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Anordnung zum Betrieb von mehrphasigen Umformungseinriehtungen mit Entladungsstrecken.
Beim Betrieb von mehrphasigen Gleichrichtern oder Wechselrichtern besteht die Forderung, eine möglichst grosse Zahl von Entladungsstrecken zu verwenden, um primärseitig möglichst geringe Verzerrungsleistung und sekundärseitig eine Spannung mit geringen Obeiwellen zu erhalten. Es ist dabei notwendig, an der Führung des jeweils fliessenden Stromes mehrere an verschiedene Phasen angeschlossen Entladungsstrecken zu beteiligen, wodurch nicht nur die oben gestellte Forderung erfüllt wird, sondern auch der Haupttransformator und die Entladungsstrecken wirtschaftlicher ausgenutzt werden können.
Legt man zunächst Drehstromverhältnisse zugrunde, so ergeben sich günstige Umformungbedingungen bei Betrieb mit sechs Entladungsstreeken, wenn zwei oder drei ungleichphasig angeschlossene Entladungsstrecken über einen zwei-bzw. dreiphasigen Saugtransformator zum Parallelarbeiten gezwungen werden. Die Anwendung von Saugtransformatoren bei Zwölfanodenschaltungen bereitet jedoch gewisse Schwierigkeiten. Insbesondere gilt dies für die Zwölfphasenschaltung mit vier dreiphasigen Teilsystemen, die deswegen nicht mit hinreichender Genauigkeit zwölfphasig arbeiten können, weil die einen oder die andern sechs Entladungsstrecken je nach der Richtung des Drehfeldes bevorzugt sind.
Man hat nun weiter bereits erkannt, dass es bei höherphasigem Betrieb zweckmässig ist, einen Zwang zum gleichzeitigen Arbeiten mehrerer Entladungsstreeken durch Reihenschaltung auszuüben. So ist es z. B. bekannt, zwei Haupttransformatoren zu verwenden, die wechselstromseitig in Reihe geschaltet sind. Diesen Schaltungen ist die Reihenschaltung mindestens zweier in ihrer Flussbildung selbständiger Teiltransformatoren gemeinsam, die primär so geschaltet sind, dass die n-phasigen Systeme ein a. n- phasiges System bilden, wobei a im allgemeinen gleich der Zahl der Teiltransformatoren ist. Die Reihenschaltung bewirkt beim Ansprechen einzelner Phasen eine Spannungserhöhung anderer Phasen, so dass diese ebenfalls an der Stromführung in bestimmter Weise beteiligt sind.
Eine Abweichung ist unmöglich, da die Reihenschaltung bei Änderung der Gleichgewichtsbedingungen derartige Spannungen ausbildet, dass der Gleichgewichtszustand wieder erreicht wird. Verlangt man bei einer solchen Schaltung, dass sie über nahezu den ganzen Belastungsbereich bestimmungsgemäss arbeiten soll, so müssen die Haupttransformatoren verhältnismässig gross bemessen werden.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Anordnung zum Betrieb von mehrphasigen Umformungseinrichtungen mit Entladungsstreeken, die die Vorteile des Reihenschaltungsprinzips aufweist, aber die Nachteile der Reihenschaltung von Haupttransformatoren (grosse Magnetisierungsströme, insbesondere für die netzfremden Frequenzen, schwierige Spannungsregelung) vermeidet. Erfindungsgemäss ist ein besonderer, vom Haupttransformator magnetisch getrennter mehrphasiger Steuertransformator vorgesehen, über den einerseits der Anschluss der einzelnen Entladungsstrecken an den Haupttransformator bewirkt wird und anderseits eine zyklische Kopplung der einzelnen Entladungsströme nach dem Reihenschaltungsprinzip derart ermöglicht wird, dass die Stromkurve jeder Entladungsstrecke eine treppenförmig auf-und absteigende Kurvenform aufweist.
Es werden also mehrere Entladungsstrecken in dem Sinne zum Parallelarbeiten gezwungen, als ob die speisenden Wicklungen in Reihe geschaltet wären.
Der Erfindungsgedanke soll nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen erläutert werden.
