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Anordnung zur Steuerung eines Gleichrichters in Doppeldreiphasen-Saugdrosselschaltung mittels sättigbarer Drosseln
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Steuerung eines Gleichrichters in
Doppeldreiphasen-Saugdrosselschaltung mittels sättigbarer Drosseln.
Bei den bekannten Anordnungen dieser Art werden Transformatoren in Doppelsternschaltung verwen- det, wobei in Reihe mit jeder Transformatorwicklung eine sättigbare Drossel vorgesehen ist. Fig. 1 zeigt eine solche bekannte Doppeldreiphasen-Saugdrosselschaltung. Der Transformator besitzt sechs Sekundär- wicklungen 1-6, von denen jeweils drei Wicklungen mit ihren Enden zu einem Sternpunkt verbunden sind. Natürlich können auch zwei selbständige Dreiphasentransformatoren verwendet werden. Die Primär- wicklung des Transformators ist in der Fig. 1 nicht dargestellt. Die beiden Sternpunkte sind über eine Saugdrossel 7 miteinander verbunden, deren Mittenanzapfung den negativen Pol 21 der Gleichrichteranordnung bildet. Die freien Enden der Transformatorwicklungen werden über sättigbare Drosseln 14-19 an
Ventile 8-13 angeschlossen.
Die andern Anschlüsse der beiden Ventilgruppen werden miteinander verbunden und bilden gemeinsam den positiven Pol 20 der Gleichrichteranordnung.
Der Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht darin, dass insgesamt sechs sättigbare Drosseln zur Steuerung der Anlage erforderlich sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den dadurch bedingten hohen Aufwand an Schaltmaterial und zu installierender Drosselleistung herabzusetzen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung eine Anordnung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuerung nur über drei sättigbare Drosseln erfolgt. Eine solche Anordnung kann nach der Erfindung in der Weise ausgeführt werden, dass die jeweils einander phasenm ässig entsprechenden beiden Wicklungen des Speisetransformators mit ihren ventilfreien Enden miteinander verbunden werden und diese Verbindungspunkte über je eine sättigbare Drossel an einen gemeinsamen Sternpunkt angeschlossen werden, während die Saugdrossel zwischen den andern beiden gemeinsamen Punkten beider Ventilgruppen liegt (Fig. 2).
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Es sind hiebei jeweils die beiden einander phasenmässig entsprechenden Wicklungen des Speisetransformators miteinander verbunden. Das heisst also, die Wicklung 1 ist mit der Wicklung 4, die Wicklung 2 ist mit der Wicklung 5 und die Wicklung 3 ist mit der Wicklung 6 verbunden. Diese drei Verbindungspunkte sind über sättigbare Drosseln 22,23 und 24 zu einem gemeinsamen Sternpunkt 21 zusammengeschlossen, der den negativen Pol der Anordnung bildet. Die freien Enden der Transformatorwicklungen 1-6 sind in bekannter Weise an die Ventile 8-13 angeschlossen. Zwischen den gemeinsamen Punkten beider Ventilgruppen ist die Saugdros-. sel 7 angeschlossen, deren Mittenanzapfung den positiven Pol 20 der Anordnung bildet.
Während bei der bekannten Schaltung die Arbeitswicklung jeder Drossel während jeder Periode von einem Stromblock, der sich über 1200 elektrisch erstreckt, durchflossen wird, werden die Arbeitswicklungen der sättigbaren Drosseln in Fig. 2 während einer Periode von zwei Stromblöcken, die sich über 1200 elektrisch erstrecken und die gegeneinander um 1800 elektrisch verschoben sind, durchflossen. Das bedeutet, dass bei gleicher Ausgangsleistung der Gleichrichterschaltungen in den Arbeitswicklungen der
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sättigbaren Drossel nach Fig. 2 der für die Erwärmung und damit für die Baugrösse entscheidende effekti- ve Strom bei der Anordnung nach Fig. 2 um den Faktor V2grösser ist als bei der Anordnung nach Fig. 1.
