CH204063A

CH204063A - Stromrichterschaltung zur Erzielung einer höherphasigen Welligkeit.

Info

Publication number: CH204063A
Authority: CH
Inventors: Gesellschaft Fuer Elec Haftung
Original assignee: Electrotech Erzeugnisse Gmbh
Priority date: 1937-03-18
Filing date: 1938-03-14
Publication date: 1939-04-15

Description

Stromrichterschaltung zur Erzielung einer höherphasigen Welligkeit. Bei Stromriehteranlagen ,grösserer Lei stung reicht im allgemeinen eine sechsphasige Welligkeit mit Rücksicht auf die Rückwir- kungen auf das speisende Netz nicht mehr aus.

Es sind aus diesem Grunde bereits eine ganze Reihe von Schaltungen :entwickelt wor den, die :eine wesentlich höherphasige, z. B.

12-, 18- oder 24phasige Welligkeit liefern. Die für @diesen Zweck bekannt ,gewordenen Schaltungen haben aber durchweg den Nach- teil, :dass .die Ausnutzung der Transformato- ren ziemlich schlecht ist.

Infolgedessen er geben sich für die Transformatoren Typen leistungen, die um etwa 2:5 bis 50 % höher sind als :die Gleichstromleistung, was wie- derum, eine entsprechende Erhöhung der Transformatorverluste zur Folge hat.

Nun ist man aber ,gerade in neuerer Zeitbestrebt, :die Verluste von Stromriateranlagen möglichst herabzusetzen. So hat man sich aus diesem Grunde bereits der Weiterentwicklung von Kontaktstromrichtern zugewendet, :da diese gegenüber den Entladungsstmoken nur au sserordentlich .geringe ;

Spannungsabfä11:e :auf- weisen. Bei derartigen gontaktstromrichtern wird infolgedessen der weitaus ;grösste Anteil an den -Gesamtverlusten -der ganzen Strom richteranlage durch :die Trausformatorver- luste gebildet, so dass gerade hier eine gün- stige Transformatorausnutzung von beson derer Bedeutung .ist.

Die Erfindung :betrifft :demgemäss Strom- richtersohaltungen für höherphasige Wellig keit, bei denen ;

gegenüber den bisher bekann ten Schaltungen eineganz erhebliche Herab setzung der Transformator-Typenleistung und damit auch oder Verluste erzielt wird. Diese Vorteile fallen nach dem vorher Gesagten besonders bei gontäktstromrichtern ins Ge wicht, bedeuten aber auch bei andern Strom- richterarten, z. B.

bei Quecksilberdampfent- ladungsgefässen, besonders bei solchen mit Initalzündung (Ignitron), bei Troekengdeich- ri:

chtern und bei ähnlichen, Ventilen, eine er- hebliche Verbesserung. Gemäss der Erfin,dung- wird eine Stromriehterschaltung für f ri-plia- sige Welligkeit durch die Vereinigung von n in der Phase um nn gegeneinander verscho- benendreiphasigen Stromrichtersystemen in Graetzschaltun,

g gebildet. Es ergibt sich dann die Tatsache, dass zur Erzielung einer 4- phasigen Welligkeit eine nur U.-phasige Transformatorschaltung erforderlich ist, die noch obendrein eine ähnliche geringe Typen leistung aufweist wie die dreiphasige Graetz- sehaltung. Die Erfindung geht davon aus. dass die hinsichtlich,

der Transformator- Typenleistung günstigste bisher bekannte Schaltung die dreiphasige Graetzs.chaltung ist. Die Typenleistung beträgt bei dieser Schaltung nur das 1,

05fache der Gleiehstrom- leistung. Ausserdem bietet diese Schaltung im Vergleich zu der entsprechenden Saug- drosselschaltung darüber hinaus noch den Vorteil, :dass die das Ventil beanspruchende Sperrspannung nur halb so gross ist;

wie bei jener. Es ist bereits versucht worden, die Graetzsehaltung auch für höhere Phasenzah len geeignet zu machen. Hierbei gelang es ,jedoch nie, den wichtigsten Vorteil der drei- phasigen Graetzsehaltung, nämlich die ge ringe Typenleistung des Transformators, bei zubehalten.

Die Verwendung eines sechspha- sigen Transformators zum Beispiel, gleich- 0* ob in Stern- oder PoIygons.chaltung, bringt gegenüber der dreiphasigen Graetz- sehaltung keinen Vorteil, da sie ebenfalls wie diese nur eine sechsphasige Welligkeit er gibt.

