DE917987C - Schaltanordnung fuer Wechselstromunterbrechungseinrichtungen - Google Patents

Schaltanordnung fuer Wechselstromunterbrechungseinrichtungen

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DE917987C
DE917987C DES5999D DES0005999D DE917987C DE 917987 C DE917987 C DE 917987C DE S5999 D DES5999 D DE S5999D DE S0005999 D DES0005999 D DE S0005999D DE 917987 C DE917987 C DE 917987C
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DE
Germany
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chokes
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windings
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cores
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Expired
Application number
DES5999D
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Ing Marcel Zuehlke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/02Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions for non-linear operation
    • H01F38/023Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions for non-linear operation of inductances

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Description

  • Schaltanordnung für Wechselstromunterbrechungseinrichtungen Zur Erleichterung der Stromunterbrechung, insbesondere für periodische Schaltungen zu Umformungszwecken, können in Wechselstromkreisen in Reihe mit einer Unterbrechungsstrecke mehrere Drosseln mit bei Nennstrom hochgesättigten Eisenkernen geschaltet werden, deren Magnetisierungskerinlinie scharfe Sättigungsknicke aufweist und durch deren Entsättigung in der Nähe der Stromnullwerte eine stromschwache Pause hervorgerufen wird. Bei der bekannten Anordnung sind die Sättigungsdrosseln ungleich, so daß sie bei verschieden hohen Stromwerten und somit zeitlich nacheinander in den ungesättigten Zustand gelangen. Die sich zuerst entsättigende Drossel übernimmt praktisch die gesamte im Stromkreis herrschende Spannung, bis sich auch die zweite Drossel entsättigt. Die auf die beiden Drosseln entfallenden Spannungsanteile sind direkt proportional den Steigungen ihrer Magnetisierungskurven an denjenigen Zustandspunkten, an denen sich die beiden Drosseln in einem betrachteten Augenblick gleichzeitig befinden.
  • Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, statt einer Drossel mehrere kleinere Drosseln zu verwenden, die wie eine einzige wirken und gleiche Anteile der Gesamtspannung übernehmen sollen. Eine solche Unterteilung ist u. a. wegen der damit verbundenen Herabsetzung der Eigenkapazität der Drosselanordnung vorteilhaft. Die Eigenkapazität einer einzigen großen Drossel kann nämlich unter Umständen die wünschenswerte plötzliche Spannungsübernahme durch die Drossel bei ihrer Entsättigung in störender Weise verzögern, weil die Spannung an der Drossel nur entsprechend der Aufladung ihrer Kapazität ansteigen kann. Der hierbei entstehende Ausgleichsvorgang zeigt eine um so höhere Frequenz und ein um so schnelleres Abklingen der Schwingung, je kleiner die Kapazität der Spule ist. Eine solche erwünschte Verkleinerung wird durch die Verwendung mehrerer hintereinandergeschalteter kleinerer Drosseln infolge der Hintereinanderschaltung der einzelnen Teilkapazitäten erzielt.
