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Einrichtung zur Regelung von Stromrichter.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Energiebetrag, welcher bei einem Gleichrichter von einer Halbwelle des an den Gleichrichter angeschlossenen Wechselstromnetzes mitgeführt wird, zu regeln. Die Erfindung benutzt zu dem Zweck die Ventilwirkung elektrischer Apparate, insbesondere die Ventilwirkung von Entladungsstrecken. Die mit diesen Ventilstrecken in Verbindung stehenden Regel-und Steueranordnungen weichen jedoch in wesentlichen Punkten von den Regelanordnungen ab, welche bisher für die Lösung der Aufgabe der regelbaren Gleichrichtung von Wechselströmen bekannt geworden sind.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Zeitpunkt, in dem während der Halbwelle der Wechselspannung eine zu einer Umformereinrichtung gehörige Ventilstrecke die
Stromführung beginnt, nicht durch unmittelbaren Eingriff in die Leitfähigkeit der Ventilstrecke gesteuert wird, sondern dadurch, dass der Ventilstrecke ein Unterbrecher vorgeschaltet ist, welcher zu einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb der Halbwelle der speisenden Wechselspannung die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Ventilstrecke und dem Wechselstromnetz herstellt.
Die Ventilstrecke bleibt bei der Erfindung somit im Gegensatz zu den bekannten Regelanordnungen so lange von dem speisenden Wechselstromnetz getrennt, bis die Stromführung einsetzen soll, bis also beispielsweise bei einem gas-oder dampfgefüllten Entladungsgefäss der Lichtbogen in der Entladungsstrecke gezündet werden soll.
Die heute üblichen Gleichrichteranordnungen, die mit Entladungsstrecken mit Ventilwirkung arbeiten, lösen die Aufgabe der regelbaren Gleichrichtung durchwegs dadurch, dass der elektrische Stromkreis ausserhalb der Entladungsstreeke entweder dauernd eingeschaltet bleibt oder zumindest jedesmal bereits vor dem Zeitpunkt, in dem die Stromführung der Entladungsstrecke überhaupt beginnen kann, geschlossen wird. Die mechanische Unterbrechung des Ventilstromkreises während der stromlosen Pausen hat bei den bekannten Anordnungen den Zweck, die Ventilstrecke von der Sperrbeanspruehung zu entlasten.
Die Einleitung der Stromführung der Ventilstrecke wird bei den üblichen Gleichrichteranordnungen stets dadurch herbeigeführt, dass in dem gewählten Zeitpunkt innerhalb der Halbwelle der speisenden Wechselspannung die Leitfähigkeit der Entladungsstrecke als solcher hergestellt wird. Es wird zu dem Zweck entweder eine Quecksilberkathode im Augenblick der Zündung durch Zündelektroden, Tauchelektroden od. dgl. emissionsfähig gemacht oder es liegt in der Entladungsstrecke zwischen der Anode und einer dauernd emissionsfähigen Kathode ein Steuergitter, dem im Augenblick der Zündung ein die Sperrwirkung aufhebendes Steuerpotential zugeführt wird.
Wesentlich und die bekannten Anordnungen von der Erfindung unterscheiden ist dabei stets die Tatsache, dass die betreffende Ventilstrecke schon vor der Zündung zumindest von dem Zeitpunkt an, in dem frühestens der Lichtbogeneinsatz möglich iS1 ;, elektrisch leitend mit dem speisenden Wechselstromnetz verbunden ist. Die Anode eines Quecksilberdampfgleichrichters, der beispielsweise erst im Maximum der speisenden Wechselspannung gezündet wird, führt schon längere Zeit vorher die volle Anodenspannung bzw. bei mehrphasigen Gleichrichtern die volle Differenz zwischen der Spannung der in der Stromführung vorangehenden Wechselstromphase.
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Die Erfindung weicht grundsätzlich von diesem Verfahren ab, in dem durch einen ausserhalb der Ventilstrecke liegenden Unterbrecher irgendwelcher Art die Ventilstrecke erst im gewünschten
Augenblick der Zündung in den Stromkreis eingeschaltet wird. Das hat zunächst den Vorteil, dass ebenso wie bei den bekannten Synchrontrennern während der Sperrzeit einer Ventilstrecke, d. h. vor dem Zeitpunkt der Stromübernahme, keine Störungen durch unerwünschte Spannungsbeanspruehungen der Anoden auftreten können. Weiterhin hat die Erfindung den Vorteil, dass man bei der Wahl der Art der Ventilstrecke wesentlich freiziigiger ist als bisher.
