, not shown. As already mentioned, the arrangement is dimensioned so that the voltage of the Grunds elle on the capacitor is as great as the voltage -of the fundamental wave, which occurs in the series connection of the two Windings lies. You can think of the effective factors as follows: .

Der Strom in der Wicklung 4 erzeugt einen Grund- und einen Oberwellenfluß. Die Spannung am Kondensator 6 enthält außer der Grundwelle ebenfalls Oberwellen. Die an dieser Spannung liegende Wicklung 5 erzeugt in dem Schenkel 3 gleichfalls einen Grundwellenfiuß und: einige geringe Oberwellenflüsse. Die Schaltung der Wicklung 3 ist aber so getroffen, daß der Grundwellenfluß im Schenkel 3 ,dem Grundwellenfluß im Schenkel 2 'entgegenwirkt, so daß Schenkel 2 überhaupt keinen Grundwellenfluß führt und daher die Induktivität vor dem Kondensator für die Grundwelle Null wird. Die Drossel vor dem Kondensator wirkt also dann so, als ob sie nur .für die Oberwellen vorhanden wäre. An der Wicklung 4 tritt also keine Spannung der Grundwelle auf, so daß sich die Spannung an der Wicklung 4 ausschließlich aus der Spannung der Oberwellen bzw. anderer netzfremder Frequenzen zusammensetzt. Da der Schenkel 2 keinen Fluß der Netzfrequenz zu führen braucht, kann er entsprechend schwächer bemessen werden.The current in the winding 4 generates a fundamental and a harmonic flux. In addition to the fundamental wave, the voltage across the capacitor 6 also contains harmonics. The winding 5 at this voltage also generates in the leg 3 a fundamental wave flux and: some small harmonic fluxes. The circuit of the winding 3 is made so that the fundamental wave flux in leg 3, the fundamental wave flux counteracts in leg 2 ', so that leg 2 does not have any fundamental wave flux at all leads and therefore the inductance before the capacitor for the fundamental wave becomes zero. The choke in front of the capacitor then acts as if it were only for the harmonics would exist. So there is no fundamental wave voltage at winding 4, so that the voltage on the winding 4 consists exclusively of the voltage of the harmonics or other non-network frequencies. Since the leg 2 is not a river the mains frequency needs to lead, it can be dimensioned correspondingly weaker.

Man kann nun diese Anordnung ohne weiteres auch an Stellen verwenden, an denen es darauf ankommt, die Netzfrequenz von betriebsfremden Frequenzen auf einfache Weise zu trennen. So kann man z. B. den Fluß im Hilfsschenkel 2 als Nutzflug eines auf eine beliebige Steuerfrequenz abgestimmten Resonanzrelais verwenden. Wie.eingaligs erwähnt, werden in Starkstromnetzen für Fernsteuerzwecke Resonanzrelais verteilt, welche, wenn die Frequenz des Steuerstromes mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt, ansprechen und Schaltungen ausführen. Für solche in? Starkstromnetz verteilte Resonanzrelais ist es, wie die folgenden Ausführungen zeigen, wichtig, daß der Fluß der Netzfrequenz vorn Relais ferngehalten wird.You can now easily use this arrangement in places where it matters, the network frequency from non-operational frequencies easy way to separate. So you can z. B. the river in the auxiliary leg 2 as a commercial flight use a resonance relay tuned to any control frequency. How. one-way mentioned, resonance relays are distributed in power networks for remote control purposes, which, if the frequency of the control current coincides with the resonance frequency, address and carry out switching operations. For those in? Power network distributed resonance relays it is, as the following explanations show, important that the flow of the mains frequency is kept away from the relay.