  • Es wurde erkannt, daß selbst bei möglichst weit gehender Übereinstimmung der einzelnen Drosseln hinsichtlich ihrer Windungszahl sowie hinsichtlich Querschnitt und Stoff ihrer Magnetkerne dennoch geringe Unterschiede im Verlauf ihrer Magnetisierungskurven nicht vermeidbar sind, die beispielsweise durch Unsicherheiten in der Kernfertigung verursacht werden können. Während sich solche Ungenauigkeiten bei mehreren in Reihe geschalteten Luftdrosseln und bei gewöhnlichen Eisendrosseln mit verhältnismäßig geringer betriebsmäßiger Sättigung oder mit verhältnismäßig flach gewölbter Magnetisierungskennlinie hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Spannungsverteilung kaum störend bemerkbar machen, können sie jedoch unangenehm werden, wenn es sich um Drosseln mit bei Nennstrom hochgesättigten und scharfe Knicke in ihrenMagnetisierungskennlinien aufweisenden Magnetkernen handelt. Dann kann es nämlich vorkommen, daß eine von mehreren Drosseln mindestens zeitweise einen überwiegenden Teil der Gesamtspannung übernimmt. Infolgedessen müßte jede der Drosseln, damit ihre Isolation nicht gefährdet wird, für die Gesamtspannung isoliert werden. Das führt aber zu Unzuträglichkeiten, insbesondere in Anlagen mit hoher Betriebsspannung bis zu mehreren hunderttausend Volt, in denen die Unterteilung in mehrere Drosseln u. a. gerade wegen der an sich schwierigen Isolationsverhältnisse willkommen ist.
  • Erfindungsgemäß kann eine gleichmäßige Spannungsverteilung dadurch erzielt werden, daß die im wesentlichen gleiche Windungszahlen, gleiches Magnetmetall und gleichen Magnetkernquerschnitt aufweisenden Drosseln durch Ausgleichswicklungen miteinander gekoppelt sind.
  • In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Fig. i zeigt das Gesamtschema einer dreiphasigen Umformungsanordnung mit je zwei hintereinandergeschalteten Sättigungsdrosseln; Fig. 2 läßt erkennen, wie die Erfindung bei drei und mehr hintereinandergeschalteten Sättigungsdrosseln verwirklicht werden kann, und Fig. 3 enthält eine die Darstellungsweise gemäß Fig. 2 erläuternde Draufsicht auf eine Drossel in verkleinertem Maßstab. Gemäß Fig. i wird von einem Drehstromnetz die Primärwicklung i i eines dreiphasigen Transformators gespeist. An die in Stern geschaltete Sekundärwicklung 12 sind Kontakteinrichtungen 13 angeschlossen, deren bewegte Kontaktteile entgegen dem Druck von Schraubenfedern über Zwischenstößel von einer Exzenterwelle 14 angetrieben werden, die mit dem Läufer eines Synchronmotors 15 gekuppelt ist. Dessen gegebenenfalls verdrehbarer Ständer ist auf der Primär- oder Sekundärseite des Transformators an die Drehstromleitungen beispielsweise über einen Drehtransformator 16 anzuschließen. Die Kontakteinrichtungen 13 können zur Verzögerung des Anstiegs der wiederkehrenden Spannung durch einen vorzugsweise kapazitiv en Parallelpfad überbrückt sein, der in der Zeichnung durch einen Kondensator17 und einen ohmschen Dämpfungswiderstand 18 verkörpert ist. Hinter den Kontakteinrichtungen 13 vereinigen sich die drei Phasenleitungen und werden über eine Glättungsdrossel i9 zu einem Gleichstromnetz 20 geführt. Die Rückleitung ist an den Sternpunkt der Sekundärwicklung 1a angeschlossen.
  • In Reihe mit den Kontakteinrichtungen 13 liegen je zwei Sättigungsdrosseln -i -und 22. Ihre Magnetkerne 23 und 24 bestehen aus einem hochwertigen magnetischen Metall, z. B. aus einer Eisen-Nickel-Legierung oder einer Eisen-Silizium-Legierung. Sie haben vorzugsweise die Gestalt von Ringen aus spiralig flach gewickelten Bändern. Die magnetische Kennlinie dieser Kerne soll im ungesättigten Gebiet möglichst wenig gegen die Flußachse geneigt sein, an den übergängen in die gesättigten Gebiete mÖglichst scharfe Knicke aufweisen und in den gesättigten Gebieten bei möglichst hoher Induktion annähernd parallel zur Erregerachse verlaufen. Die Kernquerschnitte und die mittlere Länge der Kraftlinienwege sollen möglichst gleich sein, ebenso die Windungszahlen der Spulen 21 und 22. Etwaige Unterschiede im Ouerschnitt und in den magnetischen Eigenschaften der Kerne 23 und 2,4 können durch eine Abweichung der Windungszahlen der Spulen 2i und 22 in einem gewissen Grade kompensiert werden, derart, daß das Produkt aus Windungszahl und Sättigungsfluß bei beiden Drosseln möglichst gleich ist.
