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Anordnung zum Kommutieren bei Gleichrichtern oder Weehselriehtern, die mit gittergesteuerten
Dampf-oder Gasentladungsstreeken und Synehrontrennern arbeiten.
Für die Energieübertragung mit hochgespanntem Gleichstrom hat man bereits Gleichrichter oder Wechselrichter vorgeschlagen, die mit gittergesteuerten Dampf-oder Gasentladungsstrecken und Synchrontrennern arbeiten. Diese Synchrontrenner sind synchron betätigte Trennstrecken in den Ent. ladungsstromkreisen und dienen zur Unterteilung der Spannung während der Sperrzeit, d. h. sie haben die Aufgabe, den grössten Teil der Sperrspannung aufzunehmen. Der Synchrontrenner soll dabei möglichst unmittelbar nach Beendigung der Kommutierung die Entladungsstrecke von der Spannung entlasten.
Die Entladungsstrecke wird also nur in der Zeit vom Endpunkt der Kommutierung bis zum Schalten der Trennkontakte, also nur eine kurze Zeit in bezug auf die Periode des Weehselstromnetzes, auf Sperrspannung, die nachfolgend mit Sprungspannung bezeichnet wird, beansprucht. Die Sprungspannung selbst ist bestimmt durch die Kommutierungsdauer, deren Länge durch die Grösse des zu kommutierenden Stromes und durch die Streuung des Transformators vorgeschrieben ist.
Nehmen wir als Beispiel eine Kommutierungsdauer von rund 12 an, so wird in der Sechsphasensternschaltung der"Spannungs- vervielfachungsfaktor" f = 10. Mit diesem Spannungsvervielfachungsfaktor f soll im folgenden das Verhältnis der grössten im Normalbetrieb auftretenden Sperrspannung zu der Spannungsbeanspruchung der Entladungsstrecke bei Betrieb mit Synchrontrenner bezeichnet werden. Die Streureaktanz des Transformators darf hiebei nur 3% betragen, für einen 100-kV-Transformator ein nur durch erhebliche Überbemessung zu erreichender Wert.
Die Vorteile des Synchrontrenners können daher nur dann wirklich ausgenutzt werden, wenn es gelingt, die Sprungspannung zu verkleinern. Im Sinne vorliegender Erfindung ist eine zusätzliche, den Kommutierungsvorgang beeinflussende Wechselspannung solcher Grösse und Phase, gegebenenfalls mit von der Sinusform abweichender Kurvenform, vorzugsweise mit einer Frequenz gleich einem Vielfachen der Frequenz des Wechselstromnetzes, vorgesehen, dass die nach der Kommutierung an der gelöschten Entladungsstrecke auftretende Sprungspannung klein gegenüber einem Betrieb ohne Zusatzspannung ist und für alle Belastungsfälle annähernd konstant bleibt.
In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die sechsphasige, von den Entladungsströmen durchflossene Wicklung des Haupttransformators T einer Gleichrichteranlage ist in zwei phasenverschobene, dreiphasige Sternwicklungen ssi und sss unterteilt. Zwischen die Sternpunkte wird im Sinne vorliegender Erfindung eine von einem Hilfsgencrator H erzeugte und dem Zwischenphasentransformator Z zugeführte Wechselspannung dreifacher Frequenz geschaltet. Die Entladungsstrecken E arbeiten in bekannter Weise während je 600. Bei andersphasigen Schaltungen gelten naturgemäss andere Verhältnisse. So kommt für Zwölfphasensehaltungen die sechste Harmonische in Frage.
Ein Beispiel für die Einfügung einer Spannung dreifacher Frequenz, deren Scheitelwert 20% von dem der Phasenspannung beträgt, ist in Fig. 2 erläutert. Die Oberwelle 63 eilt der Grundwelle eg' bzw. e/'um den Winkel ss, der 5 in Fig. 2 beträgt, nach. Die schraffierte Fläche steht für die Kommutierung zur Verfügung. Die rechte Grenze ist durch die zulässige Sprungspannung gegeben, die beim normalen Betrieb nach einer Kommutierungsdauer von 120 erreicht wird (in Fig. 2 ist die bei normalem Betrieb auftretende Kommutierungsfläche stark umrahmt). Durch Einfügen der dritten Harmonischen bei ss = 50, wird bei gleicher Sprungspannung die Kommutierungsfläche gegenüber dem normalen Betrieb
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um das Vierfache vergrössert.
Diese Vergrösserungszahl soll mit n bezeichnet werden. Fig. 3 zeigt den zeitlichen Spannungsverlauf esp an einer Entladungsstrecke mit und ohne dritte Harmonische, also est2, und esp) ür eine bestimmte Belastung. Der Teilverlauf esp"', zeigt den Verlauf der Sprungspannung auch für Belastungen herunter bis zu Null. Man erkennt, dass vor dem Beginn des Entladungseinsatzes die Spannung an der Entladungsstrecke in einem Gebiet von etwa 10 elektrischen Graden nicht stärker ansteigt als bei Betrieb ohne Zusatzspannung. Einschaltschwierigkeiten können somit nicht entstehen.
