Schaltgleichrichteranordnung mit zwei für gleiche Belastung ausgelegten Gleichrichtersystemen Die von Schaltgleichrichtern abgegebene Gleich spannung kann, wie es an sich bekannt ist, durch eine Steuerung der Einschaltzeitpunkte der einzelnen Pha senkontakte beeinflusst werden. Bei vorgegebener Wechselspannung wird die höchstmögliche Gleich spannung erreicht, wenn bei der Kommutierung die Folgephase in dem Augenblick eingeschaltet wird, in dem die vorhergehende Phase und die Folgephase gleiche Augenblicksspannung aufweisen (sog. volle Aussteuerung).
Wird der Einschaltvorgang dagegen auf einen späteren Zeitpunkt verlegt, so wird jeweils nur ein kleiner Teil jeder Spannungshalbwelle aus genutzt, so dass die abgegebene Gleichspannung gerin ger ist (sog. Teilaussteuerung). Die Aussteuerung kann durch eine Steuerung des Einschaltzeitpunktes bewirkt werden, also beispielsweise durch eine Pha sendrehung des die Kontakteinrichtungen antreibenden Synchronmotors. Bei Schaltgleichrichtern, bei denen eine Einschaltstufe vorgesehen ist, ist es jedoch auch üblich, den Einschaltzeitpunkt unverändert zu lassen und statt dessen die Dauer der Einschaltstufe zu steuern (sog. magnetische Aussteuerung). Mit Schalt einrichtungen dieser Art befasst sich die Erfindung.
Sie ist im besonderen darauf gerichtet, beim Parallel betrieb von zwei für gleiche Belastungsströme be stimmten, im wesentlichen selbständigen Gleichrichter systemen, insbesondere in Saugdrosselschaltung, eine Ausgleichsregelung vorzusehen, das heisst eine Einrich tung, die einer Abweichung der Belastungen der beiden Systeme voneinander entgegenwirkt. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass bei zwei parallel betriebenen, voll belasteten Systemen eine durch zu fällige Unsymmetrie der Anlage oder durch Netzober wellen verursachte Abweichung der beiden Einzel belastungen voneinander stets eine schädliche über- belastung des einen Systems bedeutet.
Insbesondere bei Saugdrosselschaltungen von zwei Systemen ist es wichtig, die Belastungen der beiden Systeme mög lichst gleich zu halten, da eine ungleiche Belastung zu einer Sättigung der Saugdrossel führen kann. Eine gesättigte Saugdrossel ist aber unwirksam; sie lässt einen unzulässig hohen Kreisstrom zwischen den bei den Systemen zu, der zu Zerstörungen an den Kon takteinrichtungen führen kann.
Im Interesse einer klaren Darstellung des Erfin dungsgedankens empfiehlt es sich, die bekannten Verfahren der magnetischen Aussteuerung zunächst einmal zu schildern.
Die Einschaltstufe wird in jedem Falle durch eine Drosselspule erzeugt, deren Kern bei kleinen Strö men ungesättigt ist, die also bei kleinen Strömen einen hohen induktiven Widerstand darstellt, wäh rend schon bei einem Bruchteil des Nennstromes eine vollständige Sättigung des Kerns eintritt, also der Widerstand der Drosselspule praktisch gleich Null ist. Diese Drosselspule kann entweder mit der Ausschalt drosselspule, die in bekannter Weise zur Erzeugung einer Ausschaltstufe dient, identisch sein; sie kann aber auch eine nur beim Einschaltvorgang wirksame Einschaltdrosselspule sein.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine etwas idealisierte Kennlinie des Kerns einer solchen gebräuchlichen Drosselspule, also die Induktion B des Kerns in Ab hängigkeit von dem Erregungsstrom i, Die Hysteresis- schleife eines solchen Kerns weist zwei verhältnis mässig steile Flanken la und 1b auf, die den ungesät tigten Zuständen des Kerns entsprechen, und im we sentlichen horizontal verlaufende Sättigungszweige 2a und 2b. Es sei nun angenommen, dass die Schaltdros sel im vorliegenden Falle sowohl eine Ausschaltstufe wie eine Einschaltstufe bildet.
Es sei ferner angenom men, dass sich der Schaltdrosselkern während der Stromführungszeit der Phase, der er angehört, in einem Zustand befindet, der auf dem Sättigungszweig 2b liegt. Gegen Ende der Stromführungszeit durch läuft dann der Schaltdrosselkern Zustände in Rich tung des Pfeiles 3, so dass er nach Erreichen der Flanke<I>1</I> ca eine Ausschaltstufe bildet. Es ist üblich, die Stromwerte der Ausschaltstufe durch eine Aus schaltvormagnetisierung i,'." etwas ins Positive zu heben.
Zu irgendeinem Zeitpunkt während der Strom stufe wird der Strom unterbrochen; die Schaltdrossel gelangt dann infolge der Ausschaltvormagnetisierung in den Zustand 4. Nach Wegfall der Ausschaltvor- magnetisierung wird der Zustand 5 erreicht. Sofern nun keine weiteren Massnahmen getroffen werden, muss der Schaltdrosselkern beim Einschalten die ge samte Flanke 1 b durchlaufen; er erzeugt dann also eine Einschaltstufe, die ebenso lang ist wie die Aus schaltstufe. Man kann jedoch einen Teil der Um magnetisierung in den Zeitraum vor dem Einschalten verlegen, so dass die Drosselspule beim Einschalten nur noch einen Teil der Flanke 1 b ihrer Kennlinie zu durchlaufen hat.
Es gibt nun zwei grundsätzlich ver schiedene Möglichkeiten, diese vor dem Einschalten ablaufende sog. Rückmagnetisierung zu bemessen und zu steuern.
