DE849580C

DE849580C - Gleichstromvormagnetisierte oberwellenfreie Drosselspule fuer Drehstrom bzw. Mehrphasenstrom

Info

Publication number: DE849580C
Application number: DEL2263A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr-Ing Habil Kraemer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1950-06-08
Filing date: 1950-06-08
Publication date: 1952-09-15
Also published as: CH294160A; FR1041363A

Description

(WiGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 15. SEPTEMBER 1952

L 2263 VIIId 121 d²

Die Erfindung bezieht sich auf eine gleichstromvormagnetisierte Drosselspule für Drehstrom bzw. Mehrphasenstrom mit Oberwellenkompensation, insbesondere für hohe Spannungen und Leistungen. Derartige Drosseln sind z. B. zur Blindleistungsregelung in Wechselstromnetzen geeignet. Bei hohen Spannungen und Leistungen stößt jedoch ihre Ausbildung auf erhebliche konstruktive Schwierigkeiten.

Es ist nämlich notwend g und bekannt, eine gleichstromvormagnetisierte und einphasige Drossel aus zwei Kernteilen aufzubauen, die bei gleichsinnig geschalteter Wechselstromwicklung entgegengeschaltete Gleichstromwicklungen tragen. Hierdurch wird verhindert, daß in der Gleichstromwicklung eine Wechselspannung mit Netzfrequenz auftritt und daß im geregelten Magnetisierungsstrom der Drosselanordnung geradzahlige Harmonische fließen. Im Magnetisierungsstrom sind dann wie bei jeder eisengesättigten Drossel nur noch ungeradzahlige Harmonische vorhanden.

Bei Drehstromsystemen verschwindet in der Dreiphasenschaltung dreier Doppeldrosseln auch noch die 3., 9. ... Harmonische. Da man zur Blindstromkompensation sinusförmige Ströme braucht, müssen aber auch noch die 5. und 7. Harmonischen im dreiphasigen Magnetisierungsstrom kompensiert werden. Dies wäre nach einem bekannten Vorschlag durch eine Sterndreieckschaltung von zwei magnetisch

gleichwertigen Drehstromsätzen möglich. Man würde jedoch in diesem Fall zur vollkommenen Oberwellenkompensation 2 · 3 + 2 · 3 = 12 Teilkerne benötigen, wenn man die Anordnung aus einzelnen vormagnetisierten Drosseln mit je einer Wechselstrom- und Gleichstromwicklung und je einem Kern aufbauen wollte.

Zur Vermeidung dieses Nachteiles hat man bereits vorgeschlagen, je drei Einphasendrosseln zu. einer ίο dreiphasigen Drossel zusammenzufassen, die Wechselstromwicklung gemeinsam um zwei Teilkerne zu legen und zwei Drehstromdrosseln teilweise durch ein gemeinsames Joch zu vereinigen. Aber auch diese Vorschläge ergeben eine konstruktiv wenig befriedigende Lösung, da sie nicht gestatten, dem Drosselsatz einen dem normalen Drehstromtransformator gleichwertigen Aufbau zu geben. Vor allem wirkt sich bei hohen Spannungen eine Aufteilung der Wechselstromwicklung hochspannungstechnisch ungünstig aus, wodurch die Herstellungskosten und der Raumbedarf der Anordnung vergrößert werden.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile der bekannten bzw. bereits vorgeschlagenen Anordnungen dadurch, daß die verschiedenen Aufgaben der Teilkerne in einer einzigen dreischenkligen Drossel vereinigt werden, so daß die Vormagnetisierung und Oberwellenkompensation an einem einzigen Schenkel je Phase vorgenommen wird. Zweckmäßig ist es dabei, jeden Schenkel kleeblattartig in vier gleiche Teile aufzuteilen. Es ergibt sich hieraus ein Gesamtaufbau der Drossel, der konstruktiv keine größeren Schwierigkeiten bereitet als der einer gewöhnlichen Drossel. Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung noch näher erläutert.

In Fig. ι ist zunächst der vorstehend erwähnte, bereits vorgeschlagene Aufbau einer gleichstromvormagnetisierten Drossel dargestellt, bei der zwölf Einzelkerne erforderlich sind. Es bedeuten dabei in Fig. ι Wg die Gleichstromwicklungen für die Vormagnetisierung, W die eigentliche Wechselstromhochspannungswicklung der Drossel und Wh eine Kurzschlußwicklung für den in Stern geschalteten Teilsatz der Drossel zur Abdämpfung der 3. Harmonischen. Die Kurzschlußwicklung kann dabei gleichzeitig auch als Hilfswicklung für andere Zwecke dienen. Wie man ohne weiteres erkennt, ist bei dieser Anordnung der obere Drosselkernsatz hinsichtlich der eigentlichen Drosselwicklung in Stern und der untere in Dreieck geschaltet, so daß eine Oberwellenkompensation hinsichtlich der 5. und 7. Oberwellen in bekannter Weise erreicht wird.

