Wissenschaftliche Veröffentlichungen aus den Siemens-Werken: Achzehnter Band 1939 PDF
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Wissenschaftliche Veruffentlichungen aus den Siemens-Werken Achtzehnter Band 1939 Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH Inhalts iibersicht. Erstes Heft. Seite R. Elsner: Zur Theorie des schwingungsfreien Drehstromtransformators 1 F. Reinhardt: Del' Parallelbetrieb von Synchrongeneratoren mit Kraftmaschinenreglern kon· stanteI' Verzogerungszeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 W. Scheuring: Das Belastungsschaubild des allgemeinen Transformators 45 E. Kii bier: Stromrichterbelastung von Generatoren und Drehstromnetzen in vektorieller Dar- stellung ............................ . 50 R. Holm, H. P. Fink, F. Giildenpfennig u. H. Korner: Uber Verschlei13 und Reibung in Schleifkontakten, besonders zwischen Kohlebiirsten und Kupferringen 73 R Strigel: Dber den Entladeverzug in festen Isolierstoffen ...... . 101 Zweites Heft. H. Poleck: Ein neues Gleichstrom-Me13verfahren zur Bestimmung des Ortes eines alJadrigen Isolat ionsfehlers . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. ..... . . . . . H. Poleck: Eine neue Kapazitats- und Verlustfaktor-Me13briicke fiir Niederfrequenz mit Hand- und Selbstabgleich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 L. Merz und H. Niepel: Messung kleiner Strome und Spannungen und kleiner Langenandenmgen mit dem bolometrischen Kompensator. . . . . . . . . . . . . . . . . 28 H. Neumann: Magnetometer mit astatischem System im homogenen Spulenfeld ...... . 41 R Stormer: Die Induktivitat eines Siebkontaktes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 E. Spenke: Zur korpuskularen Behandlungsweise des thermischen Rauschens elektrischer Wider- stande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 R Holm und B. Kirschstein: Die Reibung von Nickel auf Nickel im Vakuum 73 H. Klarmann: Beitrag zum Gleichrichtungssinn an Halbleitern. . . 78 A. Biichner: Das Mischkorperproblem in del' Kondensatorentechnik ..... . 84 W. Nagel und E. Branden burger: Die titrimetrische Bestimmung del' vVasserdurchlassigkeit von Isolierstoffen . . . . . . . . . . . . . .. ..... ......... . 97 Drittes Heft. W. Schottky und E. Spenke: Zur quantitativen Durchfiihrung del' Raumladungs- und Rand- schichttheorie del' Kristallgleichrichter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1 G. Mierdel: Die Ziindung langer positiver Saulen in Edelgasen und Quecksilberdampf 68 B. Kirschstein: Die Ziindlinie von Stromrichtern und del' EinfluB des Gitterwiderstandes auf diese 82 M. Steenbeck: Theoretische und experimentelle Untersuchungen libel' den EinfluB des Elektronen- partialdrucks in NiederdI'Ucksaulen . . . . . . . . .. ............. 94 F. Walter: KurzschluBstrome und NulJpunktsverlagerungen in dem elektrischen Drehstromnetz eines Lichtbogenofens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 113 H. Poleck: Dber die Entkopplung zweier Me13kreise, insbesondere bei Spannungswandlern . 137 Namenverzeichnis zu Band XVIII, Heft 1···3 . 145 Sachverzeichnis zu Band XVIII, Heft 1···3 . . . . . . . . . . 