  • Auf den Drosselkernen 23 und 2.4 sind Ausgleichswicklungen 25 und 26 angeordnet. Wicklungssinn und Schaltung ergeben sich aus der Bedingung, daß die Ausgleichswicklungen auf der einen Drossel in gleicher Richtung und auf der anderen Drossel in entgegengesetzter Richtung wie die Hauptwicklung magnetisierend wirken sollen.
  • Der Magnetisierungsverlauf der Drosseln kann zusätzlich mit Gleich- oder Wechselstrom gesteuert werden. Nach Fig. i sind zu diesem Z,vecke besondere Vormagnetisierungswicklungen 27, 28 auf den Magnetkernen 23, 24 vorgesehen. Sämtliche Vormagnetisierungswicklungen können beispielsweise hintereinandergeschaltet und über eine Stabilisierungsdrossel 29 sowie einen vorzugsweise regelbaren Widerstand 30 an eine Gleichstromquelle, etwa an das vorhandene Gleichstromnetz 2o, angeschlossen sein.
  • Beträgt die Anzahl der hintereinandergeschalteten Drosseln mehr als zwei, so können bei einer geraden Zahl von Drosseln die Ausgleichswicklungen sämtlicher Drosseln derart miteinander verbunden werden, daß sie in der halben Zahl der Drosseln in Richtung der Hauptwicklung und in der anderen halben Zahl der Drosseln entgegengesetzt magnetisierend wirken, beispielsweise abwechselnd in der Reihenfolge der Drosseln, wie die sie umschlingenden Ausgleichswicklungen im Zuge des Ausgleichsstromkreises aufeinander folgen. Die Isolation der Ausgleichswicklungen muß hierbei für die Summe der Drosselspannungen bemessen sein. Vorteilhafter und auch auf ungerade Drosselzahlen anwendbar ist es, jeweils nur zwei Schaltdrosseln durch Ausgleichswicklungen miteinander zu koppeln. Die Reihenfolge bzw. Zuordnung ist dafür, daß überhaupt eine Ausgleichswirkung auftritt, an sich gleichgültig. Da aber die Ausgleichswirkung um so besser ist, je geringer die Induktivität und der Widerstand der Ausgleichskreise sind, so wird man praktisch stets je zwei benachbarte Drosseln miteinander koppeln. Dies hat auch den Vorteil, daß die Ausgleichswicklungen nur für eine geringe Potentialdifferenz isoliert zu werden brauchen.
  • In Fig. 2 ist eine derartige Anordnung von drei Drosseln 31, 32 und 33 mit ihren Kernen 34, 35 und 36 dargestellt. Die Figur zeigt einen Schnitt durch die in Fig. 3 angedeutete Ebene A-B, die durch die gemeinsame Kerilachse der in Richtung dieser Achse über- oder nebeneinander angeordneten Drosseln geht.
  • Gemäß Fig. 3 wird ferner angenommen, daß jede Drossel zwei parallele Spulenzweige 31 und 31' besitzt, von denen jeder sich über den halben Ringkernumfang erstreckt. In Fig.2 ist jeweils nur einer dieser Spulenzweige sichtbar. Die Wicklungen 31, 32 und 33 sind so angeordnet und miteinander verbunden, daß benachbarte Kerne entgegengesetzte Flußrichtung aufweisen. Die Ausgleichswicklungen 37 und 38 bilden dann eine ungekreuzte Wicklungsschleife. Man wird sie zur Erzielung einer möglichst geringen Induktivität mit nur einer Windung ausführen und so eng an die Kerne bzw. aneinander anschmiegen, wie das aus konstruktiven Gründen möglich ist. So erhält jeder Ausgleichskreis die Form einer einfachen, ungekreuzten Kreisschleife, wie Fig.2 zeigt. Werden die Ausgleichskreise an denjenigen Stellen angeordnet, wo die Spulenverbindungen der benachbarten Kerne liegen, so ist auch eine Isolation für die volle Spulenspannung nicht erforderlich, sondern es genügen eine schwache Wicklungsisolation und die normale Kernisolation. 