In Fig. 1 der Zeichnung ist ein zwölfphasiger Haupttransformator 13 mit einer an das Drehstromnetz 14
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angeschlossenen Wicklung 13'und einer in die Stromkreise der einzelnen Entladungsstrecken eingefügten Zwölfphasenwicklung 13"dargestellte. Jeder der zwölf Phasenwicklungen ist eine der durch die
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falls für den Stromkreis jeder Entladungsstrecke auf jedem Schenkel eine besondere Wicklung, wobei Wicklungen, die zu mit 1800 Phasenverschiebung arbeitenden Entladungsstrecken gehören, zweckmässigerweise demselben Schenkel angehören, wie es in der Zeichnung angedeutet ist. Der Transformator hat also sechs bewickelte Schenkel und mindestens einen siebenten als freien magnetischen Rückschluss.
Es sei angenommen, dass der Steuertransformator 15 in den aufgelösten Nullpunkt der Zwölfphasen- wicklung 13"geschaltet und an die freien Enden dieser Wicklung je eine Anode eines mehranodigen Gefässes angeschlossen sei.
Die verschiedenen Teile des Steuertransformators sind durch einen in sich kurzgeschlossenen sekundären Wicklungszug miteinander in dem Sinne verkettet), als ob die speisenden Wicklungen in Reihe geschaltet wären. Infolgedessen besteht zwischen sämtlichen Entladungsstrecken eine zyklische Kopplung im Gegensatz zu den Saugtransformatorsehaltungen, bei denen nicht die Entladungsstrecken selbst, sondern nur die Gleichrichter-oder Weehselrichterteilsysteme, die an sich voneinander unabhängig arbeiten, miteinander verkettet sind. Daher besteht auch in der Form der Anodenstromkurven der Unterschied, dass die Saugtransformatorschaltungen eine im wesentlichen rechteckförmige Anodenstromkurve, die Anordnungen gemäss vorliegender Erfindung infolge der zyklischen Kopplung eine im wesentlichen treppenförmig Anodenstromkurve liefern.
Diese beiden Verkettungen zeigen auch ein abweichendes Verhalten bei Rückzündungen. Während nämlich bei Saugtransformatorschaltungen eine Rückzündung sich innerhalb eines Gleichrichter-oder Wechselrichterteilsystems ungehindert ausbilden kann, wirken bei der zyklischen Kopplung die'gesund gebliebenen Entladungsstrecken der Ausbildung eines Rück- zündungsstromes entgegen. Bezüglich der genauen Form der Treppenkurve ist noch zu bemerken, dass sie für gegebene Phasenzahl und gegebene TreppenstufenzaM der Sinusform am nächsten kommt, wobei zu beachten ist, dass die Oberwellen, die sich aus der Phasenzahl ergeben, nicht beeinflussbar sind, wohl aber die Oberwellen niederer Ordnung, nämlich je nach Wahl der Treppenstufenzahl.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel (y-Phasen) ist einer der drei in sich kurzgeschlossenen sekundären Wicklungszüge angegeben. Es müssen auf jedem bewickelten Schenkel des Steuertransformators auf der Sekundärseite zwei Wicklungen vorhanden sein, deren Windungszahlen ein Verhältnis von etwa 0'817 : 0'299 aufweisen, damit eine symmetrische Zwölfphasigkeit erzielt wird. Dieser kurzgeschlossene Wicklungszug erzwingt auf der Primärseite des Steuertransformators die Phasenverschiebung der einzelnen Entladungsströme
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gewichtszustandes hat der Steuertransformator in dem betrachteten Beispiel die 3., 5., 7. und 9. Harmonische und weitere Vielfache der 3. Harmonischen zu liefern.
Man kann dies durch freie magnetische Rückschlüsse in Verbindung mit der gewählten Schaltung erreichen, man kann also den Steuertransformator aus sechs Einphasentransformatoren oder zwei getrennten Vier-oder Fünfschenkeltransforma- toren bzw. Manteltransformatoren zusammensetzen oder einen Fünfschenkeltransformator mit Zwischenjoch verwenden. Es wird noch bemerkt, dass sich für andere Schaltungen (z. B. 2/s-Phasen-Transformator oder 3/1s-Phasen-Transformator) andere Windungszahlverhältnisse entsprechend der Phasenzahl ergeben.
Die Kurvenform des Stromes in jeder Phase der Wicklung M" gemäss Fig. 1 ist-unter Vernachlässigung der sich infolge der Kommutierungen ergebenden, im allgemeinen kleinen Abweichungen und der Welligkeit des Gleichstromes-für den Sonderfall der Fig. 1 in Fig. 2 veranschaulicht. Gleichzeitig ist der entsprechende Stromverlauf im Kurzschlusskreis des Steuertransformators in Fig. 3 angegeben.