147 Wissenschaftliche Veroffentlichungen aus den Siemens-Werken XVIII. Band Erstes Heft (abgeschlossen am 17. November 1938) Mit 80 Bildern Unter Mitwirkung von Friedrich Bartels, Fritz Bath, Rudolf Bingel, Heinrich von Buol, Richard Elsner, Robert Fellinger, H. Paul Fink, Hans Gerdien, Friedrich Gulden pfennig, Friedrich Heintzenberg, Gustav Hertz, Ragnar Holm, Carl Knott, HermannKiirner, CarlKiittgen, ErwinKiibler, KarlKiipfmiiller, Karl Ott, Fritz Reinhardt, Giinther Scharowsky, Wilhelm Scheuring, Walter Schottky, Hermann von Siemens, Robert Strigel, Richard Swinne, Julius Wallot, Walter Wernicke, Paul Wiegand herausgegeben von der Zentralstelle fur wissenschaftlich-technische Forschungsarbeiten der Siemens-Werke Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH 1939 ISBN 978-3-642-98858-5 ISBN 978-3-642-99673-3 (eBook) DOI 10.1007/978-3-642-99673-3 Aile Rechte, insbesondere das der Ubersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. Copyright 1939 by Springer-Verlag Berlin Heidelberg Urspriinglich erschienen bei Julius Springer in Berlin in 1939. Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1939 Vorwort. Das vorliegende erste Heft des XVUI. Bandes del' Wissenschaftlichen Veroffent lichungen aus den Siemens-Werken (46. Heft del' ganzen Reihe) ist vorwiegend del' Starkstromtechnik gewidmet. Es beginnt mit einer Arbeit von R. Elsner: "Zur Theorie des schwingungsfreien Drehstromtransformators", in del' eine Reihevon Moglichkeiten zum Bau "schwin gungsarmer" bzw. "schwingungsfreier" Drehstromtransformatoren theoretisch und experimentell eingehend untersucht wird. Die nachste Arbeit von F. Reinhardt: "Del' Parallelbetrieb von Synchrongeneratoren mit Kraftmaschinenreglern kon stanteI' Verzogerungszeit" befaBt sich mit den Stabilitatsbedingungen parallelarbei tender Synchronmaschinensatze, wobei sich ergibt, daB die Dampfung den Regler einfluB iiberwiegen muB, wenn die Reglerverzogerungszeit gewisse kritische Werte annimmt. Es folgt eine Arbeit von W. Scheuring: "Das Belastungsschaubild des allgemeinen Transformators". Sie bringt ein allgemein giiltiges Verfahren zur Er mittlung des Stromschaubildes, fUr den Fall, daB die sekundare Impedanz des all gemeinen Transformators eine beliebige Funktion einer Veranderlichen, z. B. einer Schliipfung ist. Ais Beispiel wird das Stromschaubild des Kappschen Vibrators entwickelt. Aus del' folgenden Arbeit von E. Kiibler: "Stromrichterbelastung von Generatoren und Drehstromnetzen in vektorieller Darstellung" ergibt sich, daB mit Hilfe del' vektoriellen Darstellung die elektrische Beanspruchung del' Dampferwick lung vol?- Generatoren mit Stromrichterbelastung summarisch iibersehen werden kann, ohne daB man dabei auf die einzelnen Oberwellen selbst einzugehen braucht. Des weiteren wird die Spannungsverzerrung in Hochspannungsnetzen bei Resonanz mit Stromrichteroberwellen und deren Riickwirkung auf den Stromrichterbetrieb ebenfalls vektoriell behandeIt. Eine Arbeit von R. Holm, H. P. Fink, F. Giildenpfennig und H. Korner: "tiber VerschleiB und Reibung in Schleifkontakten, besonders zwischen Kohle btirsten und Kupferringen" bringt grundlegende Erkenntnisse iiber die Abhangig keit des VerschleiBes vom Druck, von del' Umfangsgeschwindigkeit, Luftfeuchtig keit und Strombelastung sowie iiber die Wirkung entstehender Funken. Es zeigt sich, daB die tatsachliche Kleinheit des Ver~chleiBes wie auch del' Reibung wesentlich durch Fremdschichten auf dem Ring bedingt ist, und daB ferner del' groBte Teil des VerschleiBes in del' Praxis meistens auf del' Verdampfung