An Hand von Fig. 1 sei ein Verfahren erläutert, bei dem ein nach dem Ausschaltzeitpunkt einsetzen der, im Einschaltzeitpunkt noch fliessender Vor magnetisierungsstrom durch eine Wicklung der Schalt drossel geschickt wird, dessen im Einschaltaugenblick herrschende Stromstärke vorbestimmbar ist. Für den Betrag der Rückmagnetisierung ist in jedem Falle das zeitliche Spannungsintegral massgebend, welches die Vormagnetisierung der Schaltdrossel vor dem Ein schaltzeitpunkt aufgeprägt hat; mit gewissen Ein schränkungen, die unten näher erläutert werden, kann dieses Spannungsintegral durch Begrenzung des Vor magnetisierungsstromes bestimmt werden.
Wird bei spielsweise ein Vormagnetisierungsstrom i,.1 angelegt, so ist nach Fig. 1 keinerlei Rückmagnetisierung mög lich, da der Strom nicht den erforderlichen Ummagne- tisierungsstrom erreicht, also eine Spannung an der Drosselspule überhaupt nicht auftreten kann.
Wird dagegen der Vormagnetisierungsstrom auf den Wert i" gesteigert, so wird die Schaltdrosselspule bis zu dem Induktionswert 6 rückmagnetisiert; eine weitere Rückmagnetisierung ist nicht möglich, da hierzu ein höherer Ummagnetisierungsstrom erforderlich wäre. Bei weiterer Steigerung des Vormagnetisierungsstro- mes auf den Wert i" wird der Induktionswert 7 er reicht; er entspricht etwa der vollen Aussteuerung, da man im allgemeinen bestrebt ist, eine kleine Ein schaltstufe zur Schonung der Kontakte in jedem Falle bestehen zu lassen.
Wie bereits betont, ist die oben gegebene Darstel lung nur mit Einschränkungen gültig. Die Kennlinie des Schaltdrosselkerns kann nämlich nicht als kon stant angesehen werden; sie hängt vielmehr von der Ummagnetisierungsgeschwindigkeit ab, und zwar ist die Hysteresisschleife bei grosser Ummagnetisierungs- geschwindigkeit, also bei hoher Ummagnetisierungs- spannung, breiter als bei kleiner Ummagnetisierungs- geschwindigkeit bzw. kleiner Spannung.
Das bedeutet aber, dass bei einem Vormagnetisierungsstrom von beispielsweise i", die Ummagnetisierung im Punkt 6 nicht aufhört. Beim Erreichen des Punktes 6 geht viel mehr zunächst die an der Vormagnetisierungswick- lung der Schaltdrossel liegende Spannung zurück. Das hat zur Folge, dass den weiteren Vorgängen eine schmälere Hysteresisschleife zugrunde zu legen ist, so dass also der Schnittpunkt der gestrichelten, dem Wert i" entsprechenden Graden nach Fig. 1 mit der Flanke 16 sich doch noch weiter nach oben ver schiebt.
Dieser Vorgang ist auch im Einschaltaugen blick noch nicht beendet; das hat aber wiederum zur Folge, dass im Einschaltaugenblick an den Kontakten eine durch die noch laufenden Ummagnetisierungs- vorgänge induzierte Spannung besteht.
Es sind später Rückmagnetisierungsverfahren be kanntgeworden, bei denen die Dauer der Einschalt stufe von der Grösse eines die Drosselspule zurück magnetisierenden, vor dem Einschalten beendeten zeit lichen Spannungsintegrals abhängt. Das Prinzip der artiger Verfahren sei an Hand von Fig. 2 erläutert. Die Drosselspule befindet sich nach Beendigung der Ausschaltvorgänge wiederum am Punkt 5. Sie erhält nun während der Strompause ein zeitliches Span nungsintegral, das sie bis zum Punkt 8 ihrer Kenn- linienflanke 1 b zurückmagnetisiert.
Das rückmagneti sierende zeitliche Spannungsintegral ist vor dem Ein schaltaugenblick beendet; der Schaltdrosselkern ge langt also zunächst in den Zustand 9. Damit nun der Einschaltstufenstrom nicht zu hoch ist, erhält die Schaltdrosselspule einen konstanten Vormagnetisie- rungsstrom i", der jedoch kleiner ist als der Ummagne- tisierungsstrom. Die Schaltdrossel hat daher vor dem Einschalten den Zustand 10.
Beim Einschalten durch läuft sie wiederum den Zustand 8 und den oberhalb von 8 liegenden Teil der Kennlinienflanke <B>l b.</B> Die Dauer der noch zu durchlaufenden Einschaltstufe ist damit eindeutig durch das vor dem Einschalten ab gelaufene zeitliche Spannungsintegral gegeben; ausser dem erfolgt das Einschalten spannungsfrei, da die Einschaltvormagnetisierung i" den zum Ummagneti- sieren der Drosselspule erforderlichen Stromwert nicht erreicht.
Gemäss der Erfindung wird nun bei einer Schalt gleichrichteranordnung mit zwei für gleiche Belastung ausgelegten Gleichrichtersystemen mit magnetischer Aussteuerung jedes Systems durch Änderung der Dauer der durch eine Drosselspule erzeugten Ein schaltstufe eine Regeleinrichtung vorgesehen, die im Falle ungleicher Belastung der Systeme die Einschalt- stufendauer mindestens eines Systems derart verän dert, dass die Belastungen der Systeme einander an geglichen werden. Dabei wird vorzugsweise die Ein schaltstufendauer des höher belasteten Systems ver- grössert und gleichzeitig die des niedriger belasteten Systems verringert.
