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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Blindleistungskompensation in einem wenigstens einen Phasenleiter aufweisenden Hochspannungsnetz mit wenigstens einem ersten Hochspannungsanschluss, der zur Verbindung mit jeweils einem Phasenleiter eingerichtet ist, wobei für jeden ersten Hochspannungsanschluss ein erster und ein zweiter Kernabschnitt, die Teil eines geschlossenen Magnetkreises sind und in einem Tank angeordnet sind, eine erste Hochspannungswicklung, die den ersten Kernabschnitt umschließt, und eine zweite Hochspannungswicklung, die den zweiten Kernabschnitt umschließt und parallel zur ersten Hochspannungswicklung geschaltet ist, wenigstens ein Sättigungsschaltzweig, der zum Sättigen der Kernabschnitte eingerichtet ist und ansteuerbare Leistungshalbleiterschalter aufweist, und eine Steuerungseinheit zum Ansteuern der Leistungshalbleiterschalter vorgesehen sind, wobei die erste und die zweite Hochspannungswicklung an den ersten Hochspannungsanschluss angeschlossen und mit einem oder dem Sättigungsschaltzweig verbindbar sind.
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Eine solche Vorrichtung ist aus der
EP 3 168 708 A1 bereits bekannt. Dort ist ein so genannter „Full Variable Shunt Reactor“ (FVSR) offenbart. Die vorbekannte Vorrichtung verfügt über zwei einander parallel geschaltete Hochspannungswicklungen je Phase, die jeweils einen Kernschenkel eines geschlossenen Eisenkerns umschließen und an ihrem Hochspannungsende an einen Phasenleiter eines Hochspannungsnetzes angeschlossen sind. Die Niederspannungsseiten der Hochspannungswicklungen sind mit Hilfe eines Transistorschalters entweder mit einem zweckmäßig polarisierten Umrichter oder direkt mit einem Erdanschluss verbindbar. Der Umrichter ist zum Erzeugen eines Gleichstroms in der mit ihm verbundenen Hochspannungswicklung eingerichtet. Dabei wird der Gleichstrom so eingestellt, dass der von der Wicklung umschlossene Kernschenkel in einen gewünschten Sättigungszustand getrieben wird. In diesem Sättigungszustand weist das Kernmaterial beispielsweise eine sehr kleine magnetische Permeabilität auf, wodurch sich der magnetische Widerstand der Wicklung erhöht und deren Induktivität abgesenkt wird. Die Sättigung der besagten Kernabschnitte ist polarisationsabhängig, so dass ein über die Wicklungen fließender Wechselstrom je nach seiner Polarisierung im Wesentlichen nur über eine der beiden Hochspannungswicklungen fließt. So fließt beispielsweise ein positiver Wechselstrom über die erste Hochspannungswicklung während ein negativer Wechselstrom über die zweite Hochspannungswicklung zur Erde hin abfließt. Wird der Strom nur über eine Hochspannungswicklung getrieben, kann die jeweils andere Wicklung, die gerade nicht vom Wechselstrom durchströmt wird, mit einem Gleichstrom beaufschlagt werden, um den von ihr umschlossenen Kernschenkel in dem gewünschten Maß zu sättigen.
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Der vorbekannten Vorrichtung haftet der Nachteil an, dass diese nur in Parallelschaltung mit dem oder den Phasenleitern des Versorgungsnetzes verbunden werden kann. Bei einer parallel geschalteten Vorrichtung ist diese mit ihrer einen Seite an das Hochspannungspotenzial des Phasenleiters angeschlossen, wobei die vom Hochspannungsanschluss abgewandte Seite auf Erdpotenzial liegt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten bereitzustellen, bei seriell ins Hochspannungsnetz geschaltet werden kann und die weiterhin kostengünstig ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen zweiten Hochspannungsanschluss, der ebenfalls zum Anschluss an den besagten Phasenleiter vorgesehen ist und über einen oder jeden Sättigungsschaltzweig oder direkt mit den Hochspannungswicklung verbunden ist, wobei jeder Sättigungszweig außerhalb des Tanks angeordnet und gegenüber Erdpotential elektrisch isoliert aufgestellt ist.
