-
Anordnung zur Unterdrückung der Oberwellen fünffacher Frequenz im
Magnetisierungsstrom eisengesättigter Dreiphasendrosselspulen oder Dreiphasentransformatoren
Bei in Stern oder in Zickzack geschalteten gesättigten Dreiphasendrosselspulen oder
Dreiphasentransformatoren treten keine durch drei teilbaren Oberwellen im Magnetisierungsstrom
.auf, da der aufgenommene Magnetismerungsstrom keine dritten, neunten., fünfzehnten
usw. Oberwellen :enthalten kann. Infolgedessen ist die gefährlichste Oberwelle die
fünfte. Um .diese Oberwelle im Strom zu unterdrücken, bat man bereits vorgeschlagen,
die Größe der dritten Oberwelle im Fluß zu beeinflussen-. Zu diesem Zweck hat man
beispielsweise bei einer Dreiphasendrosselspule, die einen oder mehrere zusätzliche
Schenkel besitzt oder aus drei Einphasendrosselspulen besteht, eine Dreieckswicklung
vorgesehen, die über eine Drosselspule geschlossen ist. Durch diese Drosselspule
wird der für die dritten Flußoberwellen wirksame magnetische Widerstand des Transformators
beeinfluß.t, und durch entsprechende Wahl der Größe dieser Drosselspule kann man
erreichen, daß die fünfte Oberwelle im Magnetisierungsstrom verschwindet. Will man
außer der fünften Oberwelle auch noch die siebente oder noch andere Oberwellen unterdrücken,
so kann man die Dreieckswicklung mit einem Wechselstromwiderstand belasten, der
aus Induktivität, Kapazität und Ohmschen Widerständen zusammengesetzt ist. Statt
einer Dreieckswicklung kann man auch auf dem zusätzlichen Schenkel eine Wicklung
anbringen, die über eine Induktivität geschlossen ist, oder man kann auch den magnetischen
Widerstand der zusätzlichen Schenkel entsprechend wählen.
-
Diese vorgeschlagenen Anordnungen haben aber noch den Nachteil, daß
bei Änderung der - Primärspannung wieder Oberwellen im Magnetisierungsstromkreis
auftreten, wenn die Spannungsänderungen des Netzes größeres Ausmaß annehmen, d.
h. um einige Prozent vom Sollwert der Netzspannung abweichen. Gemäß der Erfindung
wird daher der für die durch drei teilbaren Flußoberwellen wirksame magnetische
Widerstand des Transformators oder der Drosselspule in Abhängigkeit von etwa 5%
übersteigenden Spannungsschwankungen des Netzes selbsttätig derart geregelt, daß
bei diesen Spannungsschwankungen der Oberwellenausgleich gewahrt bleibt.
-
Zu diesem Zweck kann man beispielsweise, wenn in die Dreieckswicklung,
wie oben erwähnt, eine Drosselspule :eingeschaltet ist, diese Drosselspule durch
eine geeignete Regelvorrichtung selbsttätig jeweils auf den günstigsten Wert .einstellen.
