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Hochspannungs gleichrichterschaltung
Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsgleichrichterschaltung, welche zum Anschluss an Drehstromnetze bestimmt ist. Es ist bekannt, derartige Schaltungen als Dreiphasengleichrichterschaltung derart auszubilden, dass der an der Sekundärseite eines Dreiphasentransformators liegende Nullpunkt an einem Pol eines Kondensators angeschlossen ist, während die andern Enden der Sekundärwicklungen einzeln über je einen Gleichrichter an den andern Pol des Kondensators angeschlossen sind. Eine weitere bekannte Schaltung verwendet statt des Kondensators eine Drosselspule, welche nach den Gleichrichtern eingeschaltet ist. Der Nachteil dieser bekannten Schaltungen liegt vor allem darin, dass die an die Gleichrichter gelangende Sperrspannung etwa doppelt so hoch als die vollkommen gleichgerichtete Spannung ist.
Dieser Nachteil ist gerade für die Gleichrichtung von Hochspannungen schwerwiegend. Gemäss einer andern bekannten Schaltung sind die Sekundärwicklungen des Dreiphasentransformators untereinander verbunden, wobei an diese Sekundärwicklungen eine aus Dioden bestehende Brückenschaltung angeschlossen ist. Diese Schaltung weist einen grossen Aufwand an Schaltungselementen, insbesondere Gleichrichter- elementen auf und es liegt auch hier der Nachteil vor, dass die auf die Gleichrichterdioden gelangende Sperrspannung sehr hoch ist.
Eine andere bekannte Schaltung zeigt in Serie geschaltete einphasige Teilwicklungen eines dreiphasigen Systems, wobei die Gleichrichtung mittels mechanischer Gleichrichter erfolgt. Die Nachteile mechanischer Gleichrichter sind bekannt, so dass sich diese Schaltung als nicht zufriedenstellend erwiesen hat.
Schliesslich ist noch eine Gleichrichteranlage bekanntgeworden, bei welcher die Sekundärwicklungen eines dreiphasigen Systems voneinander getrennt sind. An die einzelnen Teilwicklungen sind Gleichrichterelemente angeschlossen, deren Ausgangsseite jeweils zu einer Mittelanzapfung der nächstfolgenden Teilwicklung oder zu einer Gleichrichterbrückenschaltung geführt ist, wobei die einzelnen Brückenschaltungen untereinander in Serie geschaltet sind.
Auch diese Schaltung weist einen sehr hohen Aufwand an Gleichrichterelementen auf und ist daher' insbesondere bei geringer Gleichstrombelastung unwirtschaftlich. Ferner ist die Sperrspannung an den Gleichrichterdioden sehr hoch.
Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, die geschilderten Nachteile bei einer Hochspannungsgleichrichterschaltung, welche zum Anschluss an Drehstromnetze geeignet ist und einen Dreiphasentransformator, elektrische Gleichrichter und Filterkondensatoren aufweist, zu vermeiden. Die Erfindung besteht hiebei im wesentlichen darin, dass der Dreiphasentransformator mindestens eine, aus drei untereinander nicht verbundenen, voneinander abgesonderten Sekundärwicklungen bestehende Gruppe enthält, dass die Sekundärwicklungen jeder Dreiergruppe drei verschiedenen Phasen zugehören und bezüglich ihrer Anfänge und Enden in jeweils gleicher Weise über die elektrischen Gleichrichter in Einphasengleichrichterschaltung an je einen der Filterkondensatoren angeschlossen sind, wobei die Filterkondensatoren mit entgegengesetzter Polarität in Serie geschaltet sind,
und die beiden Endpunkte dieser Serienschaltung die Klemmen der Ausgangsspannung bilden. Dadurch kann nun nicht nur gegenüber den bekannten Schaltungen eine wesentliche Ersparnis an Gleichrichterelementen, insbesondere Dioden, erzielt werden, sondern auch die an die einzelnen Gleichrichterelemente gelangende Sperrspannung bedeutend geringer gehalten werden. Gegenüber zahlreichen bekannten Schaltungen wird hiebei diese Sperrspannung auf ein Datte herabgesetzt. Ferner wird auch die Welligkeit der erhaltenen Gleichspannung verbessert.
