DE745093C - Transformator mit in weiten Grenzen veraenderlichem Magnetisierungsstrom - Google Patents

Description

• Transformator mit in weiten Grenzen veränderlichem Magnetisierungsstrom Bei Höchstspannungsleitungen sind die Spannungsverhältnisse am günstigsten, falls die natürliche Leistung der Leitung entnommen wird. Ist die abgenommene Leistung kleiner, so muß durch parallel geschaltete Drosselspulen eine Kompensation der kapazitiven Blindleistung vorgenommen werden.
• Die bis jetzt angewandten Drosselspulen hatten Anzapfungen, und je nach der verlangten Kompensation wurde die eine oder andere Anzapfung angeschlossen. Lm eine stetige Regelung der Kompensation zu erzielen, ist im Prinzip auch schon die Verwendung von gesättigten Eisendrosseln vorgeschlagen worden.
• Aufgabe der Erfindung ist es, den Kompensationsgrad der Leitung unmittelbar durch Spezialtransformatoren zu beeinflussen, deren Magnetisierungsstrom in weiten ,Grenzen verändert werden kann. Ferner sollen die höheren Harmonischen des Magnetisierungsstromes zum Verschwinden gebracht werden. Erfindungsgemäß wird der Transformator derart ausgebildet, daß je Phase außer den Wechselstromwicklungen eine Gleichstromsteuerwicklung und eine Rückkopplungswicklung vorhanden ist und daß in der Rückkopplungswicklung ein Strom fließt, der von der Differenz zwischen Primärstrom urid Sekundärstrom abhängig ist.
• Abb. z zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. a1 und ai sind die zur Phase R gehörenden Primärwicklungsteile des Transformators.
• Aus später angegebenen Gründen werden zwei Primärwicklungsteile (z. B. a, und a1') je Phase verwendet. Diese beiden Teile der Primärwicklung einer Phase sind unter sich und mit einer I-Iilfs-,vicklun1 in Reihe geschaltet. So sind z. B. in Phase R ai und ai mit ain Reihe geschaltet. Diese in Reihe geschalteten Teile jeder Phase sind mit den entsprechenden Teilen der anderen Phasen in Stern geschaltet. Die Sekundärwicklung für die Phase R bestehi aus den Wicklungsteilen 6l und bi sowie aus der Hilfswicklung 6j. Die Wicklungsteile b1, b,', b° sind wiederum unter sich in Reihe geschaltet und mit den

  entsl:rechen"1cn @ehund<irt@-icislun,en (iei- all- ,

  deren Phase zu einer Dreieckschaltung ver-

  bunden. Ferner besitzt jede Phase noch eine

  Rückkopplungswicklung, z. B. Phase R die

  aus den @i'iclaun,steilen c, und c,' bestehende

  Rückkopplungswicklung. Diese Wicklungs-

  teile werden der Hilfswicklung r' aus

  über dir Gleichrichter ,, gespeist. Aullerdein

  wird noch eine aus zwei tE'irlaungsteil;:n be-

  stehende Gl:#iclisti-,?nlstetterwicl;luil- je Phase

  benötigt. Die zur Phase R gehörenden Wick-

  lungsteile der Gleichstronisteuerwicklung sind

  finit t1, 1111d C11 bezeichnet. Die Gleichstronl-

  steuerwicklun-en der drei Phasen sind hinter-

  einandtrgescisaltet, und zwar so, daß die in

  ihnen induzierten Wechselspannungen sich

  gegenseitig aufheben.

  Die t1'iclaungsteile a,, b,, c" d, jeder Phase

  sind zusammen auf einen Eisenkerls 311, g,-

  wickelt. Ebenso sind die \i icklungsteile a,',

  c,', 11i auf eitlen Eisenkern 31L1 gewickelt.

  Schließlich sind die 1lilfswicklungen a,, b, c`;

  auf einem Eisenkern m; vereinigt. Diese An-

  ordnullg ist für jede der drei Phasen gleich.