In Fig. r der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer solchen selbsttätigen
Regeleinrichtung schematisch
dargestellt. Mit i ist die Drehstromdrosselspu.le
bezeichnet, die einen zusätzlichen unbewickelten Schenkel besitzt. Die an das Netz
2 angeschlossene Wicklung ist in Stern geschaltet. Die Drosselspule besitzt eine
in Dreieck geschaltete Wicklung, die über eine regelbare Drosselspule 6 geschlossen
ist. Zur Einstellung der Drosselspule dient ein. wattmetrisches Relais i o. Dieses
kann z. B. nach Art :eines elektrodynamischen Wechselstromleistun:gsmessers zwei
Spulen besitzen, von denen die eine als Drebspule ausgebildet ist und den nicht
näher bezeichneten Kontaktarm trägt. Der einen der beiden Spulen wird durch eine
Anordnung 11 eine unveränderliche, mit der fünffachen Grundfrequenz der Netzspannung
synchrone, fünfte Oberwelle zugeführt, die z. B. durch künstliche Verzerrung der
Netzspannung mit einer kleine übersättigten Hilfsdrossel und durch na,chherige Aussiebung
der fünften Oberwelle mit bekannten Mitteln gewonnen werden kann. Auf die andere
Spule wirkt der Magnetisierungsstrom der Drossel (oder auch unter Zwischenschaltung
z. B. :eines Siebgliedes nur die fünfte Oberwelle) ein. Das Drehmoment dieses wattmetrischen
Relais verschwindet daher, sobald die fünfte Oberwelle im zugeführten Magnetisierungsstrom
verschwindet. Bei zu kleiner oder zu großer Induktivität der Drossel 6 gibt das
wattmetrische Relais nach der einen oder ,anderen Richtung Kontakt und bringt damit
einen Motor 12 zum Rechts-oder Linkslauf, welcher durch Verstellung des Kontaktarmes
13 die erforderliche Einstellung der Drosselspule 6 durch Zu- oder Abschaltung von
Windungen bewirkt. Die Änderung der Größe der Induktivität der Drossel 6 kann auch
in anderer Weise erfolgen, z. B. durch Änderung der Größe eines Luftspaltes im Eisenweg
der Drossel 6. Bei völlig verlustfreien Eisensorten würden nur solche fünften
Oberwellen im Magnetisierungsstroni möglich sein, die symmetrisch zur erregenden
Spannung liegen. Diese Oberwellen können dann nur durch eine verlustlose Drosselspule
6 vollständig kompensiert werden. Infolge der unvermeidlichen Verluste treten .aber
von dieser Symmetrie abweichende Phasenverschiebungen auf, die durch geeignete Wahl
eines von 9o° abweichenden Phasenwinkels der die Dreieckswicklung belastenden Drosselspule.6
gleichfalls ausgeglichen werden können.
-
Statt die Einstellung der Drosselspule 6 nach einem Verfahren vorzunehmen,
bei dem auf Verschwinden der fünften Oberwelle eingestellt wird, kann man auch auf
Grund der Kenntnis des Zusammenhanges zwischen dem von der gesättigten Drosselspule
aufgenommenen Magnetisierungsstrom bzw. der der Drossel zugeführten Spannung und
der hierzu günstigsten Einstellung der zusätzlichen Induktivität die Einstellung
herbeiführen, da jedem Strom- bzw. Spannungswert eindeutig eine :einzige Stellung
der Ausgleichsdrosselspule 6 zugeordnet ist. Diesen Zusammenhang kann man durch
Messung bestimmen. Man kann ihn aber auch rechnerisch ermitteln. In Fig.2 ist ein
Ausführungsbeispiel einer solchen Anordnung dargestellt. i ist eine gesättigte-
Dreiphasendrosselspule, die aus drei Einphasendrosseln besteht. Die Primärwicklungen
sind in Stern geschaltet, die in offenem Dreieck geschalteten Sekundärwicklungen
sind über die Regeldrossel 6 geschlossen,. 21 ist ein Differenzrelais, dessen eine
Spule von dem Magnetisierungsstrom der Drossel i beeinflußt wird. An die Stelle
des Magnetisierungsstromes kann auch die Netzspannung treten. Auf die andere Spule
des Differenzrelais wirkt über den Widerstand 22 der Strom einer Batterie 23 ein.
Das Differenzrelais 21 besitzt zwei nicht näher bezeichnete feststehende Kontakte,
durch deren Schließung ein Motor 24 zum Rechts- oder Linkslauf gebracht wird, welcher
die erforderliche Verstellung der Regeldrossel ß vornimmt. Die Verstellung erfolgt
so lange, bis durch Verstellung des .Widerstandes 22 der Strom in der zweiten Spule
des Differenzrelais a i so groß geworden ist, dali das Gleichgewicht an diesem Relais
wiederhergestellt ist. Die Anzapfungen der Drossel 6 - bzw. des Widerstandes 22
werden, so gewählt, d.aß das Differenzrelais 21 seine Mittellage stets bei der günstigsten
Einstellung der Drossel 6 einnimmt.
-
Statt die jeweilige Drosselspulenstellung durch :eine gleichzeitige
Widerstandsverstellung .abzubilden und, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt,
den mit Hilfe dieses Widerstandes eingestellten Strom mit dem Magnetisierun:gsstrom
zu vergleichen, könnte man auch ein Relais anwenden, dessen Ausschlag abhängig von
der Größe des Magnetisierungsstromes bzw. der Klemmenspannung ist. und dessen beweglicher
Kontaktarm einzelne Kontaktsegmente überstreicht, an welche die Anzapfuin@gen der
.))rosselspule angeschlossen sind, so daß jeder Größe des Magnetisierungsstrom:es
oder der Spannung eine bestimmte Größe der Drossel zugeordnet ist.