Da jedoch anderseits nur die halbe Anzahl von Drosseln erforderlich ist, ist die gesamte zu installierende
Drosselleistung um den Faktor l :/2 kleiner als bei der Anordnung nach Fig. 1. Wenn z. B. in der An- ordnung nach Fig. 1 aus konstruktiven Gründen oder mit Rücksicht auf den Wirkungsgrad die Stromdichte niedriger gewählt wird als es mit Rücksicht auf die Erwärmung zulässig wäre, kann man bei einem Auf- bau der Schaltung nach Fig. 2 bei Beibehaltung gleicher Gesamtverluste mit der halben zu installierenden
Drosselleistung auskommen.
Die Anordnung nach der Erfindung lässt sich auch, ohne dass zusätzliche oder andere Drosseln erfor- derlich wären, in eine Dreiphasenbrückenschaltung nach Fig. 3 umschalten. Solche Umschaltmöglichkeiten sind betrieblich häufig erwünscht. In der Schaltung nach Fig. 3 erfolgt jedoch die Steuerung der sättigbaren Drosseln über eine Wechselgrosse, während in der Schaltung nach Fig. 2 die Steuerung nur durch einen in einer Richtung fliessenden Strom bzw. durch eine in einer Richtung wirkende Spannung erfolgt.
Bei der Anordnung nach der Erfindung, wie sie Fig. 2 zeigt, kann die Saugdrossel nicht mehr ohne weiteres innerhalb des Transformators angeordnet werden. Dies ist nicht immer ein Nachteil, jedoch hat die gemeinsame Unterbringung der Saugdrossel und des Transformators im gleichen Kühlkessel kühltechnisch gewisse Vorteile. Soll in Fig. 2 die Saugdrossel im Kühlkessel des Transformators untergebracht werden, dann sind hiezu zusätzlich Schienenführungen erforderlich.
Will man die Saugdrossel im Transformatorkessel mit unterbringen, ohne zusätzlich Schienenführungen aufwenden zu müssen, so kann die Anordnung nach Fig. 2 zu einer Anordnung abgewandelt werden, wie sie Fig. 4 zeigt. In Fig. 4 werden ebenfalls nur drei sättigbare Drosseln 22,23 und 24 verwendet. Jede dieser Drosseln trägt auf ihrem Kern jedoch zwei Arbeitswicklungen 22a-24a und 22b-24b. Die den Ventilen abgewendeten Enden der Transformatorwicklungen beider Gruppen werden über je eine Arbeitswicklung einer sättigbaren Drossel zu je einem Sternpunkt zusammengeschlossen. Die beiden Sternpunkte sind über die Saugdrossel 7 miteinander verbunden. Die beiden Arbeitswicklungen zweier phasenmä- ssig einander entsprechender Wicklungen beider Wicklungsgruppen sitzen auf einem gemeinsamen Drosselkern. In der Anordnung-nach Fig. 4 ist zwar die zu installierende Leistung die gleiche.
Da diese Leistung aber in drei Einheiten statt in sechs Einheiten untergebracht ist, sind die aufzuwendenden Kosten geringer als bei der bekannten Anordnung nach Fig. 1. Die Arbeitswicklungen sind auf den Kern der sättigbaren Drosseln 22-24 in Fig. 4 so angeordnet, dass die Steuerung der Drosseln durch eine Wechselgrö- sse zu erfolgen hat. Man kann durch entsprechende Polung der Anordnung auch erreichen, dass die Steuerung durch einen nur in einer Richtung fliessenden Strom bzw. nur in einer Richtung wirkende Spannung erfolgt. Eine solche Anordnung zeigt Fig. 5.
Weitere Varianten der Anordnung nach der Erfindung sind in den Fig. 6-8 dargestellt. Die Anordnung nach Fig. 6 entspricht der Anordnung nach Fig. 4 : es ist lediglich die Reihenfolge der sättigbaren Drosseln und der Transformatorwicklungen vertauscht worden. In Fig. 6 liegen die Arbeitswicklungen der sättigbaren Drosseln also zwischen den Ventilen und den Transformatorwicklungen.
Die Anordnung nach Fig. 7 entspricht der Anordnung nach Fig. 5. Sie unterscheidet sich von der Anordnung nach Fig. 5 in der gleichen Weise, in der sich die Anordnung nach Fig. 6 von der Anordnung nach Fig. 4 unterscheidet.
