SE506891C2 - Styrbar induktor - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 35 506 891 induktans, är en inkoppling därav i växelspänningskraftled- ningar, vilka har en hög kapacitans uppbyggda däri, exem- pelvis kabelnät. Genom en mellankoppling av en sådan induk- tor kan en induktans av önskad storlek då kopplas till och därigenom reaktansen hos kraftledningen minskas för effek- tivare energiöverföring genom ledningen.

Dessa styrbara induktorer har naturligtvis bara en nyttig inverkan på en växelspänning, men det är inte helt nödvän- digt att huvudlindningen är ansluten till en växelspänning, utan den skulle även kunna vara ansluten till en likspän- ning med överlagrad växelspänning. En nackdel hos tidigare kända sådana styrbara induktorer består i. att växelspän- inducerar en växelspänning i ningen i huvudlindningen styrlindningen med en frekvens som är två gånger den fundamentala frekvensen i. huvudlindningen. Denna spänning ger upphov till övertonsströmmar* i nätet och förorsakar förluster i kärnan.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en styrbar induktor av det inledningsvis definierade slaget, hos vilken ovannämnda problem har långtgående lösts.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att utforma en sådan induktor för anslutning till ett trefas-växelströms- nät och för den skull förse den med för varje fas en huvudlindning för anslutning till fasen, en kärna och en styrlindning, och genom att elektriskt seriekoppla de tre fasernas styrlindningar med varandra.

Tack vare att en och samma styrbara induktor förses med me- del - tande av en styrbar induktans till samtliga tre faser hos huvudlindning, kärna och styrlindning - för anslu- ett växelströmsnät och styrlindningen hos de tre faserna seriekopplas med varandra erhålls en induktor hos vilken de 10 15 20 25 30 35 506 891 genom växelspänningen hos respektive fas i respektive styrlindning inducerade spänningarna kommer att släcka ut varandra, då summan av dessa i den gemensamma seriekopplade styrlindningen blir noll tack vare att fasernas växelspän- ningar är förskjutna. med 120 elektriska grader relativt varandra. Härigenom uppstår ej ovannämnda, till i styrlind- spänningar hänförliga problem, och ningen inducerade styrströmmen i styrlindningen kommer ej att påverkas av växelströmsnätet och. exempelvis i fallet av en likström förbli en likström.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen uppvisar åtminstone en av kärnorna en andra, väsentligen axiellt därigenom passerande styrlindning, vilken är skild från den seriekopplade första. styrlindningen, och den andra styr- lindningen är ansluten till en egen spänningskälla för individuell reglering av styrströmmen däri oberoende av regleringen av styrströmmen i de seriekopplade styrlind- ningarna. På detta sätt uppnås en möjlighet till en gemen- sam reglering av den magnetiska permeabiliteten i alla tre kärnorna genom en reglering av styrströmmen i den serie- inducerade kopplade styrlindningen under undvikande av växelspänningar i denna styrlindning, samtidigt som det tillhandahålls en möjlighet till en individuell reglering av permeabiliteten hos den eller de kärnor som uppvisar en andra styrlindning, varvid då emellertid denna reglering kommer att ge upphov till en inducerad spänning av nämnt slag i just den styrlindningen med övertonsströmmar i den fasens ström och förluster i den kärnan som följd, ehuru dessa problem kommer att bli betydligt mindre än skulle va- rit fallet vid en individuell reglering av' en. kärna för varje fas. Strävan är därvid naturligtvis att i största möjliga mån åstadkomma regleringen via den gemensamma, utföra en att problemen med inducerade spänningar i den kan minimeras. seriekopplade styrlindningen och endast "finreglering" genom den andra styrlindningen, så Under vissa perioder kan det kanhända med fördel avstås ifrån att överhuvudtaget sända någon styrström igenom den v 10 15 20 25 30 35 5íÛ6 891 andra styrlindningen och ha den endast som en reservregler- möjlighet vid stundom uppstående extremsituationer.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är alla tre kärnor försedda med en egen andra styrlindning och därtill reglering. På detta sätt uppnås en möjlighet till individu- ell förutom den gemensamma regleringen, ansluten spänningskälla för nämnd individuell reglering av permeabiliteten hos varje enskild kärna, och konsekvenserna av detta är de som framförts ovan i den just diskuterade utföringsformen.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är de antal varv den första seriekopplade styrlindningen är förd förhållande till motsvarande varvtal hos den andra styrlindningen. Härigenom tillhandahålls genom respektive kärna stort i den huvudsakliga reglerbarheten av den seriekopplade styrlindningen, medan den andra styrlind- ningen tillhandahåller en liten individuell reglerbarhet inom ett begränsat område, och den inducerade spänningens storlek i den andra lindningen, vilken såsom nämnts är proportionell till nämnda varvtal, hålls på en låg nivå och blir en så kallad rippelspänning.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform av uppfin- ningen är den till den andra styrlindningen anslutna spänningskällan en likspänningskälla anordnad att alstra en likström av reglerbar styrka i den andra styrlindningen, medan hos en annan föredragen utföringsform av uppfinningen till likström den styrlindningen är ansluten en att reglerbar styrka i denna styrlindning. Det är i och för sig seriekopplade likspänningskälla anordnad alstra en av brukligt att utnyttja en likström som styrström i styrbara induktorer av detta slag, vilket medför en enkel reglering, men här kan detta göras under bibehållande av denna lik- ström utan någon eller endast oväsentlig inverkan därpå av växelströmsnätets spänning. 10 15 20 25 30 Ifi Üï 506 891 Enligt en annan föredragen utföringsfonn av uppfinningen innefattar induktorn åtminstone en nämnd likspänningskälla som är bipolär och medel styrbara att omkasta tecknet på över styrlindningen via denna spänningen applicerad likspänningskälla. Härigenom blir det möjligt att lösa det uppstàende problemet vid användning av enpolära likspän- ningskällor, hos vilka styrströmmen ökar mycket snabbare än den minskar. Det blir nämligen möjligt att kasta om tecknet på spänningen vid önskan om minskning av styrströmmen och hålla denna så omkastad tills styrströmmen nått den önskade nivån, varvid väsentligen samma hastighet kan uppnås för minskningen av styrströmmen som för ökningen därav.