Die Sinusströme der Grundwelle sind unbehindert. Die 3. und 9. Harmonische im Strom des Steuertransformators können wegen der Zickzaeksehaltung nicht fliessen, und die 5. und 7. Harmonische im Strom können nicht vorhanden sein, weil in jedem Anodenstromkreis die Vektorsumme hiefür gleich Null ist. Daher ermöglicht die Schaltung die freie Ausbildung von Spannungen dieser Frequenzen, welche die erforderliche Umbildung der Spannungen der einzelnen Phasen herbeiführen.
Der Erfindungsgedanke lässt sich nun auch noch in anderer Weise weiterbilden. So ist es z. B. bei Annahme eines Drehstromnetzes 14 möglich, die den Entladungsstrecken zugeordnete Wicklung 13" des Haupttransformators 13 sechsphasig auszuführen und die für die Umbildung des Sechsphasensystems in ein Zwölfphasensystem erforderlichen Zusatzspannungen durch den Steuertransformator 15 zu liefern.
Dies ist in Fig. 4 erläutert. Die sechsphasige Wicklung l... 6o des Haupttransformators 13 ist zwölf Entladungsstrecken zugeordnet. Dies wird durch den Steuertransformator 15, von dem der Übersichtlichkeit halber nur die von den einzelnen Entladungsströmen durchflossenen Wicklungsteile dargestellt sind-dernichtgezeichneteKurzschlusswicklungszugistwiebeiFig. lausgebildet-, vermittelt, u. zw. sind z. B. die Entladungsstrecken 1 und 2 über die gleichnamigen Wicklungsteile an die Phasenwicklung 10 des Haupttransformators 13 herangeführt. Man kann jedoch auch anstatt die Entladungsstromkreise des Steuertransformators aufzuspalten, die Phasenwicklungen des Haupttransformators in parallele Zweige zerlegen, wodurch eine Zusammenschaltung ähnlich Fig. 1 sich ergibt.
Im Leerlauf arbeitet die Schaltung, da der Steuertransformator unterhalb der kritischen Last keine bzw. nur eine verringerte Wirksamkeit
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hat, als reine Sechsphasenschaltung. Mit zunehmender Belastung scheren die Vektoren der beiden zu einer Phasenspannung gehörigen, in den Entladungsstromkreisen wirkenden Spannungen auseinander, bis bei der kritischen Last die Phasenverschiebung zwischen beiden etwa 300 beträgt. Dann arbeitet die Anordnung als reine Zwölfphasenschaltung. Die kritische Last bestimmt sich aus dem Magnetisierungs- strom des Steuertransformators. In Fig. 5 ist das Zusammenwirken zwischen der von einer Phase, z.
B. 10, des Haupttransformators gelieferten Spannung ET und den beiden für die zugehörigen Entladungsstrecken, also 1 und 2, vom Steuertransformator 15 gelieferten Zusatzspannungen Ez'und E,. " für eine Belastung kurz vor der kritischen Last dargestellt. Die Vektoren Va'und Va"haben noch nicht die punktiert gezeichnete Grenzlage erreicht. Die Zusatzspannungen E/und "bilden stets mit Va einen Winkel von 90 , da der Nutzstrom jeder Entladungsstrecke in Phase mit Va ist und der Kaskade, d. h. dem Steuertransformator, keine Leistung zugeführt wird. Der Endpunkt der Eg läuft daher auf einem Halbkreis über der EMK ET. Im Grenzfall hat die Grundwelle von Va die Grösse ET. cos 150.
Es ergibt sich mithin aus dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel, dass der Steuertransformator nicht nur das Parallelarbeiten mehrerer Entladungsstrecken sicherstellt, sondern auch die Zusatzspannungen einschliesslich einer Spannung der Grundwelle liefert, die es ermöglichen, bei gegebener Phasenzahl des Haupttransformators einen höherphasigen Betrieb durchzuführen.
Bei beiden Ausführungsformen wird die Reihenschaltung der einzelnen Entladungsströme durch einen besonderen Wicklungszug auf dem Steuertransformator hergestellt. Man kann naturgemäss auch die Reihensehlussverkettung mit den von den Entladungsströmen durchflossenen Wicklungen selbst bei entsprechender Anordnung auf den einzelnen Schenkeln erzeugen.