19phaa-ige Welligkeit konnte bisher nur mit 12phasigen Transformatorschaltungen er- reieht werden, wobei aber die Transformator- au6nutzung überaus schlecht war.

Der Erfin dung liegt demgegenüber der Gedanke zu grunde, auch häherpha.sigeSchaltungen aus graetzscha,ltungsartigen Grundelementen auf zubauen, bei denen der Vorteil einer ,sehr geringen Typenleistung des Transformators erhalten bleibt.

In der Zeichnung sind mehrere Ausfüh- iungsbeispieleder Erfindung dargestellt. Die Stromrichtersehaltung nach Fig. 1 besteht aus einer Vereinigung von zwei dreiphasigen Graetzscha,ltiingen. Jede Graetzseha.ltung be steht aus einer Gruppe von sechs Ventilen oder Schaltkontakten 3 bezw. 3',

die an die dreiphasige Tra.nsforma.torsekundärwieklung bezw. ?' angeseh,lossen sind. Jede drei- phasige Graetzseha.ltung liefert in an sich bekannter Weise auf der Sekundärseite eine sechsphasige Gleichstromwelligkeit. Dieser Vorgang ist in Fig. 8 an Hand von :

Span- nungskurven näher erläutert. Bei der Graetz- schaltung werden nicht nur die positiven, sondern auch die negativen Halbwellen der Weehselspanniin,g ausgenutzt.

Bedeuten also U, V undW die Spannungskurven der drei Phasen des speisenden Wechselstromnetzes, ISO ist der Augenblickswert U, der gleich- gerichteten Spannung jeweils gleich der Summe aus den Augenblickswerten zweier verschiedener Phasen, die in dem betreffen den Augenblick gerade gleichzeitig Strom führen.

Man erhält also ITg., wie das in Fig. 8 auch dargestellt ist, als senkrechten Abstand zwischen den bei der Gleichrichtung heraus- geschnittenen Kuppen der positiven und ne gativen Spannungshalbwellen. Trägt man den so erhaltenen Augenblickswert von U, über einer geraden Null-Linie auf,

so erhält man eine gleichgerichtete Spannung, wie sie der untere Teil .der Fig. 8 zeigt. Man sieht.

dass die Welligkeit des gleiell.gerichteten Stromes bei der angenommenen dreiphasigen Gleiehrichterspeisting dieselbe ist wie sonst bei einer 6phasigen Gleichrichtung. Durch Zusammenschalten von zwei dreiphasigen Graetzsystemen, die in der Phase um30' gegeneinander verschoben sind, gelingt es in folgedessen,

auf 12phasige Welligkeit zu kommen. In Fig. 1 wird diese Versetzung der beiden Spannungssysteme um30' dadurch erreicht, dass die Primärwicklung 1 des einen Transformators in Dreieck, die Primärwick lung 1' des andern Transformators in Stern geschaltet ist. Bei der Parallelschaltung kön nen die Gleichstromklemmen der beiden Systeme an dem einen Pol unmittelbar zu sammengelegt werden, während sie am an dern Pol über eine Spannungsteilerdrossel- spule 4 verbunden werden müssen.

An Stelle einer Spannungsteilerspule mit magnetisch gekoppelten Wicklungen können dabei auch zwei ungekoppelte Einzeldrosselspulen tre ten, die dann gleichzeitig noch als Glättungs- drosseln wirken. Anstatt die Gleichspan- iiungssysteme parallel zu schalten, kann man sie auch in Reihe schalten.

Die Spannungs- teilerspule fällt dann fort; ' man erhält eben falls eine resultierende Zwölfphasenwellig- keit bei doppelter Spannung und halbem Strom, weswegen die Reihenschaltung vor zugsweise für höhere Gleichspannungen in Frage kommt. Die Typenleistung der Schal tung nach Fig. 1 beträgt das 1,05fache der Gleichstromleistung.

Fig. 2 zeigt gleichfalls eine aus zwei ge trennten Transformatoren bestehende Sechs phasenschaltung mit 12phasiger Welligkeit. Bei dieser Schaltung sind jedoch die Pri- lnä.rwicklungen bei beiden Transformatoren gleichartig ausgeführt; es besteht daher die Möglichkeit, durch wahlweise Umschaltung der Primärwicklungen auf Dreieck oder Stern ohne Anzapfungen am Transformator- zwei Gleichspannungsstufen zu erhalten.

