DE705565C

DE705565C - Arrangement for voltage regulation with the help of direct current biased choke coils or transformers

Info

Publication number: DE705565C
Application number: DES126758D
Authority: DE
Inventors: Oskar Schmutz
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Priority date: 1937-04-09
Filing date: 1937-04-09
Publication date: 1941-05-03

Description

Anordnung zur Spannungsregelung mit Hilfe von gleichstromvormagnetisierten Drosselspulen oder Transformatoren Um die Spannung eines Verbrauchers zu regeln, ist es bekannt, im Wechselstromkreis eine mit Gleichstrom vormagnetisierte Drosselspule oder einen Transformator vorzusehen und die Vormagnetisierung von der Verbraucherspannung abhängig zu machen. Beispielsweise hat man in Reihe in die Leitung eine Drosselspule eingeschaltet und die Gl.eicchstromvormagnetisierung so von der Verbraucherspannung abhängig gemacht, daß diese annähernd unverändert bleibt.Arrangement for voltage regulation with the help of direct current bias Reactors or transformers To regulate the voltage of a consumer, it is known to have a direct current biased inductor in the alternating current circuit or to provide a transformer and the premagnetization of the consumer voltage to make dependent. For example, one has a choke coil in series in the line switched on and the equal current premagnetization depends on the consumer voltage made dependent that this remains approximately unchanged.

Bei Drehstromnetzen könnte man drei einphasige Drosselspulen verwenden und die Gleichstromwicklungen der Drosselspulen in Reihe an eine gemeinsame Gleichspannungsquelle anschließen. Eine solche Anordnung ist in Fig. r der Zeichnung dargestellt. Im Zuge der Phasen R, S und T des Drehstromnettes liegen drei Drosselspulen r, a und 3, deren Gleichstromwicklungen in Reihe geschaltet an der Gleichspannungsquelle 4 über einen regelbaren Widerstand 5 liegen, der entsprechend der Spannung des Verbrauchers 6 geändert wird. Dadurch ändert sieh der die Drosselspulen durchfließende Vormagnetisierungsgleichstrom und damit die Induktivität der Drosselspulen. Statt dreier einphasiger Drosselspulen könnte eine Drehstromdrosselspule mit zusätzlichem Schenkel angewendet werden. Bei solchen Anordnungen ist also der V ormagnetisierungsstrom für alle Drosselspulen derselbe, bzw. bei Anwendung einer Drehstromdrosselspule sind die Gleichstromampere#,vindungen für alle eine Phasenwicklung tragenden Schenkel die gleichen. Gemäß l der Erfindung wird nun bei gleichstronivr.rniagnetisierten Drosselspulen oder Transformatoren, die in verschiedenen Stromkreisen oder in verschiedenen Phasen eines .\Iehrphasennetzes liegen, die Anordnung nicht so getroffen, daß für jede Einzeldrosselspule der Vormagnetisierungsgleichscroin der gleiche ist, sondern so, daß allen 1)rosselspulen oder Transformatoren derselbe Gleichfluß' aufgezwungen wird. Hierzu kann nian beispielsweise einen .Mantelkern vorsehen und dessen einen Sclieiikel durch drei l,enster unterteilen, so daß in dieseln im ganzen sechs Schenkel entstehen. le zwei (Itii'Ch ein Fenster getrennte Schenkel erhalten die zu einer Phase gehörigen @%'eciiselstroniwicl:-hingen, und auf dem anderen Rahmenteil wird die Gleichstromwicklung atifgel)r:tclit, so (lal.i die zu den verschiedenen Phasen gehörigen Schenkel hinsichtlich des Gleicliflusses in Reibe geschaltet sind und damit die einzelnen Drosselspulen denselben niagnvtischen Gleichfluli erhalten.Three single-phase reactors could be used in three-phase networks and the DC windings of the reactors in series with a common DC voltage source connect. Such an arrangement is shown in Fig. R of the drawing. In the course of the phases R, S and T of the three-phase network there are three inductors r, a and 3, whose direct current windings are connected in series to the direct voltage source 4 an adjustable resistor 5, which corresponds to the voltage of the consumer 6 is changed. This changes the direct bias current flowing through the choke coils and thus the inductance of the reactors. Instead of three single-phase reactors a three-phase choke coil with an additional leg could be used. at Such arrangements is the pre-magnetization current for all inductors the same, or if a three-phase choke coil is used, the direct current amps are # connections the same for all legs carrying a phase winding. According to l of the invention is now used with Gleichstronivr.rniagnetisiert choke coils or Transformers in different circuits or in different phases a. \ Iehrphasetzetz lie, the arrangement is not made in such a way that for each Single choke coil the bias equal scroin is the same, but so, that the same constant flux is imposed on all 1) rosselspulen or transformers will. For this purpose, nian can, for example, provide a jacket core and its one Subdivide the ends by three windows, so that in dies there are a total of six legs develop. le two (Itii'Ch a window separate legs get the one Phase belonging @% 'eciiselstroniwicl: -hingen, and on the other frame part will the direct current winding atifgel) r: tclit, so (lal.i the to the different phases associated legs are connected in terms of the equilibrium flow and so that the individual choke coils receive the same diagnostic uniformity.

