DE2655986A1

DE2655986A1 - Elektrische kopplungsanordnung

Info

Publication number: DE2655986A1
Application number: DE19762655986
Authority: DE
Inventors: Adrian Orton Newbould
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-12-12
Filing date: 1976-12-10
Publication date: 1977-11-10
Also published as: CH620054A5; US4092582A; FR2335026A1; SE7613843L; SE438064B; FR2335026B1; GB1557463A; IN146540B

Description

Patentanwälte

g. Wilhelm Reichel DipL-Ing. Wolfgang Reichel 6 Frankfurt a M. 1 Pärksiraße 13

THE GENERAL ELECTRIC COMPANY LIMITED, London, England

Elektrische Kopplungsanordnung

Die Erfindung betrifft elektrische Kopplungsanordnungen und "befaßt sich mit einer wichtigen Anwendung solcher elektrischer Kopplungsanordnungen zur Verbindung von Schutzrelais für Primärstromwandler in wechselstrombetriebenen Starkstromnetzen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Kopplungsanordnung vorgesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß drei Wicklungsanordnungen durch ihre Flüsse miteinander gekoppelt sind, so daß ein Eingangswechselstrom, der einer Wicklungsanordnung zugeführt wird, eine Ausgangswechselspannung an eine zweite Wicklungsanordnung abgibt, die im wesentlichen keine Gleichstromeinschwingvorgänge aufweist, und daß die dritte Wicklungsanordnung einen Widerstand aufweist, der veränderbar ist und dessen Wert die Phasenbeziehung zwischen der Ausgangsspannung und dem Eingangsstrom bestimmt.

Die Flußkopplungen zwischen den Wicklungsanordnungen sind so für einen vorbestimmten Wert des Eingangsstroms beschaffen, daß ein im wesentlichen konstanter Fluß und ein veränderbarer Fluß in zweite Wicklungsanordnung eingekoppelt sind,die die

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Ausgangsspannung abgibt. Vorzugsweise ist der Widerstand· derart veränderbar, daß ein Vektor, der den veränderbaren Fluß darstellt, einer halbkreisförmigen Ortskurve folgt, wenn sich der Wert des Widerstands von unendlich bis auf null ändert. Der im wesentlichen konstante Fluß wird dann so ausgebildet, daß der Ursprung eines Vektors, der die Resultierende der Flüsse, die in die zweite Wicklungsanordnung eingekoppelt sind, auf dem Durchmesser der halbkreisförmigen Ortskurve liegt, die von dem Vektor durchfahren wird. Wenn die Größe des im wesentlichen konstanten Flusses gleich dem Radius der halbkreisförmigen Ortskurve ist, wobei der Ursprung des Vektors, der den resultierenden Fluß darstellt, dann im Mittelpunkt eines Kreises liegt, der teilweise durch die halbkreisförmige Ortskurve gebildet wird.

Im letzteren Fall eignet sich die Kopplungsanordnung insbesondere zur Verbindung von Schutzrelais für Primärstromwandlern in wechselstrombetriebenen Starkstromnetzen.

Die flußgekoppelten Wicklungsanordnungen können eisenfrei ausgeführt sein oder sie können mit ferromagnetisehen Kernen versehen sein, um die Flußkopplungen zu unterstützen oder zu verstärken. Die ferromagnetischen Kerne können Luftspalte aufweisen.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer elektrischen Kopplungsanordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 verschiedene·Vektoren, die zur Erläuterung der Arbeitsweise der Kopplungsanordnung gemäß der Erfindung verwendet werden,

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Fig. 3 einen Schnitt der drei Wicklungsanordnungen, die in Fig. 1 schematisch dargestellt sind,

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer anderen elektrischen Kopplungsanordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 5 ein schematisches Schaltbild einer weiteren elektrischen Kopplungsanordnung gemäß der Erfindung und

Fig. 6 einen Schnitt durch die drei Wicklungsanordnungen, die schematisch in Fig. 5 dargestellt sind.

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Gemäß den Fig. 1 und 3 weist die Kopplungsanordnun Wicklungsanordnung 1 auf, die mit einer Wechselstromquelle 2 verbunden ist und die eine Wicklung 3 und eine Wicklung 4, die miteinander in Reihe geschaltet sind, enthält. Eine zweite Wicklungsanordnung 5 wird durch eine einzelne Wicklung 6 gebildet, die zwischen die beiden Ausgangsklemmen 7 und 8 geschaltet ist. Eine dritte Wicklungsanordnung 9 enthält eine Wicklung 10 und eine Wicklung 11, die mit einem veränderbaren Widerstand 12, der zwischen O und unendlich veränderbar ist, in Reihe geschaltet sind.