Die ge genseitige Versetzung der beiden Sekundär wicklungen um30' e1. geschieht hier durch Ausführung der Sekundärwicklungen in Zickzackschaltung, wobei die Zipfel der bei den Wicklungen entgegengesetzt gerichtet sind. Die innern langen Wicklungsteile sind dabei für eine Spannung von 81,5 % der ge samten Phasenspannung, die Zipfel für eine solche von je30% der Phasenspannpng aus zulegen. Die Zusammenschaltung zu einem zwölfphasig wirkenden System ist hier durch Reihenschaltung der Systeme vorgenommen, doch kann statt dessen auch die Parallel schaltung benutzt werden.

Infolge der Zick- zackschaltung ist die Typenleistung hier etwas ungünstiger, nämlich das l,llfache der Gleichstromleistung. Sie liegt aber immer noch beträchtlich unter derjenigen der ent sprechenden 12phasigen Saugdrosselschal- tung, die das 1,35fache der Gleichstromlei stung beträgt, wobei noch darüber hinaus gegenüber der Saugdresselschaltung die bei- den Saugdrosseln für die dreifache Grund frequenz fortfallen.

In Fig. 3 ist eine Verbesserung der in Fig. 2 gezeigten Schaltung dargestellt, die durch Zusammenlegung der beiden Primär wicklungen entsteht. Hierdurch wird ein ein- ziger Transformator mit nur einer Primär wicklung und zwei getrennten sekundären Zickzackwicklungen erhalten mit einer Ty penleistung von nur dem 1,09fachen der Gleichstromleistung. Für die Zusammen schaltung gilt unverändert das früher Ge sagte.

In Fig. 4 ist eine Schaltung mit noch ge ringerer Typenleistung von nur dem 1,06- fachen der Gleichstromleistung gezeigt, die durch weitere Zusammenlegung auch der Sekundärwicklungen gewonnen wurde.

Es ergibt sich hierdurch eine Art Gabelschal tung mit den Wicklungsenden u, v, w und u', v', w'. Die Ventilgruppe 3 der einen Graetzschaltung ist an die Wicklungsenden u, v, w, die Ventilgruppe 3' der andern Graetzschaltung an die Wicklungsenden u', v', w' angeschlossen.

Die gezeigte Gabel schaltung weicht jedoch von der sonst üb lichen Sechsphasen-Gabelschaltung dadurch ab, dass die Gabelstämme jetzt für 81,5 % der Phasenspannung und die Gabelzweige für je30% der Phasenspannung ausgelegt sind, um die hier erforderliche Versetzung von nur 30' e1. anstatt60' e1. bei den normalen Schaltungen zu erreichen. Für die Zusam menschaltung der beiden Gleichspannungs- systeme kommt hier nur die Parallelschal tung in Frage,

da beide Systeme durch die gemeinsamen Gabelstämme bereits potential mässig festgelegt sind, und die Parallelschal tung muss wegen der galvanischen Verbin dung beider Systeme hier an beiden Polen über je eine Spannungsteilerdrosselspule hal ber Leistung erfolgen. Fig. 5 zeigt schliess lich als Beispiel noch eine der Fig. 4 entspre chende Polygonsehaltung mit gleicher Wir kung. Auch hier stehen die kurzen und die langen Wicklungsteile im Verhältnis30: 81,5.

Die Typenleistung dieser Schaltung beträgt nur das 1,02fache der Gleichstromleitung. In weiterer Ausgestaltung des Erfin dungsgedankens lassen sich nicht nur Schal tungen mit 12phasiger Welligkeit herstellen, sondern auch solche mit 18-, 24-, 36- und höherphasiger Welligkeit.

Hierzu können alle die von den gewöhnlichen Stromrichterschal- tungen höherer Phasenzahl her bekannten Hilfsmittel zur Phasenversetzung verwendet werden, wie zum Beispiel Sekundärwicklun gen mit mehr als sechs passend versetzten Anschlusspunkten, Vorsatz-Quertransforma- toren, verschiedenartige Schaltung der Pri märwicklungen einer Gruppe und dergl. Allen diesen Schaltungen ist, wie gesagt, die Verwendung von dreiphasigen Grundschal tungen mit 6phasiger Welligkeit gemeinsam,

bei denen durch Ausnutzung der Transfor- matorwicklungen für beide Stromrichtungen bei einer Stromführungsdauer in jeder Rich tung von 120' e1. je Trafophase eine geringe Typenleistung des Transformators sicher gestellt ist.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für 18phasige Welligkeit. Dies < : Schaltung besteht aus drei dreiphasigen GraetzschaItungen mit den Ventil- bezw. Kontaktgruppen 3, 3' und 3", die an die Wicklungsenden u, t, w bezw. u', v', w' und u", v", w" einer 9phasigen Gabelschaltung angeschlossen sind. Die Parallelschaltung der drei Graetzschaltungen erfolgt über zwei dreiphasige Spannungsteilerdrosseln 5 bezw. 5'.

