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Um bei einem Stromrichter eine höhere Pulsationszahl des Gleichstromes als 6, besonders eine Zahl zwischen 6 und 12 zu erhalten, kann man einen Stromrichtertransformator mit zwei oder mehreren ver- schiedenen Sekundärwicklungen benutzen, deren Stromkreise auf der Gleichstromseite über eine Saug- drossel bzw. über einzelne Drosseln parallel geschaltet sind, so dass sie jede für sich selbständig kom- mutieren, d. h. mit einer Anzahl Kommutierungen je Periode, die der Anzahl der an Ventilstrecken an- geschlossenen Anschlusspunkte der Wicklung entspricht. Diese Anzahl ist beispielsweise bei einem Strom- richter mit neun Pulsationen je Periode vorzugsweise 3, bei einem Stromrichter'mit acht Plisationen 4 oder 2.
Bei einweggeschalteten Stromrichtern werden die verschiedenen Sekundärwicklungen gewöhnlich in Zickzack mit verschiedenen Verhältnissen zwischen den beiden Wicklungsteilen oder mit umgekehr- ten Phasenwinkeln zwischen diesen Teilen oder beides ausgeführt. Bei einem solchen Unterschied zwi- schen den verschiedene Ventilstrecken speisenden Wicklungen, hat es sich jedoch erwiesen, dass eine ungleiche Lastverteilung zwischen den einzelnen Sekundärwicklungen bzw. zwischen ihren Ventilstrekken dadurch entstehen kann, dass während der Kommutierungsperioden in den nicht kommutierenden, aber stromführenden Wicklungsteilen Spannungen durch gegenseitige Induktion induziert werden.
Die Erfindung betrifft eine solche gegenseitige Anordnung der verschiedenen Wicklungsteile, dass die in der eben genannten Weise induzierten Spannungen reine Wechselspannungen werden, also durch Drosseln ausgleichbar sind, ohne irgendeine ungleiche Lastverteilung zu erzeugen.
Man hat früher bemerkt, dass der Unterschied zwischen den verschiedenen Sekundärwicklungen sich durch Messungen feststellen lässt, falls man bei einer Untersuchung des Transformators sämtliche Sekundärwicklungen kurzschliesst und die Ströme der verschiedenen Phasen bei aufgedrückter symmetrischer Primärspannung misst. Man erhält dann gewöhnlich, falls nicht besondere Massnahmen getroffen werden, verschiedene Zahlenwerte für die Kurzschlussströme in den verscniedenen Sekundärphasen oder andere Phasenwinkel zwischen ihnen als die berechneten oder beides.
Es gelang jedoch durch eine gewisse gegenseitige Anordnung der Wicklungen des Transformators, durch die ihre Selbstinduktanzen und gegenseitigen Induktanzen beeinflusst wurden, die Symmetrie derart wiederherzustellen, dass die bei einem allpoligen sekundären Kurzschluss gemessenen Kurzschlussströme gleiche Zahlenwerte und gleiche gegenseitige Phasenwinkel erhielten. Mit einer solchen Anordnung der Wicklungen gelang es auch in einem früher bekannten Fall, nämlich bei einem Zwölfphasenstromrichter mit vier dreiphasigen Sekundärwicklungen, eine gleichförmige Stromverteilung bei Belastung herzustellen, und man war deshalb der Ansicht, dass die aufgestellte Regel für die Prüfung der Induktanzen der Wicklungen befriedigend war.
Weitere Untersuchungen haben jedoch ergeben, dass es auf einem reinen Zufall beruht, wenn ein Stromrichter, dessen Wicklungsinduktanzen des Transformators nach der eben genannten Regel abgeglichen werden, auch bei Belastung befriedigend arbeitet. Im allgemeinen Fall hat es sich als notwendig erwiesen, die für den Kommutierungsvorgang bestimmenden Kurzschlussströme in ganz anderer Weise zu messen, nämlich dadurch, dass man bei dreipoligem Kurzschluss auf der Netzseite den Strom auf der Ven- tilscite einphasig zwischen zwei Anschlusspunkten in die Wicklung einführt und den dabei entstehenden Spannungsabfall zwischen jedem Anschlusspaar für sich misst.
Bei dem früher bekannten Verfahren
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zum Messen der Induktanzen wird nämlich das Messergebnis durch alle gegenseitigen Induktan eu zwi- schen den Wicklungsteilen des Transformators beeinflusst, während für den praktischen Betrieb nur die gegenseitigen Induktanzen massgebend sind, die zwischen Wicklungen vorliegen, die an gleichzeitig brennende Ventilstrecken angeschlossen sind. In dem früher genannten Fall eines 4 x 3-phasigen Stromrichters geben die in der einen oder andern Weise ausgeführten Messungen das gleiche Ergebnis, aber dies gilt nicht allgemein. Die erste Bedingung für einen befriedigenden Betrieb ist im allgemeinen Fall, dass die für diesen vorgeschriebene Messung die gleiche Kurzscblussreaktanz in allen Phasen ergibt.