In Fig. 8 sind, wie bei der bekannten Schaltung nach Fig. 1, die beiden Wicklungsgruppen des Transformators zu je einem Sternpunkt zusammengeschaltet und die beiden Sternpunkte sind über eine Saugdrossel 7 miteinander verbunden. Die freien Enden der Transformatorwicklungen sind an die Ventile 8-13 angeschlossen. Gemäss der Erfindung sind nun die andern Anschlüsse der Ventile zweier einander phasenmässig entsprechender Transformatorwicklungen miteinander verbunden und über sättigbare Drossein 22-24 zum gemeinsamen Pluspol 20 der Anordnung zusammengeschlossen.
Fig. 9 stellt eine Variante der Anordnung nach Fig. 8 dar. Sie unterscheidet sich von dieser lediglich durch Vertauschung der Reihenfolge der Ventile und Transformatorwicklungen bei einer der beiden Gruppen.
Zur Erläuterung der Anwendungsmöglichkeit der vorstehenden Erkenntnisse auf Schaltungen ohne Saugdrossel dienen die Fig. 10-13.
In Fig. 10 ist die bekannte Sechsphasensternschaltung eines Gleichrichters dargestellt. Sie enthält drei Transformatorwicklungen, von denen jede aus zwei Teilwicklungen zusammengesetzt ist ; u. zw. 1 und 4,2 und 5,3 und 6. Hiezu können entweder zwei getrennte Dreiphasentransformatoren verwendet werden oder es können auf den Schenkeln eines Dreiphasentransformators je zwei Teilwicklungen aufge-
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bracht sein, oder es kann die auf jeden Schenkel durchlaufend gewickelte Wicklung mit einer Mittenanzapfung a, b, c versehen sein. Die Primärwicklungen des oder der Transformatoren sind nicht dargestellt. Die Mittenanzapfungen a, b, c bzw. die Verbindungspunkte der Teilwicklungen werden miteinander verbunden und bilden den einen Pol 21 der Gleichrichterschaltung.
Die sechs freien Enden der Transformatorwicklung werden über sättigbare Drosseln 14... 19 und Ventile 8... 13 zu dem andern Pol 20 der Gleichrichteranordnung zusammengeschaltet. Betriebsmässig unterscheidet sich die Sechsphasenstemschaltung von der Doppeldreiphasen-Saugdrosselschaltung in folgender Weise : In der ersteren ist, abgesehen von den Kommutierungszeiten, jeweils nur ein Ventil stromführend. Die Dauer dieser Stromführung beträgt 1/6 der Periodendauer des speisenden Wechselstromnetzes. Bei der Doppeldreiphasen-Saugdrosselschaltung sind jeweils zwei Ventile stromführend. Die Stromführungsdauer jedes Ventils beträgt 1/3 der Periode des speisenden Wechselstromnetzes.
Wird der Gleichrichterschaltung in beiden Fällen ein gleich grosser Strom entnommen, so haben die über die Ventile fliessenden Stromblöcke bei der Sechs- phasengleichrichter-Sternschaltung die doppelte Höhe wie der der Dreiphasen-Saugdrosselschaltung.
Auch hier kann die Steuerung mit nur drei sättigbaren Drosselspulen erfolgen.
Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel. Die Transformatorwicklungen bestehen aus den Teilwicklungen 1 und 4,2 und 5,3 und 6. Die freien Enden der Transformatorwicklungen sind über Ventile 8... 13 zu dem einen Pol 20 der Gleichrichteranordnung zusammengeschlossen. An der Mittenanzapfung a, b, c jeder Transformatorwicklung ist je eine sättigbare Drossel 22,23, 24 angeschlossen. Die freien Enden der drei sättigbaren Drosseln sind miteinander verbunden und bilden den andern Pol 21 der Gleichrichterschaltung.