Bei einer Schaltgleichrichteranordnung, bei der die Einschaltstufendauer von der Grösse des im Einschalt augenblick herrschenden Vormagnetisierungsstromes der Drosselspule abhängt, kann in jedem System die Stromstärke des Vormagnetisierungsstromes eine Komponente enthalten, die der Differenz der beiden Systemgleichströme proportional - ist, derart, dass bei dem System mit höherer (niedrigerer) Belastung die Stromstärke verkleinert (vergrössert) wird.
Zu diesem Zweck können in jedem System in Reihe mit den Vormagnetisierungswicklungen der Drosselspulen zwei Ohmsche Widerstände liegen, die von entgegen gesetzt gerichteten, jeweils der Belastung eines Sy stems proportionalen Hilfsgleichströmen durchflossen werden. Die beiden Widerstände können dabei auch den Vormagnetisierungskreisen beider Systeme ge meinsam sein. Zur Unterdrückung von Pendelungen der Regeleinrichtung kann jeder der Widerstände von einem Kondensator überbrückt sein.
Der Hilfsgleich strom kann in jedem System mindestens einem Strom wandler entnommen werden, dessen Ausgangsstrom durch eine Gleichrichteranordnung gleichgerichtet wird. Beispielsweise kann dafür ein Gleichstrom wandler verwendet sein, der von dem Gleichstrom des Systems vormagnetisiert ist. In bestimmten Fäl len, z. B. bei Systemen, die in Brückenschaltung ar beiten, ist die Verwendung von Wechselstromwand- lern zweckmässig, die durch Phasenströme des Sy stems erregt sind.
Ferner kann zwischen dem Aus gang der Wandler und der Gleichrichteranordnung ein Zwischenwandler mit einstellbarem übersetzungs- verhältnis vorgesehen sein. Die Einstellung des über setzungsverhältnisses beeinflusst den Proportionalitäts- faktor zwischen den Belastungsströmen und den zu gehörigen Hilfsgleichströmen.
Bei Schaltgleichrichtern, bei denen die Dauer der Einschaltstufe von der Grösse eines die Drosselspule zurückmagnetisierenden, vor dem Einschalten been deten zeitlichen Spannungsintegrales abhängt, wird zweckmässig in dem höher (niedriger) belasteten Sy stem das zeitliche Spannungsintegral verringert (ver grössert). Es sind insbesondere auch solche Anord nungen möglich, bei denen gemäss einem früheren Vorschlag die Rückmagnetisierungskreise der Schalt drosselspulen eine Hilfsdrosselspule enthalten und bei denen die Reihenschaltung aus der Rück magnetisierungswicklung der Schaltdrosselspule und der Wicklung der Hilfsdrosselspule an einer un symmetrischen Wechselspannung liegt.
Bei einer Rückmagnetisierung der geschilderten Art ist die Hilfsdrosselspule mit Vorteil so bemessen, dass der zu ihrer Ummagnetisierung erforderliche Ma gnetisierungsstrom kleiner ist als der Magnetisierungs- strom der Schaltdrosselspule, und dass sie den sym metrischen Anteil der unsymmetrischen Wechselspan nung zuzüglich der in dem Kreis auftretenden Schalt drosselspannungen aufnehmen kann, ohne dass ihr Kern gesättigt wird.
Wird nun an die oben beschrie- bene Reihenschaltung eine unsymmetrische Wechsel spannung gelegt, so ist die Hilfsdrosselspule während eines Teils der Wechselspannungsperiode gesättigt; beim Eintritt der Sättigung geht der von der Wick lung geführte Strom sprunghaft von dem kleineren Magnetisierungsstrom der Hilfsdrosselspule zu dem sehr viel grösseren Magnetisierungsstrom der Schalt drosselspule über. In diesem Teil der Periode liegt eine rückmagnetisierende Spannung an der Rück magnetisierungswicklung der Schaltdrosselspule.
Die Dauer dieses Teils und damit die Grösse des zeitlichen Spannungsintegrals können durch Änderung des Gra- des der Unsymmetrie der unsymmetrischen Wechsel spannung geregelt werden. Wird beispielsweise die Unsymmetrie der Rückmagnetisierungsspannung ge steigert, so vergrössert sich das für die Rückmagneti- sierung der Schaltdrosselspule zur Verfügung stehende zeitliche Spannungsintegral. Die unsymmetrische Wechselspannung ist dabei vorzugsweise aus einem reinen Wechselspannungsanteil und einem steuerbaren Gleichspannungsanteil zusammengesetzt.
Bei einer Rückmagnetisierungsanordnung der vor stehend geschilderten Art enthält vorteilhaft in jedem System der Gleichspannungsanteil der Rückmagneti- sierungsspannung eine der Differenz der System gleichströme proportionale Komponente, derart, dass bei dem System mit höherer (niedrigerer) Belastung der Gleichspannungsanteil verkleinert (vergrössert) wird.
Die Verkleinerung des Gleichspannungsanteils bei dem System mit höherer Belastung führt dann zu einer Herabsetzung der Unsymmetrie der Rück magnetisierungsspannung; damit wird auch das rück magnetisierende zeitliche Spannungsintegral verklei nert, also die Einschaltstufe vergrössert. Die Vergrö sserung der Einschaltstufe führt ihrerseits zu einer Verkleinerung der abgegebenen Spannung und damit zu einer Verringerung des abgegebenen Gleichstro mes.
Bei dem System mit niedrigerer Belastung ist es umgekehrt. Mit Vorteil kann die von der Differenz der Belastungen abhängige Gleichspannnngskompo- nente derart erzeugt werden, dass in den Rückmagne- tisierungskreisen jedes Systems ein Widerstand liegt, der von der Differenz zweier Hilfsgleichströme durch flossen ist, von denen jeder dem Gleichstrom eines Systems proportional ist.
