DE667832C

DE667832C - Device to compensate the asymmetrical load of a three-phase system

Info

Publication number: DE667832C
Application number: DEA74492D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Viktor Aigner
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1934-11-07
Filing date: 1934-11-07
Publication date: 1938-11-21

Description

Einrichtung zum Ausgleich der unsymmetrischen Belastung eines Drehstromsystems Zum Ausgleich der unsymmetrischen Belastung eines Drehstroinsystems ist es bekannt, die.einphasige Last an eine Diagonalspannung der Sekundärseite eines nach Art eines Scott-Transformators geschaltetenTransformators anzuschließen, während Ausgleichskreis an Höhen- und Basisspannung gelegt werden. Diese Ausgleichskreise bestehen dabei aus kapazitiven und induktiven Widerständen, die über Anzapfungen des Scott-Transformators gespeist werden. Auch der Anschluß der Einphasenlast kann durch entsprechende Wahl von Anzapfungen geändert werden. Im allgemeinen wird es jedoch nicht möglich sein, die Anzapfungn so zu wählen, daß die Unsymmetrie im Drehstromnetz völlig verschwindet. Insbesondere werden die Ströme in ihrer Größe voneinander ab-. weichen. Durch weitestgehende Angleichung der Ströme aneinander ist es jedoch möglich, die günstigsten Verhältnisse im Drehstromnetz zu erhalten und dadurch die Übertragungsverluste und Spannungsabfälle zu viergleichmäßigen. Ferner wird die Beanspruchung des Scott-Transformators in sämtlichen Wicklungsteilen gleichmäßig. Um dies zu erreichen, ist es erfindungsgemäß erforderlich, die Last an den Scott-Transformator so anzuschließen, daß das Verhältnis der für ihre Speisung maßgeblichen Komponente der Höhenspannung zu der entsprechenden Komponente der Basisspannung die Werte bis i, insbesondere die Werte bis oder statt dessen den Festwert oo annimmt.Device for compensating for the asymmetrical load of a three-phase system To compensate for the asymmetrical load of a three-phase system, it is known to connect the single-phase load to a diagonal voltage on the secondary side of a transformer connected in the manner of a Scott transformer, while the equalizing circuit is applied to the high and base voltages. These compensating circuits consist of capacitive and inductive resistances that are fed via taps on the Scott transformer. The connection of the single-phase load can also be changed by selecting the appropriate taps. In general, however, it will not be possible to select the taps in such a way that the asymmetry in the three-phase network disappears completely. In particular, the size of the currents is different from one another. give way. By matching the currents as closely as possible to one another, however, it is possible to obtain the most favorable conditions in the three-phase network and thus to equalize the transmission losses and voltage drops. Furthermore, the stress on the Scott transformer is uniform in all winding parts. In order to achieve this, it is necessary according to the invention to connect the load to the Scott transformer in such a way that the ratio of the component of the high voltage which is decisive for its supply to the corresponding component of the base voltage corresponds to the values to i, especially the values until or instead adopts the fixed value oo.

In Abb. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Einphasenlast wird an die verschiedenen Anzapfungen der Sekundärwicklungen B 0 und H O eines Scott-Transformators gelegt, die sich auf dem Basisschenkel und dem Höhenschenkel befinden. Der Primärkreis ist . in bekannter Weise ausgebildet. Die Wahl der Anzapfungen erfolgt in der Weise, daß die Spannungskomponente Ufh des Höhenschenkels zur Spannungskomponente UII v des Basisschenkels den Bedingungen der Erfindung genügen.In Fig. I an embodiment of the invention is shown. The single-phase load is applied to the various taps of the secondary windings B 0 and HO of a Scott transformer, which are located on the base leg and the vertical leg. The primary circle is. formed in a known manner. The selection of the taps is made in such a way that the voltage component Ufh of the vertical leg to the voltage component UII v of the base leg satisfy the conditions of the invention.

Die erforderliche Umschaltung der Last bei Änderung einer Größe ist jedoch in diesem Falle von Nachteil.The required switching of the load when a variable changes is however, disadvantageous in this case.