Ein ferromagnetischer Kern 13 mit einem Luftspalt 14 ist so angeordnet, daß er die Flußkopplung zwischen der Wicklung 3 der ersten Wicklungsanordnung 1 und der Wicklung 10 der dritten Wicklungsanordnung 9 verstärkt. Ein ferromagnetischer Kern 15 mit einem Luftspalt 16 ist so angeordnet,· daß er die Flußkopplung zwischen der Wicklung 11 der dritten Wicklungsanordnung 9 und der Wicklung 6 der zweiten Wicklungsanordnung 5 verstärkt und daß er auch die Flußkopplung zwischen der Wicklung 4 der ersten Wicklungsanordnung 1 und der Wicklung 6 der zweiten Wicklungsanordnung 5 verstärkt.

Die Kopplungsanordnung arbeitet in der folgenden Weise, so daß sie eine Ausgangswechselspannung ohne Gleichstromeinschwingvorgänge an den Ausgangsanschlüssen 7 und 8 abgibt, die eine im wesentlichen konstante Amplitude und eine bestimmte Phasenbeziehung zu einem Eingangswechselstrom hat, der in der ersten Wicklungsanordnung 1 aufgrund der Wechselstromquelle 2 fließt. j Wenn der Eingangswechselstrom durch die erste Wicklungsanordnung f 1 fließt, dann ist der magnetische Fluß, der durch den in der ; Wicklung 4 fließenden Strom hervorgerufen wird, mit der Wicklung 6 der zweiten Wicklungsanordnung 5 gekoppelt. Der Eingangswechselstrom, der in der Wicklung 3 fließt, bildet einen Mag- ; netfluß, der mit der Wicklung 10 gekoppelt ist,und bewirkt, daß ein Strom in der dritten Wicklungsanordnung 9 fließt. Der Magnetfluß, der durch den in der Wicklung 11 der dritten Wicklungsanordnung 9 fließenden Strom hervorgerufen wird, ist' mit der Wicklung 6 der zweiten Wicklungsanordnung 5 gekoppelt.

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Der Magnetfluß, der die Wicklung 4 der ersten Wicklungsanordnung 1 und die Wicklung 6 der zweiten Wicklungsanordnung 5 koppelt, ist abhängig von den Parametern dieser Wicklungsanordnung und er ist im wesentlichen konstant. Dieser im wesentlichen konstante Magnetfluß läßt sich durch den Vektor 17 in Fig. 2 darstellen. Der Magnetfluß, der die Wicklung 11 der dritten Wicklungsanordnung 9 und die Wicklung 6 der zweiten Wicklungsanordnung 5 koppelt, hängt von den Parametern dieser Wicklungsanordnung ab und er ist durch den Vektor 18, in Fig. 2, dargestellt. Dieser zuletzt erwähnte Magnetfluß kann in seiner Größe und Phase durch den veränderbaren Widerstand 12 verändert werden, wobei der Vektor 18 der halbkreisförmigen Ortskurve 19 folgt, wenn der Widerstand 12 von unendlich bis auf null geändert wird. Der sich ergebende Fluß, der mit der Wicklung 6 der zweiten Wicklungsanordnung 5 gekoppelt ist, läßt sich durch einen Vektor (nicht dargestellt) verdeutlichen, dessen Ursprung an einer Stelle längs des Durchmessers der halbkreisförmigen Ortskurve 19 liegt.

Wenn die Größe des Vektors 17 gleich dem Radius der halbkreisförmigen Ortskurve 19 gemacht wird, dann weist der Vektor 20, der den sich ergebenden Fluß wiedergibt, einen Ursprung 21 auf, der im Mittelpunkt eines Kreises liegt, der teilweise durch die halbkreisförmige Ortskurve 22 gebildet ist. Der sich ergebende Fluß bildet die Ausgangswechselspannung an der zweiten Wicklungsanordnung 5. Folglich bleibt die Größe der Ausgangswechselspannung, die zwischen den Ausgangsanschlüssen 7 und 8 gebildet wird, im wesentlichen konstant, während ihre Phase gegenüber dem Eingangswechselstrom über 180° verändert wird, wenn der Wert des Widerstands 12 verändert wird. Diese Ausführungsform der Erfindung eignet sich insbesondere zur Verbindung eines Schutzrelais mit einem Primärstromwandler bei einem wechselstrombetriebenen Starkstromnetz, wobei der Stromwandler, der die Stromquelle und die Schutzrelaisschaltung bildet, an die Ausgangsanschlüsse 7 und 8 angeschlossen ist.