'Man kann sogar noch einen Schritt weiter gehen und den Ausgleichskreis selbst als Spulenverbindung benutzen, wie dies ebenfalls in Fig. 2 angedeutet ist. An die äußeren Spulenenden 39 bzw. 40 können in gleicher Weise, wie beschrieben, weitere Drosseln gleicher Art je nach Bedarf angeschlossen sein.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltanordnung für Wechselstromunterbrechungseinrichtungen, insbesondere für periodische Schaltungen zu Umformungszwecken, hei der in Reihe mit der Unterbrechungsstrecke mehrere Drosseln mit bei Nennstrom hochgesättigten Eisenkernen liegen, deren Magnetisiertingskennlinie scharfe Sättigungsknicke auf-«-eist und durch deren Entsättigung in der Nähe der Stromnullwerte eine die Stromunterbrechung erleichternde stromschwache Pause hervorgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen gleiche Windungszahlen, gleiches Magnetmetall und gleichen Magnetquerschnitt aufweisenden Drosseln (21, 23 und 22, 24 in Fig. i) mittels Ausgleichswicklungen (25, 26) miteinander gekoppelt sind.
  2. 2. Schaltanordnung nach Anspruch i mit mehr als zwei hintereinandergeschalteten Drosseln, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichswicklungen (37 bzw. 38 in Fig.2) je zwei vorzugsweise benachbarte Drosseln (3i, 34 und 32, 35 bzw. 32, 35 und 33, 36) miteinander koppeln.
  3. 3. Schaltanordnung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichswicklungen (37, 38) benachbarter Drosseln an denjenigen Stellen der Drosselkerne (34, 35 bzw. 35, 36) angeordnet sind, an denen sich die Spulenverbindungen befinden.
  4. 4. Schaltanordnung nach Anspruch i für eine gerade Anzahl Drosseln, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Ausgleichswicklungen gebildete Stromkreis aus einer einzigen Windung besteht.
  5. 5. Schaltanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Drosseln (31 und 32 bzw. 32 und 33) mit Ringbandkernen (34 und 35 bzw. 35 und 36) in Richtung der Kernachse über- oder nebeneinander angeordnet sind, entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen und mit einer gemeinsamen Ausgleichswicklung in Form einer einfachen, ungekreuzten Kreisschleife (37 bzw. 38) versehen sind.
  6. 6. Schaltanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Windungsschleife (37 bzw. 38) gleichzeitig die Verbindung zwischen den zusammengehörigen Enden der Drosselwicklungen (31 und 32 bzw. 32 und 33) bildet. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 679 236; Buch »Die Technik elektrischer Meßgeräte« von K e i n a t h, Bd. 1, 3. Aufl., S. 5e6, München und Berlin 1928, Verlag Oldenbourg.
DES5999D 1941-01-31 1941-01-31 Schaltanordnung fuer Wechselstromunterbrechungseinrichtungen Expired DE917987C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1125068B (de) * 1957-11-04 1962-03-08 Licentia Gmbh Kontaktstromrichter in mehrphasiger Anordnung mit Einwindungsdrosseln

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE679236C (de) * 1936-03-20 1939-08-01 Siemens Schuckertwerke Akt Ges Mit periodisch bewegten Schaltkontakten arbeitende Einrichtung zur unmittelbaren Umformung von Wechselstrom in Wechselstrom anderer Frequenz

Patent Citations (1)

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