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Ventilanordnung für Halbleiterstromrichter mit symmetrisch ausgebildetem
Drehstromtransformator Bei Halbleiterstromrichteranlagen für hohe Gleichströme ist
es bekanntlich notwendig, eine bestimmte Anzahl von Halbleiterventilen, die als
Halbleiterzellen bezeichnet sind, parallel zu schalten. Hierzu ist es zweckmäßig
und üblich, die parallel geschalteten Ventile jedes Ventilzweiges der Stromrichterschaltung
zu sogenannten Ventilsäulen, die aus den Stromführungsschienen und den dazwischen
liegenden Halbleiterventilen # bestehen, zu vereinigen. Die betreffenden Ventile
jeder Ventilsäule sind auf der einen Stromführungsschiene fest montiert und mit
der anderen Stromführungsschiene durch je einen flexiblen Anschluß verbunden.
Die Zu- und Abführung des aesamten Ventilstromes jeder Ventilsäule erfolgt zweckmäßig
an den einander entgegengesetzten Schienenenden jeder Säule, so daß sich für jede
der parallelgeschalteten Halbleiterzellen eine gleich lange Strombahn und damit
Bein gleich großer Leitungswiderstand ergibt.
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Zur Erzielung kurzer Verbindungen werden die Ventilsäulen in der Umgebung
des zugehörigen Stromrichtertransformators in unmittelbarer Nachbarschaft zu den
Sekundärwicklungen angeordnet, so daß je eine der Stromführungsschienen mit
der zugehörigen Sekundärwicklung durch ein relativ kurzes Leiterstück verbunden
werden kann.
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Damit ist die Anordnung jeder Ventilsäule und der zugehörigen Sekundärwicklung
des in der Regel dreischenkligen Transformators des Stromrichters gleichartig. Die
Transformatoren üblicher Bauweise, deren Schenkel oder Kernsäulen in der in F i
g. 1 veranschaulichten Weise bekanntlich in einer Ebene liegen, sind indessen
magnetisch unsymmetrisch, was zur Folge hat, daß unter den Ventilsäulen zwei die
doppelte Entfernung voneinander haben wie die je zwei übrigen Ventilsäulen.
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Dies wird durch die schematische Darstellung in F i g. 2 erläutert.
Die Anordnung entspricht einer Stromrichterschaltung mit einem Sechsphasentransformator
mit einer aus zwei Dreiphasensternen zusammengesetzten Sekundärwicklung und einer
zweiphasigen Saugdrossel. Die Sekundärwicklung eines derartigen Transformators bildet
bekanntlich mit den Ventilen zwei den Dreiphasensternen entsprechende Kommutierungsgruppen,
deren Ventile sich unabhängig voneinander ablösen. In dem vorliegenden Beispiel
nach F i g. 2 ist überdies jeder Dreiphasenstern aus zwei parallelen Teilwicklungen
zusammengesetzt, von denen jede Teilwicklung an eine Ventilsäule angeschlossen ist.
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Wie man weiterhin erkennt, sind die zu den beiden mit (+) und
(-) bezeichneten Anschlußpolen des Stromrichters führenden und von dem Gleichstrom
durchflossenen Schienen auf zueinander entgegengesetzten Seiten angeordnet, so daß
auch für die gesamten Ventilströme der Transformatorphasen gleich lange Strombahnen
und damit gleich große Leitungswiderstände erzielt werden.
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Diese Maßnahme kann jedoch nicht verhindern, daß die erwähnte magnetische
Unsymmetrie des Transformators verschieden lange Stromwege für den Kommutierungsvorgang
der sich jeweils ablösenden Ventile innerhalb jeder Kommutierungsgruppe ergibt.
Die Folge hiervon sind verschieden große induktive und ohmsche Widerstände der Kommutierungsstromkreise
und damit unterschiedliche l,'-on-imutierungs-oder überlappungswinkel der Ventilströme.
Dies führt zu größeren Gleichspannungsabfällen und ebenfalls zu erhöhten und zusätzlichen
Oberschwingungen der Gleichspannung.
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Diese Nachteile lassen sich vermeiden, wenn man Dreischenkeltransformatoren
verwendet, deren Kernsäulen in bekannter Weise derart symmetrisch angeordnet sind,
daß ihre Längsachsen nach den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks orientiert
sind. Die Kernjoche dieser Transformatoren sind sternförinig ausgebildet. Der Kein
eines solchen Transformators ist in F i g. 3 in perspektivischer Darstellung
veranschaulicht.
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Eine Stromrichteranlage mit einem derartigen Transformator läßt eine
völlig symmetrische Anordnung der vorgenannten Ventilsäulen zu. Hierauf gründet
sich die Erfindung. Sie bezieht sich auf eine Ventilanordnung für Halbleiterstromrichter
mit aus parallelgeschalteten Halbleiterzellen bestehenden Ventilsäulen und einem
symmetrisch ausgebildeten Drehstromtransformator, dessen Kernsäulen mit ihren Längsachsen
nach den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks orientiert sind, dessen Mittelpunkt
auf der Mittelachse des Transformators liegt.
Die Erfindung besteht
darin, daß die in bekannter Weise aus je zwei Stromschienen und den zwischen
diesen angeordneten Halbleiterzellen gebildeten Ventilsäulen parallel zu den Längsachsen
der Kernsäulen in unmittelbarer Umgebung der Sekundärwicklungen des Transformators
symmetrisch angeordnet sind, so daß die Stiromschienen auf Zylinderflächen liegen,
deren Achsen mit der Mittelachse des Transformators zusammen allen.
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Der angenommene Transformatorkem des symmetrisch ausgebildeten Drehstromtransformators,
wie dieser bei dem Gegenstand der Erfindung angewendet wird, hat die bereits erwähnte,
in F i g. 3 gezeigte Form. Seine Kemsäulen sind mit 1 bezeichnet.
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Ein Beispiel für die Ventilanordnung nach der Erfindung ist in F i
g. 4 in Seitenansicht und Aufsicht dargestellt. In diesem Beispiel ist
angenommen, daß