Die Hilfsgleichströme kön nen dabei in ähnlicher Weise, wie es oben beschrie ben wurde, Gleichstromwandlern oder Wechselstrom wandlern entnommen werden, wobei je nach der vor liegenden Schaltung der Gleichrichter das eine oder das andere zweckmässig sein kann. Statt magnetisch arbeitender Gleichstromwandler können jedoch auch sog. mechanische Gleichstromwandler verwendet wer den. Ein solcher mechanischer Gleichstromwandler besteht aus einer durch einen Elektromotor angetrie benen Gleichstrommaschine, die eine konstante Feld erregung besitzt; der zu messende Gleichstrom wird durch das Feld der Maschine hindurchgeführt. Da durch wird das Erregerfeld des Generators geändert, so dass sich die EMK des Gleichstromankers propor tional mit dem zu messenden Hauptstrom ändert.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung der Hilfs- gleichströme besteht in der Verwendung von Hall effekt-Generatoren, die im Zuge der Gleichstrom schienen des jeweiligen Systems liegen.
Beim Betrieb von mehreren parallel auf einen Verbraucher arbeitenden Gleichrichtern ist es viel fach üblich, jedes System durch einen besonderen Schalter einzuschalten, da Schalter für den Gesamt strom beider Systeme unter Umständen nicht zur Verfügung stehen. Für diesen Fall ist es vorteilhaft, die Regeleinrichtung, vorzugsweise über Hilfskon takte der beiden Schalter, erst dann in Tätigkeit zu setzen, wenn beide Schalter geschlossen sind. Die Einschaltzeitpunkte der beiden Einzelschalter können nämlich, bedingt durch Ungenauigkeiten der Antriebs mechanismen, unter Umständen um mehrere Peri oden des Wechselstromes auseinander liegen. Das zuerst eingeschaltete System führt also bereits einen erheblichen Strom, während das noch nicht einge schaltete System den Strom Null führt.
Wenn nun die Ausgleichsregelung bereits in Tätigkeit ist, wird das zuerst eingeschaltete System auf die Belastung Null heruntergeregelt. Dieser Regelvorgang kann so schnell verlaufen, dass die Regelung der Ausschaltzeitpunkte des belasteten Systems der Belastungsänderung nicht folgen kann und daher Verbrennungen an den Kon takten auftreten können.
Die Fig. 3 bis 10 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Die Fig. 3 und 4 erläutern die Ausgleichs regelung für solche Schaltgleichrichtersysteme, bei denen die Dauer der Einschaltstufe durch Bemessung des im Einschaltaugenblick herrschenden Vormagne- tisierungsstromes der Drosselspule gesteuert wird. Die Fig. 5 bis 10 beziehen sich auf Schaltgleichrichter, bei denen ein vor dem Einschalten beendetes zeitliches Spannungsintegral für die Dauer der Einschaltstufe massgebend ist.
Die Fig. 3 zeigt einen Schaltgleichrichter, der aus zwei Systemen in dreiphasiger Brückenschaltung be steht. Der Speisetransformator 11 dieser Anordnung besitzt eine in Stern geschaltete Primärwicklung 12, eine in Stern geschaltete Sekundärwicklung 13, die das System I speist, und eine im Dreieck geschaltete weitere Sekundärwicklung 14, die das System II speist. Von den Anschlüssen der Sekundärwicklung 13 führt jeweils eine Wechselstromleitung 15 zu zwei im Gegentakt arbeitenden Kontakteinrichtungen 17 und 18. Die Kontakteinrichtungen 17 sind beispiels weise jeweils bei positiver Phasenspannung, die Kon takteinrichtungen 18 jeweils bei negativer Phasen spannung geschlossen.
Unter dieser Voraussetzung erhält der Sammelleiter 21 ein positives Potential gegenüber dem Sammelleiter 22. Im System 1I gilt Entsprechendes bezüglich der Kontakteinrichtungen 19 und 20, so dass beispielsweise die Sammelschiene 23 gegenüber der Sammelschiene 24 positiv wird. In der Schaltung nach Fig. 3 sind die Sammelleitungen 22 und 24 unmittelbar miteinander verbunden; die posi tiven Sammelschienen 21 und 23 haben dann wegen der Spannungsoberwellen verschiedener Phasenlage verschiedenes Potential, so dass sie nur unter Zwi schenschaltung einer Saugdrossel 25 miteinander ver bunden werden können. Die von der Anlage abgege bene Gleichspannung wird bei 26 und 27 abgenom men.
In den wechselstromseitigen Zuleitungen zu den Kontakteinrichtungen 17, 18, 19, 20 sind Schaltdros seln 28 vorgesehen; sie dienen im vorliegenden Aus führungsbeispiel gleichzeitig zur Erzeugung einer Ausschaltstufe wie auch zur Erzeugung einer Ein schaltstufe. Die Schaltdrosselspulen 28 besitzen Hilfs wicklungen 29 (System I) bzw. 30 (System 1I; diese Hilfswicklungen dienen zur Steuerung der Einschalt- stufenlänge, beispielsweise nach einem der oben an Hand der Fig. 1 und 2 erläuterten Verfahren.
Die Ausschalt-Vormagnetisierungswicklungen und even tuell vorhandene weitere Hilfswicklungen der Schalt drosselspulen sind der Einfachheit halber nicht dar gestellt.
In Fig. 4 ist eine Schaltung zur steuerbaren Vor magnetisierung der in Fig.3 dargestellten Systeme nach dem an Hand von Fig. 1 erläuterten Verfahren gesondert dargestellt. Die Hilfswicklungen 29 des Sy stems I bzw. 30 des Systems 1I werden in an sich bekannter Weise aus Hilfsnetzen 31 bzw. 32, deren Spannung der Speisespannung des betreffenden Sy stems jeweils synchron ist, über Gleichrichter 33 bzw. 34 erregt. Die Grösse der Vormagnetisierungsströme ist durch jeweils einen festen Widerstand 35 bzw. 36 und je einen einstellbaren Widerstand 37 bzw. 38 bestimmt.
