DE115643C

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Publication number: DE115643C
Application number: DENDAT115643D
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KAISERLICHES

PATENTAMT.

M 115643 KLASSE 21 d.

Bekanntlich mufste bisher bei allen Mehrphasenanlagen die Belastung möglichst auf alle Phasen gleich vertheilt werden, um den Uebelstand ungleichen Spannungsabfalles zu vermeiden. Der Zweck vorliegender Erfindung ist der, die Gleichmäfsigkeit des Spannungsabfalles unabhängig zu machen von· der ungleichen Gröfse der Stromentnahme und von einer etwaigen Verschiedenheit inductiver Belastungen in den einzelne/i Phasen.

Um dies zu erreichen, ist es nöthig, dafs man die ursprünglich vorhandenen, durch die Wickelungsanordnung des Stromerzeugers bedingten Phasen durch eine besondere Schaltung entweder direct am Erzeuger oder an genau untertheilten Spulen eines Transformators oder an einer Gruppe gleichgebauter Transformatoren entsprechend mit einander verkettet.

Das Verfahren ist folgendes:

Bezeichnet m die Phasenzahl, η eine beliebige ganze Zahl und sind W₁ W₂ . . . W_1n die Windungszahlen der ersten, zweiten . . . _mten Ph_ase d_es Stromerzeugers pro magnetischen Stromkreis, dann mufs man VF₁ W₂ ... W_m jede in m κ Theile theilen, so dafs

b_x + C₁ + .... z= a₂ + b_% + C₂ + . . ..

W₁ =

W,„=a_m+b_m+c_m+....

Die Theile abc u. s. w. sollen fortan Theilphasen genannt werden.

Ist bei einer Gruppe gleichgebauter Transformatoren die Zahl derselben gleich der Phasenzahl, so ist eine besondere Unterteilung der Spulen nicht nöthig, vielmehr wird jede Phase eines Transformators Theilphase in vorliegender Schaltung.

Die Theilphasen werden jetzt zu resultirenden Phasen derart zusammengesetzt, dafs letztere erstens gleich viel Theilphasen von jeder ursprünglich vorhandenen Phase besitzen, zweitens dafs sie gegenseitig die gleiche Gröfse haben und drittens entsprechende Winkel mit einander bilden. Die erste Bedingung erfordert eine gleichmäfsige Vertheilung der Theilphasen, die zweite und dritte die richtige Wahl des Vorzeichens, d. h. des Anfanges und Endes jeder Theilphase.

In Nachfolgendem wird zunächst die Anwendung dieser Schaltung auf einen Dreiphasenstromerzeuger beschrieben. Für jeden magnetischen Stromkreis theile man die Zahl der inducirten Windungen pro Phase in 3 oder allgemein in 3 «gleiche Theile, wo η eine beliebige ganze Zahl ist, und verbinde die so erhaltenen Theilphasen derart mit einander, dafs sich aus ihnen einerseits wiederum drei um 120° verschobene Phasen ergeben, andererseits sich jede dieser resultirenden Phasen aus gleich viel Theilen jeder ursprünglich vorhandenen Phase zusammensetzt. Dadurch nämlich, dafs der Strom jeder Phase Theilphasen aller drei ursprünglich vorhandenen Phasen in gleicher Weise durchlaufen mufs, werden die Windungen der neuen Phasen derart magnetisch mit einander verkettet, dafs die Rückwirkung bei einer völlig beliebigen Belastung des Er-

zeugers sich symmetrisch auf alle drei Phasen vertheilt.

In Fig. ι ist die Schaltung eines vierpoligen .Drehstromerzeugers mit Dreilochwickelung angegeben, d. h. jede Spulenseite ist in drei Löchern untergebracht. Die Untertheilung der Spulen in m ■ n, also hier in drei Theile (n = i), ergiebt sich hierbei von selbst, und es ist nur nöthig, die Theilspulen nach angegebener Schaltung mit einander zu verbinden. Die ursprünglich vorhandenen Phasen sind durch verschiedene Strichart, wie glatte, schraffirte und strichpunktirte Linien, gekennzeichnet. Wie man aus den sehr stark ausgezogenen Linien ersieht, mufs immer eine ganz bestimmte Theilphase rücklaufend angeschlossen werden (s. Pfeilrichtung), und je drei ursprünglich zusammengehörige Theilphasen sind jetzt verschiedenen Phasen zugetheilt. Es setzen sich hierbei die Inductionen der Theilphasen geometrisch zu resultirenden Phasen zusammen, wie es Fig. 2 veranschaulicht.

Ursprünglich bestanden die einzelnen Phasen aus (s. Fig. ι und 2)

a.₂ + a_s -f a\ + a\ + a'₃

W₁ =

b.₂
C₂

b\ + V₂

Die resultirenden Phasen setzen sich jedoch zusammen wie folgt:

