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Reihenstufentransformator zur stufenweisen Regelung des Wirk- oder
Blindleistungsflusses zwischen gekuppelten Netzteilen In Leitungsnetzen, die im
Ring geschlossen sind ofler, die die Verbindung zwischen mehreren Kraftquellen bewirken,
hat das Zusetzen von positiven oder negativen Spannungsgrößen zur Netzspannung nicht
nur den Zweck, die Spannung auf einer bestimmten Höhe zu halten, sondern auch vielfach
den Zweck, den Wirk- oder Blindleistungsfluß in dem betreffenden Netz willkürlich
zu beeinflussen. Es ist bekannt und z. B. im Patent 489 953 beschrieben, daß man
zum Zwecke dieser Wirk- und Blindleistungsregelung nicht allein mit einem Zusatz
von Spannungsgräßen in Richtung der Phasenspannung auskommt, sondern daß man auch
in hierzu senkrechter Richtung Spannungsgrößen zusetzen muß. Diese senkrecht zur
Phasenspannung zugesetzten Spannungsgrößen bewirken keine eigentliche Spannungserhöhung,
sondern hauptsächlich eine Winkelverdrehung zwischen der ungeregelten und der geregelten
Spannung.
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Die Aufgabe, entweder den Wirk- oder Blindleistungsfluß in dem gekuppelten
Netz willkürlich zu beeinflussen, erfüllt jedoch bei einer solchen bereits bekannten
Schaltung nur ein gleichzeitiger Zusatz von Spannungsgrößen in Richtung oder senkrecht
zur Phasenspannung. Der Grund hierzu liegt in der Tatsache, daß jede der beiden
Spannungsänderungen zu gleicher Zeit auf die Wirkleistung wie auf die Blindleistung,
wenn auch in verschiedener Weise, einwirken. Es muß deshalb z. B. bei einer beabsichtigten
Wirkleistungsänderung, die mit der Spannungsquerkomponente unerwünscht verbundene
Blindleistungsänderung durch den Zusatz einer entsprechenden Spannungslängskomponente
ausgeglichen werden, so daß die Summe der Blindleistungsänderungen von Quer- und
Längskomponenten gleich Null und die Summe der Wirkleistungsänderungen beider Komponenten
gleich der gewünschten Größe wird. Der gewünschte Effekt ist also nur durch eine
gleichzeitige Betätigung der Quer- und Längsregelung bewirkt worden.
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Will man durch eine Regeltätigkeit auch nur eine Leistungskomponente,
also entweder die Wirkleistung oder die Blindleistung, beeinflussen, so muß man
zu der Phasenspannung eine Zusatzspannung unter einem zwischen o und go ° liegenden
Winkel bzw. unter einem hiergegen um go° verdrehten Winkel zusetzen. So erreicht
man z. B. eine ausschließliche Beeinflussung der Wirkleistung, indem man die Spannungskomponente
in der Richtung des Wirkspannungsabfalles, der durch die Ohmschen bzw. induktiven
Widerstände des zwischen den Kupplungsstellen liegenden Netzes bedingt ist, hinzusetzt.
Die zur Beeinflussung des Blindstromflusses notwendige Spannungsgröße liegt vektoriell
senkrecht hierzu, also in der Richtung des Blindleistungsspannungsabfalles.
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Ein bisher bekannter Weg, eine solche vektorielle Lage der Zusatzspannung
zu erreichen,
besteht darin, den Eisenkern des Zusatztransformators
durch eine Hilfsspannung zu erregen, die man durch Hintereinanderschalten der Sekundärwicklungen
zweier Erregertransformatoren erhält, die durch ihre in Stern bzw. Dreieck geschalteten
Primärwicklungen aus dem Netz gespeist werden. Durch Veränderung der sekundären
Windungszahlen der Erregertransformatoren erhält man die für den Reihenstufentransformator
benötigte Erregerspannung, die -ja nach dem beabsichtigten Zweck die vektorielle
Lage des Wirk- bzw. Blindleistungsspannungsabfalles hat. Dieser Weg ist jedoch,
da mehrere Eisenkerne benötigt werden, verhält-; nismäßig umständlich und wird durch
die vorliegende Erfindung wesentlich vereinfacht.