Die Schleifkontakte der einstellbaren Wi derstände 37 und 38 sind miteinander gekoppelt; sie dienen zur willkürlichen Einstellung der in den Ein schaltzeitpunkten herrschenden Vormagnetisierungs- ströme zum Zweck der Aussteuerung beider Systeme nach dem oben an erster Stelle erläuterten Verfahren.
Es sind nun ausser den bisher geschilderten Vor magnetisierungskreisen Einrichtungen zur Ausgleichs regelung zwischen beiden Systemen vorgesehen. Zu diesem Zweck liegen im Zuge der Wechselstrom schienen 15 des Systems 1 zwei Wechselstromwandler 39 in V-Schaltung, die einen Zwischenwandler 40 speisen. Der Zwischenwandler besitzt sekundär eine Reihe von Anzapfungen 41; er speist eine Gleich richter-Brückenschaltung 42. Der von der Gleich richteranordnung 42 gelieferte Gleichstrom fliesst über einen Ohmschen Widerstand 43.
Entsprechendes gilt für das System 1I. Die Wand- ler sind hier mit 44, der Zwischenwandler mit 45, seine Anzapfungen mit 46, die Gleichrichteranord- nung mit 47 und der Ohmsche Widerstand mit 48 bezeichnet. Die Schaltelemente in den beiden Syste men sind möglichst gleich bemessen.
Wenn die einzelnen Gleichrichtersysteme belastet sind, fliesst durch die Widerstände 43 bzw. 48 ein Gleichstrom, der der Belastung des betreffenden Sy stems proportional ist. Solange die Belastungen der Systeme, also auch die Ströme in den Widerständen 43 und 48, gleich sind, ändert sich nichts an den Vor- magnetisierungsverhältnissen der beiden Systeme, da die beiden Gleichströme in den Widerständen 43 und 48 einander entgegengesetzt sind.
Die Wirkungsweise der Ausgleichsregelung sei nun unter der Annahme erläutert, dass die Belastung des Systems Il aus irgendeinem Grunde höher wird als die des Systems I. Die Folge der Belastungserhö hung ist, dass der im Widerstand 48 fliessende Gleich strom grösser wird als der im Widerstand 43 flie ssende Gleichstrom. Damit tritt in den sämtliche Vormagnetisierungswicklungen enthaltenden Kreisen 49-50-51-52 eine zusätzliche Spannung auf, die einen vom Punkt 52 über die Punkte 51, 50 und 49 flie ssenden Zusatzstrom zur Folge hat. Dieser Strom vermindert die Vormagnetisierungsströme im System 11 und erhöht die Vormagnetisierungsströme im Sy stem 1, wie es sich aus der Figur ohne weiteres ergibt.
Eine Verminderung der Vormagnetisierungsströme des Systems 1I bewirkt aber eine Vergrösserung der Einschaltstufen dieses Systems, also eine Verringe rung der Aussteuerung. Das Umgekehrte gilt für das System 1. Die Regeleinrichtung wirkt also einer ge genseitigen Abweichung der Belastungen der beiden Systeme entgegen; da es sich um eine proportional wirkende Regelung handelt, bleibt eine kleine Dif ferenz der Belastungen bestehen. Die Grösse dieser Differenz kann durch Wahl verschiedener Anzapfun- gen 41 bzw. 46 an den Zwischenwandlern 40 bzw. 45 beeinflusst werden.
Die Kondensatoren 53 und 54, die die Widerstände 43 bzw. 48 überbrücken, haben den Zweck, ein Pendeln der Regelung zu verhindern.
Die Fig. 5 zeigt ebenfalls eine Ausgleichsregelung für zwei Systeme in dreiphasiger Brückenschaltung nach Fig. 3. Bei der Schaltung nach Fig. 5 wird je doch im Gegensatz zu der Schaltung nach Fig. 4 die Dauer der Einschaltstufe durch die Grösse eines die Schaltdrosselspule während der stromlosen Pause rückmagnetisierenden, im Einschaltaugenblick bereits beendeten Spannungsintegrals bemessen. Die Rück magnetisierungskreise bestehen nach Fig. 5 jeweils aus der Reihenschaltung einer Rückmagnetisierungs- wicklung 29 der Schaltdrosselspulen 28 und der Wick lung 55 einer Hilfsdrosselspule 56.
Der Einfachheit halber sind die Kerne 28 und 56 der Drosselspulen in der Zeichnung nur in den äusseren Rückmagneti- sierungskreisen dargestellt. Gegebenenfalls ist in je dem Rückmagnetisierungskreis ausserdem noch ein Abgleichwiderstand 57 vorhanden. Die Reihenschal tung aus den Wicklungen 55 und 29 liegt nun an einer unsymmetrischen Wechselspannung, die aus einem reinen Wechselspannungsanteil und einem ver änderbaren Gleichspannungsanteil zusammengesetzt ist.
Die Hilfsdrosselspule 56 ist so bemessen, dass der zu ihrer Ummagnetisierung erforderliche Magnetisie- rungsstrom kleiner ist als der Magnetisierungsstrom der Schaltdrosselspule, und dass sie den reinen Wech- selspannungsanteil der unsymmetrischen Wechsel spannung zuzüglich der in der Wicklung 29 induzier ten Spannungen aufnehmen kann, ohne dass ihr Kern ungesättigt wird.
Tritt nun jedoch der Gleichspan- nungsanteil hinzu, so wird die Hilfsdrosselspule wäh rend eines Teils der Wechselperiode gesättigt; wäh rend dieser Zeit liegt, wie oben bereits erläutert, die gesamte Spannung des Rückmagnetisierungskreises an der Wicklung 29 der Schaltdrosselspule, so dass ihr Kern, solange die Spannung anhält, rückmagnetisiert wird.