Während in der bekannten Schaltung nach Fig. 10 die Arbeitswicklungen jeder Drossel während jeder Periode von einem Stromblock, der sich über 600 elektrisch erstreckt, durchflossen-werden, werden die Arbeitswicklungen der sättigbaren Drosseln in Fig. 11 während einer Periode von zwei Stromblöcken, die sich über je 600 elektrisch erstrecken und die gegeneinander um 1800 elektrisch verschoben sind, durchflossen. Das bedeutet, dass bei gleicher Ausgangsleistung der Gleichrichterschaltungen in den Arbeitwicklungen der sättigbaren Drosseln nach Fig. 11 der für die Erwärmung und damit für die Baugrösse ent-
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Anordnung nach Fig. 10. Da anderseits jedoch nur die halbe Anzahl von Drosseln erforderlich ist, ist die gesamte zu installierende Drosselleistung um den Faktor kleiner als bei der Anordnung nach Fig.
10.
Ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 12. In Fig. 12 sind die Mittenanzapfungen a, b, c der aus je zwei Teilwicklungen bestehenden Transformatorwicklungen 1 und 4,2 und 5,3 und 6 wie bei der bekannten Schaltung nach Fig. 10 miteinander verbunden und bilden den einen Pol 21 der Gleichrichterschaltung. Die freien Enden der Transformatorwicklungen sind an die Ventile 8... 13 angeschlossen.
Gemäss der Erfindung sind nun die andern Anschlüsse der Ventile der zu einer Transformatorwicklung gehörenden beiden Teilwicklungen miteinander verbunden und über sättigbare Drosseln 22... 24 zum an- dern Pol 20 der Gleichrichterschaltung zusammengeschlossen.
Fig. 13 stellt eine Variante der Anordnung nach Fig. 12 dar. Sie unterscheidet sich von der Anordnung nach Fig. 12 dadurch, dass für eine der beiden Gruppen, bestehend aus je drei Teilwicklungen und drei Ventilen, die Reihenfolge in der Schaltung von Ventilen und Teilwicklungen vertauscht ist.
Grundsätzlich kann man die Schaltung nach Fig. 11 in der Weise abändern, dass die Mittenanzapfungen a, b, c direkt zu dem einen Pol der Gleichrichterschaltung zusammengeschlossen werden und an Stelle der sättigbaren Drosseln 22,23, 24 solche verwendet werden, die zwei Arbeitswicklungen besitzen. Diese Drosseln werden dann so in die Schaltung eingefügt, dass jede der beiden Arbeitswicklungen einer Drossel mit einer der beiden Teilwicklungen einer Transformatorwicklung in Reihe geschaltet ist.
Gleichgültig ist es dabei, ob diese Reihenschaltung an der Stelle zwischen den Teilwicklungen und dem Sternpunkt oder an der Stelle zwischen den Teilwicklungen und den Ventilen erfolgt.
Bei den Schaltungen nach der Erfindung kann selbstverständlich wie bei den bekannten Schaltungen die Steuerung der sättigbaren Drosseln statt über eine isolierte Steuerwicklung auch unter Zuhilfenahme von Isoliertransformatoren über die Arbeitswicklungen selbst erfolgen.
Ebenso kann bei den Schaltungen nach der Erfindung wie bei den bekannten Schaltungen eine Umpolung sämtlicher Ventile vorgenommen werden.
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Arrangement for controlling a rectifier in a double three-phase suction throttle circuit by means of saturable throttles
The present invention relates to an arrangement for controlling a rectifier in
Double three-phase suction throttle circuit using saturable chokes.
In the known arrangements of this type, transformers are used in a double-star connection, a saturable choke being provided in series with each transformer winding. Fig. 1 shows such a known double three-phase suction throttle circuit. The transformer has six secondary windings 1-6, of which three windings are connected at their ends to form a star point. Of course, two independent three-phase transformers can also be used. The primary winding of the transformer is not shown in FIG. The two star points are connected to one another via a suction throttle 7, the center tap of which forms the negative pole 21 of the rectifier arrangement. The free ends of the transformer windings are connected via saturable chokes 14-19
Valves 8-13 connected.
The other connections of the two valve groups are connected to one another and together form the positive pole 20 of the rectifier arrangement.
The disadvantage of this known arrangement is that a total of six saturable chokes are required to control the system.
The invention is based on the object of reducing the resulting high expenditure on switching material and the choke power to be installed.
