DE1261951B

DE1261951B - Three-phase transformer, converter or choke

Info

Publication number: DE1261951B
Application number: DEW29759A
Authority: DE
Inventors: William Farber; Maurice Williams Sharon
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1960-04-12
Filing date: 1961-04-05
Publication date: 1968-02-29

Description

Dreiphasiger Transformator, Wandler oder Drossel Die Erfindung betrifft einen dreiphasigen Transformator, Wandler oder Drossel, dessen/deren Hochspannungswicklungen im Stern geschaltet und auf drei verschiedenen Schenkeln eines gemeinsamen Eisenkerns aufgebracht sind, wobei die drei Schenkel in einer Linie räumlich hintereinander angeordnet sind, so daß der Kern drei (Kerntype) bzw. sechs (Manteltype) Fenster besitzt und zwei bzw. vier Kernbereiche von den magnetischen Flüssen zweier Schenkel gemeinsam durchsetzt sind.Three Phase Transformer, Converter, or Choke The invention relates to a three-phase transformer, converter or choke, its high-voltage windings Connected in a star and on three different legs of a common iron core are applied, the three legs in a line spatially one behind the other are arranged so that the core has three (core type) or six (shell type) windows and has two or four core areas of the magnetic fluxes of two legs are interspersed together.

Bei einem bekannten dreiphasigen Transformator, dessen Hochspannungswicklungen im Stern geschaltet und auf drei verschiedenen Schenkeln eines Eisenkerns aufgebracht sind, müssen im Betrieb zumindest bestimmte Teile des Kerns, vor allem die Zwischenjoche, die von wenigstens nvei benachbarten Wicklungen herrührenden magnetischen Teilflüsse führen. Um die Zwischenjoche möglichst schmal bzw. ihre Querschnitte möglichst klein zu halten., weisen bei der bekannten Konstruktion die Erregerwicklungen jeweils aufeinanderfolgender Phasen entgegengesetzten Wickelsinn auf, so daß die mittels zweier oder mehrerer benachbarter Wicklungen. erzeugten Flüsse sich in den Zwischenjochen des Eisenkerns vektoriell addieren. Dadurch wird magnetisches Material eingespart.In a known three-phase transformer, its high-voltage windings Connected in a star and applied to three different legs of an iron core are, at least certain parts of the core, especially the intermediate yokes, the partial magnetic fluxes originating from at least nvei neighboring windings to lead. Around the intermediate yokes as narrow as possible or their cross-sections as small as possible to keep., in the known construction, the excitation windings each successive phases opposite winding direction, so that the means two or more adjacent windings. rivers created in the intermediate yokes of the iron core vectorially add. This saves magnetic material.

Ein derartiger Aufbau hat jedoch zur Folge, daß bei bestimmten Arbeitsbedingungen für den Transformator, beispielsweise im Fall eines Erdschlusses im an-eschlossenen elektrischen Netz, die Dichte des magnetischen Flusses in den Zwischenjochen des Kerns den mehrfachen, z. B. dreifachen Betrag ihres Normalwertes und in den übrigen Teilen des Kerns den Y3fachen Betrag annehmen kann, wenn die Wicklungen des Transformators im Stern geschaltet sind. In vielen Fällen wird beim Auftreten derartiaer Fehler der Transformator innerhalb weniger Perioden durch Schutzeinrichtungen, wie Trennschalter, von dem mit ihm verbundenen elektrischen Netz abgeschaltet. Dann braucht der Kern des Transformators nur für die kurzzeitige Führung dieses großen Flusses bzw. für einen kurzzeitigen Betrieb in derartigen Fehlerfällen ausgelegt zu sein.However, such a structure has the consequence that under certain working conditions for the transformer, for example in the event of an earth fault in the connected electrical network, the density of the magnetic flux in the inter-yokes of the Kerns the multiple, z. B. three times their normal value and the rest Dividing the core can take Y3 times the amount if the windings of the transformer are connected in the star. In many cases, when this type of error occurs the transformer within a few periods through protective devices such as disconnectors, disconnected from the electrical network connected to it. Then the core needs of the transformer only for the short-term management of this large river or for to be designed for short-term operation in such cases of failure.

Bei bestimmten Anwendungsfällen des bekannten Transformators, beispielsweise als Spannungswandler, der in die einzelnen Phasen eines im Stern geschalteten Netzes eingeschaltet ist, muß der Transformator jedoch auch während der erwähnten außergewöhnlichen Betriebsfälle, bei denen die 1,732fache Spannung an bestimmten Phasen des Netzes auftritt, arbeiten. Das bedeutet, daß der Wandler während aller Betriebsfälle, also auch während der erwähnten Fehlerfälle, mit dem elektrischen Netz verbunden bleiben und angeschlossenen Bürden, beispielsweise Meßinstrumenten und Relais, eine Speisespannung liefern muß. Bei derartigen Wandlern muß daher das normale Betriebsverhalten auch bei einer übererregung des Kerns gewahrt bleiben. Da bei dem bekannten dreiphasigen Transformator die, Flußdichte zur Sättigung zumindest einzelner Teile des Kerns führen kann, ist ein derartiger Transformator dann für viele Zwecke nicht brauchbar.In certain applications of the known transformer, for example as a voltage converter that goes into the individual phases of a star-connected network is switched on, the transformer must, however, also during the aforementioned exceptional Operating cases in which 1.732 times the voltage on certain phases of the network occurs, work. This means that the converter during all operating cases, so remain connected to the electrical network even during the mentioned faults and connected loads, for example measuring instruments and relays, a supply voltage must deliver. In converters of this type, normal operating behavior must therefore also be observed be maintained in the event of overexcitation of the core. As with the well-known three-phase Transformer die, flux density to saturate at least individual parts of the core can lead, such a transformer is then useless for many purposes.

