DE934114C - Transformator, insbesondere Drehstromtransformator mit unterdrueckter oder verminderter fuenfter Harmonischer - Google Patents

Description

• Transformator, insbesondere Drehstromtransformator mit unterdrückter oder verminderter fünfter Harmonischer Bei Transformatoren wird meistens verlangt, daB sich die höheren Harmonischen unterhalb bestimmter Grenzen halten. Die Erfüllung dieser Forderung macht besonders bei der fünften Harmonischen Schwierigkeiten. Man hat vorgeschlagen, die fünfte Harmonische dadurch zu verringern, daB man zwei Transformatoren, von denen der eine in Stern, der andere in Dreieck geschaltet ist, miteinander verbindet. Es gleichen sich dann in den Verbindungsleitungen die fünften Harmonischen unter bestimmten Voraussetzungen aus, so daB die AnschluBleitungen praktisch davon frei sind. Abgesehen davon, daB man in diesem Falle zwei Transformatoren benötigt, ergeben sich durch die Ausgleichströme in den Wicklungen und Verbindungsleitungen zusätzliche Verluste.
• Nach einem weiteren Vorschlag erhält ein in Stern geschalteter Drehstromtransformator einen vierten, von Wicklungen freien Schenkel und eine über eine vorzugsweise regelbare Drosselspule geschlossene zusätzliche Dreieckwicklung. Bei solchen Transformatoren erfordert der vierschenkehge Eisenkern die Dreieck-Ausgleichswicklung und die Drosselspule einen höheren Materialaufwand.
• Nach einem weiteren Vorschlag erhält ein in Stern geschalteter Drehstromtransformator ein verstärktes und geschlitztes Joch, das mit einer Dreieckwicklung versehen werden muß. Auch bei dieser Ausführungsform ergibt sich ein erhöhter Materialaufwand.
• Die Erfindung vermeidet diese Mängel. Erfindungsgemäß wird jede Transformatorwicklung von zwei mehr oder weniger vollständig voneinander getrennten Flüssen durchsetzt, die in der Phase um etwa 36 - (2n -f- 1) elektrische Grade gegeneinander verschöben sind, wobei n irgendeine ganze Zahl ist.
• Die Erfindung soll an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. 11, 12, 13 sind die drei Phasen einer in Stern geschalteten Primärwicklung eines Drehstromtransformators. Die Sekundärwicklung ist der Einfachheit halber weggelassen. 21, 31, 32 sind drei Rahmenkerne, die durch Kupferbleche, kurzgeschlossene oder durch irgendwelche Widerstände überbrückte Wicklungen in den Spalten q. mehr oder weniger vollkommen magnetisch gegeneinander abgeschirmt sind. Die Kupferbleche können verschiebbar, die Wicklungen regelbar ausgeführt sein, um den Grad der magnetischen Abschirmung verändern zu können. Die Abschirmung kann auch durch entsprechende Verbreiterung der Spalte q. erzielt werden.
• Um magnetische Unsymmetrie zu vermeiden, kann man in den Magnetpfaden der kleineren Kerne 21, 32 durch 5 angedeutete Spalte anbringen, die durch Luft oder ein anderes magnetisch weniger gut leitendes Material ausgefüllt sind, oder man kann den Eisenquerschnitt des Kerns 31, beispielsweise wie bei 6 an den Jochen angedeutet, vergrößern.
