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Einrichtung zur Kommutierung von Gleichstrom in einer Mehrphasenwicklung.
Das Stammpatent bezieht sich auf eine Einrichtung zur Kommutierung von Strömen in mit
Gleichstrom gespeisten Mehrphasenwicklungen, bei der die verschiedenen Punkte einer solchen Wicklung nacheinander über Ventile oder Lichtbogen mit der GIeichstromzu-und-aMeitung verbunden werden, wobei die Stromzu-und-ableitung je an zwei nebeneinanderliegenden Punkten der Wicklung getrennt erfolgt. Gemäss dem Stammpatent wird eine Hilfsweehselstromquelle benutzt, die einen dem Arbeits- gleichstrom überlagerten Wechselstrom erzeugt, um den den einzelnen Wicklungsanzapfungen zugeführten
Gleichstrom periodisch auf Null zu bringen und somit die Steuerung der Queeksilberdampflichtbögen zu ermöglichen, wobei die Steuerung der Gitter durch mechanische Kommutatoren erfolgt.
Diese beiden
Hilfsmittel bringen aber den Nachteil mit sich, dass die Einrichtung umständlich und teuer wird.
Es ist nun von den Gleichstrommaschinen her bekannt, dass die Spannung zwischen auf einem Ddichmesser gegenüberliegenden Lamellen nach der neutralen Zone hin kleiner wird ; die Spannungs- differenz zwischen aufeinanderfolgenden Lamellen wird also immer grösser. Wenn man nun alle diese
Punkte einer Mehrphasenwieldung gemäss dem Stammpatent mit den Anoden und Kathoden von gesteuerten Quecksilberdampfventilen verbindet, so zeigt sich, dass der Lichtbogen an denjenigen Punkten ansetzen wird, die die grösste Spannungsdifferenz gegenüber den Punkten mit der maximalen Durchmesserspannung aufweisen, die also gegen die neutrale Zone zu liegen.
Werden nun die Ventile durch
Gitter gesteuert, und ist die Stromzu-und-ableitung durch diese Gitter in je zwei nebeneinanderliegenden Punkten der Wicklung freigegeben, so zeigt sich, dass der Lichtbogen nur an den Punkten mit grösster
Spannungsdifferenz gegenüber den Punkten mit der grössten Darchmesserspannung stehen bleibt.
Gibt man nach einiger Zeit die zwei nächstfolgenden Ventile frei, so wird der Lichtbogen sofort auf diese überspringen und die beiden Ventile, zwischen denen der Lichtbogen vorher bestand, werden stromlos.
Es ergibt sich daraus, dass die Umschaltung der Stromzu-und-ableitung, die bei der Hauptanmeldung durch den überlagerten Hilfswechselstrom erfolgt, ohne weiteres mit Hilfe von gesteuerten Lichtbogen möglich ist, sobald in der Arbeitswieklung selbst die notwendigen Wendespannungen vorhanden sind.
Diese Spannungen lassen sich nun in einfacher Weise durch ein drei-oder mehrphasiges Spannungs- system erzeugen, das ähnlich wie das relativ zum Anker einer Gleichstrommaschine rotierende Feld das auf dem Anker vorhandene Mehrphasensystem induziert und die gewünschten Spannungen erzeugt.
Das zur richtigen Steuerung der Gitter notwendige Gitterpotential der einzelnen Ventile relativ zur zugehörigen Kathode entspricht dabei im wesentlichen dem bekannten Stromverlauf in einer Anode eines Mehrphasengleichrichters, dessen Phasenza. hl übereinstimmt mit der Zahl der Stromzu-und - ableitungspunkte auf der Hauptmehrphasenwicklung.
Führt man nun den Anodenstrom eines solchen Hilfsmehrphasengleichrichters über einen Stromwandler, dessen Sekundärwicklung zwischen der Kathode und dem zugehörigen, zu steuernden Gitter liegt, so ergibt sich bei im Innern der Ventile angeordneten, nicht isolierten Gittern, dass der S3kundärstromkreis des Stromwandler in einer Richtung stromführend ist, d. h.
in der Richtung Sekundärwicklung, Gitter, Kathode, Sekundärwicklung. Da nun anderseits die zeitliche Stromänderung in der Sekundärwicklung derjenigen in der Primärwicklung entspricht, so tritt zwischen Gitter und Kathode in der Sekundärwicklung periodisch eine positive Spannungdifferenz von der Grösse des Lchtbogenabfalles auf, die zur Zündung des Lichtbogens zwischen den Hauptanoden und der Kathode ausreicht.