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Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung kann die Anordnung so getroffen sein, dass die Anfänge der eine Dreiergruppe bildenden Sekundärwicklungen, welche stern- oder dreieckschaltungsartig angeordnet sind, unmittelbar an je einen Filterkondensator und die Enden dieser Wicklungen an den positiven Pol je eines Gleichrichters angeschlossen sind oder umgekehrt, und dass der negative Pol des Gleichrichters an den andern Belag des Filterkondensators angeschaltet ist.
Es kann jedoch auch im Rahmen der Erfindung die Anordnung so getroffen sein, dass die Sekundärseite des Transformators zwei Dreiergruppen mit sechs, untereinander nicht verbundenen, voneinander abgesonderten Sekundärwicklungen enthält und dass die Anfänge und die Enden der Wicklungen der einen Gruppe jeweils in gleicher Weise, die Anfänge und - lerwicklungen der ändern Gruppe jedoch zuder ersten Gruppe entgegengesetzt andieden einzelnen '.'ick : n"n zugehörigen Filterkondensatoren sowie an die positiven Pole der Gleichrichter geschaltet sl :.-i. i der negative Pol jedes Gleichrichters an den jeweils andern Belag des dem jeweiligen Gleichrichter zugehörigen Filterkondensators angeschlossen ist.
In beiden Fällen ergeben sich besonders günstige Schaltungen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässenSchaltung schematisch dargestellt.
Die Fig. 1 - 4 zeigen hiebei vier verschiedene Schaltungsvarianten.
Bei derSchaltung nach Fig. 1 sind die Sekundärwicklungen 1, 2,3 eines Dreiphasentransformators entsprechend einer Sternschaltung angeordnet, jedoch sind die einander zugekehrten Enden der Wick- lunges", 2,3 nicht zu einem Sternpunkt vereinigt. Die drei Wicklungen l, 2,3 sind jeweils in Einphasen, ibweQjLe' 'ichterschaltung an Gleichrichterelemente 4,-5, 6 und überdieseanKondensatoren 7, , C a schlossen, welche über die Gleichrichterelemente 4,5, 6 aufgeladen werden.
DieGleichr,-er.-nte 4,5, 6 könnenhiebeiausmehrereninReihe geschalteten Einzelelementen, z. B. Halbleiterdioden, bestehen. Die Kondensatoren 7,8, 9 sind jeweils in Serie geschaltet, so dass ungleichnamige Pole benachbarter Kondensatoren zusammengeschaltet sind. Demzufolge werden die einzelnen gleichgerichteten Spannungen summiert. Die Welligkeit der resultierenden Gleichspannung entspricht der Welligkeit einer gleichgerichteten dreiphasigen Wechselspannung, da die Phasen der Ladeströme der einzelnen Kondensatoren gegeneinander um 1200 verschoben sind.
Vorteilhaft ist, dass die Sperrspannung an den Gleichrichterelementen 4,5, 6 lediglich ein Drittel der Sperrspannung in bekannten Dreiphasenschaltungen beträgt. Dies bedeutet insbesondere in jenen Fällen eine grosse Ersparnis an Gleichrichterelementen, in welchen eine mehr als 500 V betragende Spannung mittels Gleichrichterdioden gleichzurichten ist. Es beträgt nämlich die Sperrspannung der zur Verfügung stehenden Halbleitergleichrichterdioden derzeit lediglich einige Hundert Volt. Demzufolge müssen bei Hochspannungsgleichrichtung mehrere solcher Diodenelemente in Reihe geschaltet werden.
