DE379526C - Verfahren zur Verhuetung von Stoerungen durch in kapazitiv belasteten Netzen auftretende mehrphasige Resonanzstroeme der fuenften oder einer hoeheren Harmonischen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Verhütung von Störungen durch in kapazitiv belasteten Netzen auftretende mehrphasige Resonanzströme der fünften oder einer höheren Harmonischen. Werden von Wechselstromerzeugern über Transformatoren gespeiste Netze kapazitiv belastet, so beobachtet man bei gewissen Betriebsverhältnissen Ströme höherer Frequenz, welche sich dem Primär- wie dem Sekundärstrom überlagern und deren Amplituden die Amplitude des Grundwellenstromes erreichen oder übertreffen können. Die Ursache dieser Escheinung kann sowohl darin liegen, daß sich in der Kurve der E. M. K. des Generators höhere Harmonische finden, als auch darin, daß die Sättigung des Transformators die lineare Abhängigkeit des magnetischen Flusses vom Magnetisierungsstrom aufhebt. Aus dem letztgenannten Grunde werden Großtransformatoren vielfach schwach gesättigt, und sie erhalten dadurch ein bedeutend höheres Eisengewicht als bei normaler Sättigung.
• Wie die oberharmonischen Ströme als Folge der Eisensättigung zustande kommen, ist leicht zu erkennen, auch wenn man davon ausgeht, daß die Generatorspannung selbst keine höheren Harmonischen aufweist. Die Erzeugung einer sinusförmig verlaufenden Gegenspannung setzt ein zeitlich sinusförmig verlaufendes Feld veraus. Die felderzeugenden Amperewindungen sind aber in diesem Falle nur im geradlinigen Teil der Sättigungskurve des Transformators dem Feld proportional. Mit zunehmender Eisensättigung wächst die Größe des erforderlichen Erregerstromes entsprechend der Abnahme der Permeabilität. Bei hoher Eisensättigung zeigt daher die Kurve des Magnetisierungsstrornes in der Nähe des Amplitudenwertes der Feldkurve eine Spitze, und die Analyse der sich so ergebenden Stromkurve zeigt das Vorhandensein starker dritter, fünfter und höherer harmonischer Oberwellen. Die Abweichung des Magnetisierungsstromes von der reinen Sinusform ist also notwendig zur Erzielung einer sinusförmigen Gegenspannung und daher ohne weiteres nicht zu umgehen. Infolge der stets vorhandenen Reaktanzen der Stromkreise kommen im Spannungsabfall des Primärkreises ebenfalls die Oberwellen zum Ausdruck, so daß dadurch die entsprechenden Oberwellen auch auf die Primärspannungen des Transformators übertragen werden. Dies bewirkt andererseits wieder eine Steigerung der Amplituden der betreffenden Oberwellen, so daß sich die Intensität dieser Erscheinung von selbst auf eine unzulässige Höhe heraufarbeitet.
• Bei dem Bestreben, die oberharmonischen Ströme in ihrer Ausbildung zu begrenzen und ihr übermäßiges Anwachsen zu verhüten, muß aber in der Weise verfahren werden, daß dabei die Ausbildung des sinusförmig verlaufenden Feldes nicht gehemmt wird. Dies läßt sich nach dem Verfahren der Erfindung dadurch erreichen, daß die zur freien Magnetisierung nötigen 'Mehrphasenströme der fünften oder einer höheren Harmonischen einem Transformator zugeführt werden, welcher in bekannter Weise mit einer Dreieckwicklung zur Kompensation von Oberströmen versehen ist, indem diese Wicklung mit einem aus einer Kondensatormaschine oder aus einer anderen Kondensatoranordnung bestehenden abgestimmten Schwingungskreis zur Beseitigung der fünften und höheren Harmonischen in Verbindung gebracht wird. So können die zur freien Magnetisierung erforderlichen Mehrphasenströme dem Transformator durch eine besondere synchrone, mehrphasige Erregermaschine zugeführt werden. Diese Erregermaschine muß aber derart gebaut sein, daß sie die in Betracht kommenden höheren harmonischen Spannungen auch wirklich erzeugt, was durch entsprechende Ausbildung des erregenden Magnetsystems erreicht werden kann. Der Antrieb dieser Erregermaschine kann durch einen am Netz liegenden Synchronmotor erfolgen. Sie kann aber auch freilaufend selbst als Synchronmotor betrieben werden, indem sie ihren Leerlaufstrom der von ihr gespeisten Hilfswicklung des Transformators entnimmt. In Abb. i ist das neue Verfahren an Hand eines Ausführungsbeispieles der erwähnten Art näher erläutert. Es bedeutet N, ein Dreiphasennetz, P ein an NI angeschlossener Transformator, welcher oberhalb des geraden Teiles der Sättigungskurve arbeitet, P die Primärwicklung von T, die Sekundärwicklung von T, H eine auf dem Transformatoreisen befindliche Hilfswicklung, N2 das mit der Wicklung Q verbundene Sekundärnetz, E eine dreiphasige Erregermaschine, S die Schleifringe von E, F die Felderregung von E, B eine Gleichstrombatterie zur Speisung der Felderregung F.