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Im Rahmen der Erfindung ist der zweite Anschluss ein Hochspannungsanschluss. Dieser zweite Hochspannungsanschluss ist ebenfalls zur Verbindung mit dem Phasenleiter vorgesehen, so dass die gesamte Vorrichtung in Reihe in den jeweiligen Phasenleiter geschaltet ist. Der Sättigungsschaltzweig kann im Rahmen der Erfindung direkt, also - mit Ausnahme von Durchführungen - ohne Zwischenschaltung weiterer Komponenten oder Bauteile, mit dem zweiten Hochspannungsanschluss verbunden sein. Alternativ dazu ist es im Rahmen der Erfindung jedoch auch möglich, weitere Komponenten im Strompfad zwischen dem Sättigungsschaltzweig und dem zweiten Hochspannungsanschluss anzuordnen.
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Die oder der Sättigungsschaltzweig ist im Rahmen der Erfindung außerhalb des Tanks isoliert aufgestellt und beispielsweise auf einer Hochspannungsplattform angeordnet, wobei die Sättigungszweige mit ihren Leistunghalbleiterschaltern und Leistungselektronik beim Betrieb auf einem Hochspannungspotential liegen können. Dies erleichtert die Verbindung mit den Hochspannungswicklungen im Tank. Zwischen den auf der Hochspannungsplattform angeordneten Komponenten treten Spannungsabfälle, beispielsweise im Mittelspannungsbereich von 1 kV bis 50 kV, auf. Diese Mittelspannungsabfälle sind jedoch im Vergleich zu Hochspannungsabfällen von in der Regel 100 kV bis 800 kV kostengünstiger zu handhaben, wobei die dazu verwendeten Komponenten aus der Mittelspannungstechnik bekannt sind. Auf der Hochspannungsplattform können im Rahmen der Erfindung weitere Komponenten, beispielsweise kapazitive Bauteile und dergleichen, angeordnet sein.
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Gemäß einer ersten Variante der Erfindung sind die erste und zweite Hochspannungswicklung mit dem ersten Hochspannungsanschluss verbunden. Zwischen dem ersten Hochspannungsanschluss und den Hochspannungswicklungen können zusätzliche Bauteile oder Komponenten zugeordnet sein.
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Allerdings ist zwischen dem zweiten Hochspannungsanschluss und den Hochspannungswicklungen kein Sättigungszweig angeordnet.
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Dadurch, dass jede Hochspannungswicklung in einem mit einem Isolierfluid befüllten Tank und jeder Sättigungsschaltzweig außerhalb des Tanks angeordnet sind, kann der Tank mit seinen induktive Komponenten und die leistungselektronischen Komponenten des Sättigungsschaltzweiges unabhängig voneinander hergestellt und transportiert werden können. Die induktiven Komponenten umfassen neben dem Tank auf Erdpotential die im Betrieb auf einem Hochspannungspotential liegenden Hochspannungswicklungen, die in dem Tank angeordnet sind. Zur Isolierung und Kühlung dient das flüssige oder gasförmige Isolierfluid, das darüber hinaus auch zur Kühlung der Hochspannungswicklungen dient. Gemäß dieser Variante ist es nicht mehr erforderlich die Leistungselektronik des isoliert aufgeständerten Sättigungszweiges hochspannungsfest aufzustellen oder zu isolieren. Auf der Hochspannungsplattform unterscheiden sich die elektrischen Potentiale der dort angeordneten Komponenten lediglich im Bereich von 1 bis 52 kV. Die besagten Komponenten können daher näher zueinander aufgestellt werden als bei höheren Spannungen. Dies führt zu einer kompakteren Vorrichtung und reduzierten Kosten.
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Vorteilhafterweise ist jeder Sättigungsschaltzweig auf einer elektrisch isoliert aufgestellten Hochspannungsplattform angeordnet.
