DE733814C

DE733814C - Arrangement for suppressing the harmonics of reactors or transformers premagnetized with direct current

Info

Publication number: DE733814C
Application number: DES106049D
Authority: DE
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1932-08-30
Filing date: 1932-08-30
Publication date: 1943-04-02

Description

Anordnung zur Unterdrückung der Oberwellen von mit Gleichstrom vormagnetisierten Drosselspulen oder Transformatoren Um die bei gesättigten Transformatoren oder Drosselspulen auftretenden Oberwellen unschädlich zu machen, ist bereits vorgeschlagen worden, zwei oder mehrere Transformatoren oder Drosselspulen mit unterschiedlicher Innenschaltung oder unterschiedlicher Wicklungslage oder unterschiedlichem Aufbau des Eisenkernes oder geeigneten Kombinationen davon so zusammenzuschalten, daß die in den verschiedenen Einheiten auftretenden Oberwellen sich nach außen ganz oder teilweise aufheben.Arrangement for suppressing the harmonics of biased with direct current Choke Coils or Transformers Around those in saturated transformers or choke coils to render harmonic waves harmless has already been proposed, two or more transformers or reactors with different internal circuits or different winding layers or different structure of the iron core or suitable combinations thereof so that the different Units occurring harmonics cancel each other outwardly in whole or in part.

Gemäß dem Hauptpatent können die beschriebenen Anordnungen zur Unterdrückung der Oberwellen bei gleichstromvormagnetisierten Transformatoren oder Drosselspulen verwendet werden, wenn jede Einheit aus zwei gleichartigen oder annähernd gleichartigen Transformatoren bzw. Drosselspülen zusammengesetzt wird, die vom Vormagnetisierungsstrom im Verhältnis zur gemeinsamen positiven Spannungs- oder Stromi-ichtung im entgegengesetzten Sinn durchflossen werden. -Dadurch erhält man wieder eine Symmetrxerung der Kurve des aufgenommenen Stromes, da nicht mehr eine bestimmte Stromrichtung bevorzugt ist. Mit dieser Symmetrierung fallen alle geradzahligen Oberwellen wieder heraus, so daß man die eingangs erwähnten Anordnungen zur Kompensierung der S., 7. usw. Harmonischen anwenden kann. Entscheidend für die Wahl der Vormagnetisierungsamperewindungen ist lediglich, daß auch die Vormagnetisierung in allen beteiligten aktiven Eisenteilen gleich hohe Gleichflußinduktion. bei abgeschaltetem . Wechselstromkreis hervorrufen muß. Da im allgemeinen nur die mit der Wicklung versehenen Schenkel gesättigt werden, und da man dagegen in den Jochen zur Verringerung der Streuung nicht bis zur Sättigung geht, so brauchen im allgemeinen nur die Gleichflußinduktionen in den bewickelten Schenkeln gleich hoch gewählt zu werden. In dem Hauptpatent ist bereits vorgeschlagen worden, für zwei gleichartige Drosselspulen oder Transformatoren einen gemeinsamen Eisenkern vorzusehen.According to the main patent, the arrangements described for the suppression of the harmonics in DC-biased transformers or reactors be used when each unit consists of two similar or approximately similar Transformers or choke coils is composed of the bias current in relation to the common positive voltage or current direction in the opposite Meaning to be flowed through. -This results in a symmetry of the curve again of the absorbed current, since a certain current direction is no longer preferred is. With this balancing, all even-numbered harmonics fall out again, so that the arrangements mentioned at the beginning for the compensation of the S., 7. etc. Can apply harmonics. Crucial to the choice of bias amp turns is only that the premagnetization in all involved active iron parts equal flux induction. with switched off. Create an alternating current circuit got to. Since in general only the legs provided with the winding are saturated, and since, on the other hand, one does not use the yokes to reduce the scattering up to saturation goes, then generally only need the constant flux inductions in the wound Thighs to be chosen equally high. It is already proposed in the main patent have been, for two reactors of the same type or transformers one common Provide iron core.