Um einen dreiphasigen Transformator auch dann in einem dreiphasigen, im Stern geschalteten Netz einsetzen zu können, ohne daß im Fehlerfall durch den auftretenden großen magnetischen Fluß eine Sättigung im Kein eintritt, wäre eine Vergrößerung einzelner Teile des Kerns, insbesondere der Querschnitte, erforderlich. So müßte beispielsweise der Querschnitt der Zwischenjoche um ein Dreifaches und die Querschnitte der übrigen Kernteile um das Vgfache gesteigert werden.To convert a three-phase transformer into a three-phase, to be able to use in the star-connected network without being caused by the If a large magnetic flux occurs, saturation in the no would be one Enlargement of individual parts of the core, especially the cross-sections, required. For example, the cross-section of the intermediate yokes would have to be threefold and the cross-sections of the remaining core parts can be increased by a factor of four.

Um einen dreipliasigen Transformator zu schaffen, bei dem auch im Fehlerfall, beispielsweise bei einem Erdschluß, keine Sättigung im Kern eintritt, obwohl der Querschnitt der Zwischenjoche in übereinstimmung mit den Querschnittten der übrigen Kernteile unter Verringerung des Aufwandes für das Kernmaterial nur um den V3fachen Betrag gegenüber den Kernteilen des bekannten Transformators, gesteigert worden ist, weisen gemäß der Erfindung die Hochspannungsphasenwicklungen gleichen Wickelsinn auf.In order to create a three-phase transformer in which the im In the event of a fault, for example in the event of an earth fault, the core is not saturated, although the cross-section of the intermediate yokes coincides with the cross-sections the remaining core parts while reducing the cost of the core material only V3 times the amount compared to the core parts of the known transformer has been, show according to the invention High voltage phase windings same winding sense.

Es ist zwar ein Stromwandler mit drei Hochspannungsphasenwicklungen bekannt, denen jedoch nur eine einzige Sekundärwicklung zugeordnet ist. Die Hochspannungsphasenwicklungen sind derart relativ zu der einzigen Sekundärwicklung angeordnet, daß sie ein Drehfeld erzeugen, das als einphasiges Feld der Sekundärwicklung zugeführt wird und in dieser eine einphasige Spannung induziert. Bei dem bekannten Stromwandler handelt es sich demzufolge um einen Wandler, der einen Mehrphasen- in einen Einphasenstrom umwandelt; mit dem erfindungsgemäßen dreiphasigen Transformator, der jede der drei Hochspannungsgrößen in jeweils eine Niederspannungsgröße umformt, ist daher der bekannte Stromwandler nicht zu vergleichen.True, it is a current transformer with three high voltage phase windings known, but only a single secondary winding is assigned to them. The high voltage phase windings are so arranged relative to the single secondary winding that they have a rotating field generate, which is fed as a single-phase field of the secondary winding and in this induces a single-phase voltage. The known current transformer is consequently a converter that converts a multi-phase to a single-phase current; with the three-phase transformer according to the invention, each of the three high voltage quantities converted into a low-voltage variable in each case, is therefore the well-known current transformer Not comparable.

Die Erfindung soll an Hand eines in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels und der Vektordiagramme in den F i g. 3 bis 6 erläutert werden. Dabei zeigt Fig. 1 die Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels eines gemäß der Erfindung aufgebauten Spannungswandlers teilweise im Schnitt, während F i g. 2 schematisch den Kern des Wandlers mit den darauf angeordneten Wicklungen wiedergibt. Der dreiphasige Spannungswandler 10 besteht, wie die F i g. 1 und 2 erkennen lassen, grundsätzlich aus einer dreiphasigen Spulenanordnung auf einem entsprechend gestalteten Kern, die in einem in det Regel mit einem geeigneten Isoliermittel, beispielsweise öl, gefüllten Gehäuse 28 angeordnet ist. Das Gehäuse 28 ist in diesem Ausführungsbeispiel auf einem geeigneten Rahmen 36 befestigt.The invention is intended to be based on one of the FIGS. 1 and 2 and the vector diagrams in FIGS . 3 to 6 will be explained. 1 shows the front view of an exemplary embodiment of a voltage converter constructed according to the invention, partially in section, while FIG. 2 shows schematically the core of the transducer with the windings arranged on it. The three-phase voltage converter 10 consists, as shown in FIG. 1 and 2 can be seen, basically from a three-phase coil arrangement on a correspondingly shaped core, which is arranged in a housing 28 which is usually filled with a suitable insulating agent, for example oil. In this exemplary embodiment, the housing 28 is fastened to a suitable frame 36.

Die Spulenanordnung des Spannungswandlers setzt sich aus den Hochspannung hasenwicklungen t>SP 32A, 32B und 32C sowie den Niederspannungsphasenwicklungen 34A, 34B und 34C, die mit den entsprechenden Hochspannungsphasenwicklungen über den Kern 20 gekoppelt sind, zusammen. Der Kein ist zweckmäßig als Mantelkern ausgebildet. Jeweils ein Ende der Hochspannungsphasenwicklungen 32A, 32B und 32C sind an außerhalb des Gehäuses 28 angeordnete Leitungsklemmen H 1, H2 und H3 geführt, die auf geeigneten Durchführungsisolatoren Bl, B2 und B3 angeordnet sind und zur Spannungszuführung dienen. Die Durchführungsisolatoren sind mit dem Gehäuse verspannt oder in diesem verkittet. Vorteilhaft sind Gehäuse und Durchführungsisolatoren wetterfest ausgeführt, damit der Wandler auch im Freien arbeiten kann.The coil arrangement of the voltage converter is composed of the high-voltage phase windings t> SP 32A, 32B and 32C and the low- voltage phase windings 34A, 34B and 34C, which are coupled to the corresponding high- voltage phase windings via the core 20. The none is expediently designed as a jacket core. One end of each of the high-voltage phase windings 32A, 32B and 32C is led to line terminals H 1, H2 and H3 which are arranged outside the housing 28 and which are arranged on suitable bushing insulators B1, B2 and B3 and are used for supplying voltage. The bushing insulators are clamped to the housing or cemented into it. The housing and bushing insulators are advantageously weatherproof so that the converter can also work outdoors.