Enligt en annan föredragen utföringsfonn av uppfinningen innefattar induktorn ett ok av material med hög magnetisk permeabilitet, vilket är gemensamt för och sluter de av respektive huvudlindningar alstrade, väsentligen axiella huvudmagnetflödena genom alla kärnor och bildar huvudmag- netflödesvägar mellan alla kärnor. Härigenom uppnås en mycket god styrbarhet inom ett brett område av induktansen hos den styrbara induktorn, då väsentligen all energi som den lagrar kommer att befinna sig i de styrbara kärnbenen, d.v.s. materia med låg magnetisk permeabilitet, samtidigt som det lnagnetflöde som går igenom respektive kärna kan fördela sig på de båda andra, så att summan av magnet- flödena i varje ögonblick blir noll.

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos uppfinningen framgår av den efterföljande beskrivningen och de övriga osjälvständiga patentkraven.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Här nedan beskrivs såsom exempel anförda föredragna utfö- ringsformer av uppfinningen under hänvisning till bifogade ritningar, pà vilka: 10 15 20 25 30 35 506 891 fig 1 är en förenklad, delvis skuren sidovy av en styrbar induktor enligt en första föredragen utföringsform av uppfinningen, fig 2 är ett förenklat kopplingsschema illustrerande själva styrfunktionen hos en induktor enligt en föredragen utfö- ringsform av uppfinningen, fig 3 är ett diagram som illustrerar sambandet mellan styrström och permeabilitet hos en kärna hos en uppfin- ningsenlig induktor vid gemensam och individuell styrning därav i enlighet med fig 2, fig 4 är ett förenklat schema illustrerande en del av styrlindningarna, nämligen en styrlindning för individuell reglering av permeabiliteten hos en kärna, hos en styrbar induktor enligt uppfinningen, och fig 5a och 5b är två diagram som illustrerar styrströmmens utveckling i beroende av den applicerade styrspänningen över en styrlindning enligt fig 4 vid användande av en enpolär respektive bipolär likspänningskälla.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN I fig 1 illustreras schematiskt hur en uppfinningsenlig in- duktor för anslutning till ett 'trefas-växelströmsnät och med seriekopplade styrlindningar för varje kärna kan se ut.