del' Elektroden in dem bogenartigen Funken unter del' Biirste beruht. Das Heft schlieBt mit einer Abhandlung von R. Strigel: "tiber den Entlade verzug in festen Isolierstoffen", in del' tiber die Untersuchungen von PreBspan in Luft, trocken, paraffiniert und olgetrankt, von Nitrozellulosefilm in Luft, von Glimmer blattchen in Luft und Azeton-Xylol-Gemisch, von Resistit, Porzellan und Glas in 01 in einem moglichst gleichformigen und ungleichformigen Feld mit dem Zeit transformator berichtet wird. Diese Arbeit, bei del' zur Untersuchung einer Reihe von Isolierstoffen erstmalig die durch den Kathodenstrahl-Oszillographen gebotenen Hilfsmittel benutzt worden sind, dtirfte ebenfalls ftir die Starkstromtechnik von Wichtigkeit sein. Berlin-Siemensstadt, im Februar 1939. Zentralstelle fUr wissenschaftlich-technische Forschungsarbeiten del' Siemens-Werke. Inhaltsiibersicht. Seite R. Elsner: Zur Theorie des schwingungsfreien Drehstromtransformators 1 F. Reinhardt: Del' Parallelbetrieb von Synchrongeneratoren mit Kraftma8chi- nenreglern konstanter Verzogerungszeit. . . . . . . . . . . . . 24 W. Scheuring: Das Belastungsschaubild des allgemeinen Transformators. . . 45 E. K ii b 1e 1': Stromrichterbelastung von Generatoren und Drehstromnetzen in vektorieller Darstellung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 R. Holm, H. P. Fink, F. Giildenpfennig u. H. Korner: tiber VerschleiB und Reibung in Schleifkontakten, besonders zwischen Kohlebiirsten und Kupfer- ringen 73 R. Strigel: tiber den Entladeverzug in festen Isolierstoffen ........ 101 Anfragen, die den Inhalt dieses Heftes betreffen. sind zu richten an die Zentralstelle fiir wissenschaft lich-technische Forschungsarbeiten der Siemens-Werke, Berlin-Siemensstadt, Verwaltungsgebaude. Zur Theorie des schwingungsfreien Drehstromtransformators. Von Richard Elsner. Mit 23 Bildern. Mitteilung aus dem Transformatorenwerk der Siemens-Schuckertwerke AG zu Nurnberg. Eingegangen am 11. ,Januar 1938. Inhaltsiibersicht. I. Einfiihrung. Uberblick liber die bisherige Ent- B. Ausdampfung der Grundschwingung durch wicklung des "schwingenden" und des "nicht Hilfsdreieckwicklung. schwingenden" Transformators. a) beim Transformator mit Lagenwicklung. II. "Schwingungsarme" Transformatoren. b) beim Ttansformator mit Rohrenwick- A. VergleichmaBigung der Anfangsverteilung lung. durch Erhohung der gegenseitigen Kapazi- III. "Schwingungsfreie" Drehstromtransforma- tat zwischen den Spulen bzw. Lagen. toren. 1. Manteltransformator mit Scheibenwick- IV. Ubertragung von StoBspannungen auf die lung. Unterspannungsseite von Lagenwicklungs- 2. Kerntransformator mit Lagenwicklung. transformatoren. a) die Lagenspannungen. V. Ergebnisse. b) die Spannungen gegen Erde. Zusammenfassung. I. EinfUhrung. Die Forderung nach Gewittersicherheit del' Hochspannungstransformatoren hat besonders im letzten Jahrzehnt die Forschung auf diesem G~biet des Transforma torenbaues zu einer Reihe sehr interessanter Losungen £1ir den Wicklungsaufbau moderner Leistungstransformatoren gefiihrt. Seit man durch die grundlegenden Ar beiten von K. W. Wagner1) die Ursachen £1ir die beim Auftreffen einer StoBspan nungswelle innerhalb del' Wicklung entstehenden Uberspannungen erkannt hatte, gingen die Bestrebungen zum Bau gewitterfester Transformatoren im wesentlichen in zwei Richtungen: Die einen