To solve this problem, an arrangement is proposed according to the invention, which is characterized in that the control takes place only via three saturable chokes. Such an arrangement can be carried out according to the invention in such a way that the two windings of the supply transformer corresponding to each other in phase are connected with their valve-free ends and these connection points are each connected to a common star point via a saturable choke, while the suction choke between the other two common points of both valve groups (Fig. 2).
An embodiment of the invention is shown in FIG. The two windings of the supply transformer which correspond to one another in terms of phase are connected to one another. This means that the winding 1 is connected to the winding 4, the winding 2 is connected to the winding 5 and the winding 3 is connected to the winding 6. These three connection points are connected via saturable chokes 22, 23 and 24 to form a common star point 21 which forms the negative pole of the arrangement. The free ends of the transformer windings 1-6 are connected to the valves 8-13 in a known manner. The suction throttle is located between the common points of both valve groups. sel 7 connected, whose center tap forms the positive pole 20 of the arrangement.
While in the known circuit the working winding of each inductor is traversed by a current block which extends over 1200 electrical during each period, the working windings of the saturable inductors in FIG. 2 during a period of two current blocks which extend over 1200 electrical and which are electrically shifted against each other by 1800. This means that with the same output power of the rectifier circuits in the working windings of the
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saturable choke according to FIG. 2, the effective current, which is decisive for the heating and thus for the structural size, in the arrangement according to FIG. 2 is greater by a factor of V2 than in the arrangement according to FIG. 1.
On the other hand, however, since only half the number of chokes is required, the entire number has to be installed
Throttle power by a factor of l: / 2 smaller than in the arrangement according to FIG. If, for example, in the arrangement according to FIG. 1, for structural reasons or with regard to the efficiency, the current density is chosen to be lower than would be permissible with regard to the heating, one can maintain the circuit according to FIG the same total losses with half that to be installed
Get by throttle power.
The arrangement according to the invention can also be switched to a three-phase bridge circuit according to FIG. 3 without the need for additional or different chokes. Such switching options are often operationally desirable. In the circuit according to FIG. 3, however, the saturable chokes are controlled via an alternating variable, while in the circuit according to FIG. 2 control is only effected by a current flowing in one direction or by a voltage acting in one direction.
In the arrangement according to the invention, as shown in FIG. 2, the suction throttle can no longer easily be arranged within the transformer. This is not always a disadvantage, but the common accommodation of the suction throttle and the transformer in the same cooling vessel has certain cooling advantages. If the suction throttle is to be accommodated in the cooling tank of the transformer in FIG. 2, rail guides are additionally required for this purpose.
If one wishes to accommodate the suction throttle in the transformer tank without having to use additional rail guides, the arrangement according to FIG. 2 can be modified to an arrangement as shown in FIG. In Fig. 4, only three saturable chokes 22, 23 and 24 are used. However, each of these chokes has two working windings 22a-24a and 22b-24b on its core. The ends of the transformer windings of both groups facing away from the valves are connected to one star point each via a working winding of a saturable choke. The two star points are connected to one another via the suction throttle 7. The two working windings of two windings of both winding groups which correspond in phase to one another sit on a common choke core. In the arrangement according to FIG. 4, the power to be installed is the same.
Since this power is accommodated in three units instead of six units, the costs to be expended are lower than in the known arrangement according to FIG. 1. The working windings are arranged on the core of the saturable chokes 22-24 in FIG. 4 so that the The throttles must be controlled by an alternating variable. By correspondingly polarizing the arrangement, it is also possible to ensure that the control is carried out by a current flowing in only one direction or by a voltage acting only in one direction. Such an arrangement is shown in FIG. 5.
Further variants of the arrangement according to the invention are shown in FIGS. 6-8. The arrangement according to FIG. 6 corresponds to the arrangement according to FIG. 4: only the order of the saturable chokes and the transformer windings has been reversed. In FIG. 6, the working windings of the saturable chokes are thus between the valves and the transformer windings.
The arrangement according to FIG. 7 corresponds to the arrangement according to FIG. 5. It differs from the arrangement according to FIG. 5 in the same way in which the arrangement according to FIG. 6 differs from the arrangement according to FIG.