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Bei der in Fig. 3 dargestellten Anordnung sind zwei ferromagnetische Kerne 13 und 15, die im wesentlichen C-förmig ausgebildet sind, Rücken an Rücken angeordnet und sie weisen entsprechende Spulenkörper 23 und 24 auf, die an den Schenkeln angeordnet sind, die Luftspalte 14 und 16 aufweisen. Die Wicklung 10 der dritten Wicklungsanordnung 9 ist auf den Spulenkörper gewickelt und sie ist von der Wicklung 3 der ersten Wicklungsanordnung 1 umgeben. Die Wicklung 6 der zweiten Wicklungsanordnung 5 ist auf den Spulenkörper 24 gewickelt und sie ist von der Wicklung 11 der dritten Wicklungsanordnung 9 umgeben, die wiederum von der Wicklung 4 der ersten Wicklungsanordnung 1 umgeben ist. Der veränderbare Widerstand 12 ist nicht dargestellt und er wird durch ein getrenntes Bauelement gebildet, das mit den Wicklungen 10 und 11 in Reihe geschaltet ist.

Es ist für die Wicklungen 4, 6 und 11 nicht wesentlich, daß sie in einem einzigen ferromagnetisehen Kern untergebracht sind und bei der Kopplungsanordnung, die in Fig. 4 dargestellt ist, sind die Wicklung 11 der dritten Wicklungsanordnung und eine Wicklung 25 der zweiten Wicklungsanordnung 5 auf einem ferromagnetischen Kern 26 mit einem Luftspalt 27 angeordnet, während die Wicklung 4 der ersten Wicklungsanordnung 1 und eine Wicklung 28 der zweiten Wicklungsanordnung 5 auf einem ferromagnetischen Kern 27 mit einem Luftspalt 28 angeordnet sind.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Kopplungsanordnung erzeugt der veränderbare Fluß eine Wechselspannung an der Wicklung 25 der zweiten Wicklungsanordnung 5, während der konstante Fluß eine Wechselspannung an der Wicklung 28 der zweiten Wicklungsanordnung 5 bildet. Da die beiden Wicklungen 25 und 28 der zweiten Wicklungsanordnung 5 in Reihe zwischen die Ausgangsanschlüsse 7 und 8 geschaltet sind,.wird eine Ausgangswechselspannung, die den sich ergebenden Fluß anzeigt, zwischen den Ausgangsanschlüssen 7 und 8 gebildet.

Die in Fig. 5 dargestellte eisenfreie Kopplungsanordnung weist

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eine erste Wicklungsanordnung 1 auf, die durch eine einzige Wicklung gebildet ist, die mit einer Wechselstromquelle 2 verbunden ist, und eine zweite Wicklungsanordnung 5, die auch durch eine einzige Wicklung gebildet ist, und die zwischen den Ausgangsanschlüssen 7 und 8 vorgesehen ist. Eine dritte Wicklungsanordnung 9, die wiederum durch eine einzige Wicklung gebildet ist, weist einen veränderbaren Widerstand 12 auf, der mit der Wicklung in Reihe geschaltet ist. Die drei Wicklungsanordnungen 1, 5 und 9 sind flußmäßig, so wie es durch die mit zwei Spitzen versehenen Pfeile angedeutet ist, gekoppelt. Die edsenfreie Kopplungsanordnung wirkt in der folgenden Weise, indem sie eine Ausgangswechselspannung zwischen den Ausgangsanschlüssen 7 und 8 abgibt, die im wesentlichen keine Gleichstromeinschwingvorgänge aufweist und die eine im wesentlichen konstante Amplitude und eine vorbestimmte Phasenbeziehung für einen Eingangswechselstrom aufweist, der der ersten Wicklungsanordnung 1 aufgrund der Wechselstromquelle 2 fließt. Wenn der Eingangswechselstrom durch die erste Wicklungsanordnung 1 fließt, dann ist der Magnetfluß, der in der ersten Wicklungsanordnung 1 erzeugt wird, und der mit der zweiten Wicklungsanordnung 5 gekoppelt ist, im wesentlichen konstant und er läßt sich durch den Vektor 17 in Fig. 2 darstellen. Der Eingahgswechselstrom, der in der ersten Wicklungsanordnung 1 fließt, erzeugt auch einen Magnetfluß, der mit der dritten Wicklungsanordnung 9 gekoppelt ist und der einen Strom durch die dritte Wicklungsanordnung 9 fließen läßt. Der Magnetfluß, der durch den in der dritten Wicklungsanordnung 9 fließenden Strom entsteht und der auch mit der zweiten Wicklungsanordnung 5 gekoppelt i$t, kann durch den veränderbaren Widerstand 12 in seiner Größe und Phase geändert werden und er ist durch den Vektor 18 dargestellt. Die Resultierende aus dem konstanten und dem veränderbaren Fluß bildet die Ausgangswechselspannung an der zweiten Wicklungsanordnung 5.