Zur regelbaren Gleichrichtung konnten bisher nur Ventilstreeken angewendet werden, die mit steuerbaren Entladungsstrecken arbeiten, also beispielsweise mit evakuierten Entladungsgefässen, wie gittergesteuerten Quecksilberdampfentladungsgefässen. Durch die Erfindung gelingt es zum ersten Mal, den bekannten Trockengleichrichter und dessen betrieblielie Vorzüge für die regelbare Gleichrichtung heranzuziehen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei Mehrphasengleichrichtern, wie sie aus den bekannten Gründen der Glättung des Gleichstromes in der Praxis unbedingt erforderlich sind, mit einer wesentlich kleineren Anzahl von Entladungsstrecken gearbeitet werden kann, ohne dass grundsätzlich an der Umformung bzw. an der von dem Umformer gelieferten Strom-oder Spannungs- kurve irgend etwas geändert wird. Der Erfindung gelingt es, mit nur zwei Entladungsstreeken einen
Gleichrichter zu betreiben, dessen Phasenzahl praktisch beliebig gross ist.
Es kann also ein zwölfphasiger Gleichrichter mit nur zwei, beispielsweise einanodigen Entladungsgefässen oder Trockengleiehrichtern, betrieben werden, wobei der von einer Halbwelle der Weehselspannung mitgeführte
Energiebetrag in genau demselben Umfange geregelt werden kann wie bei einem bekannten Zwölfphasengleiehriehter mit mindestens je einer Entladungsstrecke in jeder Gleiehriehterphase. Dieser letztere Vorteil der Erfindung ist von besonderer Bedeutung für Umformeranordnungen, die mit höheren Spannungen arbeiten ;
denn es ist einleuchtend, dass die Gesamtanordnung und der Gesamtaufbau einer Umformereinrichtung bei höheren Spannungen wesentlich einfacher und vor allen Dingen wirtschaftlicher ist, wenn unabhängig von der Phasenzahl des mit dem Umformer in Verbindung stehenden Wechselstromnetzes bzw. den Umformer speisenden Transformators nur zwei Ventilstrecken notwendig sind.
Die Verminderung der Zahl der zu dem Umformer gehörigen Ventilstrecken wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass bei einem mehrphasigen Gleichrichter nur soviel Ventilstrecken vorgesehen werden, wie Phasen der speisenden Wechselstromquelle gleichzeitig an der Stromführung beteiligt sind.
Die übrigen Phasen, welche während eines grossen Teiles der vollen Weehselstromperiode nicht an der Stromführung teilnehmen, sind durch die erfindungsgemäss den Ventilstreeken vorgeschalteten Unterbrecher getrennt und werden durch diese Unterbrecher in zyklischer, durch die Phasenfolge der speisenden W. echselstromquelle bedingter Reihenfolge derart an die Ventilstreeken angeschlossen, dass die Verbindung zwischen einer Wechselstromphase und einer der beiden Ventilstrecken hergestellt wird in dem Moment, in dem die Stromführung beginnen soll, während die Ventilstrecke durch den Unterbreeher abgeschaltet wird, sobald die Stromführung beendet ist bzw. sobald durch den bekannten Kommutierungsvorgang der Strom von einer Ventilstrecke auf die nächstfolgende übergegangen ist.
Da die Gesamtzeit während der bei einem Mehrphasengleichriehter eine der Phasen Strom führt, von dem Grad der Aussteuerung oder Regelung einer Halbwelle praktisch unabhängig ist, kann der Zeitabschnitt zwischen dem Einschalten und dem Ausschalten einer Wechselstromphase stets der gleiche bleiben. Nur unter ganz besonderen Umständen, wie sie beispielsweise bei der Wechselrichtung, d. h. bei der Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom, auftreten können, kann es zweckmässig sein, auf diesen Zeitabschnitt steuernd einzuwirken, indem man ihn beispielsweise von Betriebsgrössen, wie von dem Belastungsstrom des Umformers, abhängig macht.
Im allgemeinen wird man demnach mit einer einfachen Umsehalteinriehtung zwischen Ventilstrecken und Wechselstromquelle auskommen, beispielsweise mit einer umlaufenden Schalteinrichtung, die nach Art eines Kollektors mit feststehenden Biirsten ausgebildet ist und von einem an das Weehselstromnetz ange- schlossenen Synchronmotor angetrieben wird.