Gemäß der Erfindung werden bei einer solchen Anordnung, -bei der jeweils zwei gleichartige Transformatoren oder Drosselspulen vorgesehen sind, die einen gemeinsamen Eisenkern besitzen und vom Gleichfluß so durchsetzt «-erden, daß der Phasenfluß in der einen Drosselspule (dem einen Transformator) verstärkt wird, wenn der entsprechende Pliasenfluß in der anderen Drosselspule (dem anderen Transformator) geschwächt wird und umgekehrt, die Wechselstromwicklungen jeder Drosselspule (jedes Transformators) auf unmittelbar aufeinanderfolgenden Schenkeln des Eisenkernes aufgebracht, und die Gleichstromwicklung wird so geschaltet, daß der Gleichfluß von Schenkel zu Schenkel seine Richtung wechselt. Man erreicht dadurch den Vorteil, daß die Joche hinsichtlich sowohl des Wechselflusses als auch des Gleichflusses günstig beansprucht werden.According to the invention, in such an arrangement, in each two similar transformers or reactors are provided, the one have a common iron core and are of constant flow so interspersed «-Ground that the phase flow in one choke coil (one transformer) is amplified when the corresponding plias flow in the other choke coil (dem other transformer) is weakened and vice versa, the alternating current windings each reactor (each transformer) on consecutive legs of the iron core applied, and the DC winding is switched so that the steady flow changes its direction from leg to leg. One achieves through it the advantage that the yokes in terms of both the alternating flux and the constant flux are favorably claimed.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In Fig. i ist die eine Einheit in Stern und die andere in Dreieck geschaltet, so daß beide Einheiten sich, wie- im Hauptpatent beschrieben, gegenseitig ihre 5., 7., 17. und 19. Harmonischen liefern. Die in Stern geschaltete Einheit besteht aus den beiden Drosselspulen 'i und 2, deren Wechselstromwicklungen in Stern geschaltet sind. Für die beiden Drosselspulen ist ein. gemeinsamer sechsschenkliger Eisenkern .2o vorgesehen. Die zweite Einheit besteht aus den Drosselspulen 13 und 1.4, für die gleichfalls ein gemeinsamer Eisenkern 21 vorgesehen ist. Gemäß der Erfindung sind die Wechselstromwicllungen der Drosselspulen i bzw. 2 auf unmittelbar aufeinanderfolgenden Schenkeln des Eisenkerns 2o angeordnet. Ebenso sind die Wechselstromwicklungen der Drosselspulen 13 und 1.1 auf unmittelbar aufeinanderfolgenden Schenkeln des Eisenkerns 21 angeordnet. Die in Reihe geschalteten Gleichstromwicklungen 6, 7, 16 und 17 der einzelnen Drosselspulen, die von der Spannungsquelle 18 gespeist werden, sind gemäß der Erfindung so geschaltet, daß jeweils in benachbarten Schenkeln der Gleichfluh eiltgegengesetzte Richtung aufweist.Various exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. In Fig. I, one unit is connected in star and the other in delta, so that both units, as described in the main patent, mutually supply their 5th, 7th, 17th and 19th harmonics. The star-connected unit consists of the two inductors' i and 2, the alternating current windings of which are star-connected. For the two reactors there is a. common six-leg iron core .2o provided. The second unit consists of the choke coils 13 and 1.4, for which a common iron core 21 is also provided. According to the invention, the alternating current windings of the choke coils i and 2 are arranged on immediately successive legs of the iron core 2o. Likewise, the alternating current windings of the choke coils 13 and 1.1 are arranged on directly successive legs of the iron core 21. The series-connected direct current windings 6, 7, 16 and 17 of the individual choke coils, which are fed by the voltage source 18, are connected according to the invention so that in each case in adjacent legs of the Gleichfluh is in the opposite direction.