In FIG. 8, as in the known circuit according to FIG. 1, the two winding groups of the transformer are connected to one star point each and the two star points are connected to one another via a suction throttle 7. The free ends of the transformer windings are connected to the valves 8-13. According to the invention, the other connections of the valves of two transformer windings with corresponding phases are now connected to one another and connected to the common positive pole 20 of the arrangement via saturable chokes 22-24.
FIG. 9 shows a variant of the arrangement according to FIG. 8. It differs from this only in that the sequence of the valves and transformer windings in one of the two groups is reversed.
FIGS. 10-13 serve to explain the possibility of applying the above findings to circuits without suction throttle.
In Fig. 10, the known six-phase star connection of a rectifier is shown. It contains three transformer windings, each of which is composed of two partial windings; u. Between 1 and 4.2 and 5.3 and 6. Either two separate three-phase transformers can be used for this, or two partial windings can be used on each of the legs of a three-phase transformer.
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be brought, or the winding continuously wound on each leg can be provided with a center tap a, b, c. The primary windings of the transformer (s) are not shown. The center taps a, b, c or the connection points of the partial windings are connected to one another and form one pole 21 of the rectifier circuit.
The six free ends of the transformer winding are connected together via saturable chokes 14 ... 19 and valves 8 ... 13 to form the other pole 20 of the rectifier arrangement. In terms of operation, the six-phase star circuit differs from the double-three-phase suction throttle circuit in the following way: In the former, apart from the commutation times, only one valve is live. The duration of this current conduction is 1/6 of the period of the feeding AC network. In the double three-phase suction throttle circuit, two valves are live. The current carrying time of each valve is 1/3 of the period of the feeding AC network.
If an equal current is drawn from the rectifier circuit in both cases, the current blocks flowing through the valves in the six-phase rectifier star circuit are twice as high as those in the three-phase suction throttle circuit.
Here, too, control can be carried out with only three saturable choke coils.
Fig. 11 shows an embodiment. The transformer windings consist of the partial windings 1 and 4, 2 and 5, 3 and 6. The free ends of the transformer windings are connected to one pole 20 of the rectifier arrangement via valves 8 ... 13. A saturable choke 22, 23, 24 is connected to the center tap a, b, c of each transformer winding. The free ends of the three saturable chokes are connected to one another and form the other pole 21 of the rectifier circuit.
While in the known circuit according to FIG. 10 the working windings of each choke are flowed through during each period by a current block which extends over 600 electrically, the working windings of the saturable chokes in FIG. 11 are during a period of two current blocks which each extending over 600 electrically and which are electrically shifted against each other by 1800. This means that with the same output power of the rectifier circuits in the working windings of the saturable chokes according to FIG. 11, the one for the heating and thus for the size
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Arrangement according to FIG. 10. Since, on the other hand, only half the number of throttles is required, the total throttle capacity to be installed is smaller by a factor than in the arrangement according to FIG.
10.
Another exemplary embodiment is shown in FIG. 12. In FIG. 12, the center taps a, b, c of the transformer windings 1 and 4, 2 and 5, 3 and 6, each consisting of two partial windings, are connected to one another as in the known circuit according to FIG form one pole 21 of the rectifier circuit. The free ends of the transformer windings are connected to the valves 8 ... 13.
According to the invention, the other connections of the valves of the two partial windings belonging to a transformer winding are now connected to one another and connected to the other pole 20 of the rectifier circuit via saturable chokes 22 ... 24.
13 shows a variant of the arrangement according to FIG. 12. It differs from the arrangement according to FIG. 12 in that for one of the two groups, each consisting of three partial windings and three valves, the sequence in the switching of valves and Part windings is reversed.
In principle, the circuit according to FIG. 11 can be modified in such a way that the center taps a, b, c are connected directly to one pole of the rectifier circuit and instead of the saturable chokes 22, 23, 24 those are used which have two working windings . These chokes are then inserted into the circuit in such a way that each of the two working windings of a choke is connected in series with one of the two partial windings of a transformer winding.
It does not matter whether this series connection takes place at the point between the partial windings and the star point or at the point between the partial windings and the valves.
In the circuits according to the invention, as in the known circuits, the control of the saturable chokes can of course also take place with the aid of insulating transformers via the working windings themselves instead of via an isolated control winding.
Likewise, in the circuits according to the invention, as in the known circuits, all valves can be reversed.
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