DE10050441C1 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Gleichstromes im Hochstrombereich - Google Patents

Vorrichtung zur Erzeugung eines Gleichstromes im Hochstrombereich

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Abstract

Mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Gleichstromes im Hochstrombereich, insbesondere zum Einsatz bei galvanischen Anlagen, soll die M6-Schaltung so modifiziert werden, daß sie den einfachen Aufbau der M6-Schaltung mit der verlustarmen Betriebsweise der M3.2-Schaltung verbindet. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, daß der Transformatorkern (2) mit den Sekundärwicklungen (4) mit wenigstens einem zusätzlichen Schenkel (6) zur Ermöglichung eines Ausgleichflusses versehen ist.

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Erzeu­ gung eines Gleichstromes im Hochstrombereich mit einem als M6-Schaltung ausgeführten Gleichrichter, insbesondere zum Einsatz bei galvanischen Anlagen.
Aus der DE-196 15 352-A1 ist ein Dreiphasenringkern z. B. für Transformatoren bekannt, wobei dieser Literaturstelle auch zu entnehmen ist, daß für derartige Transformatoren auch andere Bauformen möglich sind, etwa eine Fünfschenkel­ kernausführung oder eine "Tempelbauform".
Im Hochstrombereich gibt es Gleichrichterschaltungen unter­ schiedlicher Art, so beispielsweise bei 6-pulsigen Schal­ tungen die Schaltungen B6, M6 und M3.2.
Bei einer M6-Schaltung leiten die Halbleiter einmal pro Pe­ riode den gesamten Gleichstrom (Ig) für 60°, woraus sich eine Effektivstrombelastung (Ieff) für das entsprechende Ven­ til von 0,41.Ig und eine arithmetrische Mittelwertbela­ stung von 0,17.Ig ergibt.
Bei der B6-Schaltung leiten die Halbleiter einmal pro Pe­ riode den gesamten Gleichstrom (Ig) für 120°. Hieraus ergibt sich eine Effektivstrombelastung (Ieff) für das Ventil von 0,58.Ig und eine arithmetrische Mittelwertbelastung von 0,33.Ig.
Schließlich zeichnet sich eine 3.2-Schaltung dadurch aus, daß die Halbleiter einmal pro Periode den halben Gleich­ strom (Ig) für 120° leiten, woraus sich eine Effektivstrom­ belastung (Ieff) für das Ventil von 0,289.Ig und eine arith­ metrische Mittelwertbelastung von 0,17.Ig ergibt.
Erkennbar ist, daß damit diese 3.2-(Doppelstern mit Saug­ drossel)Schaltung die verlustärmste Schaltung ist, so daß sie bevorzugt bei den hier angesprochenen Hochstromanwen­ dungen zum Einsatz kommt.
Ein Nachteil dieser 3.2-Schaltung besteht darin, daß die Schaltung ein zusätzliches Bauteil, die Saugdrossel, benö­ tigt und ein zusätzlicher Verdrahtungsaufwand notwendig ist. Die Saugdrossel verhindert den Stromübergang (Kommu­ tierung) von einem M3-System auf das parallel geschaltete System ("Elektroniklexikon", Walter Baier, S. 459, Franckh'sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart, 1974).
Hier setzt die Erfindung ein, deren Aufgabe darin besteht, die M6-Schaltung so zu modifizieren, daß sie den einfachen Aufbau der M6-Schaltung mit der verlustarmen Betriebsweise der M3.2-Schaltung verbindet.
Mit einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Transformatorkern mit den Wicklungen zur Erzielung der Funktionalität einer M3.2-Schaltung mit wenigstens einem zusätzlichen Schenkel zur Ermöglichung eines Ausgleichs­ flusses versehen und der Transformator primär im Stern ge­ schaltet ist.
Mit der Erfindung ist es möglich, die Primärseite des Gleichrichtertransformators im Stern zu schalten und dem Transformatorkern wenigstens einen, ggf. auch zwei zusätz­ liche Schenkel zu verleihen.
In der Offenlegungsschrift 42 06 663, die eine Mehrpuls­ gleichrichterschaltung betrifft, ist für sich gesehen eine primärseitige Sternschaltung und auch eine sekundärseitige Doppelsternschaltung beschrieben.
