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Anordnung von Drehstromtransformatoren oder Drehstromdrosselspulen
mit Zusatzwicklungen Die Erfindung bezieht sich auf Drehstromtransformatoren mit
Zusatzwicklungen. * Gemäß der Erfindung sind die Primär- und die Sekundärwicklungen
eines oder zweier Transformatoren mit je einer umschaltbaren festen Zusatzwicklung
versehen, die je eine Phasendrehung der Spannung gegen den Fluß von -f- z5° hervorrufen
und durch Zusammenschalten mit den Hauptwicklungen eine o°- oder 3o°-Schaltung bei
gleicher Spannung ergeben. Zu diesem Zweck können die Hauptwicklungen mit den zugeordneten
Hilfswicklungen eine Zickzack- oder Stern-Dreieck-Mischschaltung bilden. Besonders
vorteilhaft ist eine Stern-Dreieck-Mischschaltung für die Primär- und Sekundärwicklung
des oder der Transformatorm. Die Anordnung nach der Erfindung bringt, wie an Hand
der Ausführungsbeispiele näher erläutert, bei einem bzw. zwei" Transformatoren den
Vorteil, daß die Transformatoren durch einfaches Umschalten von Anzapfungen sowohl
mit in Stern-Stern und Dreieck-Dreieck als auch mit in Stern-Dreieck und Stern-Zickzack
geschalteten 'anderen Transformatoren jederzeit parallel arbeiten können. Hierdurch
wird bei einem geringen einmaligen Mehraufwand an Kupfer die Lager- und.Reservehaltung
außerordentlich vereinfacht, und es «-erden =@nlagekosten gespart.
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Die Anordnung nach der Erfindung hat ferner, wie im folgenden noch
näher erläutert, den weiteren Vorteil, daß man durch Parallelschalten von zwei gemäß
der Erfindung ausgebildeten Transformatoren oder durch . Parallelschalten dieser
Transformatoren mit Transformatoren der üblichen Schaltung die von den Transformatoren
hervorgerufenen Oberwellen weitgehend beseitigen kann. Man kann also diese Transformatoren
für höhere Eisensättigung ausführen und damit wesentliche Ersparnisse an Eisen und
Kupfer erzielen, ohne daß dabei direkte Nachteile (Oberwellen) oder indirekte Nachteile
(keine Möglichkeit des primären und
sekundären Parallelarbeitens
und schlechte Austauschbarkeit) auftreten. An sich ist es bereits bekannt, an Transformatoren
durch Schaltung der Wicklungen eine Phasendrehung zwischen dem Fluß und der Klemmenspannung
des Transformators herzustellen. Es ist dabei aber nicht die Bedingung erfüllt,
daß sowohl die Primär- als auch die Sekundärwicklung des Transformators je eine
umschaltbare feste Zusatzwicklung besitzen, die je eine Phasendrehung der Spannung
gegen den Fluß -F-15° hervorrufen. Die bekannten Transformatoren besitzen daher
auch nicht die geschilderten Vorteile, insbesondere bezüglich Parallelschaltbarkeit
mit in Stern-Stern, Dreieck-Dreieck oder Stern-Dreieck oder Stern-Zickzack geschalteten
anderen Transformatoren. .
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Die Erfindung bezieht sich ferner auf Drehstromdrosselspulen, die
finit Eisensättigung arbeiten. Erfindungsgemäß sind zwei (fieser Drosselspulen mit
je einer umschaltbaren festen Zusatzwicklung versehen, die je eine Phasendrehung
der Spannung geben den Fluß der Drosselspule von -f- i5' oder - i5-' hervorrufen,
so daß durch Parallelschalten von zwei Drosselspulen, von denen an der einen der
Fluß gegenüber der Spannung um -!- 15 ', an der anderen um - 15' gedreht
ist, die von den Drosselspulen leervorgerufenen fünften und siebenten Oberwellen
iiii Netz sich aufheben.
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Weitere Oberwellen kann- man, wie am Schluß der Beschreibung geschildert,
beseitigen, wenn man zu diesen gesättigten Drosselspulen noch gesättigte Drosselspulen
parallel schaltet, die einerseits keine Phasenverschiebung zwischen Spannung und
Fluß aufweisen, andererseits, z. B. infolge Drei,ecl:schaltung, eine 3o°-Pliasenverscliiebung.
