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.
Converter circuit to achieve a higher-phase ripple. In the case of converter systems with a higher power output, a six-phase ripple is generally no longer sufficient, taking into account the effects on the feeding network.
For this reason, a whole series of circuits have already been developed that have: a much higher phase, e.g. B.
Deliver 12-, 18- or 24-phase ripple. The circuits that have become known for this purpose, however, always have the disadvantage: that the transformers are used rather poorly.
As a result, the transformers have power ratings that are around 2: 5 to 50% higher than: the DC power, which in turn results in a corresponding increase in transformer losses.
But now, especially in recent times, one is striving to: reduce the losses of Stromriater plants as much as possible. For this reason, one has already turned to the further development of contact converters: since these are only extremely low compared to the discharge signals;
Voltage drop: e: show. In the case of contact converters of this type, by far the greatest proportion of the total losses of the entire converter system is formed by: the transformer losses, so that favorable transformer utilization is of particular importance here.
The invention: relates to: accordingly converter positions for higher-phase ripples in which;
compared to the previously known circuits a quite considerable reduction in the transformer type output and thus also or losses is achieved. According to what has been said above, these advantages are particularly important for gontäkt converters, but they also mean for other types of converters, e.g. B.
with mercury vapor discharge vessels, especially with those with initial ignition (Ignitron), with Troekengdeichri:
Right and with similar valves, a considerable improvement. According to the invention, a current series circuit for fri-plial ripple is created by combining n in phase by nn three-phase converter systems in Graetz circuit,
g formed. This then results in the fact that to achieve a 4-phase ripple an only U-phase transformer circuit is required, which on top of that has a similar low type output as the three-phase Graetz approach. The invention is based on this. that with regard to
The three-phase Graetzs circuit is the most favorable previously known circuit for the transformer type rating. The type power for this circuit is only 1,
05 times the DC power. In comparison to the corresponding suction throttle circuit, this circuit also has the advantage that: the blocking voltage that loads the valve is only half as large;
like that one. Attempts have already been made to make the Graetzsehaltung suitable for higher Phasenzah sources. It was possible, but never, to retain the most important advantage of the three-phase Graetz circuit, namely the low power rating of the transformer.
The use of a six-phase transformer, for example, whether in a star or polygon circuit, has no advantage over the three-phase Graetz circuit, since like this it only produces a six-phase ripple.
Up to now, 19-phase ripple could only be achieved with 12-phase transformer circuits, but transformer utilization was extremely poor.
In contrast, the invention is based on the idea of building even higher-phase circuits from graetzscha, circuit-like basic elements, in which the advantage of a very low type power of the transformer is retained.
Several embodiments of the invention are shown in the drawing. The converter circuit according to FIG. 1 consists of a combination of two three-phase Graetzscha, ltiingen. Each Graetzseha.ltung be available from a group of six valves or switch contacts 3 respectively. 3 ',
the to the three-phase tra.nsforma.torsekundärwieklung resp. ? ' respect, are lost. Each three-phase graphic circuit supplies a six-phase direct current ripple on the secondary side in a manner known per se. This process is shown in Fig. 8 on the basis of:
Voltage curves explained in more detail. In the Graetz circuit, not only the positive, but also the negative half-waves of the voltage voltage are used.
So <I> U, </I> V and <I> W </I> mean the voltage curves of the three phases of the feeding AC network, ISO is the instantaneous value U, the rectified voltage is equal to the sum of the instantaneous values of two different ones Phases that are currently carrying current at the same time.
As is also shown in FIG. 8, ITg is obtained as the vertical distance between the peaks of the positive and negative voltage half-waves that were cut out during rectification. If the instantaneous value of U obtained in this way is plotted over a straight zero line,
a rectified voltage is thus obtained, as shown in the lower part of FIG. One sees.
that the ripple of the equidistant current with the assumed three-phase rectifier feeding is the same as with a six-phase rectification. By interconnecting two three-phase Graetz systems, which are shifted by <B> 30 '</B> in phase, it is possible to
to come to 12-phase ripple. In Fig. 1, this offset of the two voltage systems by <B> 30 '</B> is achieved in that the primary winding 1 of one transformer is connected in a triangle, the primary winding 1' of the other transformer in star. In the case of parallel connection, the DC terminals of the two systems can be put together directly at one pole, while they have to be connected via a voltage divider choke coil 4 at the other pole.