-
Da, wie Versuche gezeigt haben, in verhältnismäßig weiten Grenzen
der für die günstigste Oberwellenkompensation :erforderliche Fluß der dritten Oberwelle
konstant bleibt, kann man auch der zusätzlichen Dro:ssielspule 6 selbst eine Eisensättigungscharakteristik
geben, indem z. B. die Drosselspule einen in sich geschlossenen Eisenkreis erhält
und so bemessen wird, daß sich gerade bei der für die
Obenvellenkompensation
günstigsten Dreiecksspannung Sättigung einstellt. Die Höhe der günstigsten Dreiecksspannung
kann man durch Rechnung oder durch Versuch ermitteln. Man kann auch gleichzeitig
die neunte Oberwelle im Fluß verstärkt ausbilden, gegebenenfalls kann man sie mit
Hilfe von Kondensatorenauf ein Maß bringen, welches zur Kompensation der siebenten
Oberwelle geeignet ist.
-
Da, wie bereits erwähnt, eine Unterdrükkung der Ober@vellen im Magnetisierungsstrom
statt durch eine besondere Dreieckswicklung mit Schließungsdrossel auch durch geeignete
Bemessung der Leitfähigkeit der zusätzlichen Schenkel erreicht werden kann, kann
man auch durch Eisensättigung in den zusätzlichen Schenkeln eine bestimmte dritte
Flußoberwelle .selbsttätig innehalten. Da im allgemeinen bei Spannungssteigerungen
die Steigerung des Amperewinidungsbedarfes der dritten Harmonischen, der den Fluß
dreifacher Frequenz durch die Hilfsschenkel treibt, etwa ebenso groß oder größer
als die Steigerung des Amperewindungsbedarfs der Grundwelle ist, so ist es erforderlich,
die Hilfsschenkel durch die dritte Harmonische hoch zu sät-
| tigen, und zwarl#-ebenso hoch oder noch höher |
als die Hauptschenkel durch die Grundwellv. Der Fluß dreifacher Frequenz, der zum
Ausgleich führt, kann bis zu 13% des Grundwellenflusses betragen, so daß der Querschnitt
aller Hilfsschenkel zusammen gleich oder kleiner als etwa 1
3 % des Gesamtquerschnittes
aller Hauptschenkel sein muß. Eine solche Anordnung ist in Fig. 3 dargestellt. 2
ist das Netz, an welches die in Stern geschaltete Wicklung der Drosselspule i angeschlossen
ist. Die Joche dieser Drosselspule sind stärker ausgeführt als die Schenkel, damit
eine möglichst weitgehende Symmetrie aller drei Phasen erzielt wird, d. h. die für
die Jochmagnetisierung erforderlichen Amperewindungen sind klein gegenüber den für
die Schenkelmagnetisierung erforderlichen Beträgen. Außer dein drei Hauptschenkeln
erhält die Drosselspule noch einen vierten Schenkel oder aus Symmetriegründen zwei
zusätzliche Schenkel mit geringerem Eisenquerschnitt. Diese zusätzlichen Schenkel
können, wie in Fig.3 dargestellt, außen liegen, sie können aber auch zwischen jb
zwei Hauptschenkeln angeordnet sein. Die Größe'der Leitfähigkeit dieser Schenkel
kann durch Rechnung ermittelt werden. Bei einer solchen Drosselspule ist die Dreieckswicklung
vollkommen zu entbehren, so daß der ganze Raune für die Hauptwicklung zur Verfügung
steht. Will .man einen Einfluß auf die neunte Oberwelle des Flusses haben, so kann
man auf diese Schenkel eine zusätzliche Wicklung aufbringen. und diese z. B. mit
einem auf die neunte 0b>envelle nahezu abgestimmten Resonanzkreis belasten.
-
Ist die Drosselspule zur Beeinflussung der dritten Oberwellen im Fluß
an eine Wicklung auf einem zusätzlichen Schenkel angeschlossen, so kann man sie
in der gleichen Weise regeln, oder man kann sie eisengesättigt ausführen, wie es
für die Drosselspule im Dreieckkreis beschrieben wurde.