Die beiden vorbesehriebenen Grenzfälle von Ausführungsmöglichkeiten lassen sich nun auch miteinander vereinigen. Eine solche Möglichkeit besteht z. B. darin, dass der Haupttransformator als verkümmertes Zwölfphasensystem ausgebildet ist. Die sich dann ergebende Arbeitsweise soll an Hand von Vektordiagrammen erläutert werden. In Fig. 6 ist z. B. angenommen, dass zwei benachbarte Phasenspannungen Ei und Ex", die aus derselben Grundphase durch Hinzufügung verhältnismässig kleiner Zusatzspannungen gewonnen sind, einen Phasenwinkel von 120 anstatt 300 miteinander bilden. Bei Belastung scheren die Spannungen der Entladungsstromkreise infolge der Wirkungsweise des Steuertransformators aus der Lage Ex'bzw. ET" in die Lage V'bzw. Va".
Man kann unschwer aus dem Vektordiagramm der Fig. 6 entnehmen, dass die auf Va senkrecht stehende Zusatzspannung Ez kleiner ist als bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4. Mit dem Kleineiwerden von Eg sinkt die Typenleistung des Steuertransformators, und auch die kritische Last-wird kleiner, weil bei kleinerer Typenleistung die die kritische Last bestimmenden Magnetisierungsströme kleiner werden.
Eine Einwirkung auf die Grösse der kritischen Last kann man bei gegebenen Verhältnissen auch dadurch erreichen, dass man den Sternpunkt auf einer Seite der Kurzsehlusswindungszüge auflöst und den Klemmen u, v und w eine Fremderregung ausdrückt, z. B. diese Klemmen an ein zweckmässig gewähltes synchron mit den Hauptphasen liegendes Dreiphasensystem anlegt (vgl. Fig. 7). Die Fremderregung soll dabei jene Frequenz haben, die vorzugsweise im Steuertransformator erzeugt weiden muss, z. B. in Fig. 1 die 3. Harmonische und in Fig. 4 die Grundwelle. Es ergibt sich dabei, dass die kritische Last verringert wird. Bemerkt wird noch, dass die Fremderregung für den vollen Kurzschlussstrom der Kaskade zu bemessen ist.
Man kann natürlich auch die Fremderregung nur unterhalb der kritischen Last anlegen, oberhalb dagegen abschalten, denn die Fremderregung hat ja die Aufgabe, die Absenkung der Spannungsspitze im Leerlauf durchzuführen und damit die kritische Last zu verringern. Bei der vorstehend beschriebenen Art der Fremderregung wird die Ausbildung der Harmonischen nicht gestört.
Eine weitere Möglichkeit der Fren : derregungistin Fig. 8 veranschaulicht. Es ist nämlich die normale Schaltung der Kurzschlusswicklungszüge ungeändert geblieben, und die Fremderregung wird den Klemmen u', v'und w'zugeführt. Die Grundwelle und die 3. Harmonische werden hiebei nicht beeinträchtigt. Sieht man jedoch keine Sperren in Form von Kunstschaltungen od. dgl. vor, so finden die 5. und 7. Harmonische vollen Ausgleich, d. h. sie sind durch das angelegte, in Stern oder Dreieck geschaltete Dreiphasensystem kurzgeschlossen.
Wenn die EMK der Erregung E., die an v'-o-die Mitte der Kaskade-angeschlossen wird, die in Fig. 9 dargestellte Phasenlage besitzt, dann nehmen die Zusatz-EMKe E"'und E""bereits im Leerlauf die Lage ein, die sich sonst oberhalb der kritischen Last selbsttätig einstellt, d. h. die kritische Last selbst ist wegen der bereits im Leerlauf sich einstellenden Umbildung der Kurve verringert. Zur Beherrschung der Schwierigkeiten, die sich beim Kurzschliessen der 5. und 7. Harmonischen ergeben würden, kann man folgende Wege beschreiten :
1. Man verzichtet auf die Aufbringung dieser beiden Harmonischen in der Kaskade, in die man die Fremderregung einführt, und weist die Aufgabe der Bildung beider Harmonischen einer besonderen, in Reihe mit der ersten Kaskade geschalteten Hilfskaskade zu.
Dabei ist zu beachten, dass die Hilfskaskade keinen freien magnetischen Rückschluss hat (z. B. einfache Dreiphasenkerne). Sie liefert in dem betrachteten Beispiel nur die 5. und 7. Harmonische und hat eine geringe Grösse.
2. Die Erregung der Hauptkaskade erfolgt sechsphasig über eine derartig ausgebildete Hilfskaskade, dass die 5. und 7. Harmonische gesperrt werden.
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In beiden Fällen hat die zusätzlich vorgesehene Kaskade nur eine sehr geringe Grösse.