Die E urteile, die dadurch auftreten, dafl niart allen Drosselspulen den gleichen niagnetischen Gleichflul.i aufzwingt, sind folgende. Wie bereits erwähnt, erhalten bei der Anordnung nach Fig. i alle drei Drosselspulen denselben Gleichstrom. Bei unsymmetrischer Verbraucherlast zeigt sich nun, dal.1 auch die Verbraucherspannung bei gemeinsamer Regelung des Vormagnetisierungsgleichstronies, wie in Fig. i dargestellt, unsymmetrisch wird. Dies beruht darauf, daß die vormagnetisierte Drosselspule angenähert nur einen @-@'echselstrom hindurchläßt, der proportional mit der Gleicbstromvormagnetisierung ist. Infolgedessen erhält jede Phase praktisch denselben @Vechselstroni. Wird nun der Widerstand einer Phase verkleinert, so erhält dieser Verbraucherzweig auch eine verringerte Spannung, und auf die zu dieser Phase gehörige Drosselspule entfällt eine erhöhte Spannung. Aus diesem Grunde miißte man die drei Pliasen getrennt von je einem Steuergerät regeln.The judgments that occur thereby are that of all reactors imposing the same niagnetic equilibrium are as follows. As already mentioned, In the arrangement according to FIG. i, all three inductors receive the same direct current. In the case of an asymmetrical consumer load, it can now be seen that the consumer voltage is also 1 with common control of the bias DC tronies, as shown in Fig. i, becomes unbalanced. This is due to the fact that the bias inductor is approximated only lets through an alternating current which is proportional to the DC bias is. As a result, each phase receives practically the same @Vechselstroni. Will now If the resistance of a phase decreases, this consumer branch also receives one reduced voltage, and the choke coil associated with this phase is omitted an increased tension. For this reason the three pliases should be separated from regulate one control unit each.

Erzwingt man aber, daß der magnetische Gleichfuß in allen drei Drosselspulen der gleiche ist, so wird dieser -Nachteil beseitigt. Zur Erläuterung der Wirkungsweise zeigt Fig. a die Magnetisierungskurve für die Augenblickswerte finit dein Sä ttigungsfluß Os. l.rhält jede Drosselspule denselben magnetischen Gleiclifluß OL, so ist auch der sie durchsetzende Wechselfl1113 0", praktisch derselbe, und damit sind die von den Drosselspulen der einzelnen Phasen aufgenommenen Spannungen untereinander gleich, was gleiche Ve rbraticherspannungen zur Folge hat.But if you force that the magnetic foot in all three choke coils is the same, this disadvantage is eliminated. To explain how it works Fig. a shows the magnetization curve for the instantaneous values finite saturation flux Os. If every choke coil contains the same magnetic equilibrium flux OL, then it is the alternation Fl1113 0 "enforcing them, practically the same, and thus those of the voltages absorbed by the inductors of the individual phases are equal to one another, which results in the same consumption tensions.