Auch die Enden der Niederspannungsphasenwicklungen 34 A, 34 B und 34 C sowie ihre Abgriffe T 1, T2 und T3 sind aus dem Gehäuse 28 herausgeführt und an die Klemmen 42A, 46A bzw. 42B, 46B bzw. 42C, 46C sowie 44A, 44B und 44C auf der Anschlußplatte62, die an der Seitenwand des Gehäuscs 28 befestiet ist und eine abnehmbare Abdeckplatte besitzt, geführt.The ends of the low-voltage phase windings 34 A, 34 B and 34 C and their taps T 1, T2 and T3 are led out of the housing 28 and to the terminals 42A, 46A or 42B, 46B or 42C, 46C and 44A, 44B and 44C on the connecting plate 62, which is fastened to the side wall of the housing 28 and has a removable cover plate.

Das Gehäuse 28 kann eine Anzahl von ösen 29 od. dgl. zum Transport tragen, die im Ausführungsbeispiel zwischen den Durchführungsisolatoren Bl, B 2 und B 3 liegen. Der als Mantelkern ausgebildete magnetische Kern 20 besteht aus einer Vielzahl geschichteter Bleche aus magnetischem Bandmaterial, das eine Vorzuersrichtung vornehmlich in seiner Länasrichtung besitzt, wie es beispielsweise bei kaltgewalztem Siliziumstahl der Fall ist. Die Enden der Bleche jeder Lage des Kerns 20 stoßen mit Gehrung oder diag nal aneinander, wodurch die magnetischen Co Eigenschaften des genannten magnetischen Materials besser ausgenutzt werden und der magnetische Widerstand des Kerns verringert wird.The housing 28 can carry a number of eyelets 29 or the like for transport, which in the exemplary embodiment are located between the bushing insulators B1, B 2 and B 3 . The magnetic core 20, designed as a jacket core, consists of a plurality of layered sheets of magnetic strip material, which has a pre-milling direction primarily in its longitudinal direction, as is the case, for example, with cold-rolled silicon steel. The ends of the sheets of each layer of the core 20 collide with mitered or diag nal to each other, whereby the magnetic properties of the Co-mentioned magnetic material can be better utilized and the magnetic resistance of the core is reduced.

Der Kein 20 ist aus Teilkernen 20A und 20B zu-sammengesetzt, die mit je einer Längswand aneinanderstoßen, so daß sie einen Gesamtkern 20 von rechteckiger Form bilden, der in diesem Ausführungsbeispiel sechs ebenfalls rechteckige Fenster enthält. Der erste Teilkern 20A umfaßt die eine Hälfte der Schenkel 24 A, 24 B und 24 C des Gesamtkerns 20, die äußeren Jochteile 22A, 22B und 22C, die parallel zu den die Hochspannungsphasenwicklungen. 32 A, 32 B und 32 C tragenden Schenkeln 24 A, 24 B und 24 C verlaufen, ferner die Stirnjoche 23 A und 23 C an seinen entgegengesetzten Enden sowie die Zwischenjoche 23AB und 23BC zwischen den Hochspannungsphasenwicklungen. Man erkennt, daß der. so aufgebaute Teilkern drei rechteckige Fenster einschließt.No 20 is made up of partial cores 20A and 20B , each of which abuts one longitudinal wall, so that they form an overall core 20 of rectangular shape, which in this exemplary embodiment also contains six rectangular windows. The first partial core 20A comprises one half of the legs 24 A, 24 B and 24 C of the overall core 20, the outer yoke parts 22A, 22B and 22C, which are parallel to the high-voltage phase windings. 32 A, 32 B and 32 C supporting legs 24 A, 24 B and 24 C extend, furthermore the end yokes 23 A and 23 C at its opposite ends and the intermediate yokes 23AB and 23BC between the high-voltage phase windings. You can see that the. Partial core so constructed includes three rectangular windows.

In analoger Weise umfaßt der zweite magnetische Teilkern20B die andere Hälfte der Schenkel24A, 24 B und 24 C, die äußeren Jochteile 26 A, 26 B und 26C parallel zu den Schenkeln, die Stirnjoche 25 A und 25C an seinen entgegengesetzten Enden sowie die Zwischenjoche 25AB und 25BC zwischen den Hochspannungsphasenwicklungen. Auch der zweite Teilkern20B schließt drei rechteckige Fenster ein-Bei einem derartig aufgebauten Kern 20 ist der wirksame Querschnitt der Schenkel24A. 24B und 24C etwa zweimal so groß wie der entsprechende. Querschnitt der äußeren Jochteile 22A, 22B, 22C bzw. 26A, 26B, 26C jedes der beiden Teilkerne 20A und 20B. Aus später zu erläuternden Gründen ist der Querschnitt jedes der Zwischenjoche 23AB, 23BC sowie 25AB, 25BC größer als die Querschnitte der äußeren Jochteilc 22A, 22B, 22 C bzw. 26A, 26B, 26C und der Stirnjoche 23A, 23C bzw. 25A, 25C, und zwar vorzugsweise 1,0- bis 1,2mal so groß.In an analogous manner, the second magnetic partial core 20B comprises the other half of the legs 24A, 24 B and 24 C, the outer yoke parts 26 A, 26 B and 26C parallel to the legs, the end yokes 25 A and 25C at its opposite ends and the intermediate yokes 25AB and 25BC between the high voltage phase windings. The second partial core 20B also includes three rectangular windows. In the case of a core 20 constructed in this way, the effective cross section is the leg 24A. 24B and 24C about twice as large as the corresponding one. Cross section of the outer yoke parts 22A, 22B, 22C or 26A, 26B, 26C of each of the two partial cores 20A and 20B. From later to be explained reasons, the cross section of each of the intermediate yokes 23AB, 23BC, and 25AB, 25bc is greater than the cross-sections of the outer Jochteilc 22A, 22B, 22 C and 26A, 26B, 26C and the Stirnjoche 23A, 23C and 25A, 25C, and preferably 1.0 to 1.2 times as large.

Wie erwähnt, sind die Hochspannungsphasenwicklungen 32A, 32B und 32 C auf den Schenkeln 24A, 24 B, 24 C des Kerns 20 angeordnet. Diese Wicklungen sind im Stern zwischen die Leitungsklemmen H 1, H 2 und H 3 geschaltet; ihr Sternpunkt N 1 liegt an Erde 37. Der Sternpunkt NI ist in dem darge,-stellten Ausführungsbeispiel an der Seitenwand des Gehäuses 28 heraus-eführt und mit diesem lösbar durch die Erdschelle 38 od. dgl. verbunden.As mentioned, the high-voltage phase windings 32A, 32B and 32 C are arranged on the legs 24A, 24 B, 24 C of the core 20. These windings are connected in the star between the line terminals H 1, H 2 and H 3 ; its star point N 1 is at earth 37. In the exemplary embodiment shown, the star point NI is led out on the side wall of the housing 28 and releasably connected to it by the earth clamp 38 or the like.