Instead of a voltage divider coil with magnetically coupled windings, two uncoupled individual choke coils can also be used, which then also act as smoothing chokes. Instead of connecting the DC voltage systems in parallel, they can also be connected in series.
The voltage divider coil then drops out; One also obtains a resulting twelve-phase ripple with double the voltage and half the current, which is why the series connection is preferable for higher DC voltages. The type power of the scarf device according to FIG. 1 is 1.05 times the direct current power.
Fig. 2 also shows a two ge separate transformers existing six-phase circuit with 12-phase ripple. In this circuit, however, the primary windings in both transformers are of the same design; There is therefore the option of switching the primary windings to delta or star without taps on the transformer to obtain two DC voltage levels.
The mutual offset of the two secondary windings by <B> 30 '</B> e1. is done here by executing the secondary windings in a zigzag circuit, with the tips of the windings facing in the opposite direction. The inner long winding parts are designed for a voltage of 81.5% of the total phase voltage, the tips for a voltage of <B> 30% </B> of the phase voltage. The interconnection to form a twelve-phase system is made here by connecting the systems in series, but the parallel connection can also be used instead.
As a result of the zigzag connection, the type output is somewhat less favorable here, namely 1.1 times the DC output. However, it is still considerably below that of the corresponding 12-phase suction throttle circuit, which is 1.35 times the DC power, with the two suction throttles for three times the basic frequency also being omitted compared to the suction throttle circuit.
In Fig. 3 an improvement of the circuit shown in Fig. 2 is shown, which is formed by merging the two primary windings. As a result, a single transformer with only one primary winding and two separate secondary zigzag windings is obtained with a type output of only 1.09 times the direct current output. What was said earlier still applies to the interconnection.
4 shows a circuit with an even lower type output of only 1.06 times the direct current output, which was also obtained by further combining the secondary windings.
This results in a kind of fork circuit with the winding ends u, <I> v, w </I> and u ', v', <I> w '. </I> The valve group 3 of one Graetz circuit is at the winding ends u, <I> v, </I> w, the valve group 3 'of the other Graetz circuit connected to the winding ends u', <I> v ', w' </I>.
The fork circuit shown differs from the otherwise usual six-phase hybrid circuit in that the fork posts are now designed for 81.5% of the phase voltage and the fork branches for each <B> 30% </B> of the phase voltage, around the one shown here required offset of only <B> 30 '</B> e1. instead of <B> 60 '</B> e1. to achieve with the normal circuits. For the interconnection of the two DC voltage systems, only the parallel connection is possible here,
Since both systems are already determined in terms of potential by the common fork trunks, and the parallel connection must be carried out due to the galvanic connection of both systems here at both poles via a voltage divider choke coil for half the power. Fig. 5 shows finally as an example still one of Fig. 4 corre sponding polygon position with the same effect we. Here, too, the short and long winding parts have a ratio of <B> 30: </B> 81.5.
The type rating of this circuit is only 1.02 times that of the DC line. In a further embodiment of the concept of the invention, not only circuits with 12-phase waviness can be produced, but also those with 18-, 24-, 36- and higher-phase waviness.
For this purpose, all the aids for phase shifting known from the usual converter circuits with a higher number of phases can be used, such as secondary windings with more than six appropriately offset connection points, auxiliary transverse transformers, various types of connection of the primary windings in a group and the like As already mentioned, these circuits have in common the use of three-phase basic circuits with 6-phase ripple,
in which by utilizing the transformer windings for both current directions with a current conduction duration in each direction of 120 'e1. a low power rating of the transformer is ensured for each transformer phase.
Fig. 6 shows an embodiment of the invention for 18-phase ripple. This <: circuit consists of three three-phase GraetzschaItungen with the valve resp. Contact groups 3, 3 'and 3 ", which are connected to the winding ends u, t, w and u', v ', w' and u", <I> v ", w" </I> of a 9-phase hybrid circuit. The parallel connection of the three Graetz circuits takes place via two three-phase voltage divider chokes 5 respectively. 5 '.
Finally, FIG. 7 also shows a 12-phase circuit with 24-phase ripple, which is composed of two 6-phase partial circuits, each with 12-phase ripple. The shift of the two subsystems is achieved here by the two transverse transformers 6 and 6 ', which both cause a phase shift by 7.5, but in the opposite sense.
It goes without saying that the circuits described are only examples that are selected from a large number of possible combinations to be derived from the concept of the invention, and that the respective selection of a suitable combination corresponds entirely to the prerequisites and requirements of the individual case can be taken.