Diese Nachteile lassen sich vermeiden, wenn man entsprechend Abb. a die einphasige Last an die Klemmen B und H des Scott-Transformators legt, während die Ausgleichskreise je nach der Größe und dein Leistungsfaktor der Einphasenlast umgeschaltet werden. Hierbei werden die Ausgleichskreise mit der einen Klemme jeweils an eine Anzapfung einer der beiden Sekundärwicklungen gelegt, während die andere Klemme an eine Anzapfung der anderen Sekundärwicklupg: geschaltet wird, und zwar so, daß die $e`, dingung a = (o oder z8o°) -I- d.5° erfüllt ist. a bedeutet hierin den Winker zwischen. der Spannung all der Einphasenlast und den Spannungen an dem kapazitiven bzw. induktiven Ausgleichskreise. (P$ bedeutet den Phasenwinkel der einphasigen Last. Das Pluszeichen vor d.5° gilt für die an der Kapazität liegende Ausgleichsspannung, das Minuszeichen für die Spannung an der Induktivität. Das Pluszeichen vor dem Winkel p$ entspricht einem kapazitiven Leistungsfaktor der Einphasenlast, das Minuszeichen einem induktiven. Daß bei diesen Schaltungen die Verhältnisse dann am günstigsten werden, wenn man die Anzapfungen so wählt, daß das Verhältnis UIIH : UIIB zwischen liegt oder dem Wert oo zustrebt, ergibt sich aus folgender Betrachtung: Man bezeichne die Größen der Ströme im Dreiphasennetz mit IR, Ts und IT, die sich bei einem einphasigen Strom J einstellen. An Hand der Abb.3 und 4., die die Stromverteilungen bei der g x e Wöhnlichen Schaltung des Scott-Transforrnators und bei vollständig symmetrischer Belastung angeben, sowie der Abb. 5 und 6, die die Stromdiagramme bei unsymmetrischer Belastung, und zwar bei Belastung der -Diagonalspannung allein erkennen lassen, können folgende Gleichungen abgeleitet werden: In diesen bedeutet U" die verkettete Drehstromspannung, das Verhältnis der für den' Anschluß der Last maßgeblichen Komponente UH1j der Höhenspannung zu der entsprechenden Komponente Ülfib der Basisspannung des Scott-Transformators. Bezeichnet man nun mit J," den arithmetischen Mittelwert der Dreiphasenströme, also dann ergibt sich die Abweichung des Stromes jeder Phase von diesem Mittelwert, also A IR - IR - Im , d is = Js - J, d JT - JT-Jrn-Das Verhältnis dieser Abweichungen zum Mittelwert I," ist nun in Abb.7 in Abhängigkeit von vz (logarithmischer Maßstab) aufgetragen, es ist zu ersehen, daß der Strom JT bis zum Wert m = den Strommittelwert um 5o % überschreitet, während die Ströme TR und Is bei den Strommittelwert um 25 °Ja unterschreiten. Bei entspricht TR gerade dem Strommittelwert, während JA diesen um 50 % unterschreitet. Bei m = überschreiten IR und 'T den Strommittelwert um je 5o °ja, 7s unterschreitet ihn um roo °/Q, ist also gleich Null. Bei in = oo, d. h. beim Anschluß der Einphasenlast an die Sekundärwicklung des Höhenschenkels des Scott-Transformators allein, überschreitet IR den Strommittelwert um 5o °1o, Is und JT unterschreiten ihn um je 25 "/0-Um die Übertragungsverluste und die Spannungsabfälle in den drei Drehstromphasen auch für den bei günstigsten Kompensationsverhältnissen noch bestehenden .licht symmetrischen Lastanteil möglichst einander anzugleichen, ferner um nur eine be-Jtimmte Stromabweichung in jeder der drei Phasen vom jeweiligen arithmetischen Mittelwert der drei Phasenströme einzuhalten, erscheint es besonders zweckmäßig, solche Werte für m zu wählen, bei denen zwei Ströme zahlenmäßig einander gleich und kleiner als der Strommittelwert sind, also etwa oder -in = co zu wählen. Je mehr man sich diesen Werten für ne nähert, desto gleichmäßiger werden die Verluste in den drei Phasen. Die mittlere Abweichung der drei Phasenströme von ihrem arithmetischen