Es sei hier erwähnt, dass es grundsätzlich gleichgültig ist, mit welchen Unterbrechungsvorrichtungen die Verbindung zwischen den Weehselstromphasen und den Entladungsstreeken hergestellt und wieder aufgehoben wird. Es können mechanische Schalter mit unmittelbarer Kontaktberiihrung zwischen festen Kontakten benutzt werden, es können aber auch Sehalteinriehtungen angewendet werden, bei denen einer der beiden Kontakte flüssig ist. Schalteinrichtungen dieser Art sind beispielsweise in der Form von Elektrolytschaltern oder Queeksilberstralilschalter für andere Umformerzwecke bekannt geworden. In jedem Falle handelt es sieh darum, dass zwischen die Wechselstromquelle und die Ventilstreeken eine Sehalt- bzw.
Unterbreehungsvorrichtung geschaltet wird, welche zu willkürlich wählbaren Zeitpunkten die elektrische Verbindung zwischen der Ventilstrecke und der Wechselstromquelle herstellen und wieder aufheben kann. Zur Verbesserung des Schaltvorganges werden zweckmässig Kondensatoren zu den Schaltkontakten parallel geschaltet oder es werden andere Schutzmittel, wie Eeihendrosselspulen oder Vorwiderstände, angewendet.
Die Erfindung möge an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt einen sechsphasigen Gleichrichter mit Trockengleichrichtern als Ventilstrecken. An das Drehstromnetz 1 ist
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einrichtung 4 in Verbindung steht. Zum Antrieb der Sclalteinrichtung J dient der Synchronmotor. 5, der, um eine Veränderung der Synchronlage der Schaltbewegung zu ermöglichen, über den Drehtransformator 7 an das Drehstromnetz 7 angeschlossen ist. Die Schalteinrichtung 4 besteht aus einer
Kontaktwalze, auf der eine Reihe von Bürsten schleifen.
Sechs der Bürsten sind in zyklischer Reihenfolge an die sechs Phasen der Transformatorwieklung 3 angeschlossen, während die beiden übrigen Bürsten über je eins der Ventile 6 mit dem positiven Leiter des Gleichstromkreises 8 in Verbindung stehen. Die mit den Ventilen verbundenen Bürsten schleifen dabei auf Schleifringen 9 und M, während den übrigen Bürsten Kontaktstücke zugeordnet sind, die nur jeweils einen Teil des Umfangs der
Kontaktwalze bedecken. Eine Abwicklung der Scha1twalze zeigt Fig. 2. Es ist dabei angenommen, dass die beiden Bürstengruppen, die zu den linken bzw. zu den rechten drei umlaufenden Kontakt- stücken gehören, am Umfang der Kontaktwalze um 1800 gegeneinander versetzt sind.
Man ersieht daraus, dass durch die Schalteinrichtung mit den Ventilstrecken 6 jeweils höchstens zwei Phasen der Transformatorwicklung 3 eingeschaltet sind. Während des grössten Teiles der Stromführung ist nur eine Phase eingeschaltet. Die einzelnen Kontaktstücke überlappen sich in Umfangsrichtung, so dass sich auch die Zeiten der Stromführung der einzelnen Phasen überlappen. Die Cberlappung- der Einschaltzeiten ist notwendig mit Rücksicht auf die Kommutierung. Der Zeitpunkt des Einschaltens innerhalb der Halbwelle der Wechselspannung des Wechselstromnetzes 1 wird durch Änderung der Relativlage zwischen dem rotierenden System und dem Vektor des Wechselstromnetzes 7 eingestellt.
Es stehen dazu verschiedene bekannte Mittel zur Verfügung : entweder der in Fig. 1 dargestellte Drehtransformator 7 oder eine räumliche Verdrehung des Stators des Synchronmotor 5 oder eine Änderung der Erregung von Teilwicklungen im Gleichstromerregerkreis dieses Motors, durch die die Vektorlage der Erregung gegenüber dem Netzvektor verdreht wird.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass die Erfindung für mit Trockengleichrichtern arbeitende Umformer grundsätzlich auch dann anwendbar ist, wenn jeder Wechselstromphase eine Ventilstreeke zugeordnet ist.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel für einen regelbaren Troekenglei (hriehter dargestellt, bei dem eine Transformatorsehaltung verwendet ist. hei der die Dauer der Stromführung einer Ventilstrecke durch die bekannte Saugdrosselspule erhöht ist. Der Primärwicklung 11 des Transformators sind hier zwei sekundäre Teilwicklungen 12 und 13 zugeordnet, die je in Stern geschaltet sind und sich zu einem Sechsphasensystem ergänzen. Zwischen den Sternpunkten der beiden Teilwieklungen liegt die Saugdrosselspule 14, deren Mittelpunkt den Nullpunkt der Gesamtwidlung darstellt. Die Unterbrechereinrichtung. M ist nur schematisch dargestellt und kann in jeder beliebigen Art aus- gebildet sein.