Damit sich bei einer dreiphasigen Speisespannung, die über die Leitungsklemmen H 1, H 2 und H 3 von einem angeschlossenen elektrischen Netz geliefert wird, und entsprechenden, die Hochspannungsphasenwicklungen durchfließenden Strömen die in jedem Paar benachbarter Wicklungen erzeugten Teilflüsse in den von ihnen gemein-.am durchsetzten Zwischenjochen des Kerns erfindungsgemäß vektoriell subtrahieren, sind die Hochspannungsphasenwicklungen 32 A, 32B und 32C des Spannungswandlers in demselben Wicklungssinn auf die Schenkel 24A, 24B, 24 C des Kerns 20 aufgebracht. Dies wird im einzelnenspäter erklärt. Von Wichtigkeit ist die Tatsache, daß die die Zwischen oche des Kerns 20 gemeinsam j C durchsetzenden Teilflüsse, die durch Paare benachbarter Wicklungen durchfließende Ströme erzeugt werden, außerdem um 1201 phasenverschoben, also im gewissen Sinn vektoriell in Gegenphase sind. Wie bereits erwähnt, sind die linken Enden der Niederspannungsphasenwicklungen 34A, 34B und 34C aus dem Gehäuse 28 an Anschlußklemmen 42A, 42B und 42C auf der Anschlußplatte 62 herausgeführt. Das Entsprechende gilt für die rechten Enden der Niederspannungsphasenwicklungen, die an die Anschlußklemmen 46A, 46B und 46C geführt sind. Auch diese Anschlußklemmen befinden sich auf der Anschlußplatte62. Die Verbindung zu den Anzapfungen Tl, T2 und T3 der entsprechenden Niederspannungsphasenwicklungen sind an die Anschlußklemmen 44A, 44B und 44C, die sich ebenfalls auf der Anschlußplatte 62 befinden, geführt. Die Niederspannungsphasenwicklungen können entweder im Dreieck oder im Stern geschaltet sein.So that with a three-phase supply voltage, which is supplied via the line terminals H 1, H 2 and H 3 from a connected electrical network, and corresponding currents flowing through the high-voltage phase windings, the partial flows generated in each pair of adjacent windings are in the common By vectorially subtracting the interspersed intermediate yokes of the core according to the invention, the high-voltage phase windings 32 A, 32B and 32C of the voltage converter are applied to the legs 24A, 24B, 24 C of the core 20 in the same winding sense. This will be explained in detail later. Of importance is the fact that the C j between eek of the core 20 jointly passing through partial flows, the adjacent by pairs of windings by flowing currents are generated, also phase shifted by 1201 are thus in a certain sense vectorially in antiphase. As already mentioned, the left ends of the low-voltage phase windings 34A, 34B and 34C are led out of the housing 28 at connection terminals 42A, 42B and 42C on the connection plate 62 . The same applies to the right-hand ends of the low-voltage phase windings which are led to the connection terminals 46A, 46B and 46C. These connection terminals are also located on the connection plate62. The connection to the taps T1, T2 and T3 of the corresponding low-voltage phase windings are made to the connection terminals 44A, 44B and 44C, which are also located on the connection plate 62 . The low-voltage phase windings can be connected either in a delta or in a star.

Der während des Betriebes des Spannungswandlers mit Hilfe jeder der Hochspannungsphasenwicklungen erzeugte magnetische Fluß teilt sich in zwei im wesentlichen geschlossene magnetische Flußwege auf, die im ersten und zweiten Teilkern. 20A bzw. 20B verlaufen. Jeder dieser magnetischen Flußwege verläuft um eines der sechs rechteckigen Fenster des Kerns. So teilt sich beispielsweise der gesamte von dem Strom in der Phasenwicklung 32A erzeugte Fluß 0,4 (s. F i g. 2) in zwei Teile, von denen der eine einem geschlossenen Weg durch das Zwischenjoch 23 AB, den äußeren Jochteil 22 A und das Stimjoch 23A des ersten Teilkerns 20A folgt, der um das benachbarte Fenster des Flusses OA verläuft, und der andere Teil einem zweiten, ebenfalls geschlossenen Weg folgt, der über das Zwischenjoch 25 AB des zweiten Teilkerns 20 B, den äußeren Jochteil 26A und das Stirnjoch 25A dieses Teilkerns verläuft und um das benachbarte Fenster in dem zweiten Teilkern führt. Es ist zu beachten, daß die magnetischen Teilflüsse in den beschriebenen Flußwegen den in den benachbarten Flußwegen verlaufenden magnetischen Flüssen, die durch den Strom in der Hochspannungsphasenwicklung 32B erzeugt sind, in den Zwischenjochen 23AB und 25AB vektoriell entgegengesetzt sind. Die mittels,#derWicklung 32B erzeugten Teilflüsse schließen sich ebenfalls über das Zwischenjoch 23AB des ersten Teilkerns 20A und das Zwischenjoch 25 AB des zweiten Teilkerns 20B.The magnetic flux generated during the operation of the voltage converter with the aid of each of the high-voltage phase windings is divided into two essentially closed magnetic flux paths, those in the first and second sub-core. 20A and 20B, respectively. Each of these magnetic flux paths pass around one of the core's six rectangular windows. For example, the entire flux generated by the current in the phase winding 32A divides 0.4 (see FIG. 2) into two parts, one of which has a closed path through the intermediate yoke 23 AB, the outer yoke part 22 A and the end yoke 23A of the first partial core 20A follows, which runs around the adjacent window of the river OA, and the other part follows a second, also closed path, which over the intermediate yoke 25 AB of the second partial core 20B, the outer yoke part 26A and the front yoke 25A of this partial core and leads around the adjacent window in the second partial core. It should be noted that the magnetic fluxes in the described flux paths are vectorially opposite in the intermediate yokes 23AB and 25AB to the magnetic fluxes running in the adjacent flux paths, which are generated by the current in the high-voltage phase winding 32B. The partial flows generated by means of the winding 32B also close via the intermediate yoke 23AB of the first partial core 20A and the intermediate yoke 25 AB of the second partial core 20B.