• Die Anordnung des Transformators T mit der in Dreieck geschalteten Hilfswicklung H ist an sich bekannt. Diese Hilfswicklung ist nämlich geeignet, die zur freien Magnetisierung erforderlichen dritten oberharmonischen Ströme zu führen. Da diese Ströme in allen drei Phasenwicklungen von .P bzw. Q gleichphasig verlaufen, so stellt die Dreieckwicklung H für die dritte Oberwelle eine kurzgeschlossene Einphasenwicklung dar, bei welcher für diesen Strom die drei Wicklungsteile (a, ß, y) einfach in Reihe geschaltet sind. Zur Unterdrückung der fünften, siebenten usw. oberharmonischen Ströme ist die Hilfswicklung H allein nicht ausreichend, weil die Oberharmonischen höherer Ordnung in den drei Phasenwicklungen der drei Kerne nicht als gleichphasige Ströme auftreten. Sie verlaufen in diesem Falle dreiphasig und können daher nur durch dreiphasige Stromquellen kompensiert werden. Als solche dient erfindungsgemäß die synchrone Erregermaschine E, deren Schleifringe mit den Klemmen der Wicklung H verbunden sind und welche derart ausgebildete Pole besitzt, daß sie außer der Gegenspannung von der Grundfrequenz noch eine ausgeprägte Oberwelle der in Frage kommenden höheren Frequenz erzeugt. Die Feldwicklung F dieser Maschine wird durch die Gleichstrombatterie B erregt. Die freilaufende synchrone Erregermaschine E entnimmt der Wicklung H, wie bereits erwähnt, die Leerlaufsleistung durch einen Strom von der Grundfrequenz und sendet ihrerseits einen Magnetisierungsstrom von der Frequenz der zu unterdrückenden Oberwelle in die Wicklung H hinein. Dieser Strom wird also nicht mehr dem Netz Ni bzw. N2 entnommen, und er schließt sich auch nicht über die Betriebskapazität des Netzes.
• An Stelle der Erregermaschine E kann gemäß Abb. 2 auch ein aus der Reihenschaltung einer Induktivität L und einer Kapazität C gebildeter Schwingungskreis treten, welcher sich für die betreffende oberharmonische Frequenz in Resonanzabstimmung befindet. Durch diesen Schwingungskreis ist die Hilfswicklung auch für die mehrphasig verlaufende höhere Harmonische kurzgeschlossen, und sie führt somit außer dem Strom der dritten Oberwelle noch einen Strom derjenigen Oberwelle, auf welche- der Schwingungskreis (L + C) abgestimmt ist. In Abb. 2 ist die Bedeutung der Buchstaben die gleiche wie in Abb. _. An Stelle der Erregermaschine E ist, wie ersichtlich, die Anordnung der mit der Selbstinduktivität L hintereinandergeschalteter Kapazität C getreten.
• Führt man gemäß der Erfindung die zur freien Magnetisierung nötigen Mehrphasenströme höherer Frequenz dem Transformator T in der erläuterten Weise durch besondere Einrichtungen zu, dann kann der Betriebstransformator in normaler Weise gesättigt werden, ohne daß störende Resonanzerscheinungen im Netz zu erwarten sind.

Claims (6)

1. PATENT-ANsPRÜcHE: i. Veifahren zurVerhütung von Störungen durch in kapazitiv belasteten Netzen auftretende mehrphasige Resonanzüberströme der fünften oder einerhöheren Harmonischen, dadurch gekennzeichnet, daß die zur freien Magnetisierung nötigen Ströme der an das Netz angeschlossenen Transformatoren diesen durch eine auf ihnen befindliche Dreieckwicklung zugeführt wird, indem diese an sich bekannte Dreieckwicklung mit einem aus einer Kondensatormaschine oder aus einer anderen Kondensatoranordnung bestehendem abgestimmten Schwingungskreis zur Beseitigung der fünften oder höheren Harmonischen in Verbindung gebracht wird.
2. 2. Verfahren nach Patentanspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zur freien Magnetisierung nötigen Ströme in einer besonderen Erregermaschine erzeugt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregermaschine als freilaufende Synchronmaschine betrieben wird. q..
4. Verfahren nach Patentanspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die auf demTransformator befindliche Dreieckwicklung durch einen auf eine bestimmte Oberwelle abgesiimmtenSchwingungskreismehrphasig kurzgeschlossen wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch :1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß des Schwingungskreises über einen Zwischentransformator, welcher in diesem Falle die Dreieckwicklung erhält, erfolgt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 2 und dadurch gekennzeichnet, daß als auf dem Transformator befindliche Dreieckwicklung eine besondere Hilfswicklung verwendet wird, die gleichzeitig in an sich bekannter Weise als einphasiger Kurzschluß für die dritte harmonische Oberwelle dient.