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Bei diesen Varianten ist es ferner vorteilhaft, wenn jeder Sättigungsschaltzweig über wenigsten eine Hochspannungsdurchführung mit der oder den Hochspannungswicklungen verbunden ist. Die Hochspannungsdurchführungen ermöglichen den Anschluss des jeweiligen Sättigungsschaltzweiges an die Komponenten der Vorrichtung, die in dem Tank angeordnet sind.
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Als Isolierfluid kommt beispielsweise ein mineralisches Öl, ein Esteröl oder dergleichen in Betracht. Es können unterschiedliche Isolierfluids in verschiedenen Tanks vorgesehen sein. Bevorzugt ist jedoch das Isolierfluid in allen Tanks das gleiche. Das Isolierfluid kann abweichend davon auch als Schutzgas ausgeführt sein. Mehrere Tanks sind beispielsweise erforderlich, wenn für jede Phase des Hochspannungsnetzes ein Tank vorgesehen ist.
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Vorteilhafterweise verfügt wenigstens eine Hochspannungswicklung über einen Mittenanschluss, über die die besagte Hochspannungswicklung an einen oder den einen Sättigungszweig angeschlossen ist. Die Wicklungsenden der Hochspannungswicklungen sind dabei mit dem ersten beziehungsweise zweiten Hochspannungsanschluss verbunden.
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Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung weist jede Hochspannungswicklung einen Mittenanschluss auf, der mit einem oder dem Sättigungsschaltzweig verbunden ist.
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Vorzugsweise verfügt jeder Sättigungsschaltzweig über wenigstens ein zweipoliges Submodul mit einer Brückenschaltung, die über Leistungshalbleiterschalter und eine Gleichspannungsquelle verfügt, so dass je nach Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter die Gleichspannungsquelle entweder in Reihe zu wenigstens einer Hochspannungswicklung schaltbar oder überbrückbar ist. Die Gleichspannungsquelle stellt bei zweckmäßiger Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter dann die notwenigen Spannungen und Gleichströme zum Sättigen des Kerns der Hochspannungswicklungen bereit.
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Bevorzugt ist jedes Submodul als Vollbrückenschaltung ausgebildet, die einen ersten Reihenschaltungszweig und einen zweiten Reihenschaltungszweig aufweist, die der Gleichspannungsquelle jeweils parallel geschaltet sind. Jeder Reihenschaltungszweig weist eine Reihenschaltung aus zwei Leistungshalbleiterschaltern auf, wobei der Potenzialpunkt zwischen den Leistungshalbleiterschaltern des ersten Reihenschaltungszweiges mit einer ersten Anschlussklemme des Submoduls und der Potenzialpunkt zwischen den Leistungshalbleiterschaltern des zweiten Reihenschaltungszweigs mit der zweiten Anschlussklemme des Submoduls verbunden ist. Vollbrückenschaltungen ermöglichen eine Polarisationsumkehr an den Anschlussklemmen, die mit einer so genannten Halbbrückenschaltung, die lediglich einen Parallelzweig mit zwei Leistungshalbleiterschaltern aufweist, nicht möglich ist.
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Bevorzugt ist jeder Leistungshalbleiterschalter ein IGBT mit gegensinnig parallel geschalteter Freilaufdiode, ein so genannter GTO oder ein Transistorschalter. Vorteilhaft ist im Rahmen der Erfindung, dass jeder Leistungshalbleiterschalter sowohl von seiner Unterbrecherstellung, in der ein Stromfluss über den Leistungshalbleiterschalter nicht möglich ist, in seine Durchlassstellung oder umgekehrt überführbar ist, in der ein Stromfluss über den Leistungshalbleiterschalter ermöglicht ist. Solche Leistungshalbleiterschalter werden auch abschaltbare Leistungshalbleiterschalter genannt, die sogar einen über sie fließenden Kurzschlussstrom unterbrechen können, wenn geeignete Maßnahme getroffen wurden, um die dabei entstehenden Energien abzubauen.