Mittelwert ist bei diesen m-Werten am niedrigsten.These disadvantages can be avoided by applying the single-phase load to terminals B and H of the Scott transformer as shown in Fig. A, while the balancing circuits are switched depending on the size and power factor of the single-phase load. Here, the compensation circuits are connected to a tap on one of the two secondary windings with one terminal, while the other terminal is connected to a tap on the other secondary winding: is switched in such a way that the $ e`, condition a = (o or z8o °) -I- d.5 ° is satisfied. a means here the wink between. the voltage of all the single-phase load and the voltages on the capacitive and inductive balancing circuits, respectively. (P $ means the phase angle of the single-phase load. The plus sign in front of d.5 ° applies to the equalizing voltage applied to the capacitance, the minus sign to the voltage across the inductance. The plus sign in front of the angle p $ corresponds to a capacitive power factor of the single-phase load, the Minus sign an inductive one. That with these circuits the ratios are best if one chooses the taps so that the ratio UIIH : UIIB between lies or tends towards the value oo, results from the following consideration: Denote the magnitudes of the currents in the three-phase network with IR, Ts and IT, which arise with a single-phase current J. On the basis of Figs. 3 and 4, which show the current distributions with the g x e normal circuit of the Scott transformer and with completely symmetrical loading, as well as Figs. 5 and 6, which show the current diagrams with asymmetrical loading, namely with loading the diagonal stress alone, the following equations can be derived: In these U "means the interlinked three-phase voltage, the ratio for the 'connection the load relevant component UH1j of the high voltage to the corresponding component Ülfib of the base voltage of the Scott transformer. One now designates with J, "the arithmetic mean value of the three-phase currents, thus then there is the deviation of the current of each phase from this mean value, i.e. A IR - IR - Im, d is = Js - J, d JT - JT-Jrn-The ratio of these deviations to the mean value I, "is now in Fig.7 plotted as a function of vz (logarithmic scale), it can be seen that the current JT exceeds the current mean value by 50 % up to the value m =, while the streams TR and Is at fall below the average current value by 25 ° Yes. at TR corresponds to the mean current value, while YES falls below this by 50 %. At m = IR and 'T exceed the mean current value by 5o ° yes, 7s falls below it by roo ° / Q, so it is equal to zero. With in = oo, i.e. when the single-phase load is connected to the secondary winding of the vertical leg of the Scott transformer alone, IR exceeds the mean current value by 50 ° 1o, Is and JT fall below it by 25 "/ 0-Um the transmission losses and the voltage drops in the To equalize three three-phase phases as much as possible, even for the light symmetrical load component that still exists with the most favorable compensation ratios, and to maintain only a certain current deviation in each of the three phases from the respective arithmetic mean of the three phase currents, it seems particularly expedient to assign such values for m choose where two currents are numerically equal to each other and smaller than the current mean value, i.e. about or -in = co to choose. The closer one approaches these values for ne, the more even the losses become in the three phases. The mean deviation of the three phase currents from their arithmetic mean is lowest for these m values.