Die Steuerkaskade kann man auch in einer Weise abändern, wie es in Fig. 10 angedeutet ist. Der Übersichtlichkeit halber sind die Kurzschlusswicklungszüge des Steuertransformators 15 nicht gezeichnet ; sie verlaufen-wie in Fig. 1. Im vorliegenden Falle sind zwei normale Saugtransformatoren 161. und 162 ver- wendet. Man kann die Steuerkaskade gemäss Fig. 10 in verschiedenartiger Weise ausführen, von denen nachstehend einige Möglichkeiten erwähnt werden sollen :
1. Führt man den Steuertransformator ohne magnetischen Rückschluss aus, so werden die 3. Harmonischen ausschliesslich in den Saugtransformatoren 161 und 162 aufgebracht. Führt man die Steuerkaskade mit freiem magnetischem Rückschluss aus, so nimmt der Steuertransformator 15 an der Bildung der 3. Harmonischen teil.
Je nach der Anordnung der magnetischen Kreise kann das Verhältnis der Beteiligung der Saugtransformatoren und des Steuertransformators an der Bildung der 3. Harmonischen beliebig eingestellt werden.
2. Die Steuerkaskade kann in beliebiger Höhe an der Bildung der Spannung der Grundwelle beteiligt werden. Also auch im vorliegenden Falle kann der Haupttransformator sechsphasig bzw. zwölfphasig sein oder als verkümmerte Zwölfphasenschaltung ausgebildet sein.
3. Auch die sonstigen Möglichkeiten der Steuerkaskade ohne Saugtransformatoren einschliesslich der Fremderregung sind bei der Steuerkaskade mit Saugtransformatoren anwendbar.
Eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung ist in Fig. 11 dargestellt. Diese Schaltung ermöglicht eine Verminderung der Typenleistung der Steuerkaskade. Die inneren Wicklungsteile a führen Gleichstrom, dessen Amperewindungen sich je Schenkel aufheben. Infolgedessen liefern die Wicklungen a, da sie im offenen Dreieck geschaltet sind, mindestens einen Teil der dreifachen Harmonischen zur Umbildung der Spannung in den Entladungsstromkreisen.
Die äusseren Wicklungsteile b liefern zur Bildung der in den Entladungsstromkreisen wirksamen Spannung die 5. und 7. Harmonischen sowie Teile der dreifachen Harmonischen, d. h. sie bewirken in Verbindung mit den Kurzschlusswicklungszügen die Kaskadensteuerung.
Der Steuertransformator gemäss Fig. 11 besitzt eine kleinere Typenleistung als die vorher beschriebenen Schaltungen ohne gleichstromdurehflossene Wicklungsteile, und dies folgt daraus, dass bei der vorliegenden Schaltung ein Teil der Aufgaben einer Wicklung zugewiesen wird, die gleichstromdurchflossen und infolgedessen elektrisch sehr gut ausgenutzt ist.
Das Verhältnis der Windungszahlen der einzelnen Wicklungsteile gemäss Fig. 11 ist bestimmt durch die Grenze, bei der die wechselstromdurchflossenen Teile nicht mehr ausreichen, die zum Ausgleichen entstehender Unsymmetrien erforderlichen Spannungen zur Verfügung zu stellen. Letzten Endes ist diese Grenze durch die Streuung der Steuerkaskade bestimmt, die daher so klein. wie möglich zu halten ist. Dies lässt sich z. B. durch geeignete Eisenkerne erreichen. Besonders vorteilhaft ist eine innige Durchmischung der weehselstromdurchflossenen Wicklungsteile unter sich und mit der Kurzschlusswicklung, die zwecks Vereinfachung der Erläuterung nicht dargestellt ist.
Legt man den nachfolgenden Betrachtungen Zwölfphasenschaltungen zugrunde, so ergeben sich für die Entladungsströme je nach der gewählten Schaltung Kurvenläufe entsprechend Fig. 12 bzw. 13, d. h. im Falle der Fig. 12 arbeitet jede Entladungsstrecke während 900 der Periode des Wechselstromnetzes, im Falle der Fig. 13 während 150 der Periode des Wechselstromnetzes. Hinsichtlich der von den Entladungsströmen durchflossenen Wicklung des Haupttransformators bestehen, wie bereits erwähnt wurde, die Möglichkeiten, entweder sie als normale Zwölfphasenwicklung auszuführen oder eine verkümmerte Zwölfphasenwicklung zu verwenden oder sogar die Wicklung nur sechsphasig zu gestalten, wobei gegebenenfalls eine Vielzahl von Sechsphasenwicklungen zur Anwendung kommen kann.