  Uni die `@irkuil,sweise der Anordnung 7_t1

  verstellen, geht 111a11 a111 besten voll der Er-

  kenntws aus, da13 die Induktivität einer

  @E@echselstromdrossel durch eine Gleichstrom-

  magnetisierung geändert werden kann. Utli

  Rückwirkungen des Wechselflusses auf den

  Gleichstromkreis zu vermeiden, unterteilt niaii

  jede @'t'ea,selstronlt@ iclaung in zwJ Hälften,

  die auf zwei Kernen sitzen, und ordnet die

  Gleichstrom@;-iciattngen so all, daß sie auf

  beiden Kernen eilt"egeilgesetzte Gleichstrom=

  inagnetlsierung erzeugen. Mail k< 1111 die

  Einptlndllclikelt eitler solchen Anordnung da-

  durch erhöhen, (lall niali eilten großen Teil

  der Gleicllstroiii@-oriilagiletisiertin- durch den

  Wechselstrom selbst erzeugen läßt, indem

  man den Wecliselstroin gleichrichtet und

  <Ittrcli eine besondere Rückkopplungswicklung

  führt. Von diesen Überlegungen wird bei der

  Erfindtlil- Gebrauch Beinacht.

  Wie bereits erwähnt, ist in Reihe finit den

  Wicklungsteileil a,, ai eine Hilfswicklung cfi"i

  und in Reihe finit den Wicklungsteilen b,, bi

  eine Hilfswicklung 11,' geschaltet. Die beiden

  Wicklungen erzeugen resultierende Anipere-

  windullgen, -welche proportional dein Magneti-

  sierungsstroin sind. Bciiutzt man eine dritte

  Wicklung c'I', so wird, da die Ainperewindun-

  gen wie bei einem Stromwandler sich koni-

  pensieren, durch c; ein Stroin fließen, der

  hrol.)ortioilal dein 1lagnetisierungsstrom ist.

  Dieser Strom wird iil einein Gleichrichter g,

  (z. B. Trockengleichrichter) gleichgerichtet

  und der Rückkopplungswicklung c,, c,' zu-

  geführt. Hierdurch wird eine Gleichstrom-

  magnetisierung erzeugt, welche durch die

  Pfeile angedeutet ist. DieGleichstrominagneti-

  sici-tiii,rll sind eiltgrhengesctzt gerichtet, und

  man kann zeigen, (Iall die durch die Wechsel-

  flüssc bedingten elektromoto@risclien Kräfte firn

  Gleichstromkreis c,, cl :ich aufheben..

  t"111 die Größe der Leerlaufströni.- steuern

  zu können, muß man mehr oder weniger in

  der Sättigung arbeiten. Dies wird erreicht,

  indem nian durch die @@'icl;lttngsteiled,iiilcld,'

  einen zusätzlichen Steticrgleiciistroni schickt.

  Dieser Steuergleichstrom kann außerordent-

  üch klein sein, da der Hauptteil der Gleich-

  strominai-iletisierung durch die Wicklungs-

  teile c, und ei geliefert wird- \Ian hat also

  iin vorliegenden Fall die @föglichl.eit, je nach

  Größe des Steuergleichstromes die Giöße der

  zufließenden --Magnetisierungsströllie in wei-

  teil C3,-eiizeii finit kleinen Stetierleisttliigeii be-

  einflusseii zu können. Manclmlal einpfielilt es

  sich, clie @iröl:,e des Steuergleichstromes auto-

  matisch übe rwachen zu lassen, z.13. durch

  eiheil Regler, welcher voll der Leitungs-

  spannung be,2lnflußt wird. Steigt die LeitungS-

  sparinung, so muß der Regler den Gleich-

  sIrom vergrö Bern, sodaß der -NIagnetisierungs-

  stroni zunimmt.

  Meist werden die Transformatoren große

  Leistun-en haben. Dann wird die Verwen-

  dung voll Trockengleichrichtern wegen deren

  Cirölle unwirtschaftlich. In diesem Fall inuß

  inan zu einem anderen Gleichrichter, bei-

  spielsweise C>tiecl;silberdainpf"leicliricliter,

  iiliergelien. Es wird dann

  ekle Schaltung verwendet. wie sie in Abb. 2

  für die Phase R dargestellt ist. Die Wick-

  lung c;, welche eine Mittelanzapfung hat,

  arbeitet hier attl die Anoden d, Lind el, wah-

  ren d die Kathode r1 finit dein einen Ende des

  Wicklungsteiles c,' verbunden ist, der mit c,

  in Reitle liegt. Für jede Phase werden. zwei

  ,.lnoden gebraucht. Fei vorliegender Schal-

  tung ei-,ibt sich der Vorteil, daß die Anoden

  aller Gleichrichter in einem einzigen Gleich-

  ricliterl;efä 13 mit einer einzigen Kathode un-

  tergebracht «-erden können.