Ermittelt man nun unter vereinfachenden Annahmen den nicht symmetrierten Anteil la der Vollastleistung für eine Grenzstromabweichung k des symmetriert gedachten Vollaststromes, dann erhält man die Näherungsbezeichnung i,24 lt - dm", (412) G k.If one now determines the unsymmetrical portion la of the full load power for a limit current deviation k of the symmetrized imaginary full load current under simplifying assumptions, then one obtains the approximate designation i, 24 lt - dm ", (412) G k.

In dieser Gleichung bedeutet d "tat (m) die' aus Abb. 7 zu entnehmende, von m ab= ' hängige positive oder negative größte Stromabweichung.In this equation, d "tat (m) means the positive or negative greatest current deviation that can be taken from Fig. 7 and depends on m ab =".

Die Auswertung der Gleichung liefert das Schaubild der Abb. 8, aus dem zu entnehmen ist, daß bei m = o und 412 = ein Mindest-%vert an unsymmetrischer Leistung die in Abb. 8 zu 20 °/o angenommene Stromabweichung k ergibt. Im Bereich von 41t = 0,35 bis m = o,866 und von m = 5,2 his 44t = oo gehört zur selben Stromabweichung ein im wesentlichen rund doppelt so großer, nicht symmetrischer Leistungsteil. UIn daher bei gegebener Leistungsunsymme-[rie (li) gleichzeitig ein Mindestmaß an Stromabweichung zu erhalten, sind die Werte für 41t in dem genannten Bereich zwischen 41t = 0,35 bis m = o,866 und 4n > 5,2 am zweckmäßigsten. Die Rücksicht auf diese Verhältnisse erfordert also, den Anschluß der einphasigen Last so zu wählen, daß die erwähnten günstigen Verhältniswerte für Höhen- und Basisspannung herrschen.The evaluation of the equation is provided by the diagram in Fig. 8, from which it can be seen that with m = 0 and 412 = a minimum% vert of asymmetrical power results in the current deviation k assumed to be 20% in Fig. 8. In the range from 41t = 0.35 to m = 0.866 and from m = 5.2 to 44t = oo, the same current deviation includes an essentially twice as large, non-symmetrical power section. In order to obtain a minimum current deviation at the same time with a given power asymmetry (li), the values for 41t in the stated range between 41t = 0.35 to m = 0.866 and 4n > 5.2 are most appropriate. Taking these conditions into account therefore requires the connection of the single-phase load to be selected in such a way that the above-mentioned favorable ratio values for high and base voltage prevail.

In erster Linie kommt zur Erzielung der Werte für m diejenige Schaltung in Betracht, die ein für allemal die günstigste Einstellung der. Spannung an der Last, z. B. First and foremost, to achieve the values for m that circuit comes into consideration which once and for all has the most favorable setting of the. Voltage on the load, e.g. B.

= 0,577, sichert, also die Schaltung der Abb. 2, bei der die Wicklung bei grundsätzlich gleicher Schaltung für bemessen werden kann. Wird diese Einstellung verwendet und wird nur näherungsweise symmetriert, so bedingt der jeweils nicht sym-Inetrierte Leistungsrest eine geringere zahlenmäßige Abweichung der drei Phasenströme vom Mittelwert als bei der Schaltung nach Abb. i. Bei dieser werden hingegen in Abhängigkeit vom Leistungsfaktor der Last zwangsläufig solche Lagen der Spannung an der Last erhalten, daß der Wert für 41t in -den ungünstigsten Bereich zwischen '= o,866 und 5,2 > fällt. Die Größe @tler Spannung darf dabei nicht verändert werden. Mit- und Gegensystem des nicht symmetrierten Lastanteiles sind hierbei unabhängig vom jeweiligen Wert für m der Größe nach einander gleich. Die gegenseitige Winkellage der Systemvektoren erfährt jedoch in Abhängigkeit vom Wert 44t Veränderungen. = 0.577, secures, i.e. the circuit in Fig. 2, in which the winding is basically the same for can be measured. If this setting is used and is only approximately symmetrized, the residual power that is not symmetrized results in a lower numerical deviation of the three phase currents from the mean value than with the circuit according to Fig. I. In this case, however, depending on the power factor of the load, such positions of the voltage on the load are inevitably obtained that the value for 41t in the most unfavorable range between '= o, 866 and 5,2> falls. The size @tler voltage is allowed not be changed in the process. The positive and negative system of the unsymmetrical load component are independent of the respective value for m in terms of size. However, the mutual angular position of the system vectors changes as a function of the value 44t.

Da bei geringen Werten für m .die Ausgleichsspannungen bei ihrer Drehung eine größere Veränderung ihres Zahlenwertes erfahren - sofern man zur Vermeidung einer großen Zahl der Anzapfungen einen Anschlußpunkt der Ausgleichsimpedanzen unveränderlich läßt - als bei größeren Werten für m und da sich hierdurch die Ausgleichsleistungen mit dem Quadrat der Spannungen ändern, wird man praktisch 4s2 in der Nähe von o,866 bis etwa i wählen.Since with low values for m. The equalizing voltages experience a greater change in their numerical value when they are rotated - if one leaves a connection point of the equalizing impedances unchangeable in order to avoid a large number of taps - than with larger values for m, and because this results in the equalizing powers with the square of the voltages change, one will practically choose 4s2 in the vicinity of 0.866 to about i.

Claims

PATENT CLAIM: Device for balancing the asymmetrical load of a three-phase system, in which the single-phase load is connected to a diagonal voltage on the secondary side of a transformer connected in the manner of a Scott transformer, while balancing circuits are connected to the high and base voltage, characterized in that the load is connected in such a way that the ratio (41t) of the component (UIIh) of the high voltage, which is decisive for its supply, to the corresponding component (UIIU) of the base voltage, the values to i, in particular the values or, instead, the fixed value oo assumes.