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Bevorzugt ist jede Gleichspannungsquelle ein Energiespeicher. Als Energiespeicher kommen vorteilhafterweise elektrische Energiespeicher in Betracht, die vorzugsweise unipolar sind. So kommen als Energiespeicher beispielsweise Kondensatoren, Superkondensatoren, supraleitende Spulen, Batterieakkumulatoren, Supercaps oder dergleichen in Betracht. Die aufgezählten oder andere Energiespeicher können in einem Submodul einzeln auftauchen oder aber mehrere von ihnen sind in Reihe geschaltet. Auf diese Reihenschaltung wird im Rahmen der hier vorliegenden Erfindung mit dem Begriff „Energiespeicher“ insgesamt Bezug genommen.
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Zweckmäßigerweise ist der Energiespeicher mit einer Ladeeinheit zum Aufladen des Energiespeichers verbunden. Bevorzugt ist der Energiespeicher an ein Versorgungsnetz anschließbar. Dies erfolgt zweckmäßigerweise über eine Ladeeinheit, die im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein kann. Wesentlich ist jedoch, dass über die Ladeeinheit dem Versorgungsnetz Energie entnommen und in dem Energiespeicher gespeichert werden kann. Diese Energie ermöglicht dann den Stromfluss zur Sättigung der jeweiligen Hochspannungswicklung.
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Zweckmäßigerweise sind Zusatzwicklungen vorgesehen, die induktiv mit den Hochspannungswicklungen gekoppelt sind, wobei die Zusatzwicklungen mit wenigstens einem kapazitiv wirkenden Bauteil verschaltet sind. Die Zusatzwicklungen sind im Rahmen der Erfindung mit wenigstens einer der Hochspannungswicklungen des FVSR induktiv gekoppelt. Dabei sind die Zusatzwicklungen mit einem kapazitiv wirkenden Bauteil verschaltet. Mit dem Begriff „verschaltet“ ist gemeint, dass jedes kapazitiv wirkende Bauteil galvanisch entweder direkt oder über ein elektrisches Bauteil, wie beispielsweise eine Schalteinheit mit wenigstens einer der Zusatzwicklungen verbunden ist. Das kapazitive Bauteil, beispielsweise ein Kondensator oder eine mit Kondensatoren ausgerüstete „Flexible AC Transmission System“ (FACTS) - Komponente, wie beispielsweise ein „Static Synchronous Compensator“ (STATCOM), kann so Einfluss auf den Grad und Richtung einer Blindleistungskompensation nehmen. Die FVSR dient in erster Linie der Lastflussregelung, der Strombegrenzung oder der dynamischen Filterung.
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Zweckmäßigerweise weist das kapazitive Bauteil Kondensator oder eine Kondensatorbatterie auf.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Bauteile verweisen und wobei
- 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung,
- 2 die Sättigungsschaltzweige der Vorrichtung gemäß 1,
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- 4 ein weitere Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit aufgeständerten Sättigungsschaltzweigen,
- 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
- 6 noch weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigen.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die einen mit einem Isolierfluid befüllten Tank 2 aufweist. Als Isolierfluid kommen mineralische Öle, aber auch Esterflüssigkeiten oder dergleichen in Betracht. Auch gasförmige Isolierfluide sind im Rahmen der Erfindung möglich.
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Das Isolierfluid stellt zum einen die notwendige Spannungsfestigkeit für Bauteile der Vorrichtung 1, die auf einem Hochspannungspotenzial liegen, gegenüber dem Tank 2 bereit, der auf Erdpotenzial liegt. Darüber hinaus dient das Isolierfluid zur Kühlung der beim Betrieb Wärme entwickelnden Komponenten. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Tank mit einer Esterflüssigkeit befüllt.
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Innerhalb des Tanks 2 ist ein Kern angeordnet, der aus einem magnetisierbaren Material, bevorzugt einem ferromagnetischen Material wie beispielsweise Eisen besteht. Zur Vermeidung von Wirbelströmen, ist der Kern an flächig aneinander anliegenden Eisenblechen, zusammengesetzt. Dabei bildet der Kern einen ersten Kernschenkel 3 sowie einen zweiten Kernschenkel 4 als Kernabschnitte aus.