Da nun an den verschiedenen Netzpunkten die Steuerspannung nicht konstant ist, weil man im allgemeinen das Netz so bemessen muß, -daß die Spannung des Starkstromes bei wechselnder Belastung annähernd gleich ist, so kann es leicht vorkommen, daß ein Relais, welches eine höhere Spannung bekommt, auch dann anspricht, wenn die Spannung eine andere Frequenz besitzt, als der Resonanzabstimmung des Relais entspricht. Um diesen Nachteil .zu vermeiden, könnte man die Relais unempfindlicher einstellen. Das hat aber den Nachteil, daß das Relais an anderer Stelle .des Netzes, an welcher die Spannung niedriger ist, nicht arbeiten würde oder aber auch an derselben Stelle, wenn beispielsweise durch Zuschalten von Verbrauchern die Steuerspannung sinkt. Um diesen Nachteil zu vermeiden, müßte man die Frequenzen, auf welche die Relais abgestimmt sind, weit. auseinander legen. Damit würde aber ein außerordentlich großes Frequenzband für den Steuerstrom erforderlich sein. Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, den Fluß im Relais durch Eisensättigung zu begrenzen. Verwendet man nun eine Anordnung gemäß Fig. i, so kann man den Nutzflußweg im Relais beliebig hoch sättigen, ohne daß man Gefahr läuft, daß störende Nebenfrequenzen durch die Grundwelle auftreten, da die Grund= welle im Nutzflug verschwindet. Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Fig.2. Es ist wieder eine dreischenklige Drosselspule verwendet mit den Schenkeln i, 2 und 3. Der Schenkel 2 besitzt einen Luftspalt, in welchem sich zwei Zungen 7 und 8 bewegen, die auf etwas voneinander verschiedene Frequenzen abgestimmt sind. 6 ist wieder der Kondensator, 5 die Wicklung auf dem Schenkel 3. Trifft man nun die Bemessung genau so wie bei der Anordnung gemäß Fig: i, so tritt im Schenkel 2 nur ein Fluß der überlagerten Steuerfrequenz auf, so daß man also den Schenkel, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, sehr hoch sättigen kann, ohne daß durch. die Grundwelle eine Modulation des die Zungen 7 und 8 durchsetzenden Flusses auftreten kann.Since the control voltage is not constant at the various network points, because the network generally has to be dimensioned so that the voltage of the heavy current is approximately the same when the load changes, it can easily happen that a relay receives a higher voltage , also responds when the voltage has a different frequency than corresponds to the resonance tuning of the relay. To avoid this disadvantage, the relays could be set to be less sensitive. However, this has the disadvantage that the relay would not work elsewhere in the network, at which the voltage is lower, or at the same point if, for example, the control voltage drops due to the connection of consumers. To avoid this disadvantage, the frequencies to which the relays are tuned would have to be wide. lay apart. However, this would require an extremely large frequency band for the control current. It has therefore already been proposed to limit the flow in the relay by means of iron saturation. If one uses an arrangement according to FIG. I, one can saturate the useful flow path in the relay as high as desired without running the risk of disturbing secondary frequencies from the fundamental wave, since the fundamental wave disappears in commercial flight. An exemplary embodiment for this is shown in FIG. Again, a three-leg choke coil is used with legs i, 2 and 3. Leg 2 has an air gap in which two tongues 7 and 8 move, which are tuned to slightly different frequencies. 6 is again the capacitor, 5 the winding on the leg 3. If the dimensioning is exactly the same as for the arrangement according to FIG. as shown in the exemplary embodiment, can saturate very highly without through. the fundamental wave, a modulation of the flux passing through the tongues 7 and 8 can occur.

Im Ausführungsbeispiel ist der permanente Magnet, der einen Gleichflug über die Zungen 7 und 8 zustande bringt, damit, wie aus der Telephontechnik bekannt, im wesentlichen nur Kräfte der aufgedrückten. Frequenz auf die Zungen 7 und 8 zur Wirung kommen, der Übersicht halber nicht dargestellt. Dieser permanente Magnet könnte beispielsweise zwischen den Einspannstellen der Zungen ; und 8 und 'der Mitte des rechtsliegenden' Schenkels i angeordnet werden.In the exemplary embodiment, the permanent magnet is flying in the same direction brings about the tongues 7 and 8, so that, as known from telephone technology, essentially only forces of the depressed. Frequency on reeds 7 and 8 Wirung come, not shown for the sake of clarity. This permanent magnet could for example between the clamping points of the tongues; and 8 and 'the middle of the right-hand' leg i are arranged.

