DE2530047B2

DE2530047B2 - Anordnung zum Anschalten von Transformatoren, insbesondere leerlaufenden Transformatoren, an eine Wechselspannungsquelle

Info

Publication number: DE2530047B2
Application number: DE19752530047
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 8500 Grossgruendlach Kolbe; Walter Dipl.-Ing. 8501 Penzenhofen Schlueter; Walter Dipl.- Ing. 8521 Kleinseebach Schmitt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-07-04
Filing date: 1975-07-04
Publication date: 1978-10-26
Also published as: IN144482B; DE2530047A1; JPS528457A; DE2530047C3; BR7603710A; GR60570B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Anschalten von Transformatoren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine derartige Anordnung ist bekannt (siehe die unten näher behandelte deutsche Patentanmeldung N 5 216).

Beim Einschalten von Transformatoren tritt je nach Einschaltaugenblick im Transformator ein Gleichstromglied auf, das insbesondere bei magnetisch hoch ausgenutzten Transformatoren das Kernblech weit in die Sättigung treibt.

Es ist bereits versucht worden, zur Vermeidung unzulässig hoher Gleichstromkomponenten in einem Wechselspannungssystem in Reihe zu einer induktiven Last ohmsche Widerstände zu schalten, an denen ein entsprechender Anteil der Gleichspannung abfällt, so daß an der Induktivität nur noch ein Rest der Gleichspannung wirksam ist, der dann so klein ist, daß er den ordnungsgemäßen Betrieb nicht mehr stört. Ferner ist es bekannt, durch Vergrößerung des Kernquerschnittes oder durch Einführen eines Luftspaltes die magnetische Induktion so weit herabzusetzen, daß Sättigung erst bei höherem Magnetisierungsstrom eintritt. Dabei können die genannten Kompensierungsmaßnahmen auch gemeinsam angewendet werden. Sie bedeuten jedoch eine erhebliche Verteuerung der Anlage und setzen deren Wirkungsgrad herab. Ferner ergibt sich ein zusätzlicher Aufwand an Mitteln, da sich durch die Vergrößerung des Kernquerschnittes die mittlere Windungslänge vergrößert und damit der bo Aufwand an Kernmaterial und Kupfer steigt. Bei einer Induktivität, deren Kern mit einem Luftspalt versehen wird, werden durch den erforderlichen größeren Magnetisierungsstrom auch die Verluste in den ohmschen Widerständen entsprechend größer.

Durch die oben genannte deutsche Patentanmeldung N 5 216 VIIIb/21d², bekanntgemacht am 1.12.1955, ist eine Anordnung zum Anschalten von Transformatoren an eine Wechselspannungsquelle unter Verwendung eines Lastschalters bekannt, wobei der Lastschalter durch eine Synchronisiereinrichtung betätigbar ist, bei der der Phasenwinkel des Einschaltens voreinstellbar ist und von der zusätzlich eine Steuerschaltung steuerbar ist, über die durch einen Trennschalter vor dem Einlegen des Lastschalters kurzzeitig eine Gleichspannung in der Weise an Wicklungen des Transformators geschaltet wird, daß eine remanente Vormagnetisierung entgegen der durch den Einschaltvorgang gegebenen Magnetisierung entsteht. Mit dieser Schaltung ist es möglich, durch Vormagnetisierung den Transformator bei bestimmten Phasenwinkeln zuzuschalten und dadurch eine Verminderung der Einschaltstromstöße zu erzielen. Ähnliche Wirkungen können mit den Anordnungen gemäß DE-AS 10 92 560 und AT-PS 3 10 853 erzielt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Anschalten von Transformatoren unabhängig von einem bestimmten Einschaltphasenwinkel zu machen und dabei Spannungsverzerrungen zu vermeiden.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Maßnahmen.