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Der erste Kernschenkel 3 wird von einer ersten Hochspannungswicklung 5 umschlossen. Der zweite Kernschenkel 4 ist von einer zweiten Hochspannungswicklung 6 umgeben. Zur Ausbildung eines geschlossenen Magnet- oder Eisenkreises, die in figürlich nicht dargestellte Joche, die sich von dem oberen Ende des Kernschenkels 3 zum oberen Ende des Kernschenkels 4 sowie vom unteren Ende des Kernschenkels 3 zum unteren Ende des Kernschenkels 4 erstrecken. Darüber hinaus sind zwei figürlich ebenfalls nicht dargestellte Rückflussschenkel vorgesehen, die von keiner Wicklung umgeben sind und sich rechts und links parallel zu den Kernschenkeln 3 beziehungsweise 4 erstrecken. Mit anderen Worten ist ein so genannter 2/2-Kern bereitgestellt.
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Die erste Hochspannungswicklung 5 und die zweite Hochspannungswicklung 6 weisen jeweils ein Wicklungsende 7 auf, mit dem diese mit einer Hochspannungsdurchführung 8 verbunden sind, mit dem die beim Betrieb auf einem Hochspannungspotenzial liegenden Anschlussleitungen durch die auf Erdpotenzial liegende Wandung des Tanks 2 geführt werden.
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Die Hochspannungsdurchführung 8 durchgreift dabei die Wand des Tanks 2 und ist an ihrem freien außerhalb des Tanks 2 angeordneten Ende mit einem Freiluftanschluss ausgerüstet. Der figürlich nicht dargestellte Freiluftanschluss dient zum Anschluss eines luftisolierten Leiters 40, über den die Hochspannungswicklungen 5 und 6 mit einem ersten Hochspannungsanschluss 42 verbunden, über den die gesamte Vorrichtung 1 mit einem Phasenleiter 16 eines Hochspannungsversorgungsnetzes verbunden werden kann. Für jeden anderen Phasenleiter des Hochspannungsnetzes, die aus Gründen der Übersicht hier nicht gezeigt sind, verfügt die Vorrichtung 1 über einen identischen Aufbau wie derjenige, der in 1 gezeigt ist. Auch diese Komponenten sind aus Gründen der Übersicht nicht gezeigt. Selbstverständlich sind auch Kabelverbindungen im Rahmen der Erfindung möglich.
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An ihren vom ersten Hochspannungsanschluss 42 abgewandten Enden 9 sind die erste Hochspannungswicklung 5 und die zweite Hochspannungswicklung 6 jeweils mit einem außerhalb des Tanks 2 angeordneten Sättigungsschaltzweig 10 beziehungsweise 11 verbunden, wobei jeder Sättigungsschaltzweig 10, 11 ein zweipoliges Submodul 12 aufweist, das mit einer ersten Anschlussklemme 13 mit der jeweiligen Hochspannungswicklung 5 beziehungsweise 6 verbunden ist. Über ihre zweite Anschlussklemme 14 sind die Submodule 12 mit dem zweiten Hochspannungsanschluss 44 verbunden. Eine Durchführung 8 dient wieder zum Hindurchführen der Verbindungsleitung zwischen Hochspannungswicklung 5, 6 und Sättigungsschaltzweig 10, 11 durch die Wand des Tanks 2. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der zweite Hochspannungsanschluss 44 ebenfalls mit dem Phasenleiter 16 verbunden. Mit anderen Worten ist die gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in Reihe in das Versorgungsnetz mit dem Phasenleiter 16 geschaltet.
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Wesentlich im Rahmen der Erfindung ist, dass jeder Sättigungsschaltzweig 10 beziehungsweise 11 ein zweipoliges Submodul 12 aufweist, das über eine Brückenschaltung aus Leistungshalbleiterschaltern 20, 21, 22 und 23 und eine Gleichspannungsquelle 24 verfügt, die bevorzugt unipolar ausgebildet ist und somit einen festen Plus- und einen festen Minuspol aufweist. Die Sättigungsschaltzweige 10, 11 sind gegenüber dem Erdpotential isoliert aufgestellt. Hierzu dienen zweckmäßige Isolierbauteile, wie z.B. Stützer oder dergleichen.