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Wie schon weiter oben beschrieben, kann die Größe des Vektors 17 gleich dem Radius der halbkreisförmigen Ortskurve 19 gemacht werden, so daß der Vektor 20, der den resultierenden Fluß darstellt, einen Ursprung 21 aufweist, der Im Mittelpunkt eines Kreises liegt, die teilweise durch die halbkreisförmige Ortskurve 22 gebildet ist. Folglich bleibt die Ausgangswechselspannung, die zwischen den Ausgangsanschlüssen 7 und 8 gebildet wird, im wesentlichen konstant, während sich ihr Phasenwinkel gegenüber dem Eingangswechselstrom durch Veränderung des Wertes des veränderbaren Widerstands 12 um 180° verändert.

In der in Fig. 6 dargestellten Anordnung Ist die erste Wicklungsanordnung 1 auf einen Spulenkörper 32 aufgebracht und sie ist von der dritten Wicklungsanordnung 9 umgeben. Die zweite Wicklungsanordnung 5 befindet sich auch auf dem Spulenkörper 32 und sie umgibt die dritte Wicklungsanordnung 9. Der veränderbare Widerstand 12 ist nicht dargestellt und er wird durch ein getrenntes Bauteil gebildet, das mit der dritten Wicklungsanordnung 9 in Reihe geschaltet Ist. Eine zusätzliche Einstellung der Flußkopplungen zwischen den drei Wxcklungsanordnungen 1,5 und ist möglich durch Änderung der relativen Durchmesser der zweiten Wicklungsanordnung 5 und der ersten Wicklungsanordnung 1 und durch entsprechende Auffüllung des Spaltes zwischen ihnen mit der dritten Wicklungsanordnung 9.

Bei den oben beschriebenen Kopplungsanordnungen 1st die Phasenverschiebung zwischen der Ausgangswechselspannung und dem Eingangswechselstrom 180°, jedoch ist durch eine Umkehrung der Polarität der zweiten Wicklungsanordnung 5 in jedem Fall eine Phasenverschiebung über die anderen beiden Quadranten des Kreises, der teilweise durch die halbkreisförmige Ortskurve 22 gebildet wird, möglich. Durch Änderung des Verhältnisses zwischen den Amplituden der Flüsse, die die drei Wicklungsanordnungen koppeln, kann jedoch der Ursprung 21 des sich ergebenden Flußvektors längs des Durchmessers des Kreises, der teilweise durch die halbkreisförmige Ortskurve gebildet wird, bewegt werden.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Elektrische Kopplungsanordnung,
dadurch gekennzeichnet, daß drei Wicklungsanordnungen (1, 5, 9) durch ihre Flüsse miteinander gekoppelt sind, so daß ein Eingangswechselstrom, der einer Wicklungsanordnung (1) zugeführt wird, eine Ausgangswechselspannung an eine zweite Wicklungsanordnung (5) abgibt, die im wesentlichen keine Gleichstromeinschwingvorgänge aufweist, und daß die dritte Wicklungsanordnung (9) einen Widerstand (12) aufweist, der veränderbar ist und dessen Wert die Phasenbeziehung zwischen der Ausgangsspannung und dem Eingangsstrom bestimmt.

Kopplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußkopplungen zwischen den Wicklungsanordnungen (1, 5, 9) so vorgesehen sind, daß für einen bestimmten Wert des Eingangsstroms ein im wesentlichen konstanter Fluß und ein veränderbarer Fluß die zweite Wicklungsanordnung (5) koppeln, die die Ausgangsspannung abgibt.

Kopplungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (12) so veränderbar ist, daß ein Vektor (18), der den veränderbaren Fluß darstellt, einer halbkreisförmigen Ortskurve (19) folgt, wenn der Widerstand (12) von einem Widerstandswert unendlich bis zu einem Wert null verändert wird.

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4. Kopplungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Flußkopplungen zwischen den Wicklungsanordnungen (1, 5, 9) so vorgesehen sind, daß der Wert der Ausgangsspannung proportional dem Wert des Eingangsstromes bei Veränderung des Widerstands (12) ist.

5. Kopplungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Größe des im wesentlichen konstanten Flusses dem Radius der halbkreisförmigen Ortskurve (22) gleich ist, so daß der Ursprung (21) eines Vektors (20), der den sich ergebenden Fluß darstellt, im Mittelpunkt eines Kreises liegt, der teilweise durch die halbkreisförmige Ortskurve gebildet ist.

6. Kopplungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Fluß koppelnden Wicklungsanordnungen mindestens einen ferromagnetischen Kern (13 bzw. 15) aufweisen, der die Flußkopplungen unterstützt oder verstärkt.

7. Kopplungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß ein ferromagnetischer Kern mit einem Luftspalt (16) versehen ist.

8. Kopplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die den Fluß koppelnden Wicklungsanordnungen eisenfrei sind.

Rei/Pi.

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