DE1044256B - Steuerbare Trockengleichrichteranordnung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die AusSperrspannung, müßte der Schalter anderenfalls einen 20 Schalterregung unter Vermeidung zusätzlichen Aufbeträchtlichen Sperrstrom unterbrechen, der im Dauer- wandes unmittelbar dem Hauptstromkreis zu entbetrieb die Kontaktflächen beschädigen könnte. Man nehmen. Sie besteht darin, daß bei Verwendung von hat zur Lösung dieser Aufgabe bereits eine Anord- Ein- und Ausschaltwicklungen zur Steuerung des nung angegeben, bei der in Reihe mit dem Trocken- Schalters die Ausschalterregung von der Spannung gleichrichter ein durch Erregung von Ein- und Aus- 25 abhängt, die an dem in Reihe mit dem Schalter liegenschaltwicklungen gesteuerter Schalter liegt, wobei die denTrockengleichrichter (Hauptgleichrichter) herrscht. Phasenlage der Einschalterregung veränderbar und Bei den heute zur Verfügung stehenden, magnetisch die Ausschalterregung selbsttätig derart gesteuert ist, erregten, beispielsweise mit Sperrmagneten betätigten daß die Öffnung des Schalters zu Beginn der Sperr- Schaltern lassen sich Gesamtschaltzeiten von 1 Milliphase des Trockengleichrichters erfolgt. Bei der be- 30 Sekunde oder weniger erreichen. Es ist daher bei der kannten Anordnung ist in Reihe mit dem Trocken- Anordnung nach der Erfindung möglich, den Schalter gleichrichter und dem Schalter eine Schaltdrossel- innerhalb einer sehr kurzen Zeit nach dem Nulldurchspule vorgesehen, deren Kern sich in der Nähe des gang des Phasenstromes, mit anderen Worten, nach Stromnulldurchganges entsättigt. Die während der dem Anstieg der Sperrspannung, zu öffnen, wobei Entsättigung an einer Hilfswicklung der Schaltdros- 35 also im Ausschaltzeitpunkt unter allen Betriebsbedinselspule auftretende Spannung wird zur Erregung der gungen die Sperrspannung am Trockengleichrichter Ausschaltwicklung des Schalters benutzt. Bei dieser und damit in noch höherem Grade der Sperrstrom bekannten Schaltung ist eine Vormagnetisierung der noch klein und leicht beherrschbar sind. Von beson-Schaltdrossel erforderlich, durch die bewirkt wird, derem Vorteil ist in diesem Zusammenhang die Verdaß die Entsättigung des Schaltdrosselkerns noch bei 40 Wendung von p-n-Gleichrichtern als Hauptgleichrichpositiven Strömen erfolgt, da sonst der mit der Haupt- ter; diese Gleichrichter, bei denen die Sperrwirkung wicklung der Schaltdrossel in Reihe liegende Trok- an der Übergangsfläche zweier Gebiete mit positiven kengleichrichter eine Entsättigung des Schaltdrossel- bzw. negativen Ladungsträgern auftritt, besitzen einen kerns verhindern würde. Dieser Vormagnetisierungs- besonders hohen Gleichrichtungsfaktor und daher im kreis muß nicht nur die zur Urnmagnetisierung des 45 Verhältnis zu ihrer Belastbarkeit in Vorwärtsrichtung Schaltdrosselkerns erforderlichen Amperewindungen einen besonders niedrigen Sperrstrom, aufbringen, sondern zusätzlich noch diejenigen Arn- Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung liegt die

perewindungen, die der Schaltdrossel durch die Aus- Ausschaltwicklung in einem parallel zum Hauptgleichschaltbelastung entzogen werden. Dadurch ist ein er- richter verlaufenden Nebenpfad. Die Stromstärke in heblicher Mehraufwand für den Vormagnetisierungs- 50 diesem Nebenpfad wird von der am Hauptgleichrichkreis bedingt; unter praktischen Verhältnissen kann ter liegenden Spannung bestimmt; wenn der Hauptdie erforderliche zusätzliche Vormagnetisierung ein gleichrichter in Durchlaßrichtung belastet ist, ist die Mehrfaches derjenigen Erregung betragen, die zur Spannung am Nebenpfad und damit auch der Strom Ummagnetisierung der Schaltdrossel allein erforder- klein, im Gegensatz zur Sperrzeit des Hauptgleich-