Die grundsätzliche Wirkungsweise des als Ausführungsbeispiel gewählten Wandlers 10 läßt sich am besten verstehen, wenn man zuerst die Wirkungsweise des Wandlers in dem Fall betrachtet, daß die magnetischen Teilflüsse in den Zwischenjochen des Kerns 20, die von den Strömen in den verschiedenen Hochspannungsphasenwicklungen erzeugt werden, sich vektoriell addieren, d. h. sich nicht infolge vektorieller Geggenphasigkeit subtrahieren würden. Dies soll während verschiedener Betriebsbedingungen für den Wandler erläutert werden. In den F i g. 3 und 4 stellen die Vektoren F 1, F 2 und F 3 die mittels der Hochspannungsphasenwicklungen 32 A, 32 B und 32C in jedem der oben beschriebenen geschlossenen Flußwege erzeugten Teilflüsse dar, wenn eine symmetrische Dreiphasenspannuno, an die Leitungsklemmen HI, H2 und H3 angelegt und ein entsprechender Strom in den Hochspannungsphasenwicklunaen erzeugt wird. Infol-e der Verwendung einer symmetrischen Dreiphasenspannung als Speisespannuna sind die Teilflüsse Fl, F2 und F3 in jedem der geschlossenen Flußwege hinsichtlich ihrer Amplitude zumindest nahezu gleich und schließen bezüglich des NuRpunktesNT einen Phasenwinkel von etwa 1209 elektrisch ein. Im normalen Betrieb wird bei der geschilderten Lage der Vektoren der resultier rende magnetische Fluß zu jedem der Zwischenjoche des Kerns eine der Amplitude der magnetischen. Teilflüsse Fl, F2 und F3 im wesentlichen gleiche Amplitude besitzen, wie durch die Vektoren (F 1 + F 2) und (F2 + F 3) in F i g. 3 dargestellt ist. Dies folgt aus den Phasenbeziehungen zwischen den verschiedenen Teilflüssen, die den resultierenden Fluß in jedem der bezeichneten Zwischenjoche bilden. Das Vektordiagramm gemäß F i g. 3 entspricht dem Diagramm für einen gewöhnlichen dreiphasigen Leistungstransformator, in dem die magnetischen Flüsse in den Zwischenjochen des Kerns sich normalerweise eher addieren als subtrahieren.The basic mode of operation of the converter 10 chosen as an exemplary embodiment can best be understood if one first considers the mode of operation of the converter in the event that the partial magnetic fluxes in the intermediate yokes of the core 20, which are generated by the currents in the various high-voltage phase windings, arise add vectorially, d. H. would not subtract due to vectorial antiphase. This will be explained during various operating conditions for the converter. In the F i g. 3 and 4, vectors F 1, F 2 and F 3 represent the partial flows generated by the high voltage phase windings 32 A, 32 B and 32C in each of the closed flux paths described above when a symmetrical three phase voltage is applied to the line terminals HI, H2 and H3 and a corresponding current is generated in the high-voltage phase windings. As a result of the use of a symmetrical three-phase voltage as the supply voltage, the partial fluxes F1, F2 and F3 in each of the closed flux paths are at least almost the same in terms of their amplitude and include a phase angle of approximately 1209 electrical with respect to the original point NT. In normal operation, with the described position of the vectors, the resulting magnetic flux to each of the intermediate yokes of the core is one of the amplitude of the magnetic. Partial flows F1, F2 and F3 have essentially the same amplitude as by the vectors (F 1 + F 2) and (F2 + F 3) in FIG. 3 is shown. This follows from the phase relationships between the various sub-flows which form the resulting flow in each of the designated intermediate yokes. The vector diagram according to FIG . 3 corresponds to the diagram for an ordinary three-phase power transformer, in which the magnetic fluxes in the inter yokes of the core usually add rather than subtract.

Während bestimmter außergewöhnlicher Betriebsbedingungen, beispielsweise bei einem Erdschluß oder in einem anderen Fehlerfall in der dem magnetischen Teilfluß F 3 entsprechenden Phase des angeschlossenen Netzes, und wenn der wirksame Nullpunkt von dem in F i g. 3 mit NT bezeichneten zu dem in F i g. 4 mit NT' bezeichneten Punkt wandert, werden jedoch die den Hochspannungsphasenwicklungen 32A und 32B zugeführten Phasenspannungen wachsen. Infolgedessen werden auch die entsprechenden magnetischen Flüsse wachsen, so daß sie nun durch die Vektoren F l' und F 2' in F i g. 4 wiedergegeben werden. Dabei wird vorausgesetzt, daß die verketteten Spannungen des Netzes an den Klemmen Hl, H2 und H3 - außer im Fall der einen Fehler aufweisenden Phase - im wesentlichen dieselben wie während der in Verbindung mit F i g. 3 beschriebenen Betriebsbedingungen bleiben. Dann wird die Amplitude jedes der magnetischen Teilflüsse -F l' und F 2' auf einen Wert wachsen, der dem 1,7j2fachen, d. h. fachen Wert des normalen Teilflusses entspricht, der von dem Strom in jeder der Hochspannungsphasenwicklungen 32 A und 32 B erzeugt wird. Zwischen den neuen Flußvektoren besteht, wie F i g. 4 erkennen läßt, eine Phase von etwa 60'. Der resultierende Fluß in den Zwischenjochen des Kerns 20 während der oben beschriebenen außergewöhlichen Betriebsbedingungen wird daher in der durch den Vektor (F l' + F 2') in F i g. 4 dargestellten Weise wachsen. Der Betrag des letzteren ist etwa 3mal so groß wie der jedes der normalen Teilflüsse F 1, F 2 und F 3. Es ist einzusehen, daß der Querschnitt jedes der Zwischenjoche erheblich vergrößert werden müßte, um den resultierenden Fluß während der geschilderten außergewöhnlichen Betriebsbedingungen des Transformators bei der angenommenen Lage der Vektoren zu führen.During certain exceptional operating conditions, for example in the event of a ground fault or in another fault case in the phase of the connected network corresponding to the partial magnetic flux F 3 , and if the effective zero point is different from the one shown in FIG. 3 labeled NT to the one in FIG . 4, NT 'moves, however, the phase voltages applied to the high voltage phase windings 32A and 32B will increase. As a result, the corresponding magnetic fluxes will also grow, so that they are now represented by the vectors F 1 ' and F 2' in FIG. 4 can be played back. It is assumed that the line voltages of the network at the terminals Hl, H2 and H3 - except in the case of the phase exhibiting a fault - essentially the same as during the in connection with FIG. 3 operating conditions remain. Then the amplitude of each of the partial magnetic fluxes -F 1 'and F 2' will increase to a value which is 1.7 times, i.e. H. times the value of the normal partial flux generated by the current in each of the high voltage phase windings 32 A and 32 B. Between the new flow vectors, as shown in FIG . 4 shows a phase of about 60 '. The resulting flux in the intermediate yokes of the core 20 during the exceptional operating conditions described above is therefore represented by the vector (F 1 ' + F 2') in FIG. 4 shown grow. The magnitude of the latter is about 3 times that of each of the normal partial fluxes F 1, F 2 and F 3. It will be appreciated that the cross-section of each of the intermediate yokes would have to be increased considerably to accommodate the resulting flux during the described exceptional operating conditions of the transformer to lead with the assumed position of the vectors.