Induktorn uppvisar en huvudlindning l, en därmed väsentli- gen koaxiellt anordnad kärna 2 och en axiellt genom kärnan sig sträckande styrlindning 3 för varje fas hos trefasnä- tet. Således är varje sådan huvudlindning l ansluten till en egen av faserna hos nämnda växelströmsnät och har en öv- re ände liggande på hög potential, varvid spänningen faller i riktning mot den motsatta, vilken i fig 1 nedre änden, kan vara på jordpotential men inte behöver vara så. Styr- lindningarna 3 är seriekopplade med varandra via schema- v 10 15 20 25 30 35 506 891 tiskt illustrerade, mellan. dessa gående delar 4, varvid dessa delar 4 och de delar av styrlindningarna som går ige- nom kärnorna här är gjorda av plåtar av material med god elektrisk ledningsförmåga, såsom kopparplåtar, varvid en styrlindning i form av sådana plåtar innebär en stabil me- kanisk konstruktion och god möjlighet att leda styrlind- ningarna i önskade banor. De olika kärnorna 2 är magnetiskt förbundna med varandra via vid respektive kärnände anord- nade ok 5 av material med hög magnetisk permeabilitet, vilka är gemensamma för och sluter de av respektive huvud- lindningar alstrade, väsentligen axiella huvudmagnetflödena genom alla kärnor och bildar huvudmagnetflödesvägar mellan alla kärnor. nn En likspänningskälla för alstrande av en likström genom de seriekopplade styrlindningarna är företrädesvis ansluten med sina poler vid 6 respektive 7 i fig 1, varvid dess anslutningar naturligtvis är utförda till olika lager av inbördes isolerade styrlindningsplàtar, så att strömmen löper från den ena av dessa anslutningar och sedan igenom samtliga styrlindningar i hela-den seriekopplade styrlind- ningen och sedan tillbaka till den andra av anslutningarna.

Styrströmmen i styrlindningen 3, 4 kommer att alstra ett tangentiellt riktat, mot det av huvudlindningen alstrade huvudmagnetflödet tvärgående magnetflöde i respektive kärna och på så vis minska dennas permeabilitet för det longitu- dinella magnetflödet från huvudlindningen. Genom ökande av strömmen i styrlindningen kan således kärnans permeabilitet minskas och därmed induktorns induktans minskas. Detta är grundprincipen enligt vilken en styrbar induktor av detta slag fungerar. Typiska storlekar på styrströmmen och spänningen över huvudlindningen är 100-500 A respektive 1- 400 kV.

I fig 2 illustreras hur styrbarheten av en induktor av det i fig 1 visade slaget kan vara realiserad enligt en före- dragen utföringsform av uppfinningen, varvid det visas att de tre styrlindningarna 3 hos respektive kärna och därmed w 10 15 20 25 30 35 506 891 för respektive fashuvudlindning 1 är seriekopplade med var- andra och anslutna till en gemensam reglerbar likspän- eller rättare ningskälla 8. Därtill är alla tre faserna, sagt kärnorna, försedda med en andra, väsentligen axiellt därigenom passerande styrlindning 9, vilken är skild från den seriekopplade första styrlindningen och är ansluten till en egen reglerbar likspänningskälla l0 för individu- ella reglering av styrströmmen. däri oberoende av regle- ringen av styrströmmen i de seriekopplade styrlindningarna.

Det är ju den magnetiska permeabiliteten i respektive kärna som regleras genom varierande av styrströmmen därigenom, och i fig 3 illustreras hur permeabiliteten P minskar med ökande styrström I, varvid inom ett första, större område, vilket _ ten är avsedd att regleras genom varierande av styrströmmen är indikerat med den längre pilen ll, permeabilite- igenom den seriekopplade styrlindningen, i vilken av nätets spänning inducerade spänningar släcker ut varandra, och en individuell reglering av permeabiliteten är avsedd att ske inom ett mindre område, vilket är indikerat genom den kor- tare pilen 12, och denna individuella reglering ger upphov till dylika inducerade spänningar i respektive andra styr- lindning. Ett betydligt färre antal lindningsvarv i. den andra styrlindningen än i den första medför små inducerade kallade gånger nätets fundamentala frekvens i den andra styrlind- växelspänningar, så rippelspänningar, med två ningen. Pilen 12 kan egentligen ersättas av en dubbelpil riktad åt motsatt håll från den streckade linjen pil ll slutar vid för snabb reglering av permeabiliteten i respek- tive kärna genom plus- eller minuspáverkan via den andra styrlindningen. Vanligtvis torde dock den andra styrlind- ningen endast användas för reglering i permeabilitets- minskande riktning för att inte skapa onödiga värmeförlus- ter i styrlindningarna.