Gegenüber dieser komplizierten Anordnung bringt die Erfindung eine wesentliche Vereinfachung, wie sich aus dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 3 ergibt. Bei diesen ist jeder Schenkel kleeblattartig in die vier Teile A₁A' und B, B' aufgeteilt. Faßt man zunächst die Teile A, A' und B, B' zu je einer Schenkelhälfte zusammen und umgibt diese mit einer Hilfswicklung Wk, schaltet man ferner die Wicklungen Wk (A, A') auf den drei Schenkeln u, v, w in Dreieck und die Wicklungen Wk [B, B') in Stern und verbindet diese gemäß Fig. 5, so verschiebt sich der Wechselfluß in dem Λ-Teil des Schenkels gegen den des B-Teiles um 30⁰ el. Damit wird der Magnetisierungsstrom des Kernes in bekannter Weise von der 5. und 7. Harmonischen befreit. Eine zweite Hilfswicklung Wg magnetisiert den Schenkel vor. In dem der Gleichfluß beispielsweise in der Schenkelhälfte A', B' die entgegengesetzte Richtung wie in A₁B erhält, kann auch keine geradzahlige Harmonische (2., 4. usw.) in die Hauptwicklung W hineininduziert werden.

Will man für die Hilfswicklungen Zylinderspulen verwenden, so wäre eine Aufteilung der Hilfswicklungen nach Fig. 3 erforderlich. Dabei umschließen die Gleichstromspulen jeweils ^χ/₄ und die Kompensationsspulen ¹J₂ des Schenkelquerschnitts oder umgekehrt. Noch einfacher wird die Hilfswicklung bei Verwendung von Abteilungsspulen (Fig. 4). Gleichstrom- und Kompensationsspulen liegen nicht mehr radial übereinander, sondern axial wechselweise um 90⁰ versetzt übereinander und haben alle die gleiche Form. Während beispielsweise die Gleichstromspulen die Schenkelteile A + B und A' -j- B' umfassen, umschließen die Kompensationsspulen die Teile A + A' und B + B'.

In beiden Schenkelhälften (A₁A' und B, B') tritt eine 3. Flußharmonische auf. Bei der nach Fig. 5 geschalteten Kompensationswicklung würde sie nur in dem in Dreieck geschalteten Teil unterdrückt werden, go in dem in Stern geschalteten Teil aber auftreten, Zusatzverluste erzeugen und unter Umständen den Kompensationseffekt stören. Es ist daher zweckmäßig, beiden Kernhälften eine Dreieckwicklung zu geben, die durch Verbindung im Punkt P = 21 °/o der gesamten Windungszahl je Phase ebenfalls eine 30⁰-Verschiebung der Teilflüsse hervorrufen (Fig. 6 und 7). Bei den in Fig. 4 dargestellten Abteilungsspulen für die Gleichstromwicklung und die Kompensationswicklung macht eine Parallelschaltung der Abteilungsspulen keine Schwierigkeiten.

Schließlich kann man auch die Gleichstromwicklung als Kurzschlußkreis für die 3. Harmonische ausbilden (Fig. 8). Hierbei wird die Gleichstromwicklung in zwei parallele Stränge aufgelöst, von denen der eine Strang mit linksläufigem Wickelsinn die Kernhälften A, B in Reihenschaltung magnetisiert, während der andere Strang rechtsläufig die Kernhälften A', B' magnetisiert. Beide Stranghälften zusammen bilden für den Drehstromkern eine Dreieckwicklung, welche die 3. Stromharmonische aufnimmt. Die Wechselspannungen u, v, w addieren sich in jedem Strang zu Null.

An Stelle der beiden vorher beschriebenen Dreieckwicklungen zur Oberwellenkompensation kann auch eine zur Hauptwicklung konzentrische Hilfswicklung Wk' (Fig. 9) eine Achterwicklung Wk erregen, die jeweils die Kernhälften A, A' und B, B' mit verschiedenem Wickelsinn umschließt und durch Erregung einer gegen den Hauptfluß um 90⁰ phasenverschobenen Flußkomponente diesen in zwei gegeneinander um phasenverschobene Teilflüsse aufspaltet. Hierdurch wird in bekannter Weise die Kompensation der 5. und 7. Stromharmonischen erzielt.

Damit ist die vormagnetisierte Drehstromdrossel weitgehend mit einem Drehstromtransformator iden-

tisch geworden. Die Hochvoltwicklungen entsprechen sich vollkommen, während die Gleichstromwicklung, die annähernd den gleichen Betrag an Gleichstrom-^ W erzeugt wie die Hochvoltwicklung an Wechsel- strom-AW, spannungs- und strommäßig die Rolle der Niedervoltwicklung übernimmt. Eine Hilfswicklung in Dreieckschaltung ist ebenfalls beim Großtransformator üblich. Damit fügt sich die oberwellenfreie gleichstromvormagnetisierte Drossel konstruktiv

ίο den üblichen Ausführungsformen der Transformatoren ein. Das Aufteilen der Schenkel stellt den Konstrukteur nicht vor eine neuartige Aufgabe, da Längs- und Querschlitze im Schenkel zu Lüftungszwecken und zur Aufnahme von Kompensationswicklungen bereits

»5 bekannt sind. Die Schenkelaufteilung in der Schichtebene führt man zweckmäßig auch im Joch durch, während sich der Spalt senkrecht zur Schichtebene zweckmäßig auf die Schenkel beschränkt. Zur magnetischen Symmetrierung der Schenkel ist es zweckmäßig, das Joch nach beiden Seiten über die Außenschenkel hinaus zu verlängern und es etwas zu verstärken. Darüber hinaus kann das Joch mit magnetischen Rückschlüssen nach Art eines 5-Schenkelkernes ausgeführt werden.

