CH204063A - Stromrichterschaltung zur Erzielung einer höherphasigen Welligkeit. - Google Patents

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  <I>U,</I> V und<I>W</I> 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    um<B>30'</B>  gegeneinander verschoben sind, gelingt es in  folgedessen,

   auf 12phasige Welligkeit zu       kommen.    In     Fig.    1 wird diese Versetzung der  beiden Spannungssysteme um<B>30'</B> 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 um<B>30'</B>     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 je<B>30%</B> 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,   <I>v, w</I> und  u',     v',   <I>w'.</I> Die Ventilgruppe 3 der einen       Graetzschaltung    ist an die Wicklungsenden       u,   <I>v,</I>     w,    die Ventilgruppe 3' der andern       Graetzschaltung    an die Wicklungsenden     u',     <I>v', w'</I> 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  je<B>30%</B> der     Phasenspannung    ausgelegt sind,  um die hier erforderliche     Versetzung    von nur  <B>30'</B>     e1.    anstatt<B>60'</B>     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 Verhältnis<B>30:</B> 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",   <I>v", w"</I> 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 (1)

1. 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 <B>81,5%,</B> der dem Zipfel entsprechende Wicklungsteil für<B>30%</B> 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.