Die Anordnung nach der Erfindung ergibt also bei Drosselspulen ähnliche Vorteile
wie bei Transformatoren, da man wiederum die Drosselspulen zwecks Ersparnis an Eisen
und Kupfer für Hohe Eisensättigung ausführen kann, ohne daß dabei der direkte Sachteil
des Auftretens von Oberwellen auftritt oder der indirekte Nachteil der schlechten
Austauschbarkeit.
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Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung. In Fig. i
ist ein Transformator dargestellt, der sowohl primär als auch sekundär derart in
Zickzack geschaltet ist, daß jede der beiden Wicklungen eine Drehung der Spannung-
um 152 gegenüber dem Fluß durchführt. Die Windungszahlen müssen daher so
gewählt werden, daß sich die Windungszahlen der auf einem Schenkel liegenden beiden
Teile der Primärwicklung bzw. der Sekundärwicklung zueinander verbalten wie sin
d.5' zu sin i5°. Da beide @@ iclclun,@en eine Drehung Spannung um -; 1,5- gegenüber
dein Fluß der Grundwelle r_usfübren, ist die resultierende Drehung der Spannung
zu-islalen den Eingangsklemmen '` 1', TI- und den @usganb.sklemmen
:r. v, deich Null, so claf, man einen solchen Transformator beliebig in Parallelarbeit
mit den Schaltgruppen A und B, d. 1i. z. B. niit Stern-Stern oder Dreieck-Dreieck
geschalteten Transformatoren verwenden kann. Dassellic Ergebnis -wird erreicht,
wenn man durch einfache Umschaltung der Phasenfolge der Anschlüsse das Vorzeichen
aller Winkeldrehungen umkehrt, so daly die Spannung gegenüber dein Fluß um - i 5
J' für jede Wicklung gedreht wird.
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Dreht man aber nur (las Vorzeichen einer der beiden Wicklungen durch
Phasenfolgeunischaltung um, wie das in Vi-. a für die Sekundärwicklung gezeigt ist.
so gibt ein und derselbe Transformator jetzt eine Drehung von 4- 30@ bzw. -30° zwischen
Eigangs- und Ausgangsspannung und kann nunmehr in Parallelarbeit zu denTransfcrmator£#n
der Gruppen C und D, also z. B. zu Stern-Dreieck oder Stern-Zickzack geschalteten
Transformatoren verwendet werden. 'Mail c r -hält also auf diese Weise einen Transformator,
dessen Anwendungsbereich bei gleichbleibender Betriebsspannung wesentlich erweitert
worden ist.
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`'erden bei zwei solchen Transformatoren die an der gleichen Spannung
liegenden Wicklungen so geschaltet, daß die eine dun Fluß um + i5=, die andere uin
- i5 in seiner Phasenlage gegenüber (fier Betrieb'-spannung verdreht, und besitzen
die beiden Transformatoren gleiche Induktion tinrl lIagnetisierungsleistung, so
heben sich beim Parallelschalten die fünften und siebenten Oberwellen heraus. Das
würde also beispielsweise gelten, wenn nian die Transforinatoren i und 2 nur auf
ihrer U nterspannungsseite parallel schaltet. Wollte man sie auch oberspannungsseitig
parallel `schalten. so müßte man die Phasenfolge der Oberspannungswicklung noch
von einem Transformator umkehren.
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Statt die Transformatoren in schiefem Zickzack zu schalten, Idinnte
nian sie auch, wie in Fib. 3 dargestellt. in Dreieck schalten und Anzapfungen der
Dreieckwicklung#2n herausführen: Die Anzapfungen werden so gewählt, daß wieder eine
Dre-hun- um -;- i 5 bzw. -i5 - stattfindet. Es sind bei jeder Wicklung in diesem
Fall zwei Anzapfungen notwendig. damit je nach Wahl cles Anschlußpunktes eine -,'
i-5--hrehung o#ler - i 5 -Drehung herbeigeführt werden.