• Der Transformator wirkt auf folgende Weise: Wären die drei Kerne 21, 31, 32 magnetisch vollkommen gegeneinander abgeschirmt, so würde jede der Wicklungen 11, 12, 13 nach bekannten Gesetzen von zwei in der Phase um 12o° gegeneinander verschobenen, gleich großen Flüssen durchsetzt werden. Wenn die drei Eisenkerne magnetisch vollkommen miteinander verbunden wären, dann würde jede Wicklung nur ein Fluß durchsetzen, der der Phase nach zwischen den beiden vorher genannten Flüssen liegen würde. Zwischen diesen beiden Grenzfällen ergeben sich für jede Phasenwicklung zwei mehr oder weniger vollkommen voneinander getrennte Flüsse, und zwar sind die resultierenden Flüsse in beiden Teilkernen um so stärker gegeneinander in der Phase verschoben, je vollständiger die Trennung der Magnetkerne ist. Durch Änderung des Grades der magnetischen Abschirmung - der Teilkerne ist man deshalb in der Lage, die Phasendifferenz zwischen den beiden eine Wicklung durchsetzenden Flüssen einzustellen, und zwar läßt sich die Phasendifferenz wenigstens theoretisch im Bereich von o bis 12o° ändern. Es ist deshalb leicht, die beiden Flüsse um etwa 36 - (2 n -E- 1) elektrische Grade gegeneinander zu verschieben, also beispielsweise. für den Fall n = o um etwa 36, für den Fall n = 1 um etwa 1o8 elektrische Grade. Bei einer solchen Phasenverschiebung zwischen den beiden Teilflüssen verschwindet die fünfte Harmonische, da die von dem. einen Teilfluß herrührende fünfte Harmonische des Magnetisierungsstroms gerade um eine Halbwelle dieser Harmonischen gegen die von dem anderen Teilfluß herrührende fünfte Harmonische verschoben ist; der aus beiden Teilflüssen resultierende Gesamtfluß ergibt deshalb einen von der fünften Harmonischen freien Magnetisierungsstrom. Die einzelnen Rahmenkerne 21, 31, 32 können mehrfach unterteilt sein, auch können die Unterabteilungen der einzelnen Rahmenkerne phasenverschobene Flüsse führen, indem man z. B. die eine Unterabteilung stärker, die andere schwächer gegen den anderen Teilkern abschirmt. Man muß aber dann dafür sorgen, daß sich die einzelnen Flüsse- der Teilkerne vektoriell für jede Wicklung in zwei resultierende Flüsse zusammenfassen lassen, die annähernd die oben angegebene Phasendifferenz haben. Wird z. B. jede Wicklung von vier Flüssen durchsetzt, so müssen beim paarweisen Zusammenfassen der Flüsse die Resultierenden der beiden Flußpaare etwa um den obengenannten Betrag gegeneinander verschoben sein.
• Ordnet man neben den Kernen 21, 31, 32 noch einen nicht durch Schlitze q. unterteilten dreischenkeligen Kern an, der gegen die Kerne 21, 31, 32 mehr oder weniger vollständig magnetisch abgeschirmt ist, so kann man sich den Fluß dieses Kerns in zwei Hälften zerlegt denken; jede Hälfte muß dann zusammengefaßt mit dem Fluß eines der beiden, eine gemeinsame Wicklung durchsetzenden Rahmenkerne Resultierende ergeben, die um etwa 36 - (2n -f- i) Grade gegeneinander verschoben sind.
• Es ist nicht notwendig, daß die Kerne in einer Linie, wie im Ausführungsbeispiel, angeordnet sind. Sie können statt dessen auch symmetrisch im Dreieck angeordnet sein, derart, daß die Mittelpunkte der Wicklungen auf die Ecken eines gleichseitigen Dreiecks fallen.
• Die Erfindung läßt sich auch dort anwenden, wo die fünfte Harmonische auf einen bestimmten, prozentualen Wert eingestellt werden soll, indem man die Phasendifferenz der beiden Teilflüsse jeder Wicklung mehr oder weniger stark von dem Betrag 36. (2u + r) abweichen läßt.
• Genauso wie zur Verminderung oder Unterdrückung der fünften Harmonischen, läßt sich die Erfindung auch zur Unterdrückung oder Verminderung, etwa vorhandener anderer Harmonischer verwenden. Soll z. B. die m-te Harmonische unterdrückt werden, dann müssen die beiden eine Wicklung durchsetzenden Teilflüsse um elektrische Grade gegeneinander verschoben werden. Man kann durch die oben angegebenen Mittel auch gleichzeitig zwei höhere Harmonische, also beispielsweise die fünfte und die m-te, zum Verschwinden bringen, wenn man- jede Transformatorwicklung von vier Teilkernen durchsetzen läßt und durch entsprechende magnetische Abschirmung dafür sorgt, daß -der resultierende Fluß des einen Teilkernpaares um etwa 36 - (2n +1) Grade gegen den resultierenden Fluß des anderen Teilkernpaares verschoben ist und die beiden Flüsse jedes Teilkernpaares gegeneinander um in der Phase voneinander abweichen. Dadurch verschwinden für jedes Teilkernpaar die m-te Harmonische und für die beiden Teilkernpaare zusammen die fünfte Harmonische. Die Erfindung ist nicht auf dreischenkelige Kerntransformatoren begrenzt. Sie kann auch auf vier-oder fünfschenkelige Transformatoren und damit auf Manteltransformatoren angewendet werden.