Nimmt man nun an, es fliefse ein Strom nur zwischen I und II, d. h. es wäre in der Aufsenleitung nur eine einzige Phase belastet, dann wird der fliefsende Strom jedoch zwölf Theilphasen, nämlich a₁₅ b_u C₁, a\, b\, c\, a.₂, c'₂, £>'₂, a'.₂, C₂, b.₂, durchlaufen, welche so auf dem Stromerzeuger vertheilt sind, dafs infolge der Rückwirkung auch in den äufseren Phasen I, III und II, III der gleiche Spannungsverlust eintreten wird, wie in Phase I, II. Zwar würde bei dieser Anordnung nur dann ein vollkommen gleicher Spannungsabfall erzielt werden, wenn der Ohm'sche Verlust nicht in Betracht käme und die drei Theilphasen a_x a₂ a_s (Fig. 3) nicht gegen einander eine gewisse Streuung hätten, doch ist der Einflufs von einer so kleinen Gröfsenordnung, dafs das Ergebnifs kaum beeinträchtigt werden dürfte.
. Was die Anwendung dieser Schaltung auf Transformatoren anbelangt, so ist für die Praxis nur Fall 3 (s. oben),, d. i. die Schaltung an einer Gruppe möglichst gleichgebauter Transformatoren, von Bedeutung. Bei Verwendung nur eines Transformators mit entsprechender Spulenschaltung (amerikanische Patentschrift 583622) mufs die Spulenzahl (Theilspulen) eine ganz bestimmte, nämlich pro Phase m-rafach sein, weshalb nicht jeder Transformator beliebiger Bauart hierfür verwendbar ist. Da nun in jeder Umformerstation stets eine gröfsere Zahl von Trans^ formatoren wegen der immerhin begrenzten Leistungsfähigkeit derselben aufgestellt werden mufs, so ist es überflüssig, an jedem einzelnen eine Schaltung zur Verhütung ungleichen Spannungsabfalles anzubringen, wobei gewisse Transformatorentypen sich als ungeeignet erweisen würden. Geht man jedoch zur Gruppenschaltung über, so ist die Spulenzahl der Transformatoren an sich gleichgültig, nur ist es sehr förderlich, wenn die Bauart derselben eine möglichst gleichartige ist. Jede Gruppe besteht aus m Transformatoren,' und können die einzelnen Gruppen parallel oder in Reihe geschaltet werden.

Nachfolgend soll an drei Drehstrorntransformatoren die erwähnte Gruppenschaltung erläutert werden.

Man verbinde die ursprünglich vorhandenen primären oder secundären Phasen der drei Transformatoren in der Weise mit einander, dafs aus ihnen wiederum drei um 120⁰ verschobene Phasen sich ergeben und sich jede dieser resultirenden Phasen zu gleichen Theilen aus jeder ursprünglich vorhandenen. Phase zusammensetzt. In Fig. 4a sind (J₁, ^₁, C₁, bezw. (J₂, b.₂, C₂, bezw. <z₈, b₃, C₃ die Primärwindungen der ursprünglich vorhandenen Phasen der Transformatoren T₁ bezw. T₂ bezw. T₃.

Die entsprechenden secundären Windungen sind

für T₁: a\, b\, c\, „ T₂: a'₂, b\, c'₂ und ,, 1 ₃. a. ₃, ο ₃, c g.

Nach ausgeführter Schaltung setzen sich die resultirenden Primärphasen aber folgendermafsen zusammen:

I = Kl + l-h] + [C₁],

Π = [b₂] + [-C₂] + K],

πι=[C₃] + [-O₃].+ w· ;

Es ergiebt sich hierbei, dafs bei dieser Schaltung mehr Windungen als gewöhnlich hinter einander geschaltet werden, und dafs auf jede Spule nur ein Theil der Gesammtspannung entfällt, ein Umstand, der bei der Wickelung berücksichtigt werden mufs.

Die Secundärwindungen sind für jede Phase parallel geschaltet; sie können jedoch auch gegebenenfalls in Reihe geschaltet werden. Ferner kann die eben beschriebene Primärspulenschaltung an den Secundärspulen, und die Secundärspulenschaltung an den Primärspulen erfolgen. Es ist aufserdem für den vorliegenden Zweck völlig gleichgültig, ob die Phasen als Stern oder Dreieck geschaltet sind. Von allen sonst noch möglichen Combinationen

Claims

sei nur noch auf den Unterschied der beiden in Fig. 4 b und 4 c dargestellten Schemata hingewiesen. Während in Fig. 4b sich jede resultirende Phase aus Spulen aller drei Transformatoren zusammensetzt, besteht in,Fig. 4c jede resultirende Phase aus Spulen ein und desselben Transformators. In letzterem Falle sind die Verbindungen einfacher, doch erscheint die erstere Art vollkommener, falls es sich um eine Schaltung von secundären Spulen handelt, da in diesem Falle auch die Belastung sich stets auf alle drei Transformatoren gleichmäfsig verth eilen mufs.

Patenτ-Ansprüche:

i. Verfahren zur Erzielung eines gleichen Spannungsabfalles in sämmtlichen Phasen eines Mehrphasenstromerzeugers trotz ungleicher Belastung der einzelnen Phasen, dadurch gekennzeichnet, dafs die Wickelung jeder Phase in Theile zerlegt wird, welche so mit einander verbunden werden, dafs erstens in ihnen wiederum ein Strom von derselben Phasenzahl fliefst, dafs zweitens jede dieser so erhaltenen Phasen sich aus Componenten zusammensetzt, welche in gleicher Gröfse sämmtlichen ursprünglich vorhandenen Phasen angehören.
2. Verfahren zur Erzielung eines gleichen Spannungsabfalles in sämmtlichen Phasen ■einer Gruppe von Mehrphasentransformatoren trotz ungleicher Belastung der einzelnen Phasen, dadurch gekennzeichnet, dafs die primären oder secundären Wickelungen der ursprünglich vorhandenen Phasen dermafsen mit einander verbunden werden, dafs aus ihnen einerseits wiederum eine gleiche Phasenzahl resultirt, andererseits - jede dieser resultirenden Phasen sich zu gleichen Theilen aus jeder ursprünglich vorhandenen Phase zusammensetzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.