Der Zeitraum, in dem die rückmagnetisierende Spannung wirksam ist, dauert im wesentlichen vom Eintritt der Hilfsdrosselspule in die Sättigung bis zum folgenden Nulldurchgang der Rückmagnetisierungs- spannung. Er ist um so länger, je grösser die Unsym- metrie der angelegten Wechselspannung ist.
In der Schaltung nach Fig. 5 wird für jedes der beiden Systeme I und 1I der reine Wechselspannungs- anteil der Rückmagnetisierungsspannung durch je weils einen Transformator 57 bzw. 60 erzeugt. Beide Transformatoren 57 bzw. 60 besitzen je eine in Drei eck geschaltete Primärwicklung 58 bzw. 61 und eine sechsphasige Sekundärwicklung 59 bzw. 62. Die an den Primärwicklungen 58 bzw. 61 liegenden Span nungen stimmen in der Phase mit den Spannungen überein, die von den Sekundärwicklungen 13 bzw. 14 des Speisetransformators 11 der Anlage abgegeben werden, oder sie eilen ihnen um einen geringen Pha senwinkel voraus.
Jede Phase der Sekundärwicklun gen 59 bzw. 62 liefert den Wechselspannungsanteil für einen Rückmagnetisierungskreis der zwölf Schalt drosseln der Anordnung nach Fig. 3. Die Sternpunkte der beiden Sekundärwicklungen sind unmittelbar mit einander verbunden; die Reihenschaltungen aus Hilfs- drosselwicklung 55 und Schaltdrosselwicklung 29 sind jeweils zu Sternpunkten 63 bzw. 64 verbunden. Zwischen den Sternpunkten 63 und 64 liegt ein Ohm- scher Widerstand 65.
Zwischen den Sternpunkten der beiden Sekundärwicklungen 59 und 62 und einem einstellbaren Abgriff 66 des Widerstandes 65 liegt ein Ohmscher Widerstand 67. Der Gleichspannungsanteil der Rückmagnetisierungsspannung wird gemeinsam für alle Kreise von einer einstellbaren Gleichspan nungsquelle 68 geliefert, die an die Enden des Wider standes 67 angeschlossen ist.
Um nun eine Ausgleichsregelung zwischen den beiden Systemen I und II zu schaffen, sind an den Wechelstromschienen 15 des Systems I zwei Wechsel stromwandler 69 und an den Wechselstromschieneri 16 des Systems II zwei Wechselstromwandler 70, je weils in V-Schaltung, vorgesehen. Die von den Wand lern abgegebenen Ströme werden durch Gleichrichter 71 bzw. 72 gleichgerichtet; die sich ergebenden Gleichströme sind der Belastung des jeweiligen Sy stems proportional.
Die Ausgänge der Gleichrichter sind durch Leiter 73 und 74 miteinander in der Weise verbunden, dass beim Betrieb der Anlage ein Kreisstrom auftritt, der im Leiter 74 von rechts nach links, im Leiter 73 von links nach rechts fliesst. Die Leiter 73 und 74 sind mit den Enden des Ohmschen Widerstandes 65 verbunden. Sind nun die Belastun gen beider Systeme gleich, so geben beide Wandler- anordnungen den gleichen Strom ab, so dass über die Brücke 65 zwischen den Leitern 73 und 74 kein Strom fliessen kann. Erhöht sich jedoch die Belastung eines Systems aus irgendeinem Grunde, so fliesst über den Widerstand 65 ein Strom, der der Differenz der von beiden Systemen abgegebenen Gleichströme pro portional ist.
Infolge dieses Stromes ergibt sich am Widerstand 65 ein Spannungsabfall. Wenn angenom men wird, dass die Belastung des Systems I die grö ssere ist, so erhält das linke Ende des Widerstandes 65 ein höheres Potential als das rechte Ende. Der Gleichspannungsanteil der Rückmagnetisierungsspan- nungen im System I wird infolgedessen, wie sich aus der eingezeichneten Polarität der Quelle 68 ergibt, vermindert. Infolgedessen werden die zeitlichen Span nungsintegrale, die die Schaltdrosselkerne über die Wicklungen 29 rückmagnetisieren, ebenfalls kleiner.
Die Einschaltstufen im System I werden infolgedessen grösser, so dass die vom System 1 abgegebene Gleich spannung und damit auch seine Belastung zurück gehen. Für das System II gilt in allen Punkten das Umgekehrte. Die Regeleinrichtung wirkt also einer gegenseitigen Abweichung der beiden Systembelastun gen entgegen.
Mit Hilfe der Abgleichwiderstände 57a können Ungleichheiten innerhalb der einzelnen Rückmagneti- sierungskreise beseitigt werden; der etwa in der Mitte des Widerstandes 65 liegende Abgriff 66 dient zum Abgleich der Rückmagnetisierungskreise beider Sy steme gegeneinander.
Als Anhaltspunkte für die Bemessung der Schalt elemente können etwa folgende Angaben dienen: Bei einer Belastung von grössenordnungsmässig 10 000 Ampere pro System fliesst in dem Wandlerkreis 71, 73, 72, 74 ein Kreisstrom von etwa 10 Ampere; der Widerstand 65 hat etwa 2 Ohm.
Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Ausgleichsregelung nach dem an Hand von Fig. 5 erläuterten Prinzip, je doch für zwei dreiphasige Systeme. in Saugdrosselschal- tung. Hier besitzt der Speisetransformator eine im Drei eck geschaltete Primärwicklung 80, eine Sekundärwick- lung 81 für das System I und eine Sekundärwicklung 82 für das System 1I. Die Sekundärwicklungen sind in Stern geschaltet und um 60 elektrisch gegeneinan der versetzt; ihre Sternpunkte sind über eine Saug drossel 83 miteinander verbunden.
