Anordnung zum Oberwellenausgleich bei Transformatoren und Drosselspulen. Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Oberwellenausgleich bei Transforma- toren und Drosselspulen, insbesondere bei Ge räten mit durch drei teilbarer Phasenzahl. Es wurde bereits vorgeschlagen, in einem Trans formator oder in einer Drosselspule mehrere in der Phase gegeneinander verschobene graftflusssysteme vorzusehen, die in ihrer Phasenlage gegeneinander so eingestellt wer den, dass die Anordnung das Netz mit ge- wissen Oberwellen nicht belasten kann.
Es macht nun Schwierigkeiten, die Eisenquer schnitte und Windungszahlen derart einzu stellen und abzugleichen, dass der Oberwellen ausgleich in der richtigen Grösse erfolgt und unter allen Betriebsbedingungen gewahrt bleibt. Man kann zwar zur Einstellung des Ausgleiches aus Teilen des Eisenpfades Ble che herausnehmen oder einfügen. Dieses Ver fahren ist aber umständlich und zeitraubend.
Diese Schwierigkeiten werden gemäss der Erfindung dadurch vermieden, dass die zum Oberwellenausgleich dienenden Kraftfluss- systeme, die in der Phase gegen das Kraft- flussgrundsystem versetzt sind, in ihrer Grösse und Phasenlage mittels einer Hilfswicklung regelbar sind, wozu sie mindestens einen freien magnetischen Rückschluss haben.
Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
In Fig.1 ist ein dreischenkliger Eisen kern mit den Schenkeln 1, 2, 3 dargestellt, die ausser den Transformator- oder Drossel wicklungen zum Anschluss einer einphasigen Hilfswicklung 4 eine Sekundärwicklung tra gen können. Natürlich kann die einphasige Hilfswicklung 4 auch an Leistungswicklun gen 5 des Transformators in Sparschaltung angeschlossen werden. Die einphasige Hilfs wicklung liegt auf dem geschlitzten Joch des Eisenkernes. Das Joch ist durch den Luft spalt 6 in die drei Teile 7, 8, 9 aufgespalten.
Um die erfindungsgemässe Regelung zu er zielen, hat die einphasige Hilfswicklung 4 stufenweise schaltbare Anzapfun-en, oder die Enden der llilfswieli:lung erden an gleich zeitig oder nacheinander stufenweise schalt bare Anzapfungen der Hauptwicklung 5 an geschlossen, so dass auch eine unsymmetrische Regelung ermöglicht wird.
Die Regelschalter sind in Fig. 1 mit 50 und 51 liezeichii@,t. Durch Zierstellen des Spannungsbegriffes er hält man die im Diagramm Fig. 2 dar- Crestellten Zustände. Die Flussvektoren der Hauptschenkel sind mit 10, 11 und 12 be zeichnet.
Sie stellen das Kraftflussgrund- system dar und bilden ein geschlossenes Vek- tordreieck. Der Flussvektor der einphasigen Hilfswicklung 7 ist durch 70 angedeutet.. Wird dieser Fluss zusätzlich in den Eisenkern eingeführt, dann stellen sieh als Ausgleich flüsse zwei Flüsse ein, deren Vektoren in Fig. 2 mit 13 und 14 bezeichnet sind und die in den Jochteilen 8 und 9 fliessen. Wenn nun die Erregung der Hilfswicklung vergrössert wird, d. h. wenn man den Flussvektor 7 0 ver längert, z.
B. um die Regelgrösse 15, dann ändern sich die Flüsse 13 und 14 nach Grösse und Phasenlage und gehen etwa in die ge strichelte Lage 13', 14' über. Auf diese VTeise lassen sich auch unsymmetrische Oberwellen ausgleichen, die durchHerstellungsungenauig- keiten der Wicklungen, ihrer Streuungen und der einzelnen Eisenpfade hervorgerufen wer den und deren genaues Abgleichen auf fabri- katorische Schwierigkeiten stösst.