111 Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Drosselspule gemäß der Erfindung dargestellt. Die Drosselspule l.,estelit aus eineng Rahmenkern 7, dessen linker Schenkel 8 drei Fenster besitzt. Es entstehen so drei Schenkelgruppen 12, 13 und 14. Die erste Schenkelgruppe 1= trägt die Wicklungen der Phase R, die zweite 13 die der Phase S und die dritte i.1 die der Phase 7'. Die Schaltung der \`echselstromwickluugen ist so getroffen, daß in jeder Schenkelgruppe der magnetische `%'ecliselfltili in den beiden Schenkeln entgegengesetztes Vorzeichen besitzt. Ie(le Schenkelgruppe finit ihren \Vicklungen bihlut eine Einzrldrosselspule. Auf dem rechten Schenkel des Rahmenkernes ist die hlriclistronitc-icl;lting io aufgebracht, welche den magnetischen Gleichfluß erzeugt. Durch die Reihenschaltung der ztt den verschiedenen Phasen gehörigen Schenkelgruppen können die einzelnen Phasen zwanglänfig nur denselben magnetischen (ileichfltiß erhalten. Dadurch wird erreicht, daß jede Phase bzw. jede 1?inzeldr(>sselsl)ule nur denselben Wechselflug, also dieselbe @@echselsliannung aufnehmen kann. Dadurch, daß innerhalb einer Schettkelgrupl>e der gleichen Phase die magnetischen Wechselflüsse entgegengesetztes 'V"orzeichen besitzen, der magnetische Gleichflug aber beide Schenkel in gleichem Sinn durchsetzt, wird, erreicht, daß ini Wechselstromkreis keine geradzahligen Oberwellen auftreten. lin Ausführungsbeispiel ist die Gleichstromwicklung io an eine Spannungsquelle i i angeschlossen, deren Spannung von der unveränderlich zu haltenden Verbraucherspannung abhängig gemacht wird. Wie ini einzelnen diese Abhängigkeit und Regelung stattfindet, ist fier die Erfindung nicht wesentlich, so daß nähere Einzelheiten in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Jede Schenkelgruppe, d.li. jedeDrosselspule könnte auch von der Wecliselstromseite anders erregt werden, d. 1i. es ist nicht notwendig, daB sie nur eine einzige Phasenwicklung trägt; die Schenkelgruppen könnten beispielsweise von den verketteten Strömen erregt werden, indem jede Schenkelgruppe zwei von verschiedenen Phasen erregte Wicklungen gleicher Wendungszahl entgegengesetzter Schaltrichtung erhält. 111 FIG. 3 shows an embodiment of a choke coil according to the invention. The choke coil l., Estelit from a single frame core 7, the left leg 8 of which has three windows. This results in three leg groups 12, 13 and 14. The first leg group 1 = carries the windings of phase R, the second 13 carries the windings of phase S and the third i.1 carries the windings of phase 7 '. The circuit of the \ `echselstromwickluugen is made in such a way that in each group of legs the magnetic`% 'ecliselfltili in the two legs has the opposite sign. Ie (le group of legs finite their windings have a single inductor coil. On the right leg of the frame core, the thermal alignment is applied, which generates the magnetic constant flux. Due to the series connection of the groups of legs belonging to the different phases, the individual phases can only The same magnetic flux is obtained. This means that each phase or each 1? have the opposite 'sign', but the magnetic flight passes through both legs in the same sense, it is achieved that in the AC circuit no even harmonics occur away is made pending. How this dependency and regulation takes place in detail is not essential for the invention, so that further details are not shown in the drawing. Each leg group, i.e. each choke coil could also be excited differently from the alternating current side, i.e. 1i. it is not necessary that it carry only a single phase winding; the groups of legs could, for example, be excited by the linked currents in that each group of legs receives two windings excited by different phases with the same number of turns and opposite switching directions.

Da durch die Sättigung Oberwellen auftreten, ist es unter Umständen zweckmäßig, die Anordnung so zu treffen, (laß die fünften und siebenten Oberwellen unterdrückt werden. Wie bekannt, ist dazu erforderlich, da8 zwei gleiche Drehstronidrosselspulen vorgesehen werden, deren magnetische Wechselflüsse 11111 jeweils 30 elektrische Grade gegeneinander versetzt sind.Since harmonics occur due to saturation, it may be expedient to make the arrangement so, (leave the fifth and seventh harmonics be suppressed. As is well known, it is necessary to have two identical rotating stronic choke coils are provided, the magnetic alternating fluxes 11111 each 30 electrical Degrees are offset from one another.

Hierzu kann inan die eine Drehstroniili-osselspule finit uni + i#5, die andere mit um - j.5 elektrische Grade drehender Zickzack-..chaltting versehen und die leiden Drosselspulen parallel oder in Reihe schalten. Man könnte aber auch z. B. die eine in Stern und die andere in Zickzack mit 30 elektrischen Graden Drehung schalten. Wesentlich ist dabei noch, daß die beiden Drosselspulen hinsichtlich der dritten Oberwellen im Fluß gleich sind, d. h., wenn diese bei der einen Drosselspule nicht auftreten, müssen sie auch bei der anderen unterdrückt werden.For this purpose, one rotary current coil can be provided with finite uni + i # 5, the other with zigzag rotating by - j.5 electrical degrees - .. switching and switching the affected choke coils in parallel or in series. But you could also z. B. switch one in star and the other in zigzag with 30 electrical degrees of rotation. It is also essential that the two choke coils are the same with regard to the third harmonics in the flux, ie, if these do not occur in one choke coil, they must also be suppressed in the other.