In den Wechsel stromleitungen beider Systeme liegen in üblicher Weise Schaltdrosselspulen 84 und Kontakteinrichtun gen 85. Die Gleichstromschienen 86 bzw. 87 der bei den Systeme sind über je einen einpoligen Leistungs- Schnellschalter 88 bzw. 89 mit dem Verbraucher 90 verbunden. 91 ist eine Glättungsdrosselspule. Die ein poligen Schalter 88 und 89 besitzen Hilfskontakte 88a bzw. 89a. An jeder Schaltdrosselspule 84 ist eine Rückmagnetisierungswicklung 92 vorgesehen; even tuelle ausserdem vorhandene Vormagnetisierungs- und andere Hilfswicklungen sind hier nicht dargestellt.
Zum Zweck der Ausgleichsregelung zwischen den beiden Systemen sind im Zuge der Gleichstromschie nen 86 bzw. 87 Gleichstromwandler 93 bzw. 94 vorgesehen. Jeder dieser Wandler erzeugt in an sich bekannter Weise einen Gleichstrom, der dem von der betreffenden Gleichstromschiene geführten Gleich strom proportional ist. Wie aus der Zeichnung er sichtlich ist, sind die Wandlerausgänge so in einem Kreis mit den Verbindungsleitern 96 und 95 geschal tet, dass sich beim Betrieb beider Systeme ein im Leiter 95 von links nach rechts, im Leiter 96 von rechts nach links fliessender Kreisstrom ergibt.
So lange die Belastungen beider Systeme gleich sind, haben die Leiter 96 und 95 gleiches Potential; sind die Belastungen jedoch verschieden, so ergibt sich eine Potentialdifferenz zwischen ihnen, die an den Punkten<I>A</I> und<I>B</I> abgenommen werden kann. Die bei <I>A</I> und<I>B</I> abgenommene Spannung wird an eine Rück magnetisierungsschaltung geführt, die in Fig. 7 dar gestellt ist.
Ähnlich wie bei der Schaltung nach Fig. 5 liegen in Fig. 7 die Rückmagnetisierungswicklungen 92 der Schaltdrosselspulen 84 jeweils mit der Wicklung 97 einer Hilfsdrosselspule in Reihe. Diese Reihenschal tung wird von einer unsymmetrischen Wechselspan nung gespeist, deren reiner Wechselspannungsanteil von einem Transformator 98 geliefert wird. Die Rei henschaltungen der beiden Drosselspulen sind in je dem System zu einem Sternpunkt 99 bzw.<B>100</B> ver bunden; zwischen den Sternpunkten 99 und 100 lie gen zwei gleiche Ohmsche Widerstände 101 und 102.
An der Reihenschaltung der Widerstände 101 und 102 liegt die bei<I>A</I> und<I>B</I> in Fig. 6 abgegriffene Span nung; zwischen der Verbindungsstelle C der Wider stände und dem sekundären Sternpunkt des Trans formators 98 wird eine einstellbare Gleichspannung angelegt, die aus der Quelle 103 herrührt.
Solange die Belastungen beider Systeme gleich sind, haben die Punkte<I>A</I> und<I>B</I> gleiches Potential; der Gleichspannungsanteil der Rückmagnetisierungs- spannung ist dann also nur durch die Einstellung der Quelle 103 gegeben. Treten jedoch in der Belastung der beiden Systeme Unsymmetrien auf, so werden die beiden Widerstände 101 und 102 von einem Strom durchflossen, der der Differenz der Belastungen bei der Systeme proportional ist.
Ist beispielsweise die Belastung des Systems 1 höher als die des Systems 1I, so ist A positiv gegen B und demnach auch gegen C; bei der eingezeichneten Polarität der Quelle<B>103</B> wird demnach der Gleichspannungsanteil des Systems 1 um den Spannungsabfall zwischen C und A vermin dert. Der Symmetriegrad der Rückmagnetisierungs- spannung nimmt also zu, das rückmagnetisierende zeitliche Spannungsintegral wird kleiner und demzu folge die Einschaltstufe grösser. Die Belastung des Systems I wird auf diese Weise zurückgeregelt.
Je weils das Umgekehrte gilt für die Verhältnisse im System II.
Beim Einschalten der beiden Systeme durch die jedem System zugeordneten Leistungs-Schnellschalter 88 bzw. 89 kann es nun, wie bereits erwähnt wurde, vorkommen, dass das eine System mehrere Perioden vor dem anderen belastet wird. Wenn nun in diesem Zeitraum extrem unsymmetrischer Belastung der bei den Systeme die erfindungsgemässe Ausgleichsrege- Jung wirksam ist, so kann es vorkommen, dass die Belastung des bereits eingeschalteten Systems so schnell heruntergeregelt wird, dass die Schaltvorgänge ausserhalb der Stromstufen fallen und die Kontakte beschädigt werden. Es empfiehlt sich daher, die Re geleinrichtung erst dann wirksam zu machen, wenn beide Einzelschalter 88 bzw. 89 eingeschaltet sind.
Nach Fig.6 geschieht das in der Weise, dass die Wechselerregung der Hilfstransformatoren 93a bzw. 94a für die Wandler 93 bzw. 94 durch in Reihe lie gende Hilfskontakte 88a und 89a der Schalter 88 bzw. 89 so lange unterbrochen ist, als diese Schalter geöffnet sind. Erst wenn beide Schalter geschlossen sind, sind die Transformatoren 93a und 94a mit der Wechselspannungsquelle 104 verbunden.