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richters, in der die Spannung, und der Strom groß sind. Der Strom im Nebenpfad kann, falls erforder lieh, durch einen ohmschen Widerstand (zusätzlich zum Widerstand der Ausschaltwicklung) begrenzt werden; er ist so zu bemessen, daß er in der Durchlaßzeit des Hauptgleichrichters eine zum Ausschalten nicht ausreichende Erregung liefert.

Der Nebenpfad kann so ausgebildet sein, daß er nur den Hauptgleichrichter überbrückt; der Schalter muß dann den Auslösestram unterbrechen, und die Ausschalterregung endet im Ausschaltaugenblick. Der Nebenpfad kann j edoch auch den Schalter überbrücken; in diesem Falle fließt der Auslösestrom nicht über den Schalter, und die Ausschalterregung bleibt auch nach der Öffnung des Schalters erhalten.

Zur Entlastung der Schalter beim Schließen kann in Reihe mit jedem Schalter eine Einschaltdrosselspule liegen. Eine solche Einschaltdrosselspule hat bekanntlich die Aufgabe, den sofortigen Stromanstieg nach dem Einschalten zu verhindern. Zu diesem Zweck besitzt die Einschaltdrosselspule einen Kern aus einer Eisensorte mit rechteckförmiger Hysteresisschleife; dieser Kern muß beim Einschalten ungesättigt sein. Bei Anordnungen dieser Art kann nach einer Weiterbildung der Erfindung der Nebenpfad auch die Einschaltdrossel überbrücken, damit der durch den Nebenpfad fließende Strom nicht den Magnetisierungszustand der Einschaltdrossel beeinflußt. Man kann weiterhin den während der Sperrzeit des Hauptgleichrichters durch die Einschaltdrosselspule fließenden Rückstrom zur Rückmagnetisierung der Drosselspule ausnutzen. Zu diesem Zweck wird der Widerstand der in Reihe mit derEmschaltdrosselspule liegenden Schaltelemente so bemessen, daß der während der Sperrzeit durch die Einschaltdrosselspüle fließende Rückstrom die Höhe ihres Magnetisierungsstromes erreicht. Der Rückstrom sorgt dann dafür, daß die Magnetisierungsänderung, die die Einschaltdrosselspule beim Durchlaufen der Einschaltstufe erfahren hat, wieder rückgängig gemacht wird, so daß also beim Schließen des Schalters die Einschaltdrosselspule zur Bildung der nächsten Einschaltstuf e bereit ist.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Einschaltdrosselspule auch zur Bildung einer Ausschaltstufe, also zur Entlastung des Schalters beim Öffnen, herangezogen werden. Man hat dann dafür zu sorgen, daß sie beim Öffnen des Schalters ebenfalls ungesättigt ist. Während nun aber die Einschaltstufe zur Vermeidung von Spannungsverlusten möglichst kurz gewählt wird (etwa 10—* Sekunden) , muß die Ausschaltstufe wegen der unvermeidlichen Eigenzeit des Schalters etwa 5 bis 10-1O^-4 Sekunden andauern. Verschiedene Stufendauern, d. h. verschiedene Ummagnetisierungszeiten der Drosselspule, kann man, wie es grundsätzlich bekannt ist, durch Wahl verschiedener Ummagnetisierungsspannungen erreichen. Dazu kann man gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung den Hauptgleichrichter und die Einschaltdrosselspule je für sich durch einen ohmschen Widerstand überbrücken. Dadurch ergibt sich ein Spannungsteiler, der in der "Zeit vom negativen Nulldurchgang des Koriimiitierungsstromes bis zum Öffnen des Schalters der Einschaltdrosselspule nur einen Teil der Phasenspannung zuführt. ' Man bemißt nun die genannten ohmschen Widerstände;, die den Spannungsteiler bilden, derart, daß das an der Drosselspule auftretende zeitliehe Spannungsiiitegral in dem' genannten Zeitraum nicht ausreicht, den Drbsselkern bis zur\Sätfcigung umzumagrietisieren. jNach .dem !Öffnen des: Schalters .kanu dann die weitere Ummagnetisierung des Drosselkerns" durch parallel zum Schalter liegende Nebenpfade fortgesetzt werden. Der Strom, den der Schalter zu unterbrechen hat, ist bei einer solchen Anordnung höchstens gleich dem Magnetisierungsstrom der Drosselspule.