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Besonders zweckmäßig ist es, eine Stern-Dreieck-Mischschaltung anzuwenden,
wie sie
in den Fig. 4., 5; 6 und 7 angegeben ist. Bei der Stern-Dreieck-Mischschaltung,
z. B. nach Fig. 4., bekommen die Wicklungen Anzapfungen, und es werden die nicht
an das Netz angeschlossenen Endpunkte der Wicklung mit diesen Anzapfungen so verbunden,
daß eine Dreieckschaltung entsteht, wie es das Ausführungsbeispiel zeigt. Die Fig.4
zeigt eine Schaltung, bei der sowohl Primär- als auch Sekundärwicklungen eine Dreieck-.Iisct,schaltung
besitzen, wobei jede Wicklung eine Drehung um + 15° der Spannung gegenüber dem Fluß
durchführt. Infolgedessen ist auch hier, ähnlich wie in Fig. i, die gesamte Spannungsdrehung
zwischen den Eingangsklemmen U, Il, W und den Ausgangsklemmen u,
v, w Null, so daß dieser Transformator in Parallelarbeit mit den Schaltgruppen
A und B betrieben werden kann. Das gleiche gilt für die Anordnung
nach Fig. 5, bei der das Vorzeichen aller Winkeldrehungen umgekehrt ist. Dreht man
nur das Vorzeichen einer der beiden Wicklungen durch Phasenfolgeuinschaltung um,
wie es die Fig. 6 und 7 in den beiden möglichen Ausführungen zeigen, so ergibt ein
und derselbe Transformator jetzt eine DreliUng um + 30j oder -30° zwischen Eingangs-
und Ausgangsspanumig, so daß er mit de,n .Schaltgruppen C und D parallel arbeiten
kann. -Man sieht, daß man den Transformator immer gleichmäßig ausführen kann, und
daß man es lediglich durch Umschaltung der Phasenfolge erreichen kann, daß die gewünschte
Versetzung zwischen Eingangs-und @@usgangsspannung für das Zusammenarbeiten mit
anderen Transformatoren erreicht wird.
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Schaltet man die Transformatoren der Fig..I und 5 bzw. die der Fig.6
und 7 parallel, so heben sich die fünften und siebenten Oberwellen heraus, wenn
die Transformatoren gleiche Induktion und gleiche Magnetisierungsleistung besitzen.
Dies rührt davon her, daß die Transformatoren der Fig.4 und 5 den Fluß gegenüber
der Spannung des Netzes, welche den Magnetisierungsstrom liefert, um -;- 15° bzw.
-15° verdrehen. Dasselbe gilt auch für die Transformatoren der Fig. 6 und 7.
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Diese Transformatoren; die den Fluß gegenüber der Betriebsspannung
um 15° drelien, liefern gleichzeitig elfte und dreizehnte Oberwellen, welche in
Gegenphase zu den Ob°rwellen der normalen o°- und 3o°-Schaltungen, also z. B. der
Stern-Dreieck- und Zickzack-Schaltungen stehen, wenn alle Transformatoren hinsichtlich
des Auftretens der dritten Oberwelle iln Phasenfluß gleich sind. Es ist bei dieser
Oberwellenkompensation immer zu berücksichtigen,. daß, wenn von der Drehung gesprochen
wird, immer nur die Drehung der Grundwelle des Flusses gegenüber der Spannung des
Netzes gemeint ist, welche die Magnetisierungsleistung liefert. Beispielsweise könnte
man die Transforinatoren der Fig.4 und j parallel schalten. Würde man dazu noch
einen in Stern-Dreieck (o° Drehung) und einen in Dreieck-Stern (30° Drehung) geschalteten
Transformator parallel schalten und würde man allen Transformatoren gleiche Magnetisierungsleistung
und Induktion geben, so würden sich die fünften und siebenten und auch die elften
und dreizehnten Oberwellen herausheben. Zugleich verschwinden in diesem Fall auch
die siebzehnten und neunzehnten Oberwellen.