Bei der zweiten und dritten Möglichkeit weist der Steuertransformator Spannungen der Grundfrequenz auf, die die Spannungen des Haupttransformators zu einem symmetrischen Zwölfphasensystem ergänzen. Dabei besteht natürlich auch, insbesondere zur Vermeidung des Spannungsanstieges unterhalb der kritischen Last, die Möglichkeit, den Steuertransformator fremd zu erregen. Ferner ist für die Wirkungsweise unerheblich, ob der Steuertransformator in den aufgelösten Sternpunkt, wie nachstehend zugrunde gelegt wird, oder unmittelbar vor die Entladungsstrecken, z. B. die Anoden eines mehranodigen Gefässes, geschaltet ist.
Hinsichtlich der Wirkungsweise von Schaltungen mit 90 Brenndauer (vgl. Fig. 12) und 1500
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ladungsstromkreises. Daher benötigt der Steuertransformator keinen freien magnetischen Rückschluss. Der bzw. die Steuertansformatoren sind normale dreischenklige Kerntransformatoren. Für den Ausgleich der 3. Harmonischen in den Strömen muss dabei entweder durch Verwendung einer Dreieckwicklung oder einer normalen Zickzaickschaltung Sorge getragen werden. Hinsichtlich der 5. und 7. Harmonischen besteht jedoch zwischen den Schaltungen mit 900 und 1500 Brenndauer kein grundsätzlicher Unterschied, da in beiden Fällen die Harmonischen gleiche Grösse haben.
Fig. 14 der Zeichnung bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, u. zw. ist eine Schal- tung eines Zwölfphasengleichrichters oder-wechselrichters zugrunde gelegt, bei der die Entladungsstrecken während 90 der Periode Strom fuhren. Im vorliegenden Falle besteht der Steuertransformator
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aus den beiden Kerntransformatoren 15'und 15", bei denen zwei Joche zu einem gemeinsamen Zwischen- joch zusammengefasst sein können. Der Punkt N ist bei Gleichrichterbetrieb der Minuspol, bei Wechsel- richterbetrieb der Pluspol des Gleichstromnetzes. Die Klemmen 1 bis 12 der von den Entladungsströmen durchflossenen Wicklungen sind mit den entsprechenden Phasen des nicht gezeichneten Haupttrans- formators verbunden.
Die Steuertransformatoren 15'und 15" sind durch die beiden in Stern-Dreieck geschalteten Kurzsehlusswicklungszüge 18 miteinander gekoppelt. Das Verhältnis der Windungszahlen zwischen den Wicklungen 18'und 18"ist 1 : 0 Ferner trägt der Steuertransformator j zum Ausgleich der 3. Harmonischen im Strom die in Dreieck geschaltete Tertiärwicklung 17'.
Das in Fig. 15 der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Anordnung, bei der die von den Entladungsströmen durchflossenen Wicklungen der beiden Steuertransformatoren 15'und 15" in Zickzack geschaltet sind (Windungszahlverhältnis 1 : 0'366). Die Kopplung der beiden Steuertransformatoren M' und. M" erfolgt durch in Stern geschaltete Wicklungszüge. Ferner hat jeder Steuertransformator eine in Dreieck geschaltete Tertiärwicklung 17'bzw. 17". Die Schaltung gemäss Fig. 15 hat gegenüber der gemäss Fig. 14 den Vorzug, dass die Steuertransformatoren M'und 15" hinsichtlich ihres Aufbaues weitgehend symmetrisch sind.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 16 der Zeichnung ist nur ein dreischenkliger Kerntransformator 15 vorgesehen, der eine normale zwölfphasige, den Entladungsstrecken zugeordnete Wicklung 1 bis 12 und eine in Dreieck geschaltete Wicklung 17 aufweist. In diesem Falle ist auch der Haupttransformator 13 mit der an das Wechselstromnetz RST angeschlossenen Wicklung 13'und mit der von den Entladungsströmen durchflossenen Wicklung. M" dargestellt. Die elektrische Verbindung zwischen einander zugeordneten Wicklungen des Haupttransforirators und des Steuertransformators ist für die Entladungsstrecken 1 und 6 gezeichnet. Wie man erkennen kann, sind zwei um 30 elektrische Grade versetzte Klemmen des Steuertransformators mit zwei um 150 elektrische Grade versetzten Entladungsstrecken verbunden.