In Fig. 7 ist schliesslich noch eine 12pha- sige Schaltung mit 24phasiger Welligkeit dargestellt, die aus zwei 6phasigen Teilschal tungen mit je 12phasiger Welligkeit zusam mengesetzt ist. Die Verschiebung der beiden Teilsysteme wird hier durch die beiden Quer transformatoren 6 und 6' erzielt, die beide eine Phasenverdrehung um 7,5 , jedoch in entgegengesetztem Sinne bewirken.

Es versteht sich von selbst, dass die be schriebenen Schaltungen nur Beispiele dar stellen, die aus einer Vielzahl von aus dem Erfindungsgedanken abzuleitenden Kombi nationsmöglichkeiten herausgegriffen sind, und dass die jeweilige Auswahl einer geeig neten Kombination ganz den Voraussetzun- gen und Erfordernissen des Einzelfalles ent sprechend getroffen werden kann.

Claims

PATENTANSPRUCH: Stromrichterschaltung für 6n-phasigeWEl- ligkeit, gekennzeichnet durch die Vereini gung von n in der Phase um EMI0004.0035 gegenein ander verschobenen dreiphasigen Stromrich- tersystemen in Graetzscher Schaltung.

UNTERANSPRüCHE 1. Stromrichterschaltung nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass je dem dreiphasigen Teilsystem in Graetz- schaltung eine besondere Transformator- Sekundärwicklung zugeordnet ist. 2. Stromrichterschaltung nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenseitige Phasendrehung der Se kundärspannungen der einzelnen Trans- formatoren durch Verschiedenheit der Transformator-Schaltarten bewirkt wird.

3. Stromrichterschaltung nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenseitige Phasendrehung der Se kundärspannungen der einzelnen Trans formatoren durch besondere Quertrans formatoren bewirkt wird. 4. Stromriehterschaltung nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, da.ss meh rere dreiphasige Teilsysteme in Graetz- schaltung an eine gemeinsame Transfor- matorwicklung angeschlossen sind. 5. Stromrichterschaltung nach Unteran spruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Transformatorwicklung als Gabelschaltung ausgeführt ist.

6. Stromrichterschaltung nach Unteran spruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Transformatorwicklung als Polygonschaltung ausgeführt ist. 7. Stromrichterschaltung nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilsysteme untereinander parallelge schaltet sind. B. Stromrichterschaltung nach Unteran spruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Parallelschaltung über Stromteiler er folgt. 9. Stromrichterschaltung nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Teilsysteme in Reihe ge schaltet sind.

1.0. Stromrichtersehaltung nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator des einen Teilsystems in Stern-Stern, der des andern Teil systems in Dreieck-Stern geschaltet ist. 11. Stromrichterschaltung nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei gleicher Primärwicklung die Trans formator-Sekundärwicklung beider Teil systeme in Zickzack, jedoch mit entge gengesetzt gerichteten Zipfeln des Span nungssterns geschaltet ist, wobei der in nere Wicklungsteil jeder Phase für 81,5%, der dem Zipfel entsprechende Wicklungsteil für30% der Phasenspan nung bemessen ist.

12. Stromrichterschaltung nach Unteran spruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformator - Sekundärwicklungen beider Teilsysteme eine gemeinsame Pri märwicklung besitzen. 13. Stromrichterschaltung nach Unteran spruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide. Teilsysteme abwechselnd an die freien Wicklungsenden einer sechspha- sigen Ürabelschaltung angeschlossen sind, bei der die Gabelstämme für 81,5 %, die Gabelzweige für 30,W, der Phasenspan nungen bemessen sind.

14. Stromrichterschaltung nach Unteran spruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beide Teilsysteme abwechselnd an die Eckpunkte eines unregelmässigen Sechs ecks angeschlossen sind, bei dem die kur zen und die langen Seiten im Verhältnis 30 :81,5 stehen. 15. Stromrichterschaltung nach Unteran spruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass drei Teilsysteme der Reihe nach an die freien Wicklungsenden einer aus drei Gabelstämmen mit je drei Gabelzweigen bestehenden Gabelschaltung angeschlos sen sind.

16. Stromrichterschaltung nach Patentan spruch, gekennzeichnet durch die Ver einigung zweier Gruppen von je zwei dreiphasigen Graetzschaltungen, wobei den beiden Gruppen zwei Quertransfor- matoren vorgeschaltet sind, die beide eine Phasendrehung um 7,5 , jedoch in ent gegengesetztem Sinne hervorrufen.