Äußerlich wird man die Kompensationsdrossel, die vorzugsweise für hohe Spannungen und Scheinleistungen gedacht ist, den bekannten Ausführungsformen der Wandertransformatoren anpassen und voll bahntransportfähig bauen. Zur Verringerung der, Magnetisierungszeit verwendet man für die Vormagnetisierung Gleichstromerzeuger (Maschinen oder Generatoren) mit Stoßerregung, die man vollautomatisch von Netzspannung, Netzstrom oder Netzleistung abhängig machen kann. Hierzu verwendet man Relaissteuerungen, Tirillregler oder relaislose Schnellregler, die das Erregerfeld der Maschine oder das Gitter des Gleichrichters steuern.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Gleichstromvormagnetisierte oberweilen freie Drosselspule für Drehstrom bzw. Mehrphasenstrom, dadurch gekennzeichnet, daß Vormagnetisierung und Oberwellenkompensation an einem einzigen Schenkel je Phase vorgenommen werden.

2. Drossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Schenkel zu einem Drehstromkern üblicher Form zusammengefaßt sind.

3. Drossel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schenkelquerschnitt durch Schlitze in vier Teile unterteilt wird und teilweise von der Gleichstromwicklung (W_g) und der Hilfswicklung (Wk) zur Oberwellenkompensation umschlossen wird.

4. Drossel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromwicklung (W_g) mit wechselndem Wickelsinn jedes Schenkelviertel einzeln umschließt, während die Kompensationswicklung (Wk) je zwei Viertel mit entgegengesetzter Gleichflußrichtung gemeinsam umgibt.

5. Drossel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Gleichstrom- und Kompensationswicklung aus formgleichen, jeweils zwei Schenkelviertel umschließenden Abteilungsspulen bestehen, die wechselweise, aber um go° gegeneinander versetzt, übereinander geschichtet werden.

6. Drossel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromspulen (W_g) paarweise mit entgegengesetztem Wickelsinn in Reihe geschaltet werden.

7. Drossel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromwicklungen (W_g) sämtlicher Schenkel parallel oder in Reihe geschaltet werden.

8. Drossel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromwicklung in zwei parallele Stränge aufgelöst ist, von denen der eine Strang linksläufig die zugeordneten linken Kernhälften, der andere rechtsläufig die zugeordneten rechten Kernhälften magnetisiert, derart, daß die gesamte Gleichstromwicklung für den Kern eine Dreieckwicklung bildet.

9. Drossel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gckennzeichnet, daß die Kompensationswicklungen (Wk) beider Kernhälften so geschaltet sind, daß die Teilflüsse eine Phasenverschiebung von 30⁰ gegeneinander erhalten.

10. Drossel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationswicklungen der einen Kernhälfte in Dreieck oder Zickzack geschaltet werden, während die Kompensationswicklungen der anderen Kernhälfte in Stern geschaltet werden.

11. Drossel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationswicklungen beider Kernhälften in Dreieck geschaltet werden und die Dreieckwicklungen an geeigneten symmetrischen Punkten miteinander verbunden werden.

12. Drossel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Oberwellenkompensation die Kompensationswicklung in bekannter Weise als Achterwicklung geschaltet ist, die von einer zur Hauptwicklung konzentrischen Hilfswicklung gespeist wird.

13. Drossel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht zur Schichtung liegenden Schlitze nur im Schenkel, die parallel zur Schichtung liegenden Schlitze im Schenkel und no Joch ausgeführt werden.

14. Drossel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch nach beiden Seiten etwas über die Außenschenkel hinaus verlängert wird.

15. Drossel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch mit magnetischen Rückschlüssen nach Art eines 5-Schenkelkernes ausgeführt wird.

16. Drossel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsdrossel nach Art eines Wandertransformators bahntransportfähig ausgeführt wird.

17. Drossel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromerregung der Drossel nach Art der Stoßerregung ausgebildet ist.

18. Drossel nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Erregerstromquelle ein Gleichstromgenerator dient, dessen Erregung durch einen Schnellregler geregelt wird.

19. Drossel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Erregerstromquelle ein gittergesteuerter Gleichrichter dient.

20. Drossel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Regler bekannte relaislose Regelschaltungen dienen.

21. Drossel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler automatisch von einer elektrischen Größe des Netzes (Spannung, Strom, Leistung, Phasenwinkel usw.) gesteuert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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