Da hier jeweils drei Phasen der Transformatorsekundrwieklung gleichzeitig strom- führend sind, so müssen auch drei Ventilstrecken 16 vorgesehen sein. Die Anschlüsse der Ventilstrecken an die Schaltkontakte der Schalteinrichtung 15 sind so gewählt, dass die Ventilstrecken jeweils an drei in der Phasenfolge benachbarten Phasen der Sekundärwicklung des Transformators liegen. Für die übrigen Schaltvorrichtungen zwischen Transformator und Trockenglrirhricl1tern ist die Forderung massgebend, dass die Trockengleichrichter zyklisch an die jeweils stromführenden Phasen der Trans- formatorwicklung anzuschliessen sind.
An Stelle der in Fig. 3 gewählten Saugdrosselspule können naturgemäss auch andere dem gleichen Zweck dienende Vorrichtungen, beispielsweise magnetisch untereinander verkettete Drosselspulen, in den einzelnen Phasenleitungen angewendet werden.
Fig. 4 zeigt den regelbaren Trockengleichrichter in seiner Anwendung zum Energieaustauseh zwischen einem Wechselstromnetz 1 und einem Gleichstromverbraueher 17. Der Schaltungsaufbau der Gesamtanordnung entspricht der von andern regelbaren Gleichrichtern her bekannten Kreuzschaltung, während jeder einzelne Gleichrichter entsprechend Fig. 1 geschaltet ist. Die Primärwicklung 18 des Transformators ist dementsprechend mit zwei Sekundärwicklungen ? und 20 verkettet, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in sechs Phasenstern geschaltet sind.
Jeder Transformatorwicklung ist eine besondere Schalteinrichtung 23 bzw. 24 zugeordnet, die über einen Drehtransformator 25 bzw. 26 angetrieben wird, und jeder Schaltvorrichtung sind wiederum je zwei Ventilstreeken 21 bzw. 22 vorgeschaltet. Die Schaltung nach Fig. 4 kann auch angewendet werden, um ein Gleichstromnetz mit einem Wechselstromnetz zu verbinden und zwischen beiden Netzen in beliebiger Richtung Energie auszutauschen.
In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem als Ventilstreeken Quecksilberdampfentladungsstrecken verwendet sind. Die Verbindung zwischen den Ventilstrecken und der Schaltvorrichtung ist die gleiche wie in der Schaltung nach Fig. 1. Die beiden Ventilstrecken sind mit Steuergitter ausgerüstet, welche zum Schutz gegen Störungen über eine Relaiseinrichtung an eine negative Sperrspannungsquelle 29 angeschlossen werden können. Die gleichen Steuergitter können auch noch verwendet werden, um die Entladungsstreeken zu Beginn der Stromführung zu zünden. Bei dieser Anordnung erfolgt dann unmittelbar zeitlich nacheinander die Einschaltung der Entladungsstrecke durch den umlaufenden Kontaktapparat und die Zündung durch entsprechende Beaufschlagung der Steuergitter.
Bei der Schaltung nach Fig. 5 ist angenommen, dass
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die Steuergitter über einen umlaufenden Kontaktapparat. ? gesteuert werden, der ebenso wie die Schalteinrichtung im Anodenkreis der Ventilstrecken durch einen Synchronmotor 5 angetrieben wird. An Stelle der Steuergitter können auch andere Steuermittel, beispielsweise in den Quecksilberspiegel eintauchende Zündelektroden, angewendet werden. Das in der Zeichnung dargestellte zweianodige Entladungsgefäss 27 kann durch zwei einanodige Gefässe ersetzt werden.