Dies genügt jedoch nicht, sondern noch eine Bedingung kommt hinzu, deren Inhalt aus der folgenden Einzelbeschreibung an Hand der Zeichnung hervorgeht, die als Beispiel einenneunphasigon Tranformator darstellt,
In der Zeichnung bezeichnet P die sterngeschaltete Primärwicklung des Transformators mit den Phasen I, TI und III und S,SundS dessen drei Sekundärwicklungen, welche zickzackgeschaltet sind. Die Anschlusspunkte der Sekundärwicklungen, die an Ventilstrecken angeschlossen werden sollen, sind mit 1-9 bezeichnet. Die Längen der zickzackgeschalteten Wicklungsteile sind derart gewählt, dass zwischen jedem Anschlusspunkt und dem in der Phasen- bzw. Nummernfolge am nächsten liegenden ein Phasenun- terschied. von. 400 besteht.
Als Beispiel ist der Fall gezeigt, dass die Anschlüsse 1, 4 und 7 der Wicklung
S1 10 vor den Primärphasen liegen, die Anschlüsse 2,5 und 8 der Wicklung S2 300 nach und die Anschlüsse 3,6 und 9 der Wicklung S3 700 nach den Primärphasen. Diese Schaltung hat sich aus mehreren
Gesichtspunkten als besonders günstig erwiesen, aber selbstverständlich können auch andere Schaltungen mit 400 gegenseitiges Phasenunterschied für einen Stromrichter mit neun Pulsatioiien gewählt werden. Die Sternpunkte der drei Sekundärwicklungen sollen miteinander über Saugdrosseln oder andere Drosseln so verbunden sein, dass jede Ventilstrecke während einer Drittelperiode brennt.
Die Sekundärwicklungen sind in der Zeichnung in drei Teilbildern gezeichnet, die mit A, B und C bezeichnet sind, um die ver- schiedenen Kommutierungsvorgänge besser klarzumachen. Jede Kommutierung bedeutet in der gegebenen Schaltung bekanntlich, dass eine Ventilstrecke den Strom von der in der Phasenfolge vorangehenden Strecke desselben Dreiphasensternes übernimmt. Beispielsweise übernimmt die an den Punkt 4 angeschlossene Ventilstrecke den Strom von der an den Punkt 1 angeschlossenen. Diese Ablösung geht infolge der Reaktanzen nicht augenblicklich vor sich, sondern braucht eine gewisse Zeit, während der der Strom der abzulösenden Ventilstrecke auf Null sinkt und der Strom der ablösenden von Null auf den vollen Wert steigt.
Schematisch kann man den Vorgang so betrachten, dass in einem die beiden Ventilstrecken und Wicklungsphasen umfassenden Stromkreis ein über den nirmaleabelastungsstrom überlagerter Kurzschlussstrom entsteht, der in der abzulösenden Ventilstrecke gegen und in der ablösenden mit dem Belastungsstrom gerichtet ist. Dieser Kurzschlussstrom wird durch den steigenden Spannungsunterschied zwischen den beiden Anschlüssen entgegen der Reaktanz des Stromkreises erzeugt. Wenn er den Wert des Belastungsstromes erreicht, hört er plötzlich auf, da der Strom in einer Ventilstrecke nicht rückwärts fliessen kann.
Der Kommutierungsvorgang zwischen den Anschlüssen 1 und 4 ist im Teilbild A dargestellt, wo eine gestrichelte Linie zwischen den Anschlusspunkten den Kurzschlussweg über die Ventilstrecken wiedergibt. Die Stromrichtung in diesem Weg und in den Wicklungsteilen ist durch Pfeile angedeutet. Der Strom fliesst, wie ersichtlich, heraus aus dem Anschluss 4 und hinein durch den Anschluss 1, wenn die Ventilstrecke des ersteren den Strom. von der Strecke des letzteren übernimmt.
Durch den Kurzschlussstrom, der, wie ersichtlich, Wicklungsteile aller drei Schenkel des Transformators durchfliesst, werden in sämtlichen übrigen Transformatorwicklungen Spannungen in Abhängigkeit von der gegenseitigen Induktanz zwischen diesen Wicklungen und den den Kurzschlussstrom führenden induziert. Ausschlaggebend für die Arbeitsweise des Stromrichters sind jedoch nur die Spannungen, die in gelegentlich stromführenden Wicklungen induziert werden. Bei der Kommutierung zwischen 1 und 4 sind ausser diesen Anschlüssen nur die Anschlüsse 2 und 3 stromführend. In den dort angeschlossenen Wicklungen werden Spannungen induziert, die dem Kurzschlussstrom entgegengerichtet sind und durch die in den Wicklungen eingezeichneten Pfeile vertreten werden.