Claims (7)

1. I'ATENTANSPRl"ICHE: i. Transformator, insbesondere Drehstromtränsformator mit unterdrückter oder verminderter fünfter Harmonischer, dadurch gekennzeichnet, daß jede Transformatorwicklung von zwei mehr oder weniger vollständig voneinander getrennten, annähernd gleich großen Flüssen durchsetzt ist, die um etwa 36 - (2n + i) elektrische Grade gegeneinander verschoben sind, wobei n eine beliebige ganze Zahl ist.
2. 2. Transformator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jede Transformatorwicklung von zwei oder mehreren Eisenkernen durchsetzt ist, die durch kurzgeschlossene oder durch regelbare Widerstände, Drosseln od. dgl., überbrückte, vorzugsweise regelbare Wicklungen, durch Zwischenlagen aus elektrisch leitendem Material, wie Kupferbleche od. dgl., durch vorzugsweise einstellbare Luftspalte mehr oder weniger vollkommen magnetisch gegeneinander abgeschirmt sind.
3. 3. Transformator nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Eisenkern aus drei Rahmen (21, 31, 32) besteht, von denen der äußere (31) die in einer Ebene nebeneinanderliegenden inneren Rahmen (21, 32) umschließt. q..
4. Transformator nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Widerstand der kleineren inneren Rahmen (21, 32) durch Luftspalte (5) od. dgl. vergrößert und/oder der magnetische Widerstand des äußeren Rahmens (31) durch Vergrößerung des Eisenquerschnittes, beispielsweise bei 6, verkleinert ist, derart, daß die magnetischen Widerstände der drei Rahmen annähernd gleich sind.
5. 5. Transformator nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der einzelnen Rahmen in zwei oder mehrere Teilrahmen unterteilt ist bzw. daß neben den drei Teilrahmen (21, 31, 32) noch ein zusammenhängender dreischenkeliger Eisenkern angeordnet ist und die magnetischen Widerstände der einzelnen Rahmen derart gewählt bzw. die einzelnen Rahmen in solchem Grade magnetisch gegeneinander abgeschirmt sind, daß sich die einzelnen Teilflüsse, die untereinander verschiedene Phasen haben können, für jede Wicklung in zwei annähernd gleich große resultierende Flüsse zusammenfassen lassen, die in der Phase um etwa 36 - (2n + i) elektrische Grade gegeneinander verschoben sind.
6. 6. Transformator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern aus drei im Dreieck angeordneten Teilkernen besteht, die durch vorzugsweise einstellbare Luftspalte, leitende Zwischenlagen, Wicklungen od. dgl. mehr oder weniger vollkommen gegeneinander abgeschirmt sind.
7. 7. Transformator mit unterdrückter m-ten Harmonischer, dadurch gekennzeichnet, daß jede Transformatorwicklung von mindestens zwei mehr oder weniger vollkommen voneinander getrennten, annähernd gleich großen Teilflüssen durchsetzt ist, die in der Phase um etwa elektrische Grade gegeneinander verschoben sind. B. Transformator zur Unterdrückung der fünften und m-ten Harmonischen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Transformatorwicklung von vier Teilflüssen durchsetzt ist, von denen die Resultierende des einen Teilflußpaares um 36 - (2n + i) Grade gegen die Resultierende des anderen Teilflußpaares in der Phase verschoben ist, während die beiden. Teilflüsse eines Paares um in der Phase voneinander abweichen.