Eine besonders einfache Ausführungsform, bei der die beiden mehrphasigen Drosselspulen einen gemeinsamen Eisenkern besitzen, zeigt Fig. 4.. Es ist wieder ein Rahnienkern 15 vorgesehen. Jeder Schenkel des Rahmenkernes ist durch drei Fenster uAterteilt. Die Wechselstromwicklungen sind mit 16 bezeichnet. In Fig. 5 ist die Richtung der Flüsse angegeben. Gegenüber der Phase R eilt der Fluß R+ um 15 elektrische Grade vor, der Fluß R- um 15 elektrische Grade nach, was, wie bereits erwähnt, durch Zickzackschaltungen erreicht werden kann. Entsprechendes gilt für die Flüsse S+, S-und T+, 7'-. Für die negativen Werte dieser Flüsse sind die gleichen Bezeichnungen, 'die jedoch mit einem Strich versehen sind, verwendet. In Fig. ¢ ist überdies noch die Richtung der magnetischen Wechselflüsse durch Pfeile angegeben. Wählt man diese durch entsprechenden Anschluß der Wicklungen in der in Fig. 4. dargestellten Weise, so führen die Querjoche, wie aus dem Diagramm der Fig. 5 hervorgeht, nur Wechselflüsse von ungefähr der Hälfte der Schenkelflüsse. Die Gleichstromwicklungen 17 sind auf den Hauptschenkeln aufgebracht.A particularly simple embodiment, in which the two polyphase choke coils have a common iron core, is shown in FIG. 4. A frame core 15 is again provided. Each leg of the frame core is divided by three windows. The alternating current windings are denoted by 16. In Fig. 5 the direction of the flows is indicated. Compared to the R phase of the river R + 1 to 5 electrical degrees advanced, and the flow R 1 to 5 electrical degrees to which, as already mentioned, can be achieved by zigzag circuits. The same applies to the flows S +, S- and T +, 7'-. The same designations are used for the negative values of these flows, but are provided with a prime. In addition, the direction of the alternating magnetic fluxes is indicated by arrows in FIG. If this is selected by the appropriate connection of the windings in the manner shown in FIG. 4, the cross yokes, as can be seen from the diagram in FIG. 5, only carry alternating fluxes of approximately half the leg fluxes. The direct current windings 17 are applied to the main legs.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht beschränkt auf Dreiphasendrosselspulen, sondern kann auch bei anderen mehrphasigen Drosselspulen in Frage kommen. Die Anwendung der Erfindung ist auch nicht darauf beschränkt, daß die Drosselspulen in Reihe in der Leitung liegen, wie in Fig. i dargestellt, sondern sie könnten auch parallel zum Verbraucher geschaltet werden. Sie könnten dann auch in Dreieck geschaltet «-erden. Es könnten aber auch Schaltungen angewendet werden, wie sie z. B. in einphasiger Darstellung in den Fig. 6, 7 und 8 dargestellt sind. In Fig.6 ist eine Spannungsteilerschaltung dargestellt, bei der die Sekundärwicklungen der Transformatoren i8 und ig in Reihe in entgegengesetztem Sinn in der Leitung liegen, wobei der eine Transformator 18 mit Gleichstrom vormagnetisiert wird. In Fig.7 ist ein Teil des Transformators 2o durch die Drosselspulen 21 und. 22 überbrückt, von denen die erste vormagnetisiert wird. Fig. 8 zeigt eine Spannungsteilerschaltung mit den beiden Transformatoren 23 und 24, und galvanischer Trennung des Verbrauclierstromkreises vom Netz. Auch hier werden bei Drehstrom- oder anderen Mehrphasenschaltungen die vormagnetisierten Drosselspulen 21 bzw. Transformatoren 18, 23 mit gemeinsamer Gleichflußregelung ausgeführt. Ebenso könnten diese Drosselspulen bzw. Transformatoren mit Oberwellenkompensation ausgeführt werden. Führt man die Transformatoren ig bzw. 2o bzw. 2.1. mit kleinem oder keinem Luftspalt aus, so sättigen sie sich ebenfalls, und es empfiehlt sich, dann auch diese oberwellenfrei auszuführen.The application of the invention is not limited to three-phase reactors, but can also be used with other multiphase reactors. The application the invention is also not limited to the fact that the choke coils in series of the line are as shown in Fig. i, but they could also be parallel switched to the consumer. They could then also be connected in a triangle «-ground. However, circuits could also be used as they are, for. B. in single-phase Representation in Figs. 6, 7 and 8 are shown. In Fig.6 is a voltage divider circuit shown in which the secondary windings of transformers i8 and ig in series lie in the line in the opposite sense, one transformer 18 is premagnetized with direct current. In Fig.7 is a part of the transformer 2o through the choke coils 21 and. 22 bridged, the first of which is premagnetized will. Fig. 8 shows a voltage divider circuit with the two transformers 23 and 24, and galvanic separation of the consumer circuit from the mains. Even in three-phase or other multi-phase circuits, the premagnetized ones are here Choke coils 21 or transformers 18, 23 with common constant flux control executed. These reactors or transformers with harmonic compensation could also be used are executed. If you lead the transformers ig or 2o or 2.1. with small or no air gap, they will also become saturated, and it is advisable to then also run this harmonic-free.