Im'Ieilbild B sind zwei Kommutierungsvorgänge angedeutet, nämlich von 2-5 und von 8-2. Während des ersteren Vorganges sind die Anschlüsse 3 und 4, während des letzteren die Anschlüsse 9 und 1 stromführend. Die induzierten Spannungen sind jedoch nur für die Anschlüsse 3 und 1 eingezeichnet, da die ganze Untersuchung auf die Anschlüsse 1, 2 und 3 beschränkt werden kann. Aus Symmetriegründen erhält man dann gleiche Ergebnisse für die beiden übrigen Gruppen von je drei Anschlüssen.
Im Teilbild C ist schliesslich die Kommutierung von 9 - 3 mit den daraus erzeugten Spannungen in an 1 und 2 angeschlossenen Wicklungsteilen eingezeichnet.
Auf jedem Transformatorschenkel liegen, wie aus der Zeichnung hervorgeht, neben der Primärwick-
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Jung zwei lange, zwei mittellange und zwei kurze Sekundärwicklungen. In beispielsweise dem kurzen
Wicklungsteil beim Anschluss 1 werden ausschliesslich nach aussen gerichtete Spannungen induziert, wäh- rend in dem anschliessenden langen Wicklungsteil eine nach innen gerichtete Spannung bei der Kommu- tierung von 8 zu 2 und eine nach aussen gerichtete Spannung bei der Kommutierung von 9 zu3 induziert werden. Die algebraische Summe sämtlicher dieser Spannungen soll bei symmetrischer Strombelastung
Null sein, damit der Stromrichter befriedigend arbeitet. Die gleiche Bedingung gilt für die Anschlüsse 2 und 3.
Die gebotenen Möglichkeiten zur Erfüllung dieser Bedingungen sind die Anbringung der verschie- denen Wicklungsteile in verschiedener Weise nebeneinander.
In der Praxis führt man oft je zwei Wicklungen der gleichen Länge (Windungszahl) zu gemeinsamen
Spulen mit vermischten Windungen zusammen, was in der Regel trotz der beträchtlichen gegenseitigen Spannung möglich ist. Die gegenseitige Streuung zwischen in dieser Weise gemischten Wicklungsteilen kann bei der Berechnung ausser acht gelassen werden. Dagegen kann es, um eine erwünschte gegenseitige Induktanz bzw. Kurzschlussreaktanz eines derartigen Wicklungsteils zu erzielen, erwünscht oder notwendig sein, eine in dieser Weise zusammengesetze Spule in zwei Spulen aufzuteilen, von denen jede die beiden Wicklungsteile erhält, aber die auf beiden Seiten einer Spule liegen, die zwei andere Wicklungsteile erhält.
Beispielsweise kann man die die beiden längsten Wicklungsteile enthaltende Spule in zwei aufteilen, die auf beiden Seiten der die mittleren Teile enthaltenden Spule liegen. Die Spulen, die die kürzesten Wicklungsteile enthalten, können gegebenenfalls um nicht allzu dünn zu werden, auf einem oder mehrerer besonderen kleineren Transformatorkernen mit besonderen Primärwicklungen, vorzugsweise im Kasten des Haupttransformators liegend, angebracht werden.
Dies ist besonders deshalb günstig, weil man in einem fertigen Transformator die Gesamtreaktanzen der Wicklungsteile durch Einschaltung prirrärer oder sekundärer Drosseln in Reihe mit den Kleintransfor- matoren einregeln kann.
Die genaue Erfüllung der Reaktanzbedingungen kann durch Messung festgestellt werden, welche derart ausgeführt wird, dass man die drei Anschlüsse der Primärwicklung kurzschliesst und eine Wechselspannung zwischen beispielsweise den Anschlüssen 1 und 4 und eine gleich grosse Wechselspannung zwischen 9 und 3 bzw. eine. Spannung zwischen den beiden Anschlusspaaren in Reihe aufdrückt. Die zwischen dem Anschluss 2 und dem Sternpunkt gemessene Wechselspannung soll dann Null sein. In entsprechender Weise drückt man Spannungen zwischen 2 und 5 und zwischen 1 und 4 auf und misst die Spannung zwischen dem Sternpunkt und 3 usw. Sämtliche derart gemessenen Spannungen sollen Null sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Stromrichtertransformator mit einer Pulsationszahl, die höher als 6, aber niedriger als 12 ist, und mit zwei oder mehreren verschiedenen zickzackgeschalteten Sekundärwicklungen mit über Ausgleichdrosseln verbundenen Sternpunkten, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen zickzackgeschalteten Wicklungsteile derart bemessen und im Verhältnis zueinander angeordnet sind, dass die Kommutierungsreaktanzen in den verschiedenen Sekundärwicklungen praktisch gleich werden und gleichzeitig die algebraische Summe der Spannungen in jeder Phase, die durch die bei der Kommutierung auftretenden Kurzschlussströme in den während der Brennzeit der erstgenannten Phase kommutierenden Phasen induziert werden, praktisch gleich Null wird.