Handelt es sich um Gleich- richteranordnungen mit Saugdrosselspulen od. dgl., so muss auch hier ebenso wie bei der Schaltung
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Die Erfindung ist ohne weiteres auch dann anwendbar, wenn der Energiefluss über die Um- formeranordnung nicht von dem Drehstromnetz in das Gleichstromnetz, sondern umgekehrt von dem G1eichstromnetz in das Drehstromnetz verläuft, wenn also der Umformer als sogenannter Wechselrichter arbeitet. Es ist in diesem Fall jedoch erforderlich, dass auf der Wechselstromseite eine takthaltende selbständige Spannungsquelle vorhanden ist, die die Loschspannungen für die Ventilströme liefert. Ebenso ist die Erfindung auch für Umrichter, d. h.
Frequenzumformer, verwendbar, wobei aber gleichfalls die Ventillöschung immer durch eine vorhandene Wechselspannung erfolgen muss.
Da in jedem Fall die höhere Frequenz die Löschspannungen liefert, müssen bei der Umformung einer Wechselspannung geringer Frequenz in eine solche höherer Frequenz auf beiden Seiten Spannungsquellen vorhanden sein.
Man kann die erfindungsgemässe Gleiehriehteranordnung auch ohne weiteres für Hochspannung bemessen und muss dann lediglich für eine genügende Isolation des Kontaktapparates, durch den die Ventilstrecken mit den Sekundärwicklungen des Transformators verbunden werden, sorgen. Sowohl die stillstehenden als auch die umlaufenden Kontakte können dabei an Hochspannungsisolatoren befestigt werden. Besonders bei hohen Spannungen macht sich für die Bemessung der Ventilstrecken der Umstand vorteilhaft bemerkbar, dass ihre Spannungsbeanspruchung wesentlich günstiger als sonst ist, da in der Sperrphase keine Spannung an ihnen liegt. Dadurch ist bei Entladungsstrecken auch jede Rückzündungsgefahr beseitigt.
In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, bei Beginn der Stromführung ausser der Einschaltung durch den Unterbrecher noch zusätzlich die für Fig. ó bereits erläuterte Gittersteuerung anzuwenden. Während die Ventile die Eigenschaft haben, den Strom in der abzuschaltenden Phase längere Zeit auf einem so niedrigen Betrag zu halten, dass ein funkenfreies Abschalten auch dann erzielt werden kann, wenn der Abschaltzeitpunkt nicht ganz genau festgelegt ist, so kann doch beim Einschalten der Folgephase an dem Unterbrecher eine Funkenbildung auftreten, insbesondere dann, wenn die vor der Kontaktberührul1g an den Kontakten herrschende Spannungsdifferenz verhältnismässig gross ist. Das ist z.
B. dann der Fall, wenn durch Verschiebung der Synehronlage der Schaltbewegung der Aussteuerungsgrad des Stromrichters weitgehend herabgesetzt ist. Die Zuschaltung erfolgt dann nämlich nicht mehr im Zeitpunkt der Spannungsgleiehheit, in dem eine Spannungsdifferenz an den zu schliessenden Kontakten noch nicht vorhanden ist, sondern in einem Zeitpunkt, in dem die Spannungen der abzulösenden Phase und der zuzuschaltenden Phase
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Die Funkenbildung an den Kontakten beim Zuschalten der Folgephase lässt sich nun gemäss der weiteren Erfindung dadurch unterdrücken, dass mit den Ventilstrecken Drosselspulen in Reihe geschaltet werden, die sieh bei Überschreitung einer bestimmten niedrigen Stromgrenze sprunghaft sättigen.
Derartige Drosselspulen, sogenannte Schaltdrosseln, sind bereits als Strombegrenzungseinriehtungen für Sehaltstromriehter vorgeschlagen worden. Ihre Wirkung beruht darauf, dass sie beim normalen Betriebsstrom gesättigt sind und nur einen geringen Spannungsabfall verursachen, dass aber beim Stromnulldurehgang, wenn sie entsättigt sind, eine hohe Spannung an ihnen auftritt, die so gerichtet ist, dass sie eine schnelle Änderung des Stromes nicht zulässt. Diese Kommutierungs- spannung ist aber nur verhältnismässig kurze Zeit vorhanden und es ist infolgedessen erforderlich, dass die abkommutierende Phase innerhalb dieses kurzen Zeitintervalls abgeschaltet wird.