Insbesondere bei Verwendung von unpolarisierten Schaltern ist es vorteilhaft, in den parallel zum Hauptgleichrichter verlaufenden Nebenpfad ein in Sperrichtung des Hauptgleichrichters durchlässiges Hilfsventil zu legen. Dieses Ventil sperrt in der Durchlaßzeit des Hauptgleichrichters, d. h. während der Schließungszeit des Schalters, die Ausschalterregung des Schalters, so daß ein unzeitiges Öffnen verhindert wird.

Der Nebenpfad kann beispielsweise die Ausschaltwicklung unmittelbar enthalten. Er kann aber auch die Primärwicklung eines Sättigungswandlers enthalten, der sekundär die Ausschaltwicklung erregt. Ein solcher S ättigungswandler liefert beim Durchlaufen des unge-

ao sättigten Teils seiner Magnetisierungskennlinie kurzzeitige, scharf definierte Erregungsimpulse. Der Wandler kann durch die Ausgängsspannung der Trockengleichrichteranordnung oder auch durch einen permanenten Magneten rückmagnetisiert werden.

Bei allen Ausführungsformen der Erfindung kann der Schalter allein durch einen zusätzlichen Nebenweg überbrückt sein, vorzugsweise in Form eines weiteren Hilfsventils, das in diesem Falle, da ein negativer Strom zu schalten ist, in Sperrichtung des Hauptgleichrichters durchlässig sein muß. Ein solcher Nebenweg hat, wie es bekannt ist, den Zweck, beim Öffnen des Schalters ein Anspringen der Spannung an den sich voneinander entfernenden Kontaktstücken zu verhüten.

Die Fig. 1 bis 7 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Im einzelnen stellt die Fig. 1 eine dreiphasige Gleichrichteranordnuag - dar, bei der die zeitliche Lage der Einschalterxegung durch einen Drehtransformator eingestellt -werden kann und die Ausschaltwicklung parallel zum Trockengleichrichter (Hauptgleichrichter) liegt In Fig. 2 ist die Ausschaltwicklung in gleicher Weise wie in Fig. 1 angeordnet; der Schalter ist jedoch für sich allein durch ein Ventil überbrückt. In Fig. 3 überbrückt der die Ausschaltwicklung entnaltende Nebenpfad auch den Sehalter, in Fig. 4 außerdem auch eine Einschaltdrosselspule. Bei der Schaltung nach Fig. 5 dient die Einschaltdrosselspule gleichzeitig zur Entlastung des Schalters beim Öffnen. Die Fig. 6 und 7 zeigen Schaltungen, bei denen die Ausschalterregung durch einen tSättigungswandler übertragen wird.

Die Ausführungsbeispiele nach den Pig. 2 bis 7 sind der Einfachheit halber nur einphasig dargestellt; die übrigen Phasen sind analog zu Pig. 1 jeweils in der gleichen Weise ausgebildet.