  Es wurde bereits erwähnt, daß die Phase R

  zwei getrennte Eisenkerne na, und ifci für die

  HauptwicIdungen hat. Man kann jedoch den

  Kern für jede Phase auch nach Abb.3 aus-

  bilden, die einen dreischenkl.igen Kern zeigt,

  auf dessen Außenschenkeln die #Vecliselstroni-

  wicklungen sitzen, während die Gleichstrom-

  wicklungen auf (lern Mittelschenkel unter-

  gebracht sind. Oft wird nian. uni die Streu-

  ungen klein zu halten, auf den Außenschen-

  keln auch die kückkopplungswicklungsteile c,

  und c,' unterbringen, während nur die Gleicli-

  stronisteuerwicklungsteile auf dein Mittel-

  schenkeI sitzen. Gelegentlich wird jedoch ein

  Aufbau des Kernes nach Abb. 4 besser sein.

  Man hat hier zwei normale, dreischenklige

  Kerne, wie sie- bei Transforniatorer: üblich

  sind: Auf dein einen dreischenkligen Kern sitzen z. B. die Wicklungsteile cl, c2, c3, während auf dem anderen die Wicklungsteile ci , c_' und c3 aufgebracht sind. Um das Fließen der Gleichflüsse zu ermöglichen, sind besondere Jochstücke o und ö notwendig (s.Abb. 5). Die Gleichflüsse sind in Abb. 5 durch Pfeile angedeutet: Der Nachteil der bis jetzt geschilderten Transformatoranordnung besteht darin, daß der Magnetisierungsstrom eine starke 5. und. 7. Oberwelle hat. Die. für die Magnetisierung benötigte 3. Oberwelle kann ,in der in Dreieck geschalteten Sekundärwicklung" fließen. Um nun die 5. und 7. Oberwelle zti beseitigen, muß man z. B. zwei Transformatorengruppen ähnlich Abb. i verwenden, wobei jedoch die eaie Gruppe primär in Stern und die andere primär in Dreieck geschaltet sein muß. Bei dieser Schaltung besitzen die Grundharmonischen der Flüsse eine Phasenverschiebung von 30'=, und man kann zeigen, daß die 5. und ;. Stromharmonische für die Stern- und die Dreieckschaltung entgegengesetzte Richtung haben, so daß sie vom Netz nicht geliefert zu «erden brauchen. Damit auf der Sekundärseite die Transformatoren parallel geschaltet werden können, muß die eine Gruppe Stern-Dredeck und die andere Dreieck-Stern geschaltet sein.
• Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, beide Transformatorgruppen hinsichtlich der Wicklung gleichartig auszubilden. Man muß dann für die Phase R Wicklungen verwenden, die teils auf dem Kern i und teils auf dem Kern 2 sitzen. Abb. 6 zeigt schematisch, wie die Wicklungen angeordnet sein können. Die Phase R .des Transformators I würde z. B. aus den Wicklungen 1l und kl bestehen, die auf dem Kern i sitzen, und aus den Wicklungen k= und k,**, die auf dem Kern 2 untergebracht sind.
• Entsprechendes würde für den Transforniator II gelten, und man erhält, falls beide Transformatoren parallel geschaltet sind, in ihnen Flüsse, die 30° in der Phase gegeneinander verschoben sind. Man kann auch hier zeigen, daß die 5. Stromharmonische und die 7. Stromharmonische entgegengesetzte Phase haben, sich also in bezug auf das Netz kompensieren. Statt eine Parallelschaltung der beiden Transformatoren vorzunehmen, bestellt auch prinzipiell die Möglichkeit, die Wicklungen hintereinanderzuschalten.
• Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Regelung der Steuerwicklung durch einen besonderen Regler in Abhängigkeit von der Spannung erfolgen kann. Man kann auch ohne Regler auskommen, indem man die Steuerwicklungsteile d in zwei Gruppen aufspaltet, die einander entgegengeschaltet sind: Die eine Wiclaungsgruppe wird von einem konstanten Gleichstrom durchflossen, während die andere von einem Gleichstrom durchflossen wird, der proportional der Netzspannung ist und durch Gleichrichtung erhalten wird. Normalerweise werden die Amperewindungen der beiden Wicklungen sich etwa kompensieren. Steigt die Netzspannung dagegen, so entsteht ein Amperewindungsüberschuß, und der Magnetisierungsstrom des Transformators nimmt zu, so daß ein unzulässiger Spannungsanstieg der Leitung verhindert wird.