Bei Schaltstromrichtern, die ausschliesslich mit Sehaltdrosseln als Strombegrenzungseinrichtungen arbeiten, muss man infolgedessen im allgemeinen bei Belastungsänderungen auch den Abschaltzeitpunkt regeln, u. zw. derart, dass bei kleiner Belastung die Abschaltung früher erfolgt als bei grosser Belastung. Dieser Nachteil tritt bei dem Schaltstromrichter mit Ventilen als Strombegrenzungseinrichtungen nicht auf.
Den Ventilen gegenüber haben jedoch die Schaltdrosseln den Vorteil, dass sie auch die Spannung beim Zuschalten der Folgephase herabsetzen, da sieh im Augenblick des Einschalten bei geringen Strömen eine hohe Spannung an sie legt, die erst beim weiteren Anwachsen des Stromes wieder auf einen sehr geringen Wert zusammenbricht.
Bei der hier beschriebenen Schaltung werden nun die Vorteile der Ventile und der Sehaltdrosseln vereinigt, ohne das jedoch ihre Nachteile auftreten. Beim Zusehalten sorgt die Drossel für eine Herabsetzung der Kontaktspannung, u. zw. auch bei Teilaussteuerung, während beim Abschalten dip Ventilstrecke das Auftreten eines Rückwärtsstromes verhindert, so dass es auf eine ganz genaue Innehaltung des Abschaltzeitpunktes nicht ankommt. Es ergibt sich dabei weiter noch der Vorteil, dass die Ventilstrecken nur dann in der Sperrichtung beansprucht werden, wenn bei starken Belastungsänderungen die von den Drosselspulen gelieferte Kommutierungsspannung nicht ausreicht bzw. nicht die richtige zeitliche Lage besitzt.
Die erfindungsgemässe Anordnung gewährleistet auch bei Kurzschlüssen funken-
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freien Lauf, da man die Überlappung ohne Schwierigkeiten genügend lang machen kann. Bei besonders hohen Spannungen kann man auch durch Anordnung von Kondensatoren oder Widerständen, die über Vorkontakte den Kommutierungsstrom für die Drosselspulen liefern, ein funkenfreies Einschalten sicherstellen.
Die Schaltung ist als Ausführungsbeispiel in Fig. 7 und 8 der Zeichnung dargestellt. Der Unterbrecher ist hier nach Art eines umlaufenden Kommutators ausgebildet, doch kann hiefür auch jede andere Schalterkonstruktion, beispielsweise eine durch Nockenwellen angetriebene Schalteinrichtung, Anwendung finden. Die einzelnen Sekundärphasen des Transformators 47 sind an die Bürsten 41-46 des Unterbrechers bzw. Verteilers 48 angeschlossen, die einen Winkel von 360 elektrischen Graden, das sind hier 1800 räumlich, bedecken. Auf weiteren 1800 des Umfanges sind die Bürsten 41'-46' untergebracht. Diese Bürstengruppe steht mit dem einen Pol des Gleichstromkreises, beispielsweise mit dem Pluspol in Verbindung, u. zw. abwechselnd über zwei verschiedene Stromweg.
In jedem dieser beiden Stromwege liegt eine Reihenschaltung aus einer Schaltdrossel 54 bzw. 55 und einer Ventilstrecke 56 bzw. 57. Der eigentliche Kommutatorkörper trägt an seinem Umfang zwei Gruppen von je zwei Kontaktstücken 50 und 51 bzw. 52 und 5-3, die sinngemäss untereinander verbunden sind.
Beim Umlauf des Kommutators, der von dem Synchronmotor 58 angetrieben wird, werden infolgedessen die einzelnen Phasen in zyklischer Reihefolge abwechselnd über den Stromweg mit der Schaltdrossel 54 und dem Ventil 56 oder den Stromweg mit der Schaltdrossel 55 und dem Ventil 57 mit dem einen Pol des Gleichstromkreises in Verbindung gebracht. Die Synehronlage der Schaltbewegung und damit der Aussteuerungsgrad des Stromrichters bzw. die Grosse der gleichgerichteten Spannung lässt sich mit Hilfe eines Schneckengetriebes- 49 verstellen, welches die Bürsten verdreht. Ebensogut könnte man auch die Synchronlage des rotierenden Teiles verändern, beispielsweise mittels einer zweiachsigen Erregung des Synchronmotor 58..