Einem vorwählbaren Einschaltphasenwinkel ist eine bestimmte Vormagnetisierung zugeordnet Durch die Erfindung erreicht man gegenüber der bekannten Ausführung gemäß der deutschen Patentanmeldung N 5 216 eine Vormagnetisierung nach nahezu vollständiger Entmagnetisierung des Transformators, also eine Vormagnetisierung von einem definierten Ausgangspunkt aus. Einem gewünschten Einschaltphasenwinkel kann daher die notwendige Vormagnetisierung jeweils zugeordnet werden, um die auftretenden Einschaltströme zu verringern und eine verzerrungsfreie Spannungskurve zu erhalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Darin zeigt

F i g. 1 eine im Prinzip bekannte Anordnung, bei der die Einrichtung zur Vormagnetisierung eines Transformators eine Schützsteuerur.g enthält, und

F i g. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung, bei der vor der Vormagnetisierung eine Entmagnetisierung des Transformators mittels Thyristorumrichter vorgenommen wird.

Wie F i g. 1 zeigt, wird bei einer im Prinzip bekannten Anordnung ein Transformator 1 durch einen Generator 2 gespeist. Zum Anschalten des Transformators dient ein Lastschalter 3, der durch eine Synchronisiereinrichtung 4 zu beliebig vorwählbaren Phasenwinkeln in Bezug auf die Generatorspannung schaltbar ist. Hierzu ist die Synchronisiereinrichtung 4 in an sich bekannter Weise an einen Hilfsgenerator 7 angeschlossen und mit einer Einrichtung 4a zur Vorgabe des Phasenwinkels versehen.

Die Last 5 kann ein Netz, eine Maschine oder ein zu prüfendes Schaltgerät sein; im letzteren Fall ist ein weiterer Lastschalter auf der Sekundärseite des Transformators 1 nicht erforderlich. Vor dem Einschalten des Transformators, also bei geöffnetem Lastschalter 3, wird durch Schließen des Trennschalters 6 eine Anordnung zur Vormagnetisierung an die Sekundärwicklungen \b geschaltet. Diese Vormagnetisierungseinrichtung enthält eine Batterie 10, einen veränderbaren Widerstand 9 und Steuerschütze c 1 bis c6, die über eine Steuerschaltung 8 von der Synchronisiereinrichtung 4 steuerbar sind. Von der Synchronisiereinrichtung 4 ist ferner ein Schalter c 0 betätigbar.

Abhängig von dem vorgewählten Einschaltphasenwinkel des Lastschalters 3 und den magnetischen Eigenschaften des Transformators 1 ergibt sich eine bestimmte notwendige Vormagnetisierung nach Größe und Richtung. Dieser Zusammenhang wird in der Steuerschaltung 8 verarbeitet, die die zugehörigen Steuerschütze c 1 bis c6 ansteuert Die Stromamplitude wird durch entsprechende Änderung des Widerstandes 9 voreingestellt.

Um die Vormagnetisierung einzuleiten, wird durch Vorgabe eines Einschaltbefehls an die Synchronisiereinrichtung 4 das Schütz cO geschlossen. Sodann fließt ein Gleichstrom vorgegebener Größe und Richtung durch die Sekundärwicklungen 16 des Transformators 1. Die Dauer der Vormagnetisierung wird nach der Zeitkon- '5 stante der Sekundärwicklungen 16 bemessen und beträgt etwa das Fünffache der Transformator-Zeitkonstante, d. h. es wird so lange vormagnetisiert, bis ein stationärer Gleichstrom fließt Nach Abschalten des Gleichstromes verbleibt im Eisen des Transformators eine Remanenzinduktion gewünschter Größe und Richtung entgegen der durch den Einschaltvorgang gegebenen Magnetisierung zurück.