I fig 4 “visas hur en reglerbar likspänningskälla 10 är ansluten till en styrlindning 9 för reglerande av permeabi- liteten hos en kärna hos induktor av ovan Det en styrbar diskuterat slag. illustreras vidare i fig 5a hur w 10 15 20 25 506 891 styrströmmen I utvecklas över tiden i beroende av den över styrlindningen via likspänningskällan 10 lagda spänningen U, därest likspänningskällan är enpolär. Det framgår att en ökning av styrströmmen sker mycket snabbare än en minsk- så att anpassbarheten till önskad styrströmsnivå 13 rådande ning, blir styrströmmen än om ökande därav. sämre vid önskan om minskande av den I fig 5b illustreras emellertid vad som händer, därest, som fallet är hos en föredragen utföringsform av uppfinningen, likspänningskällan 10 är bipolär och därmed tecknet på den över styrlindningen applicerade spänningen kan omkastas när så önskas, och av detta diagram framgår att* en sådan möjlighet till omkastning av spänningen över styrlindningen tills styrströmmen minskats till en önskad nivå 13 resulte- rar i en lika hög reglerhastighet uppåt som nedåt av styrströmmen. En sådan bipolär likspänningskälla kan anslutas till de andra styrlindningarna 9 och/eller till de seriekopplade första styrlindningarna 3.

Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna föredragna utföringsformerna, utan en mängd möjligheter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fackman på området, utan att denne för den skull avviker från uppfinningens grundtanke.

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 10 506 891 mena-Jimi

1. Styrbar induktor innefattande åtminstone en rörformig kärna (2), en kärnan omgivande huvudlindning (1) och en vä- sentligen axiellt styrlindning (3), ning till ett trefas-växelströmsnät och för den skull för igenom kärnan passerande kännetecknad därav, att den är utformad för anslut- varje fas (14-16) uppvisar en huvudlindning (l) för anslut- ning till fasen, en kärna (2) och en styrlindning (3), och att de tre fasernas styrlindningar är elektriskt seriekopp- lade med varandra. Wgärav, att

2. Induktor kännetecknad åtminstone en av kärnorna (2) uppvisar en andra, väsentli- enligt krav 1, gen axiellt därigenom passerande styrlindning (9), vilken är skild från den seriekopplade första styrlindningen (3), och att den andra styrlindningen är ansluten till en egen spänningskälla (10) för individuell reglering av styrström- men däri oberoende av regleringen av styrströmmen i de seriekopplade styrlindningarna.

3. Induktor enligt krav 2, kännetecknad därav, att alla tre kärnorna (2) är försedda med en egen andra styrlindning (9) och därtill ansluten spänningskälla (10) för nämnd individuell reglering.

4. Induktor enligt krav 2 eller 3, kännetecknad därav, att de antal varv den första seriekopplade styrlindningen (3) är förd genom respektive kärna (2) är stort i förhål- lande till motsvarande varvtal hos den andra styrlindningen (9). kännetecknad

5. Induktor kraven 2-4, att den till den andra styrlindningen (9) anslutna enligt något av därav, spänningskällan (10) är en likspänningskälla anordnad att alstra en likström av reglerbar styrka i den andra styr- lindningen. 10 15 20 25 30 ll 506 891

6. Induktor enligt något av kraven 1-5, kännetecknad därav, att den seriekopplade styrlindningen (3) är ansluten till en (8) anordnad att alstra en likström av reglerbar styrka i denna styrlindning. likspänningskälla kännetecknad att den innefattar åtminstone en nämnd likspänningskälla (8, 10) tecknet på spänningen applicerad över styrlindningen via

7. Induktor enligt krav 5 eller 6, därav, som är bipolär och medel styrbara att omkasta denna likspänningskälla.

8. Induktor enligt krav 5 och 7, kännetecknad därav, att nämnda bipolära likspänningskälla (10) är den som är ansluten till den andra styrlindningen (9).

9. Induktor enligt krav 6 och 7, kännetecknad därav, att nämnda bipolära likspänningskälla (10) är den som är ansluten till den seriekopplade styrlindningen (3).

10. Induktor enligt något av kraven 1-9, kännetecknad därav, att den innefattar ett ok (5) av material med hög magnetisk permeabilitet, vilket är gemensamt för och sluter de av respektive huvudlindningar (l) alstrade, väsentligen axiella huvudmagnetflödena igenom alla kärnor (2) och bildar huvudmagnetflödesvägar mellan alla kärnor.

11. Induktor enligt något av' kraven 1-10, kännetecknad därav, att åtminstone den seriekopplade styrlindningen (3) är bildad av plåtar av material med god elektrisk lednings- förmåga.