Bezüglich der Bemessung ist folgendes zu sagen: Die V ormagnetisierungsamperewindungen sind so bemessen, daß die Vormagnetisierung in allen beteiligten aktiven Eisenteilen gleich hohe Gleichflußinduktion bei abgeschaltetem \,-echselstromkreis hervorruft. Da im allgemeinen nur die mit der Wicklung versehenen Schenkel gesättigt werden, und da inan dagegen in den Jochen zur Verringerung der Streuung flicht his zur Sättigung geht, also in den Jochen nicht ini Khie oder oberhalb des Knies der -Magnetisierungskurve arbeitet, braucht nur, wie eingangs erwällut, die Gleichflußinduktion ;il -den bewickelten Schenkeln gleich hoch gewählt zu «erden. Die Wechselstromwicklungen sind so bemessen, daß die einzelnen Drosselspulen bei abgeschalteter Vorinagnetisierung vom Wechselstromnetz gleiche llagnetisierungsleistung aufnehmen, und <laß sie gleichartig verzerrte Stromkurven # besitzen (Blindleistungen je Schenkel gleich und ebenso gleiche Induktion in jedem Schenkel, AW für Joche Mein), so daß sich die 5., 7., 17., ig. usw. Harmonischen im resultierenden Magnetisierungsstrom der vifer Drosselspulen aufheben.Regarding the dimensioning, the following can be said: The pre-magnetizing ampere turns are dimensioned so that the premagnetization in all active iron parts involved equally high direct flux induction when the \, - echsel circuit is switched off. Since in general only the legs provided with the winding are saturated, and there, on the other hand, in the yokes to reduce the scatter, flares up to saturation goes, so in the yokes not ini Khie or above the knee of the magnetization curve only needs, as mentioned at the beginning, the constant flux induction; il -den wound Legs selected to be “grounded” equally high. The AC windings are dimensioned so that the individual choke coils when the pre-magnetization is switched off from the alternating current network absorb the same alignment performance, and let them be equally distorted Have current curves # (reactive powers per leg the same and also the same induction in each leg, AW for yokes Mein), so that the 5th, 7th, 17th, ig. etc. harmonics cancel in the resulting magnetizing current of the vifer reactors.

Wie in dem Hauptpatent bereits erwähnt. kann man auch die Eisenherne 20 und 21 miteinander vereinigen. Man erreicht dann den Vorteil, daß das gemeinsame Joch der vier Drosselspulen nur annähernd vom halben Wechselfluß eines Schenkels durchsetzt wird. so daß man an Eisen sparen kann.As already mentioned in the main patent. you can also use the Eisenherne Unite 20 and 21 with each other. One then achieves the advantage that the common The yoke of the four choke coils is only approximately half the alternating flux of one leg is enforced. so that one can save on iron.

Statt die Wechselstromwicklungen zueinander parallel zu schalten, kann man sie auch miteinander in Reihe schalten und hei Verwendung von Transformatoren eine Kaskadenschaltung anwenden.Instead of connecting the alternating current windings in parallel, they can also be connected in series using transformers use a cascade connection.

Unter Kaskadenschaltung von Transformatoren ist dabei eine Schaltung zu verstehen, bei der die Primärwicklung des ersten Transformators am -Netz liegt, die Primärwicklung des zweiten Transformators an die Sekundärwicklung des ersten angeschlossen, ist usw.Cascading transformers is a circuit to understand where the primary winding of the first transformer is connected to the network, the primary winding of the second transformer to the secondary winding of the first connected, is etc.

Sollen noch mehr Oberwellen unterdrückt werden, so kann man, wie im Hauptpatent erwähnt, vier Einheiten von Drosselspulen vorsehen, derart, daß sämtliche Harmonischen höherer Ordnungszahl bis zur 23. kompensiert sind. Auch hierbei ist für je zwei gleichartige Drosselspulen ein gemeinsamer f?isenl:ern vorzusehen, und die Wicklung ist entsprechend zu schalten. Auch kann inan die einzelnen Einheiten, deren Phasenflüge um gegeneinander versetzt sind, auf übereinanderliegenden Schenkeln eines geineinsamen Eisenkerns so anordnen. dah in dem gemeinsamen Jochstück zwischen zwei Drosselspulen nur etwa des Schenkelflusses, wirksam ist.If even more harmonics are to be suppressed, as mentioned in the main patent, four units of choke coils can be provided in such a way that all higher-order harmonics up to the 23rd are compensated. Here, too, a common coil must be provided for every two choke coils of the same type, and the winding must be switched accordingly. The individual units, their phase flights, can also be inan are offset from each other, so arrange them on superimposed legs of a single iron core. then in the common yoke piece between two choke coils only about of the thigh flow, is effective.