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Wie die Windungszahlenverhältnisse der Stern-Dreieck-Mischwicklung
gewählt werden müssen, damit eine Versetzung um 15° der Spannung gegenüber dem Fluß
zustande kommt, geht aus dem Vektorbild in Fig.8 hervor. In diesem ist für die Schaltung
nach Fig.-l das Vektorbild dargestellt. a., b, c ist, das Spannungsdiagramm
der in Dreieck geschalteten Wicklung, wobei, wie in Fig. q. dargestellt, a.,
b und c die Anzapfpunkte der Gesamtwicklung sind. Das Dreieck U, h, W erhält
man, wenn man zu dem Viktor b, a noch einen Vektor gleicher Phasenlage addiert und
zu den Vektoren c, b und a, c in entsprechender Weise so, daß der Vektor U, V gegenüber
dem Vektor a, b um 15°, Il, W gegen b, c und W, L' gegen
c, a. um 15° versetzt ist. Da sich Ua. zu aW verhält wie sin 15° zu
sin: 45°, so ergibt sich @durch einfache Rechnung das Windungszahlenverhältnis der
Dreieck- WA zur Sternwicklung II-a zu
. Die gesamte Windungszahl N'). + WA muß, wie man sich leicht überzeugen
kann, das
der Windungszahl bei reiner Sternschaltung sein.
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Die Ströme in der Stern- und Dreieckwicklung müssen sich zueinander
verhalten wie bei jeder Reihenschaltung einer Stern- und einer Dreieckwicklung.
Dementsprechend sind die Ouerschnitte der Stern- qi und der Dreieckwicklung qA zu
wählen zu
Der Kupferaufwand teilt sich demnach auf Stern- und Dreieckw icklung zu gleichen
Teilen auf.
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Gegenüber dem normalen Transformator in Stern- oder Dreieckschaltung
ist der gesamte Kupferaufwand nur 3,5 % höher.
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Für die Spannungsregelung ist es notwendig, nicht nur Anzapfungen
der Sternwicklung, sondern auch gleichzeitig die Anzapfungen der Dreieckwicklung
zu regeln, um
(las vorgeschriebene Verhältnis von Sternzu Dreieckwicklung
unabhängig vom Lrbersetzungsv erhältnis des Transformators aufrechterhalten zu können.
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In Fig. g ist noch dargestellt, wie man den fehlenden Sternpunkt im
Bedarfsfalle durch eine Zusatzwicklung schaffen kann. Zu diesem Zweck erhält die
Wicklung noch Anzapfungen f, g und ?t, an welche die in Stern geschaltete Zusatzwicklung
angeschlossen wird. Der Kupferbedarf dieser Zusatzwicklung richtet sich nach der
gewünschten Belastbarkeit des Sternpunktes. Aus Fig. o folgt auch sofort die Größe
der Windungszahl wo der Zusatzwicklung und die Lage der Anzapfungen f, 11- und h.
Es ist
Wie bereits erwähnt, heben sich, wenn man zwei solche Transformatoren benutzt, von
denen der eine eine Drehung um -1- 15°, der andere um - 15° ausführt, im resultierenden
Strom die Oberreellen heraus. Man kann daher auch die Schaltung für gesättigte Drosselspulen
anwenden, deren Wicklungen dann in . Stern-Dreieck-Mischschaltung geschaltet werden.
Schaltet man zwei gleiche Drosselspulen, von denen die eine eine Verdrehung des
Flusses gegenüber der Spannung um -[- i 5°, die andere um - 15° ausführt, parallel,
so heben sich die fünften und siebenten Oberwellen heraus. .Tuch für Drosselspulen
ist daher die neue Anordnung günstig, da man zwei gleiche Drosselspulen finit gleicher
Wicklung verwenden und lediglich durch Umkehr der Phasenfolge die Auslöschung der
Oberreellen erreichen kann. Sind die parallel liegenden Drosselspulen oder Transformatoren
verschieden groß, so muß man zur Kompensation der Oberreellen die Sättigung verschieden
wählen. Schaltet man zwei um + 15 ' und - 15' drehende Drosselspulen parallel
zu einer um o' drehenden (Stern) und zu einer um 3o° drehenden (z. B. Dreieck),
so heben sich, wie für Transformatoren beschrieben, die fünften, siebenten, elften
und dreizehnten Oberreellen heraus.