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Die Brückenschaltung kann im Rahmen der Erfindung eine Halbbrücke oder eine Vollbrücke sein. In 1 verfügt jedes Submodul über eine Vollbrücke und umfasst vier Leistungshalbleiterschalter 20, 21, 22 und 23. Eine Halbbrücke umfasst lediglich zwei der Leistungshalbleiterschalter. Zum zweckmäßigen Ansteuern der vier Leistungshalbleiterschalter 20, 21, 22 und 23 ist eine Steuerungseinheit 26 vorgesehen, die eingangsseitig mit Sollwerten für die Spannung UACSoll , den Wechselstrom IACSoll und die Blindleistung QACSoll versorgt werden kann. Zum Erfassen des von dem Phasenleiter 16 zu den Hochspannungswicklungen fließenden Wechselstromes IAC dient ein Stromsensor 27, wobei ein Spannungssensor 28 die hochspannungsseitig der Hochspannungswicklungen 5 und 6 abfallende Spannung erfasst. Der Stromsensor 27 und der Spannungssensor 28 sind über figürlich nicht dargestellte Signalleitungen mit der Steuerungseinheit 26 verbunden. Am anderen Ende der Hochspannungswicklung 5 beziehungsweise 6 sind ebenfalls Sensoren 29 und 30 erkennbar, die ebenfalls über Signalleitungen mit der Steuerungseinheit 26 verbunden sind und Ströme erfassen, die zwischen dem jeweiligen Submodul 12 und der jeweiligen Hochspannungswicklung 5 beziehungsweise 6 fließen. Die Leistungshalbleiterschalter 20, 21, 22 und 23 eines Submoduls 12 können durch zweckmäßige Ansteuersignale, die durch gestrichelte Linien dargestellt sind, von der Steuerungseinheit 26 von einer Trennstellung, in welcher ein Stromfluss über die Leistungshalbleiterschalter unterbrochen ist, in eine Durchgangsstellung, in der ein Stromfluss über die Leistungshalbleiterschalter möglich ist oder umgekehrt von der Durchgangsstellung in die Trennstellung überführt werden.
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Die Betriebsweise der Vorrichtung 1 ist wie folgt: Ist die von dem Spannungssensor 28 erfasste Spannung positiv, sind die Leistungshalbleiterschalter 22 und 23 des Sättigungsschaltzweigs 10 geschlossen. Es sei an dieser vorausgesetzt, dass der Kernschenkel 3 zuvor durch ein von dem Submodul 12 des ersten Sättigungsschaltzweigs 10 zur Hochspannungswicklung 5 fließenden Gleichstroms gesättigt wurde, so dass für die positive Halbwelle der Wechselspannung der Wechselwiderstand der Hochspannungswicklung 5 kleiner ist als der Wechselwiderstand der Hochspannungswicklung 6. Somit fließt nahezu der gesamte Wechselstrom IAC über den mit I1 bezeichneten Strompfad zum zweiten Hochspannungsanschluss 44 hin. In der positiven Halbwelle der Wechselspannung werden daher die Leistungshalbleiterschalter 21 und 22 geschlossen, so dass die Gleichspannungsquelle 24 des Sättigungsschaltkreises 11 einen Gleichstrom treibt, der von der Hochspannungswicklung 6 zum zweiten Hochspannungsanschluss 44 fließt. Während der positiven Halbwelle der Wechselspannung im Phasenleiter 16 kann somit der zweite Kernschenkel in der gewünschten Weise gesättigt werden.
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Während der negativen Halbwelle, in der die von dem Sensor 28 gemessene Spannung negativ ist, fließt ein Wechselstrom IAC hingegen im Wesentlichen über die zweite Hochspannungswicklung 6, so dass durch Schließen der Leistungshalbleiterschalter 20 und 23 und Öffnen der Leistungshalbleiterschalter 21 und 22 des Submoduls 12 des ersten Sättigungsschaltzweigs 10 ein Sättigungsgleichstrom erzeugt wird, der von dem Submodul 12 zur ersten Hochspannungswicklung 5 oder umgekehrt fließt und so für die gewünschte Sättigung des Kernschenkels 3 sorgt.