Die Anordnung nach der Erfindung ist auch dann anwendbar, wenn Drosselspulen in verschiedenen Stromkreisen liegen, z. B. wenn von einem Einphasennetz zwei Verbraucher gespeist werden und jeder Verbraucher durch eine-einphasige Drosselspule geregelt wird. Führt man auch hier die Anordnung so durch, daß beide Drosselspulen den gleichen magnetischen Gleichfluß erhalten, so kann man bei veränderlicher -Netzspannung die Verbraucherspannungen beider Abnehmer mit einer einzigen Regeleinrichtung unverändert halten oder auf beliebige andere, aber untereinander gliche Werte regeln. Eine solche Drosselspule könnte beispielsweise in ähnlicher Weise wie die der Fig. 3 ausgebildet werden. Es fiele z. B. dann das untere Fenster mit der Wicklung T fort, während die mit R bezeichnete Leitung die eine zu dem einen Verbraucher führende, die mit S bezeichnete die zum anderen Verbraucher führende Leitung wäre. Aber auch wenn z. B. Zwei- oder Mehrpha.senverbraucher durch j e eine Mehrph;asendrosselspule geregelt werden sollen, kann man die Anordnung so treffen, daß jede Einzeldrosselspule sowob@l der einen als auch der anderen Mehrphasendrosselspule den gleichen magnetischen Gleichfluß erhält.The arrangement according to the invention is also applicable when inductors lie in different circuits, e.g. B. if two consumers from a single-phase network are fed and each consumer is regulated by a single-phase choke coil will. If the arrangement is also carried out here so that both choke coils are the same Magnetic constant flux obtained, so you can with a variable mains voltage Consumer voltages of both customers unchanged with a single control device hold or regulate to any other, but mutually equal values. Such Choke coil could, for example, be designed in a manner similar to that of FIG. 3 will. It fell z. B. then continue the lower window with the winding T while the line labeled R is the one leading to the one consumer, the one with S denotes the line leading to the other consumer. But even if z. B. two- or multi-phase consumers regulated by a multi-phase choke coil are to be, you can make the arrangement so that each individual inductor sowob @ l the one and the other polyphase choke coil have the same magnetic Receives constant flow.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement for voltage regulation with the help of Direct current or magnetized reactors or transformers in different Circuits or in different phases of a multi-phase network characterized in that all reactors or transformers have the same constant flux is imposed.

2. Arrangement according to claim i for three-phase current, characterized by a frame core, one leg of which is divided by three windows so that -In this six legs arise and two each separated by a window Legs of windings belonging to the same phase or phases like this are excited that the magnetic alternating fluxes in these two Legs have opposite signs.

3. Arrangement according to claim 2, characterized characterized in that the other leg of the frame core is the DC bias winding wearing.

Arrangement according to claim 2, characterized in that the other leg the frame core is divided by three windows, so that a total of twelve legs arise, and that the alternating current windings are connected so that two by 3o three-phase systems of alternating magnetic fluxes offset by electrical degrees develop.

5. Arrangement according to claim q., Characterized in that d.a.ß the phase sequence is chosen so that in the common cross yokes I have about half the magnetic \ Alternate flow of a thigh occurs.

6. Arrangement according to claim 4, characterized in that that the direct current windings are applied to the main legs.