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Es ist bekannt, daß man eine Regelung in Richtung der Phasenspannung
ohne weiteres durch eine aus dem gleichen Netz gespeiste Sternschaltung der Erregerwicklung
erzielt. Ebenso ist es bekannt, daß man eine Regelung senkrecht zur Phasenspannung
durch Dreieckschaltung der Erregerwicklung erhält. In analoger Form ist es möglich,
eine Regelung in einer beliebigen Vektorlage dadurch zu erreichen, daß man die Erregerwicklung
in Zickzack schaltet und die hintereinandergeschalteten Teilwicklungen jeder Phase,
die auf verschiedenen Schenkeln angeordnet sind, verschieden groß macht: So kann
man z. B. bei der sogenannten Sternzickzackschaltung, je nachdem ob man die am Phasenende
aller die am Sternpunkt liegende Teilspannung der Zickzackwicklung größer macht,
den Spannungsvektor der gesamten Phasenwicklung gegenüber dem Spannungsvektor einer
einzigen Schenkelwicklung um einen Winkel bis zu 6o° drehen. Durch Austausch der
Zickzackteilspule eines Schenkels gegen die eines anderen Schenkels kann dieser
Winkel jeweils um weitere 6o° nach Belieben weitergedreht werden. Die gleiche Wirkung
wie mit Sternzickzack kann man naturgemäß auch mit Dreieckzickzack erreichen, wie
weiter unten an Hand der Abbildungen noch näher erläutert wird. Als wesentlich ist
zunächst festzuhalten, daß man in der vorbezeichneten Weise aus einem durch die
Netzspannung mittels einer Zickzackwicklung erregten Transformator sekundärseitig
jeden beliebigen Spannungsvektor abnehmen kann, wenn man das Verhältnis der Schenkelbewicklungen
jeder Phase zueinander entsprechend bemißt.
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In den Abb. i und 2 sind die Schaltungen zweier durch Sternzickzack
bzw. Dreieckzickzackwicklungen erregter Dreiwicklungstransformatoren gezeichnet.
Die in der Mitte vektoriell und wicklungstechnisch gezeichneten, mit A bezeichneten
Wicklungen dienen 'zur Erregung eines Serientransformators. Die mit B bezeichneten
Stufenwicklungen bringen eine Regelwirkung in Richtung des Wirkspannungsabfalles
hervor, und die mit C bezeichneten Stufenwicklungen bringen eine Regelwirkung senkrecht
zum Wirkspannungsabfall, d. h. also in. Richtung des Blindspannungsabfalles, hervor.
Der Einfachheit halber wurde in sämtlichen Abbildungen gleich das Wicklungsschema
für einen Dreiwicklungstransformator zur Transformierung von A auf B und C gezeichnet.
Genau so gut kann natürlich jeweils nur eine Schaltung zur Beeinflussung der Wirk-
oder Blindleistung von A auf B oder von A auf C angewandt werden.
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Betrachtet man zunächst den einfacheren Fall der ausschließlichen
Einwirkung auf die Wirkleistung durch Transformation von der Erregerwicklung
A auf die Stufenwicklung B
in Abb. r, so erkennt man, daß der Vektor
der Stufenwicklung B, z. B. der Phase V, die allein auf dem Schenkel S2 untergebracht
ist, gegenüber dem Vektor 0V der Erregerwicklung A den Winkel wi aufweist. Diesen
Winkel kann man von o bis 6o° variieren, wenn man das Windungsverhältnis zwischen
den auf dem Schenkel S, und den auf dem Schenkel S2 untergebrachten Windungen entsprechend
verändert. Bringt man eine größere Zähl von Windungen auf dem Schenkel S1 unter,
so wird der Winkel w,. größer; macht man jedoch den Anteil der Windungen auf dem
Schenkel S2 größer, so wird der Winkel w, kleiner. Er ist gleich Null, wenn alle
Windungen auf dem Schenkel S2 liegen; er wird negativ, wenn ein Teil der Windungen
auf dem Schenkel S3 untergebracht ist.