In dem zusätzlichen Schenkel fließt ein Ausgleichfluß, der die Kommutierung zwischen den beiden parallel geschalteten M3-Systemen verhindert, gleichzeitig aber den Vorteil der M6-Schaltung aufweist, nämlich den äußerst einfachen Auf­ bau, was dadurch erreicht wird, daß praktisch die Saugdros­ sel in die Transformatoreinheit mit integriert ist.
Damit ergeben sich erfindungsgemäß folgende Maßnahmen:
Die Primärseite des Transformators wird, wie schon erwähnt, im Stern geschaltet:
∈i = iL1 + iL2 + iL3 = ∅A,
woraus folgt, daß der Transformator nur mit symmetrischer Last betrieben werden kann, da sich sonst ein starker Joch­ fluß ausbildet.
Die weitere Maßnahme besteht darin, daß eine magnetische Kopplung zwischen den beiden Jochen erfolgt, woraus folgt, daß LI sehr groß ist.
Sollte der Transformator asymmetrisch betrieben werden, reduziert
die Ausgangsspannung.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der ent­ sprechenden Schaltung ist die folgende:
Wird die Schaltung mit Strom belastet, wird die Induktivi­ tät EI die sekundären Ströme symmetrieren und so eine Schal­ tung mit 120° Stromfluß pro Ventil und halbem Gleichstrom pro Halbbrücke erzwingen. Damit besitzt die erfindungsgemä­ ße Schaltung im wesentlichen den M3.2-Charakter.
In Ausgestaltung ist nach der Erfindung vorgesehen, daß bei drei Sekundärspulen der Transformatorkern mit einem vierten oder vierten und fünften, zusätzlichen Schenkel ausgerüstet ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:
Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung der wesentlichen Elemente der Vorrichtung,
Fig. 2 die entsprechende, zugehörige Schaltung sowie in
Fig. 3 die zugehörigen Spannungskurven über die Zeit.
Die in Fig. 1 stark vereinfacht wiedergegebene Vorrichtung zeigt im wesentlichen einen Tansformator, allgemein mit 1 bezeichnet, mit im wesentlichen drei Kernen 2, hier be­ zeichnet mit 2a, 2b und 2c, die von einer Primärwicklung 3, wiederum bezeichnet mit 3a bis 3c, umgeben sind, die ihrer­ seits mit einer Sekundärwicklung 4a bis 4c umgeben ist.
Erkennbar sind die Transformatorkerne 2a bis 2e nicht nur mittels eines unteren und oberen, allgemein mit 5 bezeich­ neten Jochs miteinander verbunden, sondern es ist wenig­ stens ein zusätzlicher, mit 6 bezeichneter Schenkel in pa­ ralleler Anordnung zu den Kernen 2 vorgesehen, wobei in Fig. 1 auf der linken Figurenseite ein zweiter, zusätzlicher Schenkel 6' gestrichelt angedeutet ist.
Mit dieser Bauweise ergibt sich eine Reihe von Vorteilen im Hochstrombereich.
Eine entsprechende Gestaltung ist in Fig. 2 wiedergegeben, wobei die Primärwicklung angegeben ist, die Sekundärwick­ lung I und die Sekundärwicklung II. Dabei ist zu beachten, daß hier erfindungsgemäß die Primärwicklung eine Stern­ schaltung darstellt.
Fig. 3 zeigt die zugehörigen Spannungskurven über die Zeit.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Gleichstromes im Hochstrom­ bereich mit einem als M6-Schaltung ausgeführtem Gleichrich­ ter, insbesondere zum Einsatz bei galvanischen Anlagen, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformatorkern (2) mit den Wicklungen (3, 4) zur Erzielung der Funktionalität einer M3.2-Schaltung mit we­ nigstens einem zusätzlichen Schenkel (6) zur Ermöglichung eines Ausgleichsflusses versehen und der Transformator pri­ mär im Stern geschaltet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei drei Sekundärspulen (4) der Transformatorkern (2) mit einem vierten (6) oder vierten (6) und fünften, zusätz­ lichen Schenkel (6') ausgerüstet ist.
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