waren bemuht, unter grundsatzlicher Beibehaltung des aus Grunden del' KurzschluBsicherheit ublich gewordenen Aufbaues del' Wicklung als Rohren wicklung mit Scheibenspulen die Wicklung so stark zu isolieren, daB die infolge del' ungunstigen Anfangsspannungsverteilung bei diesel' Wicklungsbauart entstehenden Spulen- und Lagenspannungen uberall gehalten werden. Bei diesem Verfahren kommt es also, abgesehen von gewissen MaBnahmen zur Herabsetzung der Span nungen innerhalb del' Eingangsspulen - wie z. B. das Aufsetzen eines Spriihringes auf die erste Spule - vor allem darauf an, die Isolation so zweckmaBig innerhalb del' 1) K. W. Wagner: Elektrotechn. u. Masch.-Bau 33 (1915) S.89 u. 105 - ETZ 37 (1916) S.425 - Arch. Elektrotechn. 6 (1918) S. 301. Siemens XVIII, 1. - XVIII, 1 - 1 2 Richard Elsner. Wicklung zu verteilen, daB sie jeweils der an der betreffenden Stelle auftretenden Beanspruchung entspricht. Eine derartige wirtschaftliche Ausniitzung des Isolier stoffes, bei der jeder iiberfhissige Aufwand durch Uberisolation an gewissen Stellen vermieden wird, war naturgemaB erst auf Grund der neuesten mit Hille des Katho denstrahloszillographen gewonnenen Forschungsergebnisse moglich. Denn nur der Kathodenoszillograph erlaubt, den zeitlichen Verlauf der Spannung an jedem belie bigen Punkt der Wicklung beim Auftreffen einer StoBspannungswelle zu verfolgen. Die zweite Richtung ging einen von dem soeben beschriebenen grundsatzlich verschiedenen Weg. Ihr Ziel war, die Ursache der Uberspannungen, also die Aus gleichsschwingungen der Wickhmg, iiberhaupt zu beseitigen und von vornherein eine moglichst gleichmaBige Aufteilung der StoBspannung auf die einzelnen Wicklungs abschnitte zu erz-wingen. Urn das Ziel zu erreichen, ist es notig, entweder durch grundsatzliche Anderungen im Aufbau der Wicklung odeI' durch Anbringen von metallischen Schilden das im Augenblick des Auftreffens der Blitzwelle sich aus bildende elektrostatische Feld so zu steuern, daB die entstehende Anfangsspannungs verteilung langs der Wicklung moglichst weitgehend der jeweiligen quasistationaren Endverteilung der StoBspannung entspricht. Zwischen diesen beiden grundsatzlichen Wegen gibt es noch eine Anzahl von Zwischenlosungen, die sich z. B. damit begniigen, lediglich die Anfangsspannungs verteilung moglichst linear zu machen und auf eine vollige Beseitigung del' Aus gleichsschwingungen verzichten. Diese Zwischenlosungen sollen im folgenden, im Gegensatz zu den beiden grundsatzlichen Losungen, dem "schwingenden" und dem vollig "schwingungsfreien" odeI' "nichtschwingenden" Transformator als "schwin gungsarme" Transformatoren bezeichnet werden. Den Weg zum "schwingungsfreien" Transformator hat man zuerst vor allem in Amerika beschritten. Die dort von J. M. Weedl) und von K. K. Palueff2), 3) an gegebenen Losungen mit metallischen Schilden waren jedoch auf den in Amerika vorherrschenden Betrieb der Netze mit fest geerdetem Sternpunkt abgestellt und daher fiir den in Deutschland iiblichen Betrieb mit freiem Sternpunkt nicht ohne weiteres brauchbar. In Deutschland sind daher erst in den letzten Jahren von einigen Firmen4),5) "schwingungsarme" Drehstromtransformatoren entwickelt worden, die als Kerntransformatoren mit Lagenwicklung und ohne metallische Schirme aus gefiihrt sind. Die folgende Arbeit6) soli nun gerade fiir den Betrieb mit freiem Sternpunkt einen zusammenhangenden Uberblick iiber die Theorie der "schwingungsarmen" und der "schwingungsfreien" Drehstromtransformatoren geben. 