Will man auf die Schaltung von Stufen verzichten, so kann man auch, wie Fig.3 zeigt, in den greis der Hilfswicklung 7 einen regelbaren Transformator, zum Beispiel einen Spartransformator oder einen Zweiwieklungs- transformator einschalten. Mindestens ein Transformatoranschluss ist regelbar durch stufenweise Schaltung von Wicklungsanzap- fungen. In Fig. 3 ist der Hilfstransformator, der einen vom Haupttransformator getrenn ten oder mit diesem gemeinsamen Eisenkern haben kann, mit 16 bezeichnet.
Seine Primär wicklung 17 liegt in den beiden Aussenphasen des Netzes oder an Teilpotentialen der Hauptwicklungen 18. Die Sekundärwicklung 19 des Hilfstransformators 16 ist durch schaltbare Anzapfungen mittels Stufen schalter 20 regelbar.
Gemäss Fig.4 ist die einphasige Hilfs wicklung 7 über einen Wechselstromwider- stand 21, der rein ohmisch, kapazitiv, induk tiv oder gemischt sein kann, angeschlossen.
In Fig.5 ist ein Beispiel enthalten für einen Oberwellenausgleich mittels einer drei- phasigen Hilfswicklung, deren Teile auf den beiden Jochen des Eisenkernes verteilt unter gebracht sind, so dass auf jedem Joch für die Restflüsse der erforderliche Rückschluss vor- ha.nden ist. Die beiden Joche 22 und 23 haben je einen magnetischen Schlitz 24. Die eine Phase der Hilfswicklung liegt auf dem Joch teil 25 des Joches 23, so dass die Teile 26 und 2 7 den Rückschluss bilden.
Die beiden andern Phasen der Hilfswicklung 28 und 29 liegen auf den Jochteilen 30 und 31, so dass der Jochteil 32 für die Flüsse dieser Phasen wicklungen den Rückschluss bildet.. Die Pha sen der Hilfswicklung werden am besten in Dreieckschaltung betrieben und an Anzap- fungen der Hauptwicklung 33 mittels Regel schalter 34 angeschlossen. Natürlich können auch besondere, die Hilfswicklung speisende Sekundär- oder Tertiärwicklungen auf dem Eisenkern angeordnet sein.
Gemäss Fig.6 ist das Eisenkernjoch so # -tus- -ebildet, dass die. in Dreieck geschalteten Hilfswicklungsteile 35, 36 und 37 auf Joch- teilen liegen, von denen jedes seinen magne tischen Rückschluss hat. Die magnetischen Rückschlüsse sind durch die Teile 38, 39 und 40 gegeben.
Die gleiche Anordnung, die auf dem obern Joch des Eisenkernes getroffen wird, kann auch auf dem untern Joch vor handen sein.
Sind die Wicklungen, an denen die regel bare Spannung abgegriffen wird, in Dreieck geschaltet, so ergibt sich für eine einphasige Hilfswicklung die Schaltung gemäss Fig. 7. Dabei können auch die Haupttvicklungen 41 regelbar sein. Mit den Stufenschaltern 42 wird die regelbare Spannung für die Hilfs wicklung 43 abgegriffen.
Wenn der Oberwellenausgleieh in Ab hängigkeit von Spannungsschwankungen selbsttätig erfolgen soll, empfiehlt sich die Steuerung der Regelapparate, zum Beispiel der Stufenschalter von Spannungsrelais aus, oder von Relais, deren Stellung und An sprechgrenze vom durchgehenden Strom ab hängt. Diese stromabhängigen Relais liegen im Zuge der Hilfswicklungen oder in den Zu leitungen zu den Hilfswicklungen. An Stelle der stromabhängigen Relais können auch stromabhängige Widerstände in den Kreis der Hilfswicklung, in Reihe oder parallel mit ,diesen eingeschaltet sein.
Als stromabhängige Widerstände können beispielsweise Materialien verwendet werden, deren Widerstand sich bei der durch den Stromdurchgang bedingten Erwärmung stark ändert, also Materialien mit höherem Tempe raturkoeffizienten der Leitfähigkeit.