Es wurde schon erwähnt, dass man gegebenenfalls die Zuschaltung zunächst über einen Widerstand oder einen Kondensator vornehmen kann. Fig-. 8 zeigt, wie in diesem Fall die Kontaktsegmentanordnung an dem Kommutatorumfang ausgcstalct werden kann. Das in der Schaltbewegung voraneilende Kontaktstück ist hier in zwei Kontaktstücke 60 und 61 aufgelöst, die miteinander über den Widerstand 62 verbunden sind. Die Bürste der ablösenden Phase wird also jeweils erst auf den Vorkontakt 61 auflaufen, so dass jedesmal kurzzeitig der Widerstand 62 in den Stromkreis eingeschaltet wird.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Stromriehteranordnungen liegt darin, dass durch das periodische Abschalten der Ventilstrecken von der Transformatorwicklung ihre Sperrbeanspruchung gegenüber Ventilstromrichtern ohne vorgeschalteten Unterbrecher erheblich herabgesetzt wird. Das bedingt besonders bei Verwendung von Trockengleichrichtern als Ventilstrecken eine Erhöhung des Wirkungsgrades insofern, als man die Zahl der hintereinander zu schaltenden Gleichrichterscheiben, von denen jede eine ganz bestimmte Sperrspannung auszuhalten imstande ist, entsprechend herabsetzen kann. Da jede G1eichrichterscheibe einen gewissen Spannungsabfall verursacht, so wird auf diese Weise also der gesamte bpannungsabfall wesentlich kleiner und der Wirkungsgrad steigt dementsprechend.
Einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Regelung der Spannung die Sperrbeanspruchung der Ventilstreeken heraufgesetzt wird. Wird die Stromrichteranordnung voll ausgesteuert, d. h. also, findet die Zuschaltung der Folgephase stets im Augenblick der Spannungsgleichheit mit der vorangehenden Phase statt, so hängt die maximale
Sperrbeanspruchung der Ventilstrecken lediglich von der Grösse der zeitlichen Überlappung zweier Phasen ab. In Fig. 10 a sind diese Verhältnisse für eine sechsphasige Gleichrichteranordnung kurvenmässig dargestellt.
Wenn die Zuschaltung der Folgephase im Zeitpunkt der Spannungsgleichheit P erfolgt und wenn die tberlappung 300 beträgt, so erreicht die maximale Sperrbeanspruchung einer Ventilstrecke den Wert Es, der gleich der Hälfte des Scheitelwertes der Phasenspannung ist. Geht man nun auf Tei1aussteuerung über, d. h. verzögert man die Zuschaltung der Folgephase, so wächst bei gleicher Überlappungsdauer die Sperrbeanspruehung beträchtlich und erreicht, wie es ebenfalls in Fig. 10a dargestellt ist, bei einem Aussteuerungswinkel von 30C und einer Überlappung von ebenfalls '100 den Wert Es'der bereits 86% der maximalen Phasenspannung beträgt.
Soll also der Stromrichter nicht ständig unter Verzicht auf eine Regelung mit voller Aussteuerung betrieben werden, sondern soll auch eine Regelung stattfinden, so muss die Zahl der hintereinander geschalteten Gleichrichterscheiben grösser gewählt werden und die Verlustspannung steigt dementsprechend.
Gemäss der weiteren Erfindung wird daher die Anordnung so getroffen, dass die Zahl der in Reihe geschalteten Trockengleichrichterscheiben in Abhängigkeit von dem Aussteuerungsgrad ver- änderbar ist. Die Zahl der Gleichrichterseheiben kann dann entsprechend dem wachsenden Aussteuerungsgrad herabgesetzt werden, so dass jede unnötige Verminderung des Wirkungsgrades vermieden werden kann. Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades kann dadurch erzielt werden, dass man eine kombinierte Regelung ausführt, bei der die Spannung in groben Stufen über Transformatoranzapfungen eingestellt wird, während die Feinregelung zwischen den Stufen durch Aussteuerungsänderung am Verteiler vorgenommen wird. Dadurch lassen sich kleine Aussteuerungsgrade vermeiden und die Sperrbeanspruchung wird auf diese Weise herabgesetzt.
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In Fig. 9 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es ist hier für den Stromrichter eine besonders vorteilhafte Form angewendet, bei der nur soviel Ventilstrecken wie gleichzeitig stromführende Phasen vorhanden sind. Bei der hier verwendeten Sechsphasensehaltung ohne 8tromteilung sind also nur zwei Ventilstrecken erforderlich. Jede dieser Ventilstreeken besteht aus zwei hintereinander geschalteten Gruppen von Gleichrichterscheiben 7J und 76 bzw. 77 und 78. Diese Ventilstreeken werden durch die von dem Synchronmotor 73 periodisch betätigte Umschalt- einrichtung ? abwechselnd in zyklischer Reihenfolge an die einzelnen Phasenwicklungen des Transformators 71 angeschlossen.