Hinsichtlich der Kommutierung ist eine Dauer von 350 angenommen. Bei Beendigung der Kommutierung ergibt sich dann eine Sprungspannung, die für das gewählte Ausführungsbeispiel etwa gleich ein Drittel der zulässigen Sprungspannung Us ist. Während der folgenden 23 elektrischen Grade bleibt die Ent- ladungsstrecke mit einer Spannung beansprucht, die stets nie grösser als D ist. Das Auftrennen durch den Synchrontrenner kann dann während dieser Zeit erfolgen. Eine exakte Auftrennung, wie sie bei Betrieb ohne Zusatzspannung gewährleistet sein muss, erübrigt sich somit.
Bei der Anwendung des Erfindungsgedankens ergeben sich nun noch verschiedene Gesichtspunkte, auf die nachstehend kurz eingegangen werden soll.
Zunächst kann man eine Vergrösserung der für die Kommutierung zur Verfügung stehenden Fläche erreichen, wenn man die Grösse oder Phase der Zusatzspannung ändert. Aus Fig. 4 ist beispielsweise die Arbeitsweise zu ersehen, wenn man eine Phasenverschiebung ss = 100 zugrunde legt. Man erreicht dann eine 9'4fache Vergrösserung der Fläche gegenüber dem Betrieb ohne Zusatzspannung, wobei auch in diesem Falle für Betrieb ohne Zusatzspannung eine Kommutierul1gsdauer von 120 und eine Sprungspannung Uso zugrunde gelegt ist.
Behält man das Amplitudenverhältnis von Harmonischer zu Grund- welle 1 : 5 bei, so ist bei ss = 100 die Grenze erreicht, bei der sämtliche Werte von e, bzw. e'inner- halb des in Frage kommenden Kommutierungsbereiches nie grösser als Us sind (vgl. Fig. 5). Der Flächenvergrösserungsfaktor n ist für das Verhältnis 1 : 5 in Abhängigkeit von ss in Fig. 6 der Zeichnung angegeben.
Ferner lässt sich durch Berechnungen und Versuche zeigen, dass gleichzeitig eine selbsttätige, stromabhängige Beeinflussung der Sprungspannung eintritt (vgl. Fig. 3), u. zw. in der Richtung, dass mit steigender Belastung esp". kleiner wird und erst in einer späteren Phasenlage der noch zulässige Wert Uso erreicht wird. Im Gegensatz zum Betrieb ohne Zusatzspannung, wo mit steigender Belastung
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Naturgemäss ist der Erfindungsgedanke auch bei Wechselrichtern anwendbar, nur muss die Phasenverschiebung ss voreilend gewählt werden. In Fig. 7 der Zeichnung sind die einzelnen Spannungsverläufe für Grundwelle und Harmonische dargestellt, in Fig. 8 der Verlauf der Sprungspannungen bei Betrieb mit und ohne Zusatzspannung. Wie beim Gleichrichterbetrieb, so braucht man auch beim Wechselrichterbetrieb keine hohen Anforderungen an die Schaltgenauigkeit der Trennkontakte-im Gegensatz zum Betrieb ohne Zusatzspannung-zu stellen.
Wie bereits eingangs angedeutet wurde, ist man hinsichtlich der Zusatzspannung nicht auf eine sinusförmige Wechselspannung angewiesen. Vorteilhaft kann man auch eine dreieckförmige Wechselspannung verwenden. Die Erzeugung einer solchen Kurvenform mittels besonderer Generatoren ist nicht zweckmässig. Besser ist es, an die Klemmen des Zwischenphasentransformators Z Kondensatoren zu schalten. Kann man im Betrieb mit ziemlich konstanten Belastungsverhältnissen rechnen, so wird man den Kondensator derart bemessen, dass die Kommutierung 300 vor dem Schnittpunkt der beiden Phasenspannungen beginnt. Das ist der günstigste Betrieb. Man kann auch, beispielsweise bei kleinen Lastschwankungen : i-- 100 von dieser Lage abweichen.
Grössere Abweichungen sind unerwünscht, und es empfiehlt sich daher, insbesondere bei Betrieb mit stark schwankender Belastung, die Grösse des Kondensators lastabhängig einzustellen.
Das Drehstromnetz wird bei. Einfügung von Züsatzspannungen im Sinne vorliegender Erfindung im Gleichrichterbetrieb schwach kapazitiv oder mit einem Leistungsfaktor praktisch gleich 1 belastet.
Bei Wechselrichterbetrieb kann auch in einem gewissen Umfang induktive Blindlast geliefert werden.
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