Da die Hochspannungsphasenwicklungen des Wandlers nach der Erfindung aber in Wirklichkeit alle denselben Wicklungssinn besitzen, sind die in ihnen erzeugten magnetischen Teilflüsse in den Zwischenjochen einander vektoriell entgegengesetzt, und der Wandler zeigt das in den F i g. 5 und 6 wiedergegebene, Betriebsverhalten bei normalen Betriebsbedingungen und bei den oben beschriebenen außergewöhnlichen Betriebsbedingungen. Während des normalen Betriebes des Wandlers, wie er für die F i a. 5 die Grundlage bildet, wird jeder der magnetischen Teilflüsse in jedem der beschriebenen geschlossenen Flußwege durch d;e Vektoren 0,4/2" OB/2 und Oc/2 dargestellt. Da die Teilflüsse in den Zwischenjochen, soweit sie von einem Paar benachbarter Hochspannungsphasenwicklungen erzeugt sind, in Gegenphase sind, kann der resultierende Fluß in jedem der Zwischenjoche bei normalen Betriebsbedingungen des Wandlers in F i g. 5 durch die Vektoren (OA/2 - OB12) und (OB/2 - OC/2) dargestellt werden. Dabei ist zu beachten, daß während der normalen Betriebsbedingungen voraussetzungsgemäß die zugeführte dreiphasige Spannung symmetriert und die magnetischen Teilflüsse, die von dem Strom in den Hochspannungsphasenwicklungen 32 A, 32B und 32C in beschriebener Weise erzeugt werden, ebenfalls gegeneinander bezüglich des Nullpunktes N, symnietriert sind, und daß die Flüsse ungefähr gleich groß und um 120' elektrisch in der Phase verschoben sein sollen.Since the high-voltage phase windings of the converter according to the invention actually all have the same winding sense, the partial magnetic fluxes generated in them in the intermediate yokes are vectorially opposite to one another, and the converter shows this in FIGS . 5 and 6 reproduced, operating behavior under normal operating conditions and under the extraordinary operating conditions described above. During normal operation of the converter, as it is for the F i a. 5 forms the basis, each of the magnetic partial fluxes in each of the described closed flux paths is represented by d; e vectors 0.4 / 2 "OB / 2 and Oc / 2. Since the partial fluxes in the intermediate yokes insofar as they come from a pair of adjacent high-voltage phase windings are in antiphase, the resulting flux in each of the intermediate yokes under normal operating conditions of the converter can be represented in Fig . 5 by the vectors (OA / 2 - OB12) and (OB / 2 - OC / 2) note that during the normal operating conditions, the premise of the supplied three-phase voltage balanced and the magnetic part fluxes from the current in the high voltage phase windings 32 A, 32B and 32C are created in the manner described are also against each other with respect to the zero point N symnietriert, and that the fluxes should be roughly equal and electrically shifted in phase by 120 '.

Ein Vergleich der F i g. 3 und 5 zeigt, daß der resultierende Fluß in jedem der Zwischenjoche während der normalen Betriebsbedingungen bei gegenphasigen Teilflüssen in denZwischenjochen (s. F i g. 5) größer als bei vektorieller Addition der Flüsse gemäß F i g. 3 ist. Bei gegenphasigen Teilflüssen in dem Zwischenjoch ist der resultierende Fluß in dem Zwischenjoch, wenn eine symmetrische dreiphasige Spannung mit bestimmtem Wert für die vorkettete Spannung, als Speisespannung vorliegt, etwa 1,732mal so groß wie der entsprechende resultierende Fluß in dem in F i g. 3 dargestellten Fall, bei dem sich die mittels der verschiedenen Hochspannungsphasenwicklungen erzeugten Teilflüsse vektoriell addieren.A comparison of FIGS. 3 and 5 show that the resulting flux in each of the intermediate yokes during normal operating conditions with partial flows in phase opposition in the intermediate yokes (see FIG . 5) is greater than with vectorial addition of the fluxes according to FIG. 3 is. With antiphase partial flows in the intermediate yoke, the resulting flux in the intermediate yoke, if a symmetrical three-phase voltage with a certain value for the upstream voltage, is present as the supply voltage, is about 1.732 times as large as the corresponding resulting flux in the one shown in FIG . 3 , in which the partial flows generated by means of the various high-voltage phase windings add vectorially.