Um in der Hilfswicklung die gewünschte Oberwelle gegenüber der Grundwelle heraus zuheben, können in dem Stromkreis der Hilfs wicklung Drosselspulen und Kondensatoren in Reihen-, Parallelschaltung oder gemischter Schaltung verwendet werden. Solche Reso nanzschaltungen haben bekanntlich einen starken frequenzabhängigen Widerstand. Bei einer bestimmten Frequenz, der Resonanz frequenz, arbeiten sie nur mit einem verhält nismässig kleinen ohmschen Widerstand.
Bei kleineren Frequenzen tritt zu diesem ohm- sehen Widerstand ein mit absinkender Fre quenz zunehmender kapazitiver, bei grösserer Frequenz ein mit steigender Frequenz zu- riehmender induktiver Widerstand hinzu. Ge mischte Schaltungen mit Drosselspulen und Kondensatoren haben bekanntlich mehrere Resonanzpunkte und dazwischen Punkte mit erhöhtem kapazitiven bezw. induktiven Wi derstand.
Stimmt man nun die Anordnung so ab, dass die Frequenz einer oder mehrerer Oberwellen mit dem oder den Resonanzpunk ten zusammenfällt, dann wird die betreffende Oberwelle gegenüber der Grundwelle stark hervorgehoben.
In Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel ge zeigt, bei dem die Hilfswicklungsteile 45 bis 47 nicht angeschlossen werden. Die Einstel lung erfolgt mit Hilfe der Stufenschaltein- richtungen 48, mit denen ein, zwei oder alle drei Hilfswicklungsteile 45 bis 47 ausgerüstet sein können. Die Schaltung der Schenkel- wicklungen. 49 ist beliebig.
Arrangement for harmonic compensation in transformers and reactors. The invention relates to an arrangement for harmonics compensation in transformers and reactors, in particular in devices with a number of phases divisible by three. It has already been proposed to provide several graft flow systems shifted in phase with respect to one another in a transformer or in a choke coil, the phase position of which is adjusted so that the arrangement cannot load the network with certain harmonics.
It is now difficult to adjust the iron cross-sections and the number of turns in such a way that the harmonics are balanced in the correct size and are maintained under all operating conditions. You can remove or insert sheet metal to adjust the compensation from parts of the iron path. This process is cumbersome and time consuming.
According to the invention, these difficulties are avoided in that the power flow systems used for harmonics compensation, which are offset in phase from the basic power flow system, can be controlled in their size and phase position by means of an auxiliary winding, for which purpose they have at least one free magnetic return path.
The figures show exemplary embodiments of the invention.
In Fig.1, a three-legged iron core is shown with the legs 1, 2, 3, the windings other than the transformer or choke for connecting a single-phase auxiliary winding 4 can carry a secondary winding. Of course, the single-phase auxiliary winding 4 can also be connected to power windings 5 of the transformer in an economy circuit. The single-phase auxiliary winding lies on the slotted yoke of the iron core. The yoke is split through the air gap 6 into the three parts 7, 8, 9.
In order to achieve the regulation according to the invention, the single-phase auxiliary winding 4 has stepwise switchable taps, or the ends of the auxiliary winding are connected to taps of the main winding 5 that can be switched simultaneously or successively, so that asymmetrical regulation is also possible .
The control switches are shown in Fig. 1 with 50 and 51 liezeichii @, t. By decorating the term "voltage", the states shown in the diagram in FIG. 2 are obtained. The flow vectors of the main legs are marked 10, 11 and 12 be.
They represent the basic power flow system and form a closed vector triangle. The flux vector of the single-phase auxiliary winding 7 is indicated by 70 .. If this flux is also introduced into the iron core, then see two fluxes as compensation fluxes, whose vectors are denoted in Fig. 2 with 13 and 14 and those in the yoke parts 8 and 9 flow. If now the excitation of the auxiliary winding is increased, i. H. if one extends the flux vector 7 0 ver, z.