In Fig. 1 ist 1 ein Drehstrom-Speisetransformator mit den'Primärwicklungen 2 und den Sekundärwicklungen 3. .Die an den in -Stern geschalteten Sekundärwicklungen .3 abgenommenen Ströme fließen über die Trockengleichrichter4 (Hauptgleichrichter), die mechanischen Schalter 5 und die Last ID zurück zum Sternpunkt. Die mechanischen Schalter 5 bestehen aus festen "Kentaktstüeketi 6>" einer beweglichen Kontaktbrücke 7, einer .Einschaltwicklung 8 und einer

. _. Auaschältwicklungi?. -Die -Erregung der Einschaltwicklung S "wird -eisern vT-ransfermator .11 ent¹ nommen, -; der über'" einen- •Drehtransformator .12 an- ekie-nv Netz R I, -S1, "Ti liegt. Das Netz Rl, Sl, Tlist-,vorzugsweise ^ifc-dem-Speisenetz RST iden-

tisch. Die mechanischen Schalter 5 können beispielsweise durch ein Paar von Sperrmagneten angetrieben sein; in diesem Falle wird während der Öffnungszeit des Schalters die mit dem Anker verbundene, bewegliche Kontaktbrücke 7 von dem einen Sperrmagneten festgehalten. Bei Erregung der Einschaltwicklung 8 wird der Ankerfluß abgesperrt, so daß der Anker durch die Kraft einer (nicht dargestellten) Feder und die Anziehungskraft des anderen Magneten abgerissen und die Brücke 7 auf die festen Kontaktstücke 6 ge- ίο drückt wird. Der Zeitpunkt, in dem die Einschaltwicklung 8 erregt wird, hängt von der Einstellung des Drehtransformators 12 ab. Wird der Schalter 5 frühzeitig innerhalb der positiven Halbperioden der betreffenden Phasenspsnnung geschlossen, so ist die von der Gleichrichteranordnung gelieferte Spannung relativ groß; wird er spät geschlossen, so ist sie relativ klein.

Die Ausschaltwicklung 9 des Schalters 5, die ebenfalls die Sperrwicklung eines Sperrmagneten sein kann, ist über einen ohmschen Widerstand 13 an die ao Elektroden des Trockengleichrichters 4 angeschlossen. Bei einer unpolarisierten Ausschalterregung des Schalters, bei der also Ströme beider Sichtungen im Nebenpfad 9/13 in gleicher Weise auslösend wirken, ist der Widerstand 13 so zu bemessen, daß der von dem Nebenpfad 9/13 geführte Strom erst dann zum Ausschalten des Schalters ausreicht, wenn an den Elektroden des Gleichrichters 4 .eine Spannung auftritt, die oberhalb der betriebsmäßigen Durchlaßspannung des Gleichrichters liegt. Das heißt also, daß der Schalter geschlossen bleibt, solange der Gleichrichter 4 in Durchlaßrichtung belastet ist, und daß er geöffnet wird, sobald bei Belastung in Sperrichtung die Sperrspannung einen bestimmten Betrag überschreitet. Dieser Betrag kann durch Wahl des Widerstandes 13 vorgegeben werden; er ist möglichst niedrig anzusetzen, damit der Schalter möglichst sofort nach dem Nulldurchgang des Stromes, d. h. nach Beginn der Sperrperiode, geöffnet wird.

Fig. 2 zeigt im wesentlichen die gleiche Anordnung wie Fig. 1; der Schalter 5 ist hier jedoch durch einen Nebenweg in Form eines Ventils 14 überbrückt. Dieses Ventil 14 übernimmt nach dem öffnen des Schalters den weiterfließenden Rückstrom und verhütet dadurch ein Ansteigen der Spannung an dem sich öffnenden Schalter, die zu Rückzündungen führen könnte.