1m Hinblick darauf, daB die Entwicklung auf diesem Gebiet des Transformatorenbaues noch keineswegs ab geschlossen ist, beschranken sich dabei die Untersuchungen nicht auf einfache Lagen wicklungstransformatoren, wie sie he ute schon ausgefiihrt werden, sondern es werden auch die Ergebnisse von Untersuchungen an einigen neuartigen Losungen fill einen 1) J. M. Weed: Trans. Amer. lnst. electro Engrs. 41 (1922) S. 149 ... 155. 2) K. K. PalueH: Electr. Engng. 55 (1936) S.649. 3) W. A. McMorris and J. H. Hagenguth: Gen. Electr. Rev. 33 (1930) S.558 ... 565. 4) J. Biermanns: ETZ 58 (1937) H.23/24/25. 5) ETZ 58 (1937) S. 245. 6) Die Versuche wurden im Sto13pruffeld des Transformatorenwerkes del' SS\V, Nurnbel'g, durch gefuhrt. Ein gro13er Teil del' Kathodenstrahloszillogramme wurde von Herm Dipl.-lng. W. Vi! alken hol'st aufgenommen. - XVIII, 2 - Zur Theorie des schwingungsfreien Drehstromtransformators. 3 "schwingungsfreien" Transformator mitgeteilt, welche unter Umstanden fiir die zu klinftige Entwicklung von Bedeutung werden konnen. Hinsichtlich der Vor- und Nachteile der verschiedenen Bauweisen muB zur Ver meidung von MiBverstandnissen noch vorangeschickt werden, daB sich sowohl "schwingende" wie "schwingungsarme" Transformatoren heute wirtschaftlich ge wittersicher bauen lassen. Ob daher in Zukunft der "schwingungsarme" bzw. der "schwingungsfreie" Transformator den "schwingenden" Transformator jemals ver drangen wird, erscheint heute zumindest zweifelhaft. Eine objektive Betrachtung zeigt vielmehr, daB jede Konstruktion ihre bestimmten Anwendungsgebiete besitzt, fiir welche sie sich ganz besonders vorteilhaft und wirtschaftlich bauen laBt, daB abel' in einem weiten Verwendungsbereich keine der beiden Bauformen der anderen gegen tiber technische oder wirtschaftliche Vorteile voraus hat. II. "Schwingungsarme" Transformatoren. A. VergleichmaBigung del' Anfangsverteilung durch Erhohung der gegenseitigen Kapazitat zwischen den Spulen bzw. Lagen. 1. ManteItransformator mit Scheibenwicklung. Aus del' Theorie des schwingenden Transformators sind die Beziehungen fiir die Anfangsverteilung einer steilen StoBspannungswelle langs einer einphasigen Wick lung bei freiem und bei fest geerdetem Nullpunkt bekanntl). Da nun die Spannungs verteilung beim StaB auf einen in Stern geschalteten Drehstromtransformator mit freiem Nullpunkt sich je nach del' StaB art aus del' Spannungsverteilung bei einpoligem StaB durch Uberlagerung entsprechender Spannungsanteile herleiten laBt2), so er geben sich ftir die Anfangsspannungsverteilung die folgenden Beziehungen (vgl. die gestrichelten Linien in Bild I). a) Fest geerdeter Nullpunkt (ein- und mehrpoliger StaB) . . (N -71) Elm N- iX U. =U'--~---' (I) n 'Sin iX ' b) Einpoliger StaB bei freiem Nullpunkt. U ? Sin(NN ~)iX IIOi(LV-N-~)iX i Un = U . ®iniX- -\- 3' --lIojiX --; (2) c) Zweipoliger StaB bei freiem Nullpunkt . . (N -n) (N -n) U Sm lV . iX 2 lIof .---If . iX . U = - ...._ - ---- _L - U. ------ (3) 3 Sin iX 3 lIof iX ' Ii I d) Dreipoliger StaB bei freiem Nullpunkt. (4) 1) K. W. Wagner: a. a. O. 2) R. Willheim: Elektrotechn. u. Masch.·Bau 50 (1932) S. 16 u. 28. 1* -- XVIII,3 -
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