Entsprechend gilt auch für zwei um 30 elektrische Grade versetzte Phasenwicklungen des Haupttransformators, dass sie an zwei um 150 elektrische Grade versetzte Klemmen des Steuertransformators herangeführt sind. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 16 ergibt sich gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 15 der Vorteil, dass weniger aktives Material für den Steuertransformator erforderlich ist, denn es ist nur ein Kern an Stelle von zweien notwendig, und weiterhin kommen die Wicklungszüge 18 in Fortfall.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 17 unterscheidet sich von der gemäss Fig. 16 im wesentlichen nur durch die abgeänderte Anordnung der von den Entladungsströmen durchflossenen Wicklung des Steuertransformators 15.
Bei vorstehenden Ausführungsformen kann man durch Änderung der Schaltungsanordnung erreichen, dass jede Entladungsstrecke nicht während 90 , sondern während 1500 der Periode Strom führt. Zweckmässigerweise werden hiefür'einphasige Verkettungstransformatoren vorgesehen, die die Bildung der 3. und 9. Harmonischen in der Spannung des Entladungsstromkreises übernehmen. Mit Rücksicht hierauf ist die Verwendung von Dreieckwieklungen grundsätzlich nicht notwendig. Im allgemeinen empfiehlt es sich jedoch, insbesondere zur Verbesserung der magnetischen Symmetrieverhältnisse, eine schwach bemessene Dreieekwicklung vorzusehen.
Diese ist selbstverständlich wesentlich kleiner als bei den Schaltungen mit 900 Brenndauer, denn bei den Schaltungen mit 900 Brenndauer ist die Anwendung von Dreieckwicklungen zur Erzeugung des bedingungsgemässen Arbeitens ein Erfordernis.
Beachtet man vorstehend angegebenen Gesichtspunkt, so kamn man die Verlängerung der Brenndauer von 900 auf 1500 bei Zugrundelegung einer Anordnung gemäss Fig. 14 erreichen, wenn man zwei Saugtransformatoren 161 und 162 vorsieht. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in Fig. 18 der Zeichnung veranschaulicht. Aus dem Schaltbild ist auch ersichtlich, dass die Wicklung 17'in Fortfall kommen kann.
Entsprechende Abänderungen sind auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 15 möglich.
Das Ausführungsbeispiel in Fig. 19 der Zeichnung entsteht aus Fig. 16, wenn man im Sinne obiger Gesichtspunkte die Massnahmen anwendet, die eine Verlängerung der Brenndauer jeder Entladungsstrecke von 900 auf 1500 ermöglichen. Zwecks besserer Erläuterung der Verbindungen, die auch hier wieder für die Entladungsstrecken 1 und 6 angegeben sind, ist für die Teile 15'und 15"des Steuertransformators 15 eine andere Darstellung gewählt. Als Windungszahlverhältnis für die Zickzackschaltung kommt wie bei Fig. 15 bzw. 16 der Wert 1 : 0-366 in Frage.
Eine weitere Ausführungsform gemäss vorliegender Erfindung ist in Fig. 20 der Zeichnung dargestellt. Hier kommt ein Steuertransformator zur Verwendung, bei dem sämtliche Harmonischen der Spannung und gegebenenfalls die noch fehlende Grundwelle im Kern erzeugt werden, der aber anderseits keine Kurzschlusswicklungszüge aufweist. Der Steuertransformator hat freien magnetischen Rückschluss (sechs Einphasentransformatoren oder ein Fünfschenkeltransformator mit Zwischenjoch oder zwei Vieroder Fünfsehenkeltransformatoren ; letzteres sei angenommen). Des besseren Überblicks wegen sind die Wicklungen der beiden Manteltransformatoren 15'und 15" räumlich getrennt dargestellt, so dass in Wirklichkeit z.
