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Aus drei Einphasentransformatoren der Zweischenkelbauart bestehende
Orehstromgruppe Es ist eine bekannte, in jüngster Zeit häufig geübte Maßnahme, einen
dreiphasigen Großtransformator in drei einphasige Einheiten aufzuspalten, sei es,
weil sich gezeigt hat, daß der damit verbundene Mehraufwand für die Schaltanlage
durch die dabei mögliche billigere Reservehaltung kompensiert wird, sei es, weil
es dann vielfach möglich ist, die Lastregulierung noch in die einphasige Einheiten
mit einzuzubauen, die bei einer dreiphasigen Einheit einem getrennten Regeltransformator
zugewiesen werden müßte. Die Frage, ab welcher Leistung die Aufspaltung zweckmäßig
ist, läßt sich freilich nicht einheitlich beantworten. In vielen Fällen ist eine
Aufspaltung bei Höchstleistungen aus konstruktiven Gründen (Bahnprofil, Durchführungen
für die Höchstspannungen) erforderlich, oder sie muß vorgenommen werden, weil die
Kurzschlußleistung auf der Generatorseite mit den handelsüblichen Schaltern nicht
mehr zu beherrschen ist.
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In solchen Fällen ist es bekannt, falls zwei Generatoren die Drehstromgruppe
speisen, drei Zweischenkeltransformatoren vorzusehen, deren beide Schenkel Unterspannungswicklungen
(Primärwicklungen), die aus den beiden Generatoren gespeist werden, und Oberspannungswicklungen
(Sekundärwicklungen) tragen, die parallel geschaltet sind. Bei Speisung durch drei
Generatoren erfolgte die Leistungssummierung bisher in drei Fünfschenkelkernen,
wobei jeder der drei bewickelten Säulen eines Teiltransformators eine vektorgleiche
Generatorphase zugeordnet wird. Die Oberspannungswicklungen aller drei Schenkel
sind wiederum parallel geschaltet. Da infolge der geometrisch gleichen Wicklungsanordnung
auf jedem Schenkel die Reaktanz (und damit die Kurzschlußspannung) jeder Niederspannungswicklung
zur auf demselben Schenkel sitzenden Oberspannungswicklung die gleiche ist, ist
gleiche Lastaufteilung zwischen den zwei bzw. drei Generatoren gewährleistet. Bekannterweise
ist durch die Anordnung der Primärwicklungen auf getrennten Schenkeln die Real-,tanz
zwischen zwei Primärwicklungen ungefähr zweimal so groß als die Real-,tanz einer
Primärwicklung zur Sekundärwicklung. Daher sind die Generatoren im Kurzschlußfall
besonders geschützt. Ferner sind durch die bisher übliche Schaltart die Kurzschlußabschaltleistungen
auf der Generatorseite unterteilt, was sie bei Höchstleistungen überhaupt erst beherrschbar
werden läßt. Weiterhin gestattet die bekannte Schaltart einen unabhängigen Betrieb
jedes Generators von den anderen Generatoren.
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Um nun eine an sich bekannte, aus drei Einphasentransformatoren der
Zweischenkelbauart bestehende Drehstromgruppe aus drei Generatoren speisen zu können,
trägt erfindungsgemäß jeder Schenkel der Einphasentransformatoren eine für die volle
Phasenleistung sowie eine für die halbe Phasenleistung bemessene Primärwicklung
und eine zur Gänze oder doch mit ihrem größten Teil zwischen den beiden Primärwicklungen
liegende, für die eineinhalbfache Phasenleistung bemessene Sekundärwicklung,. wobei
die in an sich bekannter Weise für die halbe Phasenleistung bemessenen Primärwicklungen
der beiden Schenkel in Serie oder parallel geschaltet sind.
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Die Erfindung weist also einen Weg, die an sich bekannte Summierung
der Generatorleistungen über eine Transformatorgruppe in wirtschaftlicherer Weise
zu bewerkstelligen, indem eine Wicklungsanordnung für die Teiltransformatoren einer
Drehstromgruppe aufgezeigt wird, durch die es möglich wird, die in den drei Generatoren
(oder allgemein in drei Energiequellen) erzeugten Primärleistungen in drei Einphasentransformatoren
der Zweischenkelbauart zu transformieren und zu summieren. Durch die Erfindung wird
also erreicht, daß die bisher hierzu erforderlichen Fünfschenkeltransformatoren
durch Zweischenkeltransformatoren ersetzt werden können, die natürlich billiger
sind- und neben den bei den bekannten Schaltarten vorhandenen noch die weiteren
Vorteile,
wie z. B. geringeres Transportgewicht und geringeren Raumbedarf
am Aufstellungort, mit sich bringen.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt einen der drei Zweischenkeltransformatoren einer Drehstromgruppe,
etwa den der Phase U zugeordneten. Auf jedem der beiden Schenkel sitzt eine Sekundärwicklung
H und zwei Primärwicklungen Ni, N3 bzw. 1V2, A T.". Davon ist die eine Primärwicklung
N3 ; N"", wie es an sich bekannt ist, je Schenkel für die halbe Phasenleistung bemessen.
Die Sekundärwicklungen H beider Schenkel sind in bekannter Weise parallelgeschaltet.