Um nun bei einer Steigerung des Aussteuerungsgrades, die beispielsweise durch Verändern der Synchronlage des Synehronmotors 73 mittels des Drehtransformators vorgenommen werden kann, die Anzahl der in Reihe geschalteten Gleiehrichterelemente jeder Ventilstrecke herabzusetzen, ist ein t'berbriickungsschalter 79 vorgesehen, mittels dessen die Ventilstreeken 76 bzw. ? kurzgeschlossen werden können.
Während hier die Zahl der hintereinander geschalteten Gleiehrichterelemente nur in zwei Stufen regelbar ist, kann auch eine weitere Unterteilung vorgenommen werden, so dass eine genauere Anpassung der Elementezahl an den jeweils vorhandenen Aussteuerunggrad möglich ist. Die Umschalteinriehtung für die Ventilstreeken wird zweckmässig, wie das durch die punktierte Linie angedeutet ist, mit dem Regelorgan für den Aussteuerungsgrad, hier also mit dem Drehregler M gekuppelt, so dass selbsttätig mit einer Veränderung des Aussteuerungsgrades auch eine Veränderung der Zahl der Ventilstrecken vor sieh geht.
Anstatt die Zahl der hintereinander geschalteten Gleichrichterelemente durch Kurzschliessen zu vermindern, kann man auch, wie das beispielsweise in Fig. 11 dargestellt ist. eine Reihenparallelselialtung anwenden. Jede Ventilstrecke besteht hier ebenfalls aus zwei Gruppen von GIeiehrichter- elementen 80 und 81 bzw. 8. ! und 83. Wenn die Umschalter M, 85, 86 und 87 die in der Zeichnung dargestellte Lage haben, sind die Gleichrichterelemente jeder Ventilgruppe einander parallel geschaltet, während in der entgegengesetzten Stellung der Umschalter die Gleichrichterelemente jeder Vf'ntil- strecke mit gleicher Durchlassrichtung in Reihe liegen.
Diese Schaltung wird besonders dann zweck- mässig sein, wenn es sich um Anlassvorgänge handelt, bei denen während der kurzen Anfahrzeit eine
Stromüberlastung der Ventile in der Reihenschaltung möglich ist.
Die Spannungsbeanspruchung in der Sperrichtung kann man auch noch dadurch herabsetzen, dass man die Phasenzahl erhöht, also beispielsweise von Sechsphasenbetrieb auf Zw1ilfphaenbetrieb übergeht, wobei die Zahl der Ventilstreeken die gleiche bleiben kann. Wie Fig. 10 b zeigt, geht beim Zwölfphasenbetrieb bei voller Aussteuerung unter sonst gleichen Verhältnissen die Sperrspannungs- beanspruehung auf ein Viertel der Sperrspannungsbeanspruchung bei Seehsphasenbetrieb herunter. Zwischen der Sperrspannungsbeanspruehung bei Teilaussteuerung und der bei voller Aussteuerung ist praktisch ein Unterschied nicht mehr vorhanden.
Ähnliche Verhältnisse wie bei Troekengleiehriehtern liegen auch bei andern Ventilen vor. bei denen ebenfalls im allgemeinen eine erhöhte Sperrbeanspruchung einen erhöhten Aufwand und einen grösseren Spannungsabfall erfordert, so dass die beschriebene Massnahme auch hier erhebliche Vorteiles bringt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Ventilgleich-, Wechsel-oder Umrichter, dessen Ventilstreeken an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen sind, deren Phasen nacheinander einmal in jeder Periode Strom führen, wobei das Ende der jedesmaligen Stromfiihrungszeit durch das Einsetzen des Stromes in der an die zeitlich folgende Phase angeschlossenen Ventilstreeke bestimmt wird und bei dem den Ventilstrecken eine Kontakteinrichtung vorgeschaltet ist, die die Ventilstrecke einmal in jeder Periode ein-und nach Erlöschen des Ventilstromes wieder ausschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt des Einsetzens des Ventilstromes innerhalb jeder Periode der Wechselspannung zum Zwecke der Spannung- regelung durch Veränderung der Synehronlage der Schaltzeitpunkte willkürlich wählbar ist.