B. die um die Ziffer 9 befindlichen Teilwicklungen auf dem gleichen Schenkel wie die um die Ziffer 3 befindlichen Teilwicklungen liegen. Das Windungszahlverhältnis zwischen den Teilwiek- lungen 19 und 20 beträgt 1 : 0'577. Die vier offenen Dreieckwicklungen sind an sich nicht unbedingt
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notwendig ; sie bringen lediglich eine Verkleinerung der Typenleistung des Steuertransformators. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist die elektrische Verbindung zwischen Haupttrans-
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Schliesslich sei noch eine weitere Ausführungsform erwähnt, die ähnlich der gemäss Fig. 20 keine Kurzschlusswicklungszüge aufweist. Sie unterscheidet sich jedoch dadurch, dass jeder Entladungsstromkreis nicht drei auf verschiedenen Schenkeln des Steuertransformators liegende Teilwicklungen mit einem Windungszahlverhältnis l : 0'577 : 0'577 enthält, sondern vier auf verschiedenen Schenkeln befindliche Teilwicklungen mit einem Windungszahlverhältnis 1 : 0'366 : l : 0'366 (vgl. Fig. 1). Man kann nun Steuertransformatoren mit Dreieckwicklung gemäss vorliegender Erfindung für andere Betriebsnotwendigkeiten, nämlich das Ausheizen von Eisengefässen mit Quecksilberkathode, verwenden.
Bekanntlich ist es bei Eisengefässen mit Quecksilberkathode erforderlich, vor der ersten Inbetriebnahme und nach längeren Betriebspausen die Gefässe während des Auspumpens auszuheizen, d. h. längere Zeit mit normalem Strom bei einer Gleichspannung von etwa 50 bis 100 Volt zu betreiben. Würde man nämlich den Ausheizvorgang mit normaler Spannung durchführen, so müsste die überschüssige Energie in Widerständen vernichtet werden. Je nach den betrieblichen Verhältnissen hat man bisher das Ausheizen in der Weise durchgeführt, dass man den Transformator mit einer besonderen, meistenteils sechsphasigen Ausheizwicklung versah oder die normale, den Entladungsstreeken zugeordnete Wicklung mit Anzapfungen ausrüstete, an die die Anoden während des Ausheizvorganges angeschlossen wurden.
Die Auslegung erfolgte in beiden Fällen derart, dass man entweder mit sehr kleinen Belastungswiderständen auskommt oder sogar im Kurzschluss ausheizen kann. Beide Möglichkeiten greifen jedoch in erheblichem Masse in den Aufbau des Transformators ein und bedingen im allgemeinen, insbesondere bei höherphasigem Betrieb, ausserdem erhebliche Schaltoperationen.
Der Erfindungsgedanke soll an Hand der Fig. 16 beschrieben werden, die bereits weiter oben kurz erläutert wurde. Die Dreieekwicklung 11 mit den Klemmen R', S'und T'des- Steuertransformators 15 dient zum Ausgleich der 3. Harmonischen in den Entladungsströmen. Ihre Gestaltung verlangt eine bestimmte Amperewindungszahl, also ein bestimmtes Kupfergewicht. In der Wahl der Windungszahl selbst ist man zunächst frei. Im Sinne vorliegender Erfindung wählt man einerseits die Windungszahl, anderseits die Sättigung des Transformatoreisens derart, dass bei gegebener, an die Klemmen R', S'und T' angeschlossener Netzspannung die zum Ausheizen erforderliche Spannung in der zwölfphasigen Wicklung 1 bis 12 des Steuertransformators 15 erzeugt wird.
Die Ausheizströme selbst fliessen über die Phasen-
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Wechselstromnetz abgeschaltet und zur Vermeidung von Spannungsabfällen kurzgeschlossen ist. Als besondere Vorteile ergeben sich, dass Umschaltungen in den Entladungsstromkreisen überhaupt nicht erforderlich sind, sondern nur an der Primärwicklung 13'des Haupttransformators bzw. an der Wicklung 17 des Steuertransformators vorgenommen werden. Damit ergibt sich auch ein weiterer Vorteil, dass sich nämlich alle Anoden am Ausheizvorgang beteiligen.
Der Erfindungsgedanke ist überall dort anwendbar, wo der Steuertransformator ausser der von den Entladungsströmen durchflossenen Wicklung eine weitere, elektrisch getrennte Wicklung aufweist, also auch beispielsweise bei den Zickzackwicklungszügen gemäss Fig. 1.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zum Betrieb von mehrphasigen Umformungseinrichtungen mit Entladungsstrecken, gekennzeichnet durch die Verwendung eines besonderen, vom Haupttransformator magnetisch getrennten mehrphasigen Steuertransformators, über den einerseits der Anschluss der einzelnen Entladungsstrecken an den Haupttransformator bewirkt wird und anderseits eine zyklische Kopplung der einzelnen Ent- ladungsströme nach dem Reihenschaltungsprinzip derart ermöglicht wird, dass die Stromkurve jeder Entladungsstrecke eine treppenförmig auf-und absteigende Kurvenform aufweist.