Bei der Schaltung nach Fig. 3 überbrückt der die Ausschaltwicklung enthaltende Nebenpfad auch den Schalter. Der Nebenpfad enthält außerdem ein Ventil 15. Bei dieser Schaltung bleibt die Ausschalterregung auch nach dem Öffnen des Schalters noch bestehen. Sie ist daher für Schalter mit Zugmagneten geeignet, bei denen der Anker durch die Ausschalterregung angezogen wird. Sie ist jedoch auch vorteilhaft bei Verwendung von Sperrmagneten, da dann der Ausschaltbewegung des Brückenkontaktstückes keine magnetische Rückstellkraft entgegenwirkt, so daß entweder eine hohe Beschleunigung erzielt oder die Abreißkraft herabgesetzt werden kann. Die Durchlaßrichtung des Ventils 15 ist zu der des Hauptgleichrichters 4 entgegengesetzt; eine Erregung der Ausschaltwicklung 9 während der Zeit positiver Phasenspannung, insbesondere auch im Einschaltaugenblick, wird dadurch verhindert, was bei der Verwendung unpolarisierter Schalter von besonderer Bedeutung ist.

Bei der Anordnung nach Fig. 4 ist in Reihe mit dem Hauptgleichrichter 4 und dem Schalter 5 eine an sich bekannte Einschaltdrosselspule 16 geschaltet. Der Kern dieser Einschaltdrosselspule 16 befindet sich beim Einschalten des Schalters 5 in ungesättigtem Zustand; die Drosselspule stellt daher in dem Zeitraum kurz nach dem Einschalten einen hohen induktiven Widerstand dar und verhindert bis zum Eintritt in ihre Sättigung ein Ansteigen des Phasenstromes. Durch eine Vormagnetisierungswicklung 18 kann dafür gesorgt werden, daß der durch die Hauptwicklung 17 und den Schalter 5 kurz nach dem Einschalten fließende Strom verringert wird. Während der Öffnungszeit des Schalters kann die Einschaltdrosselspule 16 über eine Rückmagnetisierungswicklung 19 durch Zuführung eines bestimmten zeitlichen Spannungsintegrals wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzt werden. Bei Verwendung einer derartigen Einschaltdrosselspule muß der Nebenpfad 9, 13, 15 auch diese Drosselspule überbrücken, da andernfalls die über die Wicklung 17 durch den Nebenpfad fließenden Rückströme den Magnetisierungszustand der Drosselspule während der Öffnungszeit verändern würden.

In Fig. 5 ist eine Schaltung dargestellt, bei der die Rückmagnetisierung der Einschaltdrosselspule 16 nicht über eine besondere Rückmagnetisierungswicklung, sondern durch den Phasenrückstrom erfolgt. Die Rückmagnetisierung beginnt mit dem Richtungswechsel der Spannung von positiven zu negativen Werten. Der Widerstand der mit .der Wicklung 17 in Reihe liegenden Schaltelemente 14, 9 und 13 ist so bemessen, daß der während der Sperrzeit durch die Wicklung 17 fließende Rückstrom die Höhe des Magnetisierungsstromes der Drosselspüle erreicht. Da zur Rückmagnetisierung ein bestimmtes zeitliches Spannungsintegral erforderlich ist, kann die Geschwindigkeit der Rückmagnetisierung durch Änderung der Spannung beeinflußt werden. Bei der Schaltung nach Fig. 5 ist ■die Spannung, die während der Sperrzeit an der Wicklung 17 liegt, durch das Verhältnis der Widerstände 13 und 20 bestimmt, die einen Spannungsteiler bilden. Man kann nun das Verhältnis dieser Widerstände so bemessen, daß die Drosselspule im Öffnungszeitpunkt des Schalters 5 noch nicht voll rückmagnetisiert, d. h. noch ungesättigt ist. In diesem Falle ist der von dem Schalter 5 zu unterbrechende Strom höchstens gleich dem durch die Wicklung 17 fließenden Magnetisierungsstrom der Drossel. Im allgemeinen wird er sogar kleiner sein, da ein Teil des Magnetisierungsstromes über das Ventil 14, die Wicklung 9 und den Widerstand 13 fließt. Darüber hinaus kann der durch die Wicklung 17 fließende Strom durch eine entsprechende Vormagnetisierung über die Wicklung 18 noch weiter erniedrigt werden, so daß der vom Schalter 5 zu unterbrechende Strom praktisch auf Null gebracht werden kann. Die hier gemeinte Ausschaltvormagnetisierung über die Wicklung 18 muß der Einschaltvormagnetisierung, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben wurde, entgegengerichtet sein.