Dadurch, dass die erfindungsgemässe Schaltung die Sperrspannung pro Gleichrichterelement wesentlich herabsetzt, kann die Anzahl der nötigen Dioden auf etwa ein Drittel derjenigen Anzahl herabgesetzt werden, welche in bekannten Schaltungen notwendig ist. Dadurch wird an Platz, Kosten und Schaltungszeit gespart. Ferner wird die Störungsanfälligkeit der Schaltung herabgesetzt. Dadurch, dass die Welligkeit (Brummspannung) der erhaltenen Gleichspannung nicht gross ist, können relativ kleine Filterkondensatoren 7,'8, 9 verwendet werden.
Ein weiterer Vorteil der Schaltung liegt darin, dass die einzelnen Wicklungen l, 2,3 keine höheren Spannungen als die einzelnen Phasenspannungen führen müssen. Es muss jedoch darauf Bedacht genommen werden, dass die Sekundärwicklungen l, 2,3 sowie die ihnen zugeordneten Gleichrichterelemente 4,5, 6 sowie die Filterkondensatoren 7,8, 9 nicht auf gleichen Potentialen liegen und daher entsprechend isoliert werden müssen.
Die Schaltung nach Fig. 2 stellt eine Weiterentwicklung der Schaltung nach Fig. 1 dar. Gemäss Fig. 2 sind für jede Phase des Dreiphasentransformators zwei Sekundärwicklungen vorgesehen. Die im unteren Dreiphasensystem des Transformators befindlichen Sekundärwicklungen laden ihre Kondensatoren in entgegengesetzter Phase zu den im oberen System liegenden Wicklungen. Die Welligkeit der erhaltenen Gleichspannung, welche an den Endpunkten der Kondensatorserienschaltung abgenommen wird, entspricht daher einer sechsphasigen Anspeisung. Ferner wird die zur Erhaltung einer bestimmten Gleichspannung nötige Sperrspannung an den einzelnen Elementen und die notwendige Transformatorsekundärspannung weiter vermindert, u. zw. etwa auf die Hälfte derjenigen Werte, welche bei der Schaltung nach Fig. 1 auftreten.
Bei der Schaltung nach Fig. 3 sind die Sekundärwicklungen des Transformators entsprechend einer Dreieckschaltung angeordnet, jedoch nicht unmittelbar miteinander verbunden. Im übrigen unterscheidet sich die Schaltung nicht von der Schaltung nach Fig. 1. Auch hier entspricht die Welligkeit der erhaltenen Gleichspannung der einer dreiphasigen Anspeisung.
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Die Schaltung nach Fig. 4 ist ähnlich der Schaltung nach Fig. 2 und bildet eine Weiterentwicklung derSchaltung nach Fig. 3. Gemäss der Schaltung nach Fig. 4 laden die Sekundärwicklungen des unteren
Transformatorsystems ihre Kondensatoren in Gegenphase in bezug auf die Sekundärwicklungen des oberen
Systems des Transformators auf. Die Welligkeit der erhaltenen Gleichspannung entspricht der einer sechsi phasigen Anspeisung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hochspannungsgleichrichterschaltung zum Anschluss an Drehstromnetze, welche einen Dreiphasen-
EMI3.1
dass der Dreiphasentransformator mindestens eine, aus drei untereinander nicht verbundenen, voneinander abgesonderten Sekundärwicklungen bestehende Gruppe enthält, dass die Sekundärwicklungen jeder Dreiergruppe drei verschiedenen Phasen zugehören und bezüglich ihrer Anfänge und Enden in jeweils gleicher
Weise über die elektrischen Gleichrichter in Einphasengleichrichterschaltung an je einen der Filterkonden- satoren angeschlossen sind, wobei die Filterkondensatoren mit entgegengesetzter Polarität in Serie ge- schaltet sind, und die beiden Endpunkte dieser Serienschaltung die Klemmen der Ausgangsspannung bilden.
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sind, unmittelbar an je einen Filterkondensator und die Enden dieser Wicklungen an den positiven Pol je eines Gleichrichters angeschlossen sind oder umgekehrt, und dass der negative Pol des Gleichrichters an den andern Belag des Filterkondensators angeschaltet ist (Fig. 1, 3).