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2 zeigt den Aufbau der Submodule 12 des ersten und zweiten Sättigungsschaltkreises 10, 11 genauer. Es ist erkennbar, dass die Submodule für beide Sättigungsschaltzweige 10 beziehungsweise 11 identisch aufgebaut sind. Es ist ferner erkennbar, dass die Leistungshalbleiterschalter 20, 21, 22 und 23 einen so genannten IGBT 31 umfassen, dem eine Freilaufdiode 32 gegensinnig parallel geschaltet ist. Der Aufbau eines IGBTs mit Freilaufdiode ist grundsätzlich bekannt, so dass an dieser Stelle auf deren Wirkungsweise nicht genauer eingegangen zu werden braucht. Wesentlich ist, dass die Freilaufdiode 32 zum Schutz des IGBTs über Spannungen in Rückwärtsrichtung dient. Dabei sind IGBT 31 und Dioden 32 in einem gemeinsamen Schaltergehäuse untergebracht. IGBT 31 und Freilaufdiode 32 werden hier gemeinsam als Leistungshalbleiterschalter bezeichnet.
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Jedes Submodul 12 ist als so genannte Vollbrücke ausgebildet und umfasst einen ersten Reihenschaltungszweig 32 und einen zweiten Reihenschaltungszweig 34 aus jeweils zwei in Reihe geschalteten Leistungshalbleiterschaltern 20, 21 beziehungsweise 22 und 23. Der Potenzialpunkt zwischen Leistungshalbleiterschaltern 20 und 21 ist mit der ersten Anschlussklemme 13 und der Potenzialpunkt zwischen den Leistungshalbleiterschaltern 22 und 23 des zweiten Reihenschaltungszweigs 34 mit der Anschlussklemme 14 des Submoduls 12 verbunden.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die dem im Zusammenhang mit 1 gezeigten Ausführungsbeispiel zum Teil entspricht. Neben den in 1 bereits beschriebenen Bauteilen oder Elementen verfügt das in 7 gezeigte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 auch über ein kapazitiv wirkendes Bauteil, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Kondensator 35 ausgeführt ist. Der Kondensator 35 ist einer Ausgleichswicklung 36 parallel geschaltet ist, wobei die Ausgleichswicklung 36 aus zwei Teilausgleichswicklungen 37 und 38 besteht, die zueinander in Reihe geschaltet sind. Die Teilausgleichswicklung 37 ist induktiv mit der ersten Hochspannungswicklung und die zweite Teilausgleichswicklung 38 mit der Hochspannungswicklung 6 induktiv gekoppelt. Dabei sind die Hochspannungswicklungen 5 beziehungsweise 6 und die jeweilige Teilausgleichswicklung 37 beziehungsweise 38 konzentrisch zueinander angeordnet, wobei sie den gleichen Kernabschnitt 3 beziehungsweise 4 des ansonsten nicht weiter verdeutlichten Kerns umschließen. In 3 ist lediglich eine Zusatzwicklung 36 für die dort gezeigte Phase verdeutlicht. In dem Tank 2 sind jedoch für die anderen Phasen weitere Ausgleichswicklungen vorgesehen, die identisch aufgebaut und auf die gleiche Art und Weise mit dem Kondensator 35 verschaltet sind. Dabei sind die Ausgleichswicklungen 36 der unterschiedlichen Phasen miteinander in einer Dreiecksschaltung verbunden. Diese Dreiecksschaltung ist durch Pfeile 39a beziehungsweise 39b angedeutet. In dem Parallelzweig der Ausgleichswicklung, in welcher der Kondensator 35 angeordnet ist, ist ferner ein Schalter 49 schematisch dargestellt, der in dem gezeigten Ausführungsbespiel zwei gegensinnig parallel geschaltete Thyristoren umfasst. Mit Hilfe des elektronischen Schalters 49 kann der Kondensator 35 der Ausgleichswicklung 36 parallel geschaltet werden oder die Wirkung des kapazitiv wirkenden Bauteils 35 unterdrückt werden.