Beim nachfolgenden selbsttätigen Einschalten des Transformators 1 durch Einlegen des Lastschalters 3 steht durch die Vermagnetisierung eine ausnutzbare Induktionsänderung zur Verfügung, ohne daß die Sättigungsinduktion erreicht wird. Das Gleichstromglied klingt innerhalb weniger Perioden der Wechselspannung ab. Dadurch wird erreicht, daß neben der ^o Verringerung des Einschaltstromes die ICurvenform der Spannung frei von Verzerrungen bleibt, die sonst durch die Nichtlinearität der Magnetisierungskurve entstehen würden.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Erfindung wird durch einen Einschaltbefehl an die Synchronisiereinrichtung 4 durch Schließen des Trennschalters 6 ein vom Netz R, S, T gespeister an sich bekannter Umrichter an die Sekundärwicklung 1 6 des Transformators 1 angeschlossen. Von der Synchronisiereinrichtung 4 wird über die Steuerschaltung 8 der Steuersatz 13 des netzgeführten Stromrichters Ha und die Einrichtung 12 für die Frequenzvorgabe des Wechselrichters 116 derart beeinflußt, daß bei der Frequenz nahezu Null beginnend ein Strom eingestellt wird, der im Transformator 1 sicher die Sättigungsinduktion erzeugt. Durch Steigerung der Frequenz bleibt der Fluß zunächst konstant, da die Spannung bei konstantem Strom proportional der Frequenz gesteigert wird, bis die Aussteuergrenze erreicht ist. Dann geht bei weiterer Erhöhung der Frequenz und konstanter Spannung der Fluß umgekehrt proportional zurück. Dabei sollte etwa die Nennfrequenz des Transformators (eventuell auch höhere Werte) erreicht werden. Durch Zurücknahme der Stromamplitude schrumpft die Magnetisierungsschleife schließlich auf einen Punkt zusammen. Von diesem definierten Ausgangspunkt (Restinduktion nahezu Null) wird nun eine Aufschaltung einer Gleichspannung dadurch vorgenommen, daß die Steuerschaltung 8 abhängig vom gewünschten Einschaltphasenwinkel die Frequenzvorgabe für den Wechselrichter 116 anhält, so daß die Sekundärwicklungen \b des Transformators 1 mit Gleichstrom vorgegebener Amplitude gespeist werden. Diese Schaltungsanordnung besitzt den Vorteil, daß der Übergang in den Vormagnetisierungszustand stets über die sogenannte Neukurve geschieht, d. h. es ergibt sich eine sehr gute Reproduzierbarkeit der magnetischen Einstellung.

In manchen Fällen ist es zweckmäßig, den Transformator 1 bereits zuzuschalten, während noch eine Vormagnetisierung stattfindet. Dabei soll die Abschaltung der Vormagnetisierung jedoch nach der ersten Halbschwingung der Wechselspannung erfolgen. Hierzu ist ein schneller Trennschalter 6 erforderlich. Um besondere Anforderungen an den Trennschalter zu umgehen, kann beispielsweise die überlappte Vormagnetisierung durch einen definierten Stoß aus einer Kondensatorbatterie erzeugt werden. Damit wird die Abschaltzeit unkritisch. Zur Entkopplung von Transformator 1 und Vermagnetisiereinrichtung werden Drosseln 13 vorgesehen, so daß der Wechselstrom begrenzt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Anordnung zum Anschalten von Transformatoren, insbesondere leerlaufenden Transformatoren, an eine Wechselspannungsquelle unter Verwendung eines Lastschalters, der durch eine Synchronisiereinrichtung betätigbar ist, bei der der Phasenwinkel des Einschaltens voreinstellbar ist und von der zusätzlich eine Steuerschaltung steuerbar ist, über die durch einen Trennschalter vor dem Einlegen des Lastschal- ι ο ters kurzzeitig eine Gleichspannung in der Weise an Wicklungen des Transformators schaltbar ist, daß eine remanente Vormagnetisierung entgegen der durch den Einschaltvorgang gegebenen Magnetisierung entsteht, dadurch gekennzeichnet, is daß die Gleichspannung über einen von der Synchronisiereinrichtung (4) beeinflußten Thyristorumrichter (ί 1) hergeleitet ist, der derart gesteuert ist, daß nach dem Einlegen des Trennschalters (6) zunächst zur Entmagnetisierung des Transformators (1) an dessen Wicklungen eine in der Frequenz und/oder Amplitude veränderbare Spannung angelegt wird, wobei die Stromamplitude einen Wert besitzt, bei dem zunächst eine Sättigung des Transformators (1) erreicht wird und hierauf durch Anhalten der Frequenzvorgabe für den Thyristorumrichter (11) die Gleichspannung angelegt wird.