Statt Gleichstromwandlern können bei der Schal tung nach Fig. 6 auch Wechselstromwandler zur Ge winnung eines der Belastung des jeweiligen Systems proportionalen Gleichstromes verwendet werden. Die Schaltung eines derartigen Wechselstromwandlers ist bei 105 gestrichelt dargestellt; wie man erkennt, sind zwei Wechselstromschienen in entgegengesetzter Richtung durch den Wandler geführt. Statt durch Wandler können die belastungsproportionalen Hilfs- gleichströme auch durch sog. Halleffekt-Generatoren erzeugt werden. Eine derartige Schaltung zeigt Fig. B.
Die Gleichstromschienen 86 und 87 der beiden Sy steme 1 und 1I nach Fig. 6 sind hier im Querschnitt dargestellt; jede Schiene ist von einem Eisenkreis 120 bzw. 121 umgeben, der bei 122 bzw. 123 einen Luft spalt besitzt. Innerhalb der Luftspalte ist je ein Hall- effekt-Generator 124 bzw. 125 angeordnet. Diese Halleffekt-Generatoren bestehen aus einem Material, vorzugsweise einem Halbleiter, mit besonders hoher Hallkonstante; sie sind plattenförmig ausgebildet. Die Hall-Generatorplatten 124 und 125 werden senkrecht zur Zeichenebene, und zwar beide in gleicher Rich tung, von einem Gleichstrom durchflossen.
Da die Schienen 86 und 87 ebenfalls Gleichströme gleicher Richtung führen, haben auch die magnetischen Fel der in den Luftspalten 122 und 123 gleiche Rich tung. Die an den Elektroden<I>124a</I> und 124b bzw. den Elektroden 125a und 125b abgenommenen Hall- Spannungen sind daher gleichgerichtet, so dass also beispielsweise<I>124a</I> gegenüber<I>124b</I> positiv und 125a gegenüber 125b ebenfalls positiv ist.
Die Elektroden der beiden Hall-Generatoren sind über einen Wider stand 126 derart gegeneinandergeschaltet, dass sich ihre Spannungen ganz oder teilweise ausgleichen; der über den Widerstand 126 fliessende Hall-Strom ist demnach proportional der Differenz der Hall-Span- nungen beider Generatoren, also auch proportional der Differenz der von den Schienen 86 und 87 ge führten Gleichströme. Die am Widerstand 126 auf tretende Spannung wird durch einen Verstärker 127 verstärkt und den Anschlüssen<I>A</I> und<I>B</I> der Rück magnetisierungsschaltung (Fig.7) zugeführt.
Die Ausgleichsregelung kann nicht nur bei zwei Systemen, sondern auch bei vier, acht, sechzehn usw. Systemen verwendet werden, wobei dann mit jeder Verdoppelung die Einführung einer weiteren Ver gleichsschaltung verbunden ist. Ein Beispiel für eine derartige Mehrfach-Ausgleichsregelung zeigen die Fig. 9 und 10.
Die in Fig. 9 vereinfacht dargestellte Gesamtanlage besteht aus zwei Doppelsystemen X und<I>Y,</I> von denen das Doppelsystem<I>X</I> aus zwei dreiphasigen Systemen I und 1I, das Doppelsystem Y aus zwei dreiphasigen Systemen III und IV, jeweils in Saugdrosselschaltung, zusammengesetzt ist. In Fig. 9 sind die vier positiven Gleichstromschienen der vier Systeme mit P1 bis P4, die beiden negativen Sammelschienen mit N1 und N2 bezeichnet. Bei P und N wird der Verbraucher angeschlossen.
Es. ist vorausgesetzt, dass die Rückmagnetisierung der Schalt drosseln der vier Systeme, wie das an Hand der Fig. 5 und 7 gezeigt wurde, mit Hilfe einer unsymmetrischen Wechselspannung erfolgt.
In Fig. 10 ist die Zusammensetzung der Gleich spannungskomponente der Rückmagnetisierungsspan- nung für die Schaltdrosseln aller vier Systeme dar gestellt. Im Zuge der positiven Sammelschienen P1 bis P4 liegen die Gleichstromwandler 111, 112, 113, 114, im Zuge der negativen Sammelschienen N1 und N2 liegen die Gleichstromwandler 115 und 116. Die einstellbare Gleichspannung stammt wiederum aus einer Gleichspannungsquelle 103.
An dem Wider stand 117 liegt eine Gleichspannung, die der Dif ferenz der von den Stromschienen P1 und P2 ge führten Ströme proportional ist; die gleiche Aufgabe hat der Widerstand 118 beim Vergleich der in P3 und P4 fliessenden Ströme, ebenso der Widerstand 119 beim Vergleich der in den negativen Stromschie nen fliessenden Ströme. An den Klemmen R (I) wer den die Rückmagnetisierungskreise der Schaltdros seln des Systems I angeschlossen, die in gleicher Weise wie die Rückmagnetisierungskreise der Fig. 7 ausgebildet sind; entsprechendes gilt für die Klem men R (I1), R (11I) und R (IV).
Aus der Schaltung nach Fig. 10 ist erkennbar, dass die an diesen Klem men abgenommenen Gleichspannungen drei Anteile enthalten, nämlich einen einstellbaren, konstanten Anteil, einen von der Belastungsunsymmetrie im Dop pelsystem<I>X</I> bzw. <I>Y</I> abhängigen Anteil und einen von der Belastungsdifferenz zwischen den Doppelsystemen <I>X</I> und<I>Y</I> abhängigen Anteil.
Ein Ausgleich zwischen den Systemen<I>X</I> und<I>Y</I> kann auch durch Vergleich der Ströme je einer posi tiven Sammelschiene von X mit einer positiven Sam melschiene von Y erfolgen.
Sinngemäss kann bei einer Verdoppelung der Sy stemzahl auf acht, sechzehn usw. Systeme verfahren werden.