• Es sei erwähnt, daß man, anstatt die Wechselstroniwickltingsteilealtuidcci in Reihe zu schalten, diese auch parallel schalten kann. Untersuchungen zeigen jedoch, daß dann die Zeitkonstanten für das Ausregeln größer werden.
• Um init einer möglichst geringen Gleichstromsteuerleistung starke Veränderungen des Magnetisierungsstromes erzeugen zu können, wird man die Windungszahl der Rückkopplungswicklung etwa gleich der Windungszahl der primären Wechselstromwicklung wählen.
• Statt zwei verschieden geschaltete Transformatorgruppen zur Vermeidung der höheren Harmonischen zu verwenden, kann man jedoch auch mit einer Transformatorengruppe auskommen, falls man Erkenntnisse aus dem Bau von oberwellenfreien Transformatoren verwendet. Beispielsweise kann man, falls der Transformator Stern-Stern geschaltet ist, noch eine in Dreieck geschaltete tertiäre Wicklung benutzen, in welche eine zusätzliche Drossel eingeschaltet ist. Beiden bekannten oberwellenfreien Transformatoren kann man durch passende Bemessung der Drossel die 5. Stromharmonische und die 7. Stromharmonische annähernd zum Verschwinden bringen.
• Bei dem Transformator gemäß der Erfindung, dessen Magnetisierungsstrom geregelt wird, sich also stark ändert, wird man dagegen mit einer konstanten Drossel nicht auskommen, vielmehr muß diese ebenfalls in Abhängigkeit von den Oberwellen geregelt werden, z. B. durch Windungsanzapfungen. Gegebenenfalls muß eine gleichstromvormagnetisierte Drossel benutzt werden.
• Die in Abb.2 :dargestellte Gleichrichterschaltung läßt sich .auch bei durch Gleichstrom regelbaren Drosseln verwenden, die zur Kompensierung der Blindleistung einer Leitung dienen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Transformator mit in weiten Grenzen veränderlichem Magnetisierungsstrom, dadurch gekennzeichnet, daß je Phase außer den Wechselstromwicklungen eine Gleichstromsteuerwicklung (dl, di) und eine Rückkopplungswicklung (cl, ei") vorhanden ist und daß in der Rückkopplungswicklung ein Strom fließt, der von der Differenz. zwischen Primärstrom und Sekundärstrom abhängig ist, z. Transformator nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Phase jede Wechselstrom-,vicklung mit einer Wicklung (a' bzw. tii) eines Stromwandlertransforrnators in Reihe geschaltet ist und daß dieser eine weitere Wicklung (c7) hat, die an die Wechselstromseite eines Gleichrichters angeschlossen ist, der die Rückkopplungswicklung speist. 3. Transformator nach Anspruch i und 2. dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung der Rückkopplungswicklung einer jeden Phase vorzugsweise einQuecksilberdampfgleichrichter verwendet wird, dessen beide Anoden (ei und ei) an die dritte Wicklung (c') des Stromwandlertransformators, die eine ;Vlittelanzapfung besitzt, angeschlossen sind (Abb. -2). 4. Transformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsstrecken aller Gleichrichter in einem einzigen Gefäß angeordnet sind. Transformatorsatz, bestehend aus zwei parallel oder in Reihe geschalteten Transformatoren, nach =\nspruch i. dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatoren so geschaltet sind, daß die 3. Stromharmonische und die 7. Stromharmonische sich in bezug auf das -Netz kompensieren. G. Transformator nach Anspruch i in Stern-Stern-Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß er eine in Dreieck geschaltete Tertiärwicklung besitzt, in deren Stromkreis eine regelbare Drossel liegt. 7. Transformator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Gleichstromsteuerwicklung fließende Strom von einem Regler überwacht wird. der voll der Netzspannung beeinflußt wird. Zur Abgrenzung des Aninelduitgsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilunsverfahren keine Druckschriften in Betracht' gezogen worden.