Während bestimmter außer 'gewöhnlicher Betriebsbedingungen für den Wandler 10, beispielsweise im Fall eines Erdschlusses oder Fehlers in der Phase des angeschlossenen Netzes, die dem in F i g. 5 durch den Vekter OC/2 dargestellten Teilfluß entspricht, unterscheidet sich jetzt jedoch die Größe des resultierenden Flusses in jedem der Zwischenjoche von dem Wert, den er bei der den F i g. 3 und 4 zugrunde gelegten Lage der Vektoren annimmt. Wenn eine derartige äußergewöhnliche Betriebsbedingung auftritt, wandert der wirksame Nullpunkt der Flüsse von dem in F i g. 5 mit N, bezeichneten zu einem neuen Nullpunkt N,' (F i g. 6), und die den Hochspannungsphasenwicklungen 32A und 32B zugeführten Spannungen wachsen ebenso wie die Größe der von den Strömen in den Hochspannungswicklungen erzeugten magnetischen Teilflüsse OA'/2 und OB'/2 in jedem der erwähnten geschlossenen Flußwege. Bei vorgegebener dreiphasiger verketteter Speisespannung ist die Amplitude jedes der mittels der Phasenwicklungen 32A und 32B erzeugten Flüsse etwa 1,732mal so groß wie die Amplitude der Flüsse während normaler Betriebsbedingungen, wie sie in F i g. 5 dargestellt ist.During certain exceptional operating conditions for the converter 10, for example in the event of a ground fault or fault in the phase of the connected network, which corresponds to the one shown in FIG. 5 corresponds to the partial flux represented by the vector OC / 2, however, the magnitude of the resulting flux in each of the intermediate yokes now differs from the value that it has in the FIG . 3 and 4 assumes the underlying position of the vectors. When such an abnormal operating condition occurs, the effective zero point of the flows will drift from that shown in FIG . 5 , denoted by N, to a new zero point N, ' ( FIG. 6), and the voltages supplied to the high-voltage phase windings 32A and 32B increase, as does the magnitude of the partial magnetic fluxes OA' / 2 and OB generated by the currents in the high-voltage windings '/ 2 in each of the aforementioned closed flow paths. For a given three-phase line-to-line supply voltage, the amplitude of each of the fluxes generated by the phase windings 32A and 32B is approximately 1.732 times the amplitude of the fluxes during normal operating conditions as shown in FIG . 5 is shown.

Die Amplitude des resultierenden Flusses in jedem der Zwischenjoche des Kerns 20 bleibt jedoch im wesentlichen auch während der an-enommenen außergewöhnlichen Betriebsbedingungen konstant, wie in F i g. 6 durch den Vektor (OA/2 - OB'/2) dargestellt; denn die von den Phasenwicklungen 32A und 32B in den Zwischenjochen 23AB und 25AB erzeugten Flüsse sind in Gegenphase. Mit anderen Worten: Wird an die Klemmen HI, H2 und H3 eine dreiphasige Speisespannung mit vorgegebener verketteter Spannung angelegt, so ist die Amplitude des resultierenden Flusses in jedem der Zwischenjoche im wesentlichen bei allen Betriebsbedingungen des Wandlers dieselbe und von der Lage des Nullpunktes der im Stern geschalteten Hochspannungsphasenwicklungen32A, 32B und 32C unabhängig, wie dies in Fig. 6 für den speziellen Betriebsfall eines satten Erdschlusses in einer Phase des angeschlossenen Netzes dargestellt ist.The amplitude of the resulting flux in each of the intermediate yokes of the core 20, however, remains essentially constant even during the assumed exceptional operating conditions, as in FIG . 6 represented by the vector (OA / 2 - OB '/ 2); because the fluxes generated by the phase windings 32A and 32B in the intermediate yokes 23AB and 25AB are in opposite phase. In other words: If a three-phase supply voltage with a specified interlinked voltage is applied to the terminals HI, H2 and H3 , the amplitude of the resulting flux in each of the intermediate yokes is essentially the same under all operating conditions of the converter and, depending on the position of the zero point, that in the star switched high-voltage phase windings 32A, 32B and 32C independently, as shown in Fig. 6 for the special operating case of a full earth fault in one phase of the connected network.

Vergleicht man die F i g. 4 und 6 für ähnliche außergewöhnliche Betriebsfälle, so bemerkt man die wichtige Tatsache, daß die Größe des resultierenden Flusses in jedem der Zwischenjoche in dem in F i 1-. 6 dargestellten Fall, bei dem die von den verschiedenen Phasenwicklungen herrührenden Teilffüsse in den Zwischeajochen gemäß der Erfindung in Gegenphase sind, erheblich kleiner ist als in dem Fall, bei dem sich die Teilflüsse gemäß F i g. 4 vektoriell addieren. Genauer gesagt beträgt die Größe des resultierenden Flusses in jedem dieser Joche während der vorausgesetzten außergewöhnlichen Betriebsbedingungen gemäß F i g. 6 etwa das 1,732fache der Größe des normalen Flusses, während der resultierende Fluß in den Zwischenjochen für ähnliche Betriebsbedingungen im Fall der F i g. 4 etwa dem Dreifachen des normalen Teilflusses entspricht, der in jeder der entsprechenden Hochspannungsphasenwicklungen erzeugt wird. Der zur Begrenzung der Flußdichte in den Zwischenjochen auf einen vorbestimmten Wert erforderliche Querschnitt der Joche ist für die erflndt-in-Sgemäße Wicklungsanordnung C C,2 in der die von den einzelnen Wicklungen erzeugten Flüsse die Zwischenjoche in Geggenphase durchsetzen, daher beträchtlich verringert.If one compares the F i g. 4 and 6 for similar exceptional operating cases, one notes the important fact that the magnitude of the resulting flux in each of the intermediate yokes in the one in F i 1-. 6 , in which the partial feet originating from the various phase windings in the intermediate yokes according to the invention are in antiphase, is considerably smaller than in the case in which the partial flows according to FIG. Add 4 vectorially. More specifically, the magnitude of the resulting flux in each of these yokes is during the assumed exceptional operating conditions shown in FIG. 6 approximately 1.732 times the size of the normal flux, while the resulting flux in the intermediate yokes for similar operating conditions in the case of FIG . 4 corresponds to approximately three times the normal partial flux generated in each of the corresponding high voltage phase windings. The cross-section of the yokes required to limit the flux density in the intermediate yokes to a predetermined value is therefore considerably reduced for the invented-in-accordance winding arrangement C C, 2 in which the fluxes generated by the individual windings pass through the intermediate yokes in reverse phase.

