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Drehs.tromdrosselspule (Drehstromtransformator), die (der) aus drei
Einphasendrosselspulen (drei Einphasentransformatoren) besteht Bekanntlich treten,
im.Magnetisierungsstrom von Transformatoren oder Drosselspulen wegen des nicht linearen
Zusammenhanges zwischen Fluß und Amperewindungen Oberwellen auf. Bei Drehstromdrosselspulen
oder -transformatoren ist die niedrigste Oberwelle die fünfte, weil sich bei symmetrischen
Aufbau keine dritte Oberwelle im Strom ausbilden kann. Die fünfte und auch die siebente
machen sich häufig störend bemerkbar, insbesondere dann, wenn. die Sättigung des
Eisens hoch gewählt ist. Um diese Oberwellen zu unterdrücken, hat man bereits vorgeschlagen,
den die Hauptwicklung durchgreifenden Eisenkern aufzuspalten und durch Hilfswicklungen
die in den .beiden Teilen des Eisenkernes auftretenden Flüsse um einen bestimmten
Winkel, vorzugsweise 30°, gegeneinander zu versetzen. Zu diesem Zweck hat man beispielsweise
die Hilfswicklungen auf den einen Teilkern in Stern, auf den anderen in Dreieck
geschaltet und die in Stern geschaltete Bilfsw icklung parallel zu der in Dreieck
geschalteten Hilfswicklung geschaltet. Ist dabei ein dreischenkliger Eisenkern vorgesehen,
so heben sich im Magnetisierungsstrom, da die Flüsse in den jeweils zwei Teilschenkeln
um 30° gegeneinander versetzt sind, die fünften und siebenten Oberwellen auf.
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Diese Art der Unterdrückung der Oberwillen kann man auch' anwenden,
wenn die Drehstromdrosselspule aus drei Einphasendrosselspulen oder der Drehstromtransformator
aus drei Einphasentransformatoren besteht. In Fig. i der Zeichnung ist eine solche
Anordnung dargestellt. Es sind drei Einphasendrosselspulen i, 2 und 3 -vorgesehen,
die je einen zweischenkligen Eisenkern besitzen. Die Schenkel sind aufgespalten,
Auf den beiden Schenkeln jeder Drosselspule sind die an das Netz angeschlossenen
Wicklungen (Hauptwicklungen) ii bzw. 21 bzw. 31 angeordnet. Diese Wicklungen sind
in Stern geschaltet. Um in den beiden Teilschenkeln die Flußversetzung um 3o° hervorzurufen,
tragen. die linken '.Peilschenkel Wicklungen 12, 22 und 32 und die rechten Teilschenkel
Wicklungen 13, 23 und 33. Die Wicklungen 12, 22 und 32 sind in Stern geschaltet.
Die Wicklungen
13, 23 und 33 sind in Dreieck geschaltet. Die in Stern geschalteten
Wicklungen liegen parallel zu den in
Dreieck geschalteten Wicklungen.
Dadurch werden die beiden Teilflüsse in den Teilschenkeln um 3o° gegeneinander vei
setzt.
| Außerdem tragen die linken Teilschenkel n. |
| Wicklungen i4, 24 bzw. 34, die in Dre ' |
| geschaltet sind, damit die beiden Teil |
| gleiche Kurvenformen erhalten. Im |
Führungsbeispiel ist angenommen, daß nur' die Schenkel gesättigt sind, und es wird
durch die angegebene Anordnung erreicht, daß irn Magnetisierungsstrom keine fünften
und siebenten Oberwellen auftreten.
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Während bei der Anordnung nach Fig. i in den beiden Schenkeln Schlitze
vorgesehen sind, die senkrecht zur Blechschichtebene liegen, kann man auch die Aufspaltung
des Eisenpaketes in Richtung der Blechschichtebene durchführen. Man kann dann jede
Einphasendrosselspule aus zwei gleichen Blechpaketen herstellen. In Fig.2 ist eine
solche Anordnung dargestellt. Soweit die Teile mit denen. der Fig. z übereinstimmen,
sind die gleichen Bezugszeichen verwendet. r, 2 und 3 sind wieder die drei- gesättigten
Einphasendrosselspulen!. Jede Drosselspule besteht aus zwei Blechpaketen. Mit 12
bzw. 22 bzw. 32 sind die in Stern geschalteten Wicklungen der einen, mit 13, 23,
33 die in Dreieck gechalteten Wicklungen der anderen Drosselspule bezeichnet. Die
in Stern und die in Dreieck geschalteten Wicklungen werden wieder parallel geschaltet.