Die Erfindung besteht also in dem Ersatz des die periodische Umschaltung der Gitter besorgenden mechanischen Kommutators durch Stromwandler, deren Primärwicklungen von einem Hilfsgleichrichter gespeist werden, dessen Phasenzahl gleich der Zahl der Zu-und Ableitungen der Arbeitswicklung ist, und dessen Sekundärwicklungen zwischen Gitter und Kathode der zu steuernden Ventile liegen, wobei ferner das Mehrphasensystem, das die in der Arbeitswicklung induzierte Mehrphasenspannung für die periodische Kommutierung des Arbeitsgleichstromes erzeugt, gleichzeitig zur Speisung des Hilfsgleichrichters benutzt wird.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele gemäss der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 die Verwendung von Ventilen mit Steuergitter im Innern der Ventile und Fig. 2
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nur die Doppelventile ga und g7 gezeichnet sind, die einander diametral gegenüberliegen.
Die nicht mit der Arbeitswicklung f verbundenen Anoden der Doppelventile liegen an der Stromzuleitung h1, ihre nicht mit der Arbeitswicklung f verbundenen Kathoden an der Stromableitung h2. Konzentrisch zur Arbeitswicklung f liegt eine Hilfswieklung u gleicher Windungszahl wie die Wicklung f, die an allen *) Erstes Zusatzpatent Nr. 118534.
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Punkten des Umfanges ein um eine Hilfsgleiehspannung geringeres Potential besitzt als die Arbeitswicklung.
Die Erregerwicklung'des Haupttransformators l'wird aus dem Mehrphasengenerator D gespeist, der gleichzeitig den Hilfsgleiehrichter G speist und dessen Phasenzahl der Anodenzahl des Hilfsgleiehriehters entspricht. die wiederum gleich der Anzahl der Anschlusspunkte der Albeitswieklung
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des Gleichrichters zum Gleichstrommotor Mi, der mit D mechanisch gekuppelt ist und den Gleichstrom über D rekupmert. Die beiden Sekundärwicklungen des Haupttransformators sind zu Nullpunkten zusammengefasst. Zwischen den Nullpunkten liegt die Spannung des G'eiehstrommotors Mi, die somit zwischen Gitter und Kathode derjenigen Ventile gelegt ist, deren Kathoden mit der Albeitswieklung verbunden sind.
Die an die Gitter gelegte, relativ zur Kathode negative Spannung hat den Zweck, die Ventile in den Zeiten zu sperren, wo Strom durchgang nicht erwünscht ist. Die Gitter derjenigen Ventile, deren Kathoden nicht an der Arbeitswicklung, sondern am Minuspol der Stromzuleitung liegen, werden aus dem Hilfsgenerator M2 negativ aufgeladen.
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der Arbeitswicklung verbunden ist, während die zweite Sekundärwicklung des Stromwandlers dem Gitter des diametral gegenüberliegenden Ventils zugeordnet ist, dessen Kathode mit dem Minuspol der Strom zuleitung verbunden ist.
Dr Mehrphasengenerator D wirkt als Taktgeber, derart, dass die Frequenz des im haupttransformator T entstehenden Mehrphasenstromes gleich derjenigen des Generators D, also proportional der D ehzahl des letzteren ist. Der Generator D und die die Minusspannungen liefernden Maschinen) fa werden zweckmässig durch einen auf der gemeinsamen Welle sitzenden, frequenzunabhängigen Drehstromnebenschlussmotor N angetrieben, der über einen Trans- folmator W von dem abgenommenen Mehrphasenstrom gespeist wird und dessen Drehzahl somit praktisch unabhängig von der erzeugten Frequenz ist.