Um die Flußdichte in den Zwischenjochen auf einen vorbestimmten Wert zu begrenzen, der mit der Flußdichte in den Stirnjochen und den äußeren Jochteilen des Kerns identisch ist, müßte der Querschnitt jedes der Zwischenjoche im normalen Betriebsfall den 1,732fachen Wert des wirksamen Querschnittes jedes der Stirnjoche und der äußeren Jochteile des Kerns haben. Da aber im Erdschlußfall der Fluß in den Strinjochen und den äußeren Jochteilen gegenüber dem Normalbetrieb um das 1,732fache ansteigt, müssen diese Jochteile einen Querschnitt aufweisen, der gegenüber dem an sich für Normalbetrieb erforderlichen um das 1,732faclie vergrößert ist. Der Querschnitt der Zwischenjoche muß demzufolge genauso groß wie der der Stirnjoche und der äußeren Jochteile sein. Wie bereits erwähnt, hat es sich aber in der Praxis gezeigt, daß der Querschnitt jedes der Zwischenjoche vorzugsweise 1,0- bis 1,2mal dem Querschnitt der Stirnioche und der äußeren Jochteile des, Kerns -ewählt wird. Diese Maßnahme dient dazu, Verluste und andere nachteilige Eigenschaften zu verringern.In order to limit the flux density in the intermediate yokes to a predetermined value which is identical to the flux density in the end yokes and the outer yoke parts of the core, the cross section of each of the intermediate yokes in normal operation would have to be 1.732 times the value of the effective cross section of each of the end yokes and the have outer yoke parts of the core. However, since in the event of an earth fault the flux in the string bones and the outer yoke parts increases by 1.732 times compared to normal operation, these yoke parts must have a cross-section that is 1.732 times larger than that required for normal operation. The cross section of the intermediate yokes must therefore be just as large as that of the front yokes and the outer yoke parts. As already mentioned, however, it has been shown in practice that the cross section of each of the intermediate yokes is preferably 1.0 to 1.2 times the cross section of the end and the outer yoke parts of the core. This measure serves to reduce losses and other disadvantageous properties.

Auch die magnetische Flußdichte in den Schenkeln des Kerns 20 ist weitgehend dieselbe wie die Flußdichte, in den Stirnjochen und den äußeren Jochteilen, da der wirksame Querschnitt der Schenkel des ersten und zweiten Teilkerns 20A und 20B zusammengenommen angenähert zweimal dem Querschnitt der Stirnjoche und der äußeren Jochteile des Kerns ist. Auch ist der resultierende Fluß in den Schenkeln zusammengenommen etwa zweimal dem Fluß in jedem der Flußwege in dem beschriebenen symmetrischen Kern.The magnetic flux density in the legs of the core 20 is largely the same as the flux density in the end yokes and the outer yoke parts, since the effective cross section of the legs of the first and second partial cores 20A and 20B taken together approximately twice the cross section of the end yokes and the outer yoke parts of the core is. Also, the resulting flux in the legs, taken together, is about twice the flux in each of the flux paths in the described symmetrical core.

Man wird verständlicherweise die Niederspannungsphasenwicklungen 34A, 34B und 34C vorzugsweise in verschachtelter oder im wesentlichen konzentrischer Anordnung relativ zu den Hochspannungsphasenwicklungen 32 A, 32 B und 32 C anordnen, in Abweichung von F i g. 2, in der die Hochspannungs- und Niederspannungsphasenwick-lungen schematisch auf den Schenkeln des Kerns 20 hintereinanderliegend dargestellt sind.It will be understood that the low-voltage phase windings 34A, 34B and 34C preferably arranged in nested or concentric arrangement relative to substantially the high voltage phase windings 32 A, 32 B and 32 C, g in deviation of F i. 2, in which the high-voltage and low-voltage phase windings are shown schematically one behind the other on the legs of the core 20.

Ähnlich den Niederspannungsphasenwicklungen 34A, 34B und 34C können in besonderen Fällen zusätzliche Phasenwicklungen vorgesehen werden.Similar to the low voltage phase windings 34A, 34B and 34C, additional phase windings can be provided in special cases.

Unter den Vorteilen des neuen Transformators, Wandlers oder Drossel ist beispielsweise der zu nennen, daß die Wicklungsanordnung und die Art des verwendeten Kerns besonders gut dem Zweck angepaßt sind, den größten resultierenden Fluß in verschiedenen Teilen des Kerns während bestimmter außergewöhnlicher Betriebsbedingungen zu begrenzen und den Aufwand an magnetischem Material zu zu verringern, der erforderlich wäre, um die größte Flußdichte während dieser besonderen Betriebsbedingungen auf einen vorbestimmten Wert zu begrenzen.Among the advantages of the new transformer, converter or choke is to be mentioned, for example, that the winding arrangement and the type of used Kerns are particularly well suited to having the greatest resulting flow in different parts of the core during certain exceptional operating conditions to limit and reduce the amount of magnetic material required would be to have the greatest flux density during these particular operating conditions to limit a predetermined value.

Claims

Claims: 1. Three-phase transformer, converter or choke, whose high-voltage windings are star-connected and applied to three different legs of a common iron core, the three legs being arranged in a line spatially one behind the other, so that the core is three (core type) or six (jacket type) windows and two or four core areas are penetrated by the magnetic fluxes of two legs together, d a - characterized in that the high-voltage phase windings (32A, 32B, 32C) have the same winding direction.

2. Transformer, converter or choke according to claim 1, characterized in that the cross section of the intermediate yokes (23AB, 23BC; 25AB, 25BC) arranged between the high-voltage phase windings is 1.0 to 1.2 times as large as the cross section of the end yokes terminating the core (23A, 23C; 25A, 25C) and / or the outer yoke parts (22A, 22B, 22C; 26 A, 26B, 26C) parallel to the legs (24 A, 24B, 24C). Considered publications: German Patent Specifications No. 81995, 716 043; German interpretative document No. 1059 124; USA. Pat. No. 2,792,554.