Die Anordnung nach der Erfindung kann auch beispielsweise angewendet werden bei vormagnetisierten Drosselspulen oder Transformatoren, bei denen Mittel vorgesehen sind, tun die Größe der durch 3 teilbaren Harmonischen. der Schenkelflüsse so zu beeinflussen, daß die Harmonischen höherer Ordnungszahl im zugeführten 1lagnetisierungsstrom, vorzugsweise die 5., unterdrückt sind. Ein Ausführungsbeispiel dafür zeigt Fig. 2. An einem Drehstromnetz sind zwei Drosselspulen 31 und 3 2 angeschlossen, deren Wechselströmwicklungen 33 und 34 e in Stern geschaltet sind. Für die Drosselspulen ist ein gemeinsamer Eisenkern 43 vorgesehen. Die Wechselstromwicklungen jeder Drosselspule sind wieder auf unmittelbar aufeinanderfolgenden Schenkeln des Eisenkernes 43 angeordnet, wie das Ausführungsbeispiel zeigt, und die Wicklungen 38 und 39, die von der Gleichstromquelle 41 gespeist werden, sind so geschaltet, daß in je zwei benachbarten Schenkeln die Gleichflüsse en,-gegengesetzte Richtung besitzen. Die beiden Außenschenkel dienen zum Rückschluß der durch 3 teilbaren Flußharmonischen. Die Drosselspulen besitzen, wie bereits vorgeschlagen, noch besondere im offenen Dreieck geschaltete Wicklungen 35 und 36. Die beiden offenen Wicklungen sind untereinander in Reihe geschaltet und über eine Drosselspule 4o geschlossen. Diese wird so bemessen, daß im aufgenommenen 1lagnetisierungsstrom die. 5. Harmonische unterdrückt ist. Da die für die günstigste Oberwellenkompensation erforderliche 3. Harmonische des Flusses bei verschiedener Eisensättigung in verhältnismäßig weiten Grenzen konstant bleibt, so kann man auch der Drosselspule 4o, wie bereits vorgeschlagen, selbst die Kennlinie einer eisenhaltigen Drosselspule geben, indem man -die Drosselspule aus einem in sich geschlossenen Eisenkern herstellt und so bemißt, daß sich gerade bei der für die Oberwellenkompensation günstigsten Dreieckspannung Sättigung einstellt. Um eine noch bessere Anpassung zu erreichen, kann man auch, wie bereits vorgeschlagen, parallel zur Drosselspule 4o einen Kondensator und in Reihe mit dieser Anordnung eine .ungesättigte Drosselspule schalten. Dadurch erreicht man, daß bei beliebig hoher Sättigung stets die 5. Harmonische des Magnetisierungsstromes unterdrückt ist. Die Größe der einzelnen Drosselspulen oder des Kondensators kann man experimentell oder rechnerisch ermitteln.The arrangement according to the invention can also be used, for example, in premagnetized choke coils or transformers, in which means are provided which have the size of the harmonics which can be divided by 3. to influence the leg fluxes so that the higher order harmonics in the supplied 1lagnetisierungsstrom, preferably the 5th, are suppressed. An exemplary embodiment for this is shown in FIG. 2. Two choke coils 31 and 32 are connected to a three-phase network, the alternating current windings 33 and 34 e of which are star-connected. A common iron core 43 is provided for the choke coils. The alternating current windings of each choke coil are again arranged on immediately successive legs of the iron core 43, as the exemplary embodiment shows, and the windings 38 and 39, which are fed by the direct current source 41, are connected in such a way that the direct fluxes en, - opposite direction. The two outer legs are used to infer the flow harmonics that can be divided by 3. As already proposed, the choke coils also have special windings 35 and 36 connected in an open triangle. The two open windings are connected in series with one another and closed via a choke coil 4o. This is dimensioned in such a way that the. 5th harmonic is suppressed. Since the 3rd harmonic of the flux, which is necessary for the most favorable harmonic compensation, remains constant within relatively wide limits with different iron saturation, one can also give the choke coil 4o, as already proposed, the characteristic curve of a ferrous choke coil itself by - the choke coil from an in A closed iron core is produced and dimensioned in such a way that saturation occurs precisely at the triangular voltage that is most favorable for harmonic compensation. In order to achieve an even better match, it is also possible, as already proposed, to connect a capacitor in parallel with the choke coil 4o and an unsaturated choke coil in series with this arrangement. This ensures that the 5th harmonic of the magnetizing current is always suppressed for any high saturation. The size of the individual choke coils or the capacitor can be determined experimentally or by calculation.

Will man außer der 5. noch die 7. Harmonische im Magnetisierungsstrom unterdrücken, so tritt an 'Stelle einer einzigen Drosselspule ein Wechselstromwiderstand geeigneter Größe und Phase. ..In addition to the 5th, you want the 7th harmonic in the magnetizing current suppress, an alternating current resistance occurs instead of a single choke coil suitable size and phase. ..