Der Nebenschlussmotor N hat somit im wesentlichen nur die Verluste in den Gleichstrommasehinen Mi, Ms, die Eisenverluste im Haupttransformator T und die Verluste im Hilfsgleichrichter G aufzubringen, d. h. also nur einen verschwindend kleinen Teil der durch
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Die vom Mehrphasengenerator D in der sekundären Hauptwicklung f induzierte Durchmesserspannung muss mindestens gleich der zugeführten Gleichspannung sein. Es ist also möglich, durch passende Wahl der Belastungscharakteristik des Mehrphasengenerators den von diesem gelieferten Leistungsanteil beliebig einzustellen.
Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, eine gegebene Gleichstromleistung mit Hilfe statischer Transformatoren und gesteuerter Ventile in einen Mehrphasenstrom umzuwandeln, dessen Frequenz auf einfache Weise durch Änderung der Drehzahl des Mehrphasengenerators verändert werden kann.
Bei dem Beispiel nach Fig. 1 ist angenommen, dass die Phase 7 wirksam ist, d. h. der Lichtbogen
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der Einrichtung eine Minusspannung zwischen den Sternpunkten der Arbeits- und der Hilfswieklung zu erzeugen und die Hilfsgruppe mit Hilfe des Gleichstrommotors ill, in Gang zu setzen. Sobald die Einrichtung angelassen ist, wird die Batterie abgeschaltet.
Gegenüber der Einrichtung nach Fig. 1 lässt sieh eine Ersparnis noch dadurch erzielen, dass man isolierte Gitter verwendet, in Form von aussen an die aus Isolierstoff (Glas, Porzellan) konstruierten Ventile gelegten Metallbändern, wie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt. Werden hiebei an die Klemmen der
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nungen auf, deren Verlauf genau den im früheren Beispiel beschriebenen entspricht, jedoch mit dem Unter- schied, dass die Spannungskurve soweit parallel zur Ordinatenachse verschoben ist, dass ihr Mittelwert während einer Periode gleich Null ist. Damit wird auch der Gleichstromgenerator M2 und die Hilfs- sekundärwicklung u des Haupttransformators überflüssig.
Diese Schaltung kann übrigens auch bei nicht isolierten, innen eingebauten Gittern angewendet werden. Indessen ist es dann notwendig, in
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zubauen.
Die Bezeichnungen in Fig. 2 entsprechen denjenigen der Fig. 1. Die Wirkungsweise entspricht ebenfalls derjenigen der Fig. 1. Brennt der Lichtbogen z. B. in Phase 7 des Gleichrichters G, so sind
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die Gitter i e und i a der Ventile g7 und positiv und die Ventile damit leitend, während alle übrigen Ventile negativ sind, also für den zur Arbeitswicklung f zugefithrten Gleichstrom sperrend wirken.
Magnetisch gesprochen wird die Wattkomponente des abgegebenen Drehstrom ausgeglichen durch den eingeführten Gleichstrom, während ohne besondere Vorrichtung die Blindkomponente des abgegebenen Drehstromes unausgeglichen bleibt, was zusätzliche Spannungsabfälle im Transformator zur Folge haben kann. Dies zu verhindern, wird die durch die Biindströme induzierte Querspannung, ähnlich wie die im Zusatzpatent Nr. 118534, Ansprüche 5-7 definierte Querspannung, durch einen gesteuerten Kurzschlusskreis kurzgeschlossen. Dementsprechend sind die Hilfsstromwandler mit einer dritten Sekundärwicklung zu versehen, die die den Kurzsehlussanoden zugeordneten Gitter steuern.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Kommutierung von Strömen in mit Gleichstrom gespeisten Mehrphasenwicklungen, bei der die verschiedenen Punkte der Arbeitswicklung nacheinander über Ventile oder Lichtbögen mit der Stromzu-und-ableitung verbunden werden, nach Patent Nr. 115165 und Ansprüchen 5-7 des Zusatzpatentes Nr. 118534, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Aufladung der Steuer-
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Primärwicklungen von einem Hilfsgleichrichter (G) gespeist werden, dessen Phasenzahl gleich der Zahl der Zu-und Ableitungen der Arbeitswicklung ist und deren Sekundärwicklungen zwischen Gitter und Kathode der zu steuernden Ventile liegen.