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Der Kondensator 35 ist in 3 als einzelner Kondensator dargestellt, der außerhalb des Tanks 2 des FVSR angeordnet ist. Der Kondensator 35 umfasst jedoch eine Anzahl von in Reihe oder parallel zueinander angeordneten Kondensatoren und kann daher auch als Kondensatorbatterie bezeichnet werden. Dabei ist die Anzahl der parallel oder in Reihe geschalteten Kondensatoren von den jeweiligen Anforderungen abhängig, wobei die kapazitive Wirkung erhöht oder herabgesetzt werden kann.
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Der Kondensator oder mit anderen Worten die Kondensatorbatterie 35 ist wie der Schalter 49 außerhalb des Tanks 2 des FVSR angeordnet. Abweichend hiervon ist natürlich auch die Anordnung in einem gemeinsamen Tank möglich. Um eine elektrische Verbindung zwischen der Ausgleichswicklung 36 in dem Tank 2 zu ermöglichen, sind wieder zweckmäßige Durchführungen 8 vorgesehen, die ein spannungsfestes Durchführen der Hochspannungsleitungen durch die Wand des Tanks 2, die auf Erdpotenzial liegt, ermöglichen.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die einen ersten Hochspannungsanschluss 42 zum Anschluss des Phasenleiters 16 sowie einen zweiten Hochspannungsanschluss 44 aufweist, der ebenfalls zum Anschluss des Phasenleiters 16 vorgesehen ist. Die Vorrichtung ist somit wieder in Reihe in den Phasenleiter 16 geschaltet. Wie bei den 1 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Sättigungsschaltzweige 10 und 11 außerhalb des Tanks 2 angeordnet. Zur Verbindung der Sättigungsschaltzweige mit den im Tank 2 angeordneten Hochspannungswicklungen 5 und 6 dienen wiederum Hochspannungsdurchführungen 8, welche die Wand des Tanks 2 jeweils durchgreifen, wobei ein äußerer Isolierkörper die notwendige Spannungsfestigkeit gegenüber dem Tank 2 auf Erdpotenzial bereitstellt.
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Dabei sind die Sättigungsschaltzweige 10, 11 auf einer Hochspannungsplattform 50 angeordnet, die eine ebene Tragstrukturen 51 sowie zwei außen mit Rippen versehene Stützer aus einem nichtleitenden Material aufweist. Die Stützer 52 sind mit einem Ende fest im Erdboden verankert und mit ihrem vom Erdboden abgewandten Ende fest mit der Tragplatte 51 verbunden.
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In den 4, 5 und 6 sind jeweils zwei Stützer 52 erkennbar. An dieser Stelle wird jedoch darauf hingewiesen, dass weitere figürlich nicht dargestellte Stützer zum Tragen der Tragstruktur 51 möglich sind. Mit Hilfe der Isolatoren oder Stützer 52 ist es möglich, dass die Sättigungsschaltzweige 10 und 11 auf einem Hochspannungspotenzial liegen. Dies gilt somit für die Leistungselektronik der Leistungshalbleiterschalter. Eine aufwändige Potentialtrennung ist überflüssig geworden.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich von dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass der zweite Hochspannungsanschluss 44 nicht direkt mit den Sättigungsschaltzweigen 10, 11 über einen Sternpunkt verbunden ist. Vielmehr ist der zweite Hochspannungsanschluss 44 über eine Durchführung 8 direkt mit den im Tank 2 angeordneten Hochspannungswicklungsenden 9 verbunden. Dabei weisen die Hochspannungswicklungen 5 und 6 jeweils einen Mittenanschluss 53 auf, der zum Anschluss der auf der Plattform 50 angeordneten Sättigungsschaltzweige 10 und 11 dient. Die Sättigungsschaltzweige 10 und 11 sind über eine zweckmäßige Verschaltung 54 miteinander verbunden.
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich von dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass auf der Hochspannungsplattform 50 lediglich ein Sättigungsschaltzweig angeordnet ist, der mit beiden Hochspannungswicklungen 5, 6 verbunden ist, wobei zweckmäßige Schalter vorgesehen sind, um die gewünschte Sättigung der Kernabschnitte 3 und 4 herbeizuführen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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