-
In Fig. q. ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
bei welchem die Schl:eßungsdro.ssel auf die drei Phasen der Dreiecks«@icklung symmetrisch
aufgeteilt ist. Die der Drosselspule i in Fig. 2 entsprechende Drosselspule besteht
aus den drei Einphasendrosseln 7, 8 und 9, deren Primärwicklungen in Stern geschaltet
sind. Statt der Drosselspule 6 (Fig. 2) sind drei Drosselspulen 16 vorgesehen, die
symmetrisch .auf die einzelnen Phasen der Dreieckswicklungen verteilt sind, so d,aß
man die Dreieckswickluing noch in gewissien Grenzen für andere Zwecke belasten kann.
Die Anordnung kann auch angewendet werden, wenn statt drei Einphasendrosselspulen
7, 8 und 9 eine Drehstromdrosselspule mit einem magnetischen Rückschlußweg (4. Schenkel)
verwendet wird. Die Induktivitäten der Drosselspulen 16 können entweder durch eine
Regeleinrichtung geändert werden, oder sie können auch so bemessen sein, dal5 sie
durch Sättigung eine bestimmte dritte Flußoberwelle in den Drosselspulen 7, 8 und
9 konstant halten.
-
Die beschriebenen Drosselspulen eignen sich insbesondere zur Kompensierung
langer Fernleitungen, wobei längs der Leitung Abschnitt für Abschnitt Drosselspulen
aufgestellit sind, die bei normaler Spannung im Sättigungsbereich arbeiten. Um auch
Leistungen, die über die natürliche Leistung der Fernleitung hinausgehen, stabil
zu übertragen, kann man auch parallel zu den einzelnen Drosselspulen Kondensatoren
schalten, wobei die Anordnung so bemessen wird, d.aß iiinerhalb eines bestimmten
Bereiches die voreilende Blinds.tromaufnahme dieser Anordnung bei sinkender Spannung
zunimmt. Es ist dann möglich, beliebig kleine und beliebig große Leistungen zu übertragen,
ohne daß die Stabilität der Anlage gefährdet wird.
-
Die Erfindung ist nicht nur anwendbar für eisengesättigte Drosselspulen,
sondern auch für Transformatoren. Diese erhalten gleichfalls einen vierten Schenkel,
oder sie werden aus drei Einphasentransformatoren zusammengesetzt. Die Primär- und
Sekundärwicklungen der Transformatoren sind in Stern zu schalten. Es wird dann eine
besondere Dreieckswicklung oder auf .einem zusätzlichen Schenkel eine Hilfswicklung
angebracht, die durch eine
regelbare oder eisengesättigte Drosselspule
geschlossen ist. Man kann auch die nicht an das Hochspannungsnetz angeschlossene
Arbeitswicklung des Transformators in Dreieck schalten und diese, wie in Fig.4 dargestellt,
durch drei Drosselspulen belasten. Allerdings muß man dann in Kauf nehmen, daß an
der Niederspannungsseite eine Spannungsabsenkung bei steigender Belastung auftritt.
-
Da es im allgemeinen günstig ist, wenn die in Stern geschaltete Wicklung
eine geringe Streuung besitzt, so ist .es bei Drehstromdrosselspulen oder -transformatoren,
die aus dreieinphasigen Drosseln oder Transformatoren bestehen, zweckmäßig, .die
Wicklung auf beide Schenkel aufzubringen und den Querschnitt der Joche verhältnismäßig
groß zu machen, so daß für die Magnetisierung der Joche nur wenig Amperewindungen
aufzubringen sind. In ähnlicher Weise wird man auch bei einem gemeinsamen Eisenkern
den Jochquerschnitt größer wählen als den Querschnitt der einzelnen Schenkel.
-
In den Ausführungsbeispielen ist der Sternpunkt nicht geerdet. Man
kann ihn jedoch auch erden, wenn man durch entsprechende Bemessung des Erdungswiderstandes
dafür sorgt, daß Ströme der durch drei teilbaren Oberwellen nicht auftreten können
bzw. auf ein unschädliches Maß herabgedrückt werden. Zu diesem' Zweck kann. man
beispielsweise Sperrkreise in die Erdverbindung legen.