Die Primärwicklungen Nx, N2 sind der Phase Ui bzw. U2 des ersten bzw. zweiten Generators
und die Primärwicklungen N3' und N"", die in bekannter Weise in Serie geschaltet
sind, derselben Phase U3 des dritten Generators zugeordnet. In analoger Weise sind
die Kerne der Einphasentransformatoren für die Phasen y' und TV bewickelt.
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Damit sich die Primärleistung (insbesondere die Kurzschlußleistung)
gleichmäßig auf die drei Generatoren aufteilt, ist es erforderlich, daß die prozentuelle
Kurzschlußspannung ist (bezogen auf die volle Phasenleistung) für alle drei
primären Wicklungsteile die gleiche ist. Letztere ergibt sich in bekannter Weise
zu:
(wobei f =Frequenz, Jw=Amperewindungszahl eines Schenkels, uu,=Spannung je Windung,
D=mittlerer Durchmesser im Streukanal, H =Wicklungshöhe, c=Rogowskyfaktor, s=reduzierter
Streuspalt).
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Ist nun laut Voraussetzung Ji wi = J2 W2 = J3 W3 = J3 w3
+ J3 W3 " = J w und setzt man
und D3 g3 = D3 g3 = D3 g3 1
so ergibt sich als Bedienungsgleichung
für gleiche Leistungsaufteilung
Um dieser Gleichung zu genügen, müßte also das Produkt Das, den doppelten Wert des
Produktes Dis, bzw. Des, erreichen, d. h. der Streuspalt zwischen H und N.'
bzw. H und N."* müßte wesentlich größer sein als der Streuspalt zwischen
H und N1 bzw. H und N2. Da man aus naheliegenden Gründen die Streukanalbreite nicht
über das aus elektrischen Gründen (Spannungsabstand) erforderliche Minimum wählen
wird, ist die durch obige Bedingungsgleichung erzwungene Überdimensionierung der
Streuspalte zwischen H und N.' bzw. H und N3' in den meisten Fällen
ein gewisser Nachteil (natürlich könnte durch Nichterfüllung obiger Bedingungsgleichung,
also bei verschiedenen Kurzschlußspannungen, eine solche Drehstromgruppe aus drei
Generatoren verschiedener Leistungen gespeist werden, indem dann der Generator mit
der größeren Leistung die Wicklung mit der geringeren Kurzschlußspannung speisen
müßte, der Normalfall aber ist die Speisung aus drei leistungsgleichen Generatoren)
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Wenn die Sekundärwicklung starr geerdet ist, wie es bei den für eine
solche Aufspaltung in Frage kommenden großen Leistungen meist der Fall ist, kann
dieser Nachteil vermieden werden, indem man zunächst einen geringen Teil der Sekundärwicklung
als innerste Wicklung aufbringt, darauf die Primärwicklung für die volle Phasenleistung,
darüber die restliche Sekundärwicklung und schließlich die zweite Sekundärwicklung
für die halbe Phasenleistung. Hierdurch erreicht man, daß die Kurzschlußspannungen
%i bzw ask2 verringert werden und gleichzeitig die Kurzschlußspannung uk3 erhöht
wird.
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Man kann also mit einem relativ geringen Teil der Sekundärwicklung
innen am Kern eine weitgehende Annäherung der Kurzschlußspannungen bei annähernd
gleichen Streuspalten erreichen.
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In Fig.2 ist ein Einphasentransformator mit der eben geschilderten
Verteilung der Wicklungen auf seine beiden Schenkel dargestellt, die es ermöglicht,
bei gleichen, im wesentlichen nur aus elektrischen Gründen verlangten Streuspalten
eine gleichmäßige Leistungsaufspaltung zu erreichen. H' und H" sind
die beiden in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen eines jeden Schenkels, N1 und
N2 die auf je einem Schenkel sitzenden Primärwicklungen für die volle Phasenleistung
und N3 und N3" die für die halbe Phasenleistung bemessenen und in Reihe geschalteten
Primärwicklungen der beiden Schenkel.
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Mit der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung wird ein Einphasentransformator
nicht wesentlich breiter, jedoch um etwa die Hälfte kürzer als ein Teiltransformator
mitFünfschenkelkern. Gewicht und Eisenverluste eines Zweischenkelkernes sind beträchtlich
geringer als bei einem Fünfschenkelkern. Da überdies bei doppelkonzentrischer Wicklungsanordnung
die Kupferzusatzverluste geringer werden, ermöglicht die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung
bzw. Leistunggsaufteilung nicht nur eine Gewichts-und damit Preissenkung, sondern
auch eine Wirkungsgradverbesserung. Hinsichtlich Leistungsaufteilung und Kurzschlußschutz
für die Generatoren bringt die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung dieselben Vorteile
mit sich wie die bekannten Ausführungen, also gleiche Kurzschlußspannungen der drei
Primärwicklungen zur Sekundärwicklung und annähernd doppelte Impedanz von einer
Generatorwicklung zur anderen.
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Gegebenenfalls kann die Sekundärwicklung auch als Sparwicklung ausgeführt
werden, so daß von den drei Generatoren her auf zwei verschiedene Netze hin übersetzt
werden kann (Netzkupplung).