Eine andere Anwendungsmöglichkeit für die Drosselspule mit dem Kondensator gemäß Fig. i ist in Fig. 3 dargestellt. Die Bezugszeichen stimmen mit denen der Fig. i überein. Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 ist der Schenkel 2 so ausgebildet, daß er den Triebfluß für ein anzeigendes Meßgerät bekannter Bauart liefert, das auf dem beschriebenen Weg wiederum dem Einfluß der Netzgrundwelle entzogen wird. 'Zu diesem Zweck erhält der Schenkel 2 einen Luftspalt, in dem sich ein Anker g bewegt. Der Ausschlag des Ankers ist dann, da durch den Schenkel 2 kein Fluß der Grundwelle geht, lediglich von dem Oberwellengehalt des Netzes,abhängig. Die Anordnung gemäß Fig. 3 kann daher dazu dienen, die Oberwellen im Netz zu messen. Um aus einer Vielzahl von Oberwellen eine einzige herauszuziehen, kann man noch parallel zur Wicklung q. einen Kondensator 1o legen, durch welchen ein Resonanzkreis für die anzuzeigende Oberwelle gebildet wird.Another possible application for the choke coil with the capacitor according to FIG. i is shown in FIG. The reference numbers agree with those of Fig. I match. In the arrangement according to FIG. 3, the leg 2 is designed so that that it supplies the instinctual flow for a display measuring device of known type, which in turn, the influence of the network fundamental wave is withdrawn on the path described. 'For this purpose, the leg 2 receives an air gap in which an anchor g emotional. The deflection of the anchor is then, as there is no flow through the leg 2 Fundamental wave is dependent only on the harmonic content of the network. The order 3 can therefore be used to measure the harmonics in the network. To get out of a To pull out a single multitude of harmonics, one can still run parallel to the Winding q. put a capacitor 1o, through which a resonance circuit for the to be displayed harmonic is formed.

Das Gerät kann nicht nur dazu dienen, die Größe der Oberwellen anzuzeigen, sondern auch in Abhängigkeit von der Größe der Oberwellen einen Steuerbefehl zu geben. Beispielsweise hat man in Netzen zur Unterdrückung der im Netz auftretenden Oberwellen Generatoren vorgesehen, die Oberwellen -in das Netz hineinliefern und die im Netz vorhandenen Oberwellen kompensieren. Da sich die Größe der Oberwellen im Netz ändert, kann man mittels eines Gerätes, wie es in Fig.3 dargestellt ist, wenn man beispielsweise den Zeiger zwischen zwei feststehenden Kontakten spielen läßt, jeweils den Generator so beeinflussen, daß die Oberwellen im Netz Null sind bzw. eine bestimmte Größe nicht überschreiten können.The device can not only be used to display the size of the harmonics, but also to give a control command depending on the size of the harmonics. For example, there is provided in networks for suppressing the harmonics occurring in the generators, the harmonics - into deliver into the network and in the network to compensate for the harmonics. Since the size of the harmonics in the network changes, one can influence the generator so that the harmonics in the network are zero by means of a device as shown in FIG or cannot exceed a certain size.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Choke coil for series connection with capacitors, z. B. to avoid resonance phenomena in capacitors which are connected to such Networks are connected to which medium-frequency control currents are superimposed, characterized by three legs, the first of which has an air gap, whose the second carries a winding that is connected in series with the capacitor that parallel to a winding on the third leg, and that the Wiridungsverbindungen of the windings and the size of the air gap are dimensioned so that the tension approximates the fundamental wave at the capacitor: equal to the fundamental wave of the mains voltage is.

2. choke coil according to claim i, characterized in that the second leg has an air gap in which an armature moves.

3. choke coil according to claim 2, characterized in that also to the winding on the second leg Capacitor is connected in parallel.