Bezüglich der Bemessung gilt, daß die Vormagnetisierungsamperewindungen so gewählt werden, daß die Vormagnetisierung in allen beteiligten aktiven Eisenteilen gleich hohe Gleichflußinduktionen bei abgeschalteter Wechselspannung hervorruft. Da man im allgemeinen die Joche stärker ausführt, um ihre Sättigung und damit Unsymmetrie zu vermeiden (im Jocheisen arbeitet man also nicht im Knie oder oberhalb des Knies der Magnetisierungskurve), muß man also die Gleichstromvormagnetisierung, wie bereits vorgeschlagen, so bemessen, daß in den-die @`-_echselstromwicklungen tragenden Schenkeln überall die gleiche Gleichflußinduktion auftritt.Regarding the dimensioning, the bias ampere turns be chosen so that the premagnetization in all involved active iron parts causes equal flux induction when the AC voltage is switched off. Since the yokes are generally made stronger to reduce their saturation and thus asymmetry to avoid (in the yoke iron you do not work in the knee or above the knee the magnetization curve), you have to use the direct current bias, as already proposed to be dimensioned so that in the legs carrying the @ `-AC windings the same constant flux induction occurs everywhere.

Statt die Wechselstromwicklungen der Drosselspulen in Stern zu schalten, könnte man sie auch in Dreieck schalten, wobei, wie vorgeschlagen, symmetrisch in die einzelnen Phasen der Dreieckw icklung Zusatzdrosselspulen eingeschaltet werden, die vorzugsweise magnetisch oder induktiv so verkettet- sind, daß sich die Amperewindungen der Grundwelle aufheben.Instead of star switching the alternating current windings of the inductors, they could also be connected in a triangle, where, as suggested, symmetrically in the individual phases of the triangular winding additional reactors are switched on, which are preferably linked magnetically or inductively so that the ampere turns cancel the fundamental wave.

Man kann die vormagnetisierten Drosselspulen auch in Zickzack schalten.The premagnetized choke coils can also be switched in zigzag.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß die Wechselstromwicklungen 1n zyklischer Folge angeordnet sind, sondern man kann beispielsweise die Anordnung auch so treffen, daß von links nach rechts die Wicklungen der ersten Drosselspule in der Phasenfolge tc, v und zu angeordnet sind, während die Wicklungen der nächsten Drosselspule in der Folge w, v und zc angeordnet sind.It is not absolutely necessary that the alternating current windings 1n are arranged in a cyclical sequence, but you can, for example, make the arrangement so that the windings of the first inductor are arranged in the phase sequence tc, v and zu from left to right, while the windings of the next choke coil are arranged in the sequence w, v and zc.

Ebenso wie für Drosselspulen kann man die Anordnung nach der Erfindung auch für Transformatoren anwenden.As for choke coils, the arrangement according to the invention can be used also apply to transformers.

Die beschriebenen Drosselspulen sind insbesondere für die Blindstromkompensation von Fernleitungen geeignet. Die Drosselspulen werden dann längs der Leitungen verteilt, und die V ormagnetisierung wird in Abhängigkeit von den elektrischen Verhältnissen der Leitungen geregelt.The choke coils described are particularly useful for reactive current compensation suitable for long-distance lines. The reactors are then distributed along the lines, and the pre-magnetization is dependent on the electrical conditions of the lines regulated.

Die Anordnung nach der Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann überall da . angewendet werden, wo zwei Drosselspulen oder Transformatoren einen gemeinsamen Eisenkern besitzen und vom Gleichfluß so durchsetzt werden, daß der Phasenfluß in der einen Drosselspule (dem einen Transformator) verstärkt wird, wenn der entsprechende Phasenfluß in der anderen Drosselspule (dem anderen Transformator) geschwächt wird und umgekehrt.The arrangement according to the invention is not limited to the exemplary embodiments described limited, but can be anywhere. be applied where two reactors or Transformers have a common iron core and so permeated by the constant flow be that the phase flow in one inductor (one transformer) is amplified when the corresponding phase flux in the other choke coil (the other Transformer) is weakened and vice versa.

Claims

Claim: Arrangement for suppressing the harmonics of choke coils or transformers premagnetized with direct current, in which two similar choke coils (transformers j are provided, which have a common iron core and are permeated by the constant flux in such a way that the phase flux in one choke coil (the one transformer ) is increased when the corresponding phase flow in the other choke coil (the other transformer) is weakened and vice versa, according to Patent 730 508, characterized in that the alternating current lugs of each choke coil (each transformer) are applied to directly consecutive, tiden legs, and that the direct current winding is connected so that the direct flux changes direction from leg to leg.