B. around the controlled variable 15, then the flows 13 and 14 change according to size and phase position and go about in the ge dashed position 13 ', 14'. In this way, it is also possible to compensate for asymmetrical harmonics that are caused by inaccuracies in the manufacture of the windings, their scatter and the individual iron paths, and the precise matching of these leads to manufacturing difficulties.
If you want to do without the switching of stages, you can also, as FIG. 3 shows, switch on a controllable transformer, for example an autotransformer or a two-way transformer, in the middle of the auxiliary winding 7. At least one transformer connection can be regulated by stepwise switching of winding taps. In Fig. 3, the auxiliary transformer, which is separated from the main transformer th or can have a common iron core, denoted by 16.
Its primary winding 17 is in the two external phases of the network or at partial potentials of the main windings 18. The secondary winding 19 of the auxiliary transformer 16 can be regulated by switchable taps by means of step switch 20.
According to FIG. 4, the single-phase auxiliary winding 7 is connected via an alternating current resistor 21, which can be purely ohmic, capacitive, inductive or mixed.
FIG. 5 shows an example of harmonic compensation by means of a three-phase auxiliary winding, the parts of which are distributed over the two yokes of the iron core, so that the necessary inference for the residual flows is present on each yoke. The two yokes 22 and 23 each have a magnetic slot 24. One phase of the auxiliary winding lies on the yoke part 25 of the yoke 23, so that the parts 26 and 27 form the return path.
The other two phases of the auxiliary winding 28 and 29 lie on the yoke parts 30 and 31, so that the yoke part 32 forms the conclusion for the fluxes of these phase windings. The phases of the auxiliary winding are best operated in delta connection and at taps of the Main winding 33 connected by means of control switch 34. Of course, special secondary or tertiary windings that feed the auxiliary winding can also be arranged on the iron core.
According to Figure 6, the iron core yoke is so # -tus- formed that the. Auxiliary winding parts 35, 36 and 37 connected in a triangle lie on yoke parts, each of which has its magnetic inference. The magnetic conclusions are given by the parts 38, 39 and 40.
The same arrangement that is made on the upper yoke of the iron core can also be present on the lower yoke.
If the windings at which the controllable voltage is tapped are connected in delta, the circuit according to FIG. 7 results for a single-phase auxiliary winding. The main windings 41 can also be controllable. With the step switches 42, the controllable voltage for the auxiliary winding 43 is tapped.
If the harmonic compensation is to take place automatically in dependence on voltage fluctuations, it is advisable to control the regulating devices, for example the tap changer, from voltage relays, or from relays whose position and response limit depend on the current flowing through them. These current-dependent relays are located in the course of the auxiliary windings or in the lines to the auxiliary windings. Instead of the current-dependent relay, current-dependent resistors can also be switched on in the circuit of the auxiliary winding, in series or in parallel with it.
As current-dependent resistors, materials can be used, for example, whose resistance changes greatly when the heating caused by the passage of current is increased, that is to say materials with a higher temperature coefficient of conductivity.
In order to highlight the desired harmonic in the auxiliary winding compared to the fundamental wave, inductors and capacitors can be used in series, parallel or mixed connections in the circuit of the auxiliary winding. Such resonance circuits are known to have a strong frequency-dependent resistance. At a certain frequency, the resonance frequency, they only work with a relatively small ohmic resistance.
At lower frequencies, this ohmic resistance is supplemented by a capacitive resistance that increases as the frequency drops, and an inductive resistance that increases as the frequency rises at higher frequencies. Ge mixed circuits with inductors and capacitors are known to have several resonance points and points in between with increased capacitive BEZW. inductive resistance.
If the arrangement is now coordinated in such a way that the frequency of one or more harmonics coincides with the resonance point or points, then the relevant harmonic is strongly emphasized compared to the fundamental.
In Fig. 8, an embodiment is ge shows in which the auxiliary winding parts 45 to 47 are not connected. The setting takes place with the aid of the step switching devices 48, with which one, two or all three auxiliary winding parts 45 to 47 can be equipped. The circuit of the leg windings. 49 is arbitrary.