Bei der^- Anordnung nach Fig. 6 enthält der den Gleichrichter 4, den Schalter 5 und die Einschaltdrosselspule 16 überbrückende Nebenpfad die Ausschaltwicklung 9 nicht unmittelbar; er erregt sie vielmehr über einen Sättigungswandler 21 mit der Primärwicklung 22 und der Sekundärwicklung23. Der Wandler besitzt einen Kern mit rechteckförmiger Hysteresisschleife; beim Durchlaufen des ungesättigten Teiles dieser Kennlinie erhält die Ausschaltwicklung 9 einen scharf definierten Erregungsimpuls. Die Vormagnetisierung des Wandlers 21 erfolgt über eine Wicklung 24, die zwischen dem sekundären Sternpunkt des Speisetransformators und der Gleichstromsammeischiene der Gleichrichteranordnung über einen ohmschen Wider-

stand 25 eingeschaltet ist. Der Wandler kann statt dessen aber auch entsprechend Fig. 7 permanent vormagnetisiert sein. Das Ventil 26 in den Fig. 6 und 7 unterdrückt Impulse, die bei der Rückmagnetisierung des Sättigungswandlers entstehen.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Trockengleichrichteranordnung, bei der in Reihe mit einem Trockengleichrichter (Hauptgleichrichter) ein durch Erregung von Ein- und Ausschaltwicklungen gesteuerter Schalter liegt, wobei die Phasenlage der Einschalterregung veränderbar und die Ausschalterregung selbsttätig derart gesteuert ist, daß die Öffnung des Schalters zu Beginn der Sperrphase des Trockengleichrichters erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschalterregung des Schalters von der am Hauptgleichrichter herrschenden Spannung abhängt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschaltwicklung in einem parallel zum Hauptgleichrichter geführten Nebenpfad liegt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenpfad auch den Schalter überbrückt.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit jedem Schalter eine Einschaltdrosselspule liegt.

5. Anordnung nach^: Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenpfad auch die Einschaltdrosselspule überbrückt.

6. Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung des Widerstandes der

in Reihe mit der Einschaltdrosselspule liegenden Schaltelemente, daß der während der ,Sperrzeit durch die Einschaltdrosselspule fließende Rückstrom die Höhe ihres Magnetisierungsstromes erreicht.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß der Hauptgleichrichter und die Einschaltdrosselspule je für sich durch einen ohmschen Widerstand überbrückt sind.

8. Anordnung nach- Anspruch 3, insbesondere mit unpolarisierten Schaltern, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Nebenpfad ein in Sperrichtung des Hauptgleiehriehters durchlässiges Hilfsventil liegt

9. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenpfad die Primärwicklung eines S ättigungs wandler s enthält, der sekundär die Ausschaltwicklung erregt.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der S ättigungs wandler durch die Ausgangsspannung der Trockengleichrichteranordnung vormagnetisiert ist.

11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sättigungswandler durch einen permanenten Magneten vormagnetisiert ist.

12. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter allein durch einen zusätzlichen Nebenweg, vorzugsweise in Form eines in Sperrichtung des Hauptgleichrichters durchlässigen Hilfsventil, überbrückt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 860 513.

Hieirzu 1 Blatt Zeichnungen

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