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In ähnlicher Weise kann man entsprechend Abb. 2 mit Hilfe einer in
Dreieckzickzack geschalteten Erregerwicklung A auf eine in offenem Dreieck geschaltete
Stufenwicklung C einen Spannungsvektor übertragen, der einen alleinigen Einfluß
auf den Blindleistungsfluß ausübt. Hier ist die von der Außenleiterspannung zwischen
U und V erregte Wicklung in je eine Teilwicklung UX und XV zerlegt, die auf
den Schenkeln S1 und S2 untergebracht sind. Der Vektor der Stufenwicklung
VV der Sekundärwicklung C, die auf dein Schenkel S1 untergebracht ist, weist
damit gegenüber der Phasenspannung ÖTl einen Winkel w. auf, der wiederum durch Veränderung
der auf den Schenkeln S,_ und S@ untergebrachten Wicklungsteile so lange verändert
werden kann, bis er dem Winkel zwischen den Vektoren des Blindleistungsspannungsabfalles
und der Phasenspannung gleich ist.
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Wenn bis jetzt in Abb. T nur das Zusammenwirken zwischen der Erregerwicklung
A und der Wirkleistungsregelwicklung B und in
Abb.2 nur das Zusammenwirken
der Erregerwicklung A mit der Blindleistungsregelwicklung C betrachtet wurde, so
geschah dies nur, um die technisch einfachsten Fälle darzustellen, bei denen in
einem Zweiwicklungs-Reihenstufentransformator lediglich Einfluß auf die Wirkleistung
oder Blindleistung genommen wird. Soll jedoch in einem Dreiwicklungstransformator
Einfluß auf beide Leistungsarten ausgeübt werden, so kann man bei der Schaltung
nach Abb. i eine dritte Wicklung C, und bei der Schaltung nach Abb. 2 eine dritte
Wicklung B hinzufügen. In diesen Wicklungen wird in der nach Patent 489 953 bekanntgewordenen
Weise in jeder Stufe ein zur Schenkelspannung der betreffenden Phase (S=, Abb. i
und S1, Abb. 2) senkrechter Spannungsvektor durch gleichschenklige Zickzackschaltung
erreicht. Da nun z. B. in Abb. i die Erregerschaltung schon so gewählt wurde, daß
die Schenkelspannung der Stufenwicklung B die gleiche vektorielle Lage wie der Wirkspannungsabfall
hat, so erhält die auf der Schenkelspannung senkrecht stehende Stufenspannung der
Stufenwicklung C automatisch die vektorielle Lage des Blindspannungsabfalles. Ähnlich
liegen die Verhältnisse bei der Schaltung nach Abb. 2. Es ist somit sowohl nach
der Schaltung Abb, z wie nach der Schaltung Abb, -, die Aufgabe gelöst worden, durch
einen Zwei-bzw. Dreiwicklungs-Transformator mit spezieller Erregerschaltung eine
direkte Wirk-oder Blindleistungsregelung bzw. beides zu gleicher Zeit zu erreichen.
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Dieselbe Aufgabe kann jedoch außer auf dem vorbeschriebenen auch auf
dem durch die Abb. ß und 4 gekennzeichneten Weg gelöst werden. Hier sind als Schaltung
der Erregerwicklung A die üblichen Stern- bzw. Dreieckschaltungen gewählt. Die gewünschte
vektorielle Lage der Stufenspannungen wird hier dadurch erzeugt, daß jede-einzelne
Stufenwicklung, gleichgültig, ob sie der Wirk-oder Blindleistungsregelung dienen
soll, aus zwei in Zickzack geschalteten Teilwicklungen zusammengesetzt ist, die
wieder in verschiedenem Windungsverhältnis auf den Schenkeln verteilt sind. Es liegt
hier also gegenüber den an Hand der Abb. i und 2 beschriebenen Schaltungen lediglich
eine Umkehrung in dem Sinne vor, daß Primärwicklung und Sekundärwicklung in ihrer
Schaltung vertauscht worden sind, wobei man allerdings die ungleichschenklige Zickzackschaltung
für jede Stufe einzeln anwenden mußte. Diese Schaltung wird insbesondere dann anzuwenden
sein, wenn die Erregerschaltung festliegt. Das ist z. B. der Fall, wenn die Reihenstufenwicklung
mit auf dem Schenkel des Haupttransformators untergebracht werden soll.