11, 21, 31 sind die Hauptwicklungen, die immer zwei durch den Schlitz getrennte
Schenkel umfassen. Die für die linken Schenkel noch erforderliche Dreieckwicklung
ist nicht gezeichnet.
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Eine besonders einfache Anordnung erhält man gemäß der Erfindung;.
wenn man für die Einphasendrossel'spulen Eisenkerne verwendet, die zwei die Hauptwicklung,
das ist die an das Netz angeschlossene Wicklung, tragende Schenkel und einen oder
zwei Rückschlußschenkel besitzen. Durch diese Rückschlußschenkel hat man für- die
Aufteilung der Flüsse einen Freiheitsgrad- mehr, und man kann daher die Hauptflüsse
in den beiden die Hauptwicklung tragenden Schenkeln einer Drosselspule gegeneinander
zum Zwecke der Oberwellenkompensaiion um einen bestimmten Winkel, vorzugsweise um
30°, versetzen, ohne daß man eine Aufspaltung der Schenkel nötig hätte. Besonders
vorteilhaft ist es, wenn man einen. vierschenkligen Eisenkern verwendet, weil man
dann an Bauhöhe sparen kann. Wesentlich für die Anordnung nach der Erfindung ist,
daß in ein und derselben Drosselspule die Hauptflüsse gegeneinander um einen bestimmten
Winkel versetzt werden. Die Versetzung der Flüsse kann durch besondere Hilfswicklungen
erfolgen. Man kann aber auch die Hauptwicklung selbst dazu verwenden, um die erforderliche
Flußversetzung herbeizuführen.
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In den Fig. 3, 5 und 6 sind Ausführungseispiele der Erfindung dargestellt.
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:: In Fig.3 ist eine Drehstromdrosselspule gezeichnet, die aus drei
gleichen, gesättigten Einphasendrosselspulen r, 2 und 3 besteht, wobei jede Drosselspule
zwei Hauptschenkel und zwei Rückschlußschenkel hat. Die Hauptwicklung i i umgreift
nicht die beiden Hauptschenkel gemeinsam, sondern jeden für sich. Entsprechendes
gilt für die Hauptwicklung 21 bzw. 31 der beiden anderen Einphasendrosselspulen
2 und 3. Die in Stern geschalteten Hauptwicklungen sind an das Netz mit den Phasen
RST angeschlossen. Damit die Flüsse a und b in den beiden Hauptschenkeln um 30°
gegeneinander versetzt sind, sind Hilfswicklungen i2, 2a und 32 auf den linken Hauptschenkeln
und 13, 23 und 33 auf den rechten Hauptschenkeln aufgebracht. Die auf den
linken Hauptschenkeln liegenden Wicklungen sind in Stern und die auf den rechten
in Dreieck geschaltet. Die in Stern geschalteten Wicklungen liegen parallel zu den
in Dreieck: geschalteten Wicklungen. Dadurch wird erreicht, daß sich jeder Fluß
a bzw. b
in einem Hauptschenkel aus einem für beide Schenkel gemeinsamen
Anteil a, b in den Mitteljochen und einem Fluß ao bzw. bo durch je einen Außenschenkel
so zusammensetzt, daß die Flüsse in den beiden Hauptschenkeln um 30° gegeneinander
versetzt sind. In Fig.3 sind die Flüsse eingetragen, und in Fig.4 ist das Vektordiagramm
dargestellt, welches die Phasenlage der Hauptflüsse a und b für die drei
Phasen RST und ebenso - die Flüsse a,- und b, in den Rückschlußschenkeln und die
Flüsse a, b in den Mitteljochen zeigt. Man braucht also bei einer derartigen
Anordnung, bei der ein oder zwei Rückschlußschenkel vorgesehen sind, keine Aufschlitzung
der Schenkel mehr, da man durch den Rückschlußschenkel einen Freiheitsgrad mehr
gewinnt, um die Flußv ersetzung zu ermöglichen bzw. man braucht nicht sechs Einphasendrosselspulen,
bei denen in je zwei Drosselspulen die Flüsse um 30° versetzt sind.
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Für die Kompensation der fünften und siebenten Oberwelle ist es erforderlich,
daß die beiden Hauptflüsse gleiche Kurvenform besitzen. Zu diesem Zweck besitzen
die linken Hauptschenkel noch Wicklungen 14 bzw. 24 bzw. 34, die in Dreieck geschaltet
sind, so daß sich weder in den rechten Hauptschenkeln noch in den linken Hauptschenkeln
dritte Oberwellen in dem Fluß ausbilden können. Wenn man bei der Anordnung nach
Fig. 3 nur die beiden Hauptschenkel sättigt,
so heben sich die fünften
und siebenten Oberwellen im Strome heraus.
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Statt zur Versetzung der Flüsse eine Sterndreieckparallelschaltung
vorzunehmen, könnte man auch die Hilfswicklungen auf den linken und auf den rechten
Hauptschenkeln in Zickzack mit -f- r5° Drehung schalten, und di.e beiden Zickzackschaltungen
parallel schalten. In diesem Fall wäre keine besondere Dreieckwieklung erforderlich.
Jedoch empfiehlt es sich, sowohl für die linken als auch für die rechten Hauptschenkel
je eine Dreieckwicklung vorzusehen. Auch andere Schaltungen können angewendet werden,
um eine Flußversetzung von 3o° hervorzurufen. Beispielsweise könnte man sowohl auf
den linken als auch auf den rechten Hauptschenkeln in Dreieck geschaltete Wicklungen'vorsehen
und diese an solchem Punkt miteinander verbinden, daß die gewünschte Flußversetzung
hervorgerufen wird. Man könnte auch z. B. eine Hilfswicklung für jede Einphasendrosselspule
verwenden, welche sowohl den linken als auch den rechten. Hauptschenkel umschlingt
und dies an eine solche Spannung anschließen, daß die gewünschte Flußversetzung
vorgenommen wird. Auch hierbei wird es sich empfehlen, sowohl für die linken als
auch für die rechten Hauptschenkel besondere Dreieckwicklungen vorzusehen.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind an die Stern- bzw. an die Dreieckwicklung
noch Kondensatoren 40 mit Hilfe eines Schalters 41 anschließbar.
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Die vierschenkligen Drosselspulen, wie sie in Fig.3 dargestellt sind,
geben auch die Möglichkeit, die Joche und die Rückschlußschenkel zu sättigen, ohne
daß Oberwellen im aufgenommenen Strom auftreten. Wie aus dem Diagramm der Fig. 4
hervorgeht, Milden nämlich die in den Rückschlußschenkeln der verschiedenen Einphasendrosselspulen
auftretenden Flüsse ao, b, ein Dreiphasensystem, das gegenüber den Flüssen a,
b in den Mitteljochen, die gleichfalls ein Dreiphasensystem bilden, um 30°
versetzt sind. Bemißt man daher die Rückschlußschenkel und die gemeinsamen Joche
(Mitteljoche) so, daß das Produkt aus Feldstärke, Induktion und Volumen der von
den Flüssen a, und b, durchsetzten Eisenteile gleich ist dem Produkt aus Feldstärke,
Induktion und Volumen der von den Flüssen a, b durchsetzten Eisenteile, so heben
sich die von den Flüssen in den Außenschenkeln und die von den Flüssen in den Mitteljochen
hervorgerufenen Oberwellen im Magnetisierungsstrom heraus. In Fig. 3 müssen also
die Produkte aus Feldstärke, Induktion und Volumen der verschieden schraffierten
Eisenteile untereinander gleich groß sein. In Fig. 3 sind dabei die 'Übergangsstellen
nicht berücksichtigt. Voraussetzung dafür, daß sich die Oberwellen im Magnetisierungsstrom,
die durch die Flüsse in den Rückschlußschenkeln und die Flüsse in den gemeinsamen
Jochen hervorgerufen werden, aufheben, ist, .daß die Flüsse gleiche Kurvenform besitzen.
Da im Ausführungsbeispiel die Flüsse ao und bo keine .dritten Oberwellen führen,
weil die dritten Oberwellen der beiden Flüsse um r8o° gegeneinander versetzt sind
und die Hauptschenkel durch Dreieckwicklungen abgeriegelt sind, so muß man -auch
dafür sorgen, daß die Flüsse a, b keine dritten Oberwellen führen können,
was dadurch geschieht, .daß man um die Mitteljoche eine in Fig.3 nicht dargestellte
in Dreieck geschaltete Wicklung schlingt.
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Unter Induktivität und Feldstärke ist die Induktivität und Feldstärke
der Grundwelle zu verstehen, wobei angenommen ist, daß das Verhältnis von Feldstärke
einer Oberwelle zur Feldstärke der zugehörigen Grundwelle in dem in Frage kommenden
Bereich konstant ist. Dies trifft auch im allgemeinen zu. Will man jedoch noch genauer
rechnen, so rnuß man, um beispielsweise die Bemessungsbedingung für die Kompensation
der fünften Oberwelle zu erhalten, stets die Feldstärke für die fünfte Oberwelle
und die Induktivität der Grundwelle einführen, weil das Produkt aus beiden und dem
Volumen ein Maß für die durch das Eisen erzeugten fünften Oberwellen im Strom .ist.
Mit anderen Worten bedeutet dies, daß die von den beiden Flußsystemen ao, bo bzw.
a, b, die um 30° gegeneinander versetzt sind, hervorgerufenen Oberwellenbeiträge
gleich groß sein müssen.
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In Fig. 3 ist eine Drosselspule dargestellt. Die Erfindung kann aber
in gleicher Weise auch für Transformatoren Anwendung finden. Dabei .ist zu beachten,
daß, wenn bei-. spielsweise der Transformator eine in Dreieck geschaltete Sekundärwicklung
besitzt, die Dreieckwicklung 14, 24, 34 in Fig. 3 wegfallen könnte.
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Wenn die Joche und die Rückschlußschenkel gesättigt sind und die obenerwähnten
Bedingungen eingehalten werden sollen, so kann .dies durch entsprechende Wahl des
Querschnittes bzw. der Länge der Eisenteile geschehen. Zu bemerken ist dazu, daß,
gleichgültig ob die Rückschlußschenkel und die Joche gesättigt sind, die früher
erwähnten Bedingungen für die Hauptflüsse, damit die von diesen erzeugten Oberwellen
unterdrückt sind, die gleichen bleiben.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist angenommen worden, daß die Versetzung
der Hauptflüsse durch besondere Hilfswicklungen erfolgt. Man kann jedoch die Versetzung
der
Hauptflüsse auch durch entsprechende Schaltung der Hauptwicklungen
selbst erreichen, wobei wieder die Bedingung zu erfüllen ist, daß die Flüsse gleiche
Kurvenformen besitzen.
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Während bei der Anordnung nach Fig.3 die Hilfswicklungen lediglich
auf den beiden Hauptschenkeln angeordnet sind, kann man auch Hilfswicklungen sowohl
auf den beiden Hauptschenkeln als auch auf den Rückschlußschenkeln anordnen. Ein
Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 5. Bei der Anordnung nach Fig. 5 tragen die Hauptschenkel
Hilfswicklungen 13, 23 bzw. 33, die in Dreieck geschaltet sind. Die Rückschlußschenkel
tragen Hilfswicklungen 12, 22 bzw. 32, die in Stern geschaltet sind. Die in Stern
und die in Dreieck geschalteten Wicklungen liegen wieder parallel. Man könnte auch
umgekehrt die auf den Rückschlußschenkeln liegenden Wicklungen in Dreieck und die
auf den Hauptschenkeln liegenden in Stern schalten, doch ist die in Fig. 5 dargestellte
Anordnung wegen der Unterdrückung der dritten Oberwellen in den Hauptflüssen im
allgemeinen vorzuziehen.
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Die gesättigten Drosselspulen nach den bisherigen Ausführungsbeispielen
eignen sich insbesondere zur Kompensation langer Fernleitungen. Sie werden dann
zweckmäßig zusammen mit Kondensatoren verwendet, die an die Hilfswicklungen angeschlossen
sind und so bemessen werden, daß auch dann, wenn die Leitung oberhalb ihrer natürlichen
Leistung arbeitet, noch stabil gearbeitet werden kann.
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Die Erfindung ist auch anwendbar bei Drosselspulen, die mit Gleichstrom
vormagnetisiert werden, um die Blindleistung bei konstanter Spannung ändern zu können.
Insbesondere verwendet man zu diesem Zweck Drosselspulen, bei denen nur ein Teil
des Eisens durch die Gleichstromvormagnetisierung wesentlich beeinflußt wird. In
Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel dafür dargestellt. Soweit die Teile mit den früheren
Figuren übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen gewählt. 1, 2 und 3 sind
wieder die drei gleichen Einphasendrosselspulen mit den in Stern geschalteten Hauptwicklungen
i i, 21 und 31. Ferner sind noch in Stern geschaltete Hilfswicklungen 12, 22 und
32 und in Dreieck geschaltete Hilfswicklungen 13, 23 und 33 vorgesehen, wobei die
beiden Hilfswicklungen, parallel geschaltet sind. Diese Hilfswicklungen werden zweckmäßig
nur für Niederspannung bemessen und dienen wie früher außer zur Flußversetzung zur
Speisung von unterspannungsseitig angeschlossenen Apparaten, wie Kondensatoren 4o.
14, 24 und 34 sind in Dreieck geschaltete Niederspannungswicklungen, die ausschließlich
zur Unterdrückung der dritten Oberwellen auf den linken Schenkeln in gleicher Weise
wie bei Fig. 3 vorgesehen sind. Die Hauptschenkel besitzen zwei übereinanderliegende
einander nicht berührende Schlitze. Dadurch wird ein Teil des Wechselflusses abgespalten,
und diesem abgespaltenen Wechselfluß wird ein Gleichfluß derart überlagert, daß
in je zwei übereinanderliegenden Teilquerschnitten der Gleichflüß entgegengesetztes
Vorzeichen besitzt. Zu diesem Zweck sind auf den abgespaltenen Schenkelquerschnitten
Gleichstromwicklungen 15, 25 und 35 vorgesehen und so geschaltet, daß jeweils die
Flüsse in übereinanderliegenden Querschnitten entgegengesetztes Vorzeichen besitzen.
Die in Reihe geschalteten Wicklungen liegen an einer Gleichstromquelle 42. Durch
Änderung der Höhe der Spannung der Gleichstromquelle oder durch Änderung eines im
Stromkreis der Gleichstromwicklungen liegenden regelbaren Widerstandes kann die
Höhe der Gleichstromvormagnetisierung und damit die Blindleistungsaufnahme der Drosselspule
eingestellt werden. Die Gleichflüsse durchsetzen im Ausführungsbeispiel auch die
Teile des Hauptschenkels mit dem größeren Querschnitt. Ihr Einfluß ist dort aber
gering und kann daher praktisch vernachlässigt werden. Als Diagramm der Spannung
über den Strom erhält man, wie in Fig. 7 dargestellt, Kurven, die sich aus den Kurven
m und den Kurien n zusammensetzen. Die Kurve in gibt das Verhältnis von Spannung
zu Strom an, wenn die abgespaltenen Schenkelteile nicht vorhanden wären. Dieser
Kurve na überlagert sich eine Kurvenschar n, bis 7a4, welche den aufgenommenen
Strom in Abhängigkeit von der Spannung für die abgespaltenen Schenkelteile bei verschiedenen
konstanten Gleichströmen darstellt. Man sieht aus dem Diagramm, daß man die Möglichkeit
hat, bei konstanter Spannung verschieden große Blindströme einzustellen.
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Man kann die Unterteilung der einzelnen abgespaltenen Schenkel nicht
nur, wie in der Figur dargestellt, zweifach, sondern auch vier-, sechs- oder achtfach
vornehmen und so den Vormagnetisierungsgleichfluß in eine Reihe kleinerer Teilflüsse
mit abwechselndem Vorzeichen auflösen. Die Höhe des zugeführten Gleichstromes kann
man in Abhängigkeit von irgendwelchen zu regelnden Größen bringen. Wenn die Drosselspule
dazu dient, die erforderliche Blindleistung einer Fernleitung zu liefern, so kann
man beispielsweise in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung der Fernleitung die
Gleichstromvormagnetisierung der Drosselspule so beeinflussen, daß die Spannung
der Leitung konstant bleibt.
Man kann auch beispielsweise je zwei
Schenkel nebeneinander vom Hauptschenkel abspalten, die vom Gleichstrom im entgegengesetzten
Sinn durchsetzt werden, wobei sämtliche Teile des Hauptschenkels wieder von der
gleichen Wechselstromwicklung erregt werden. Daß man immer zwei Eisenteile vorsieht,
die vom Gleichfluß im entgegengesetzten Sinn durchsetzt werden, rührt davon her,
daß man dadurch erreicht, daß die zweiten Oberwellen im Strom bzw. der Spannung
nicht auftreten können.
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Bei den bisherigen Ausführungsbeispielen war angenommen worden, daß
die Hauptwicklungen parallel an die Leitung angeschlossen werden. Es heben sich
dann die fünften und siebenten Oberwellen im Magnetisierungsstrom heraus. Liegen
die Hauptwicklungen in Reihe in der Leitung, so heben sich die fünften und siebenten
Oberwellen in der Spannung heraus.
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Wie bereits früher erwähnt, ist die Erfindung nicht nur anwendbar
bei Drosselspulen, sondern in gleicher Weise auch bei Transformatoren.
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Auch bei den. Anordnungen nach Fig. 5 und 6 kann man die Außenschenkel
und Mitteljoche sättigen und die dadurch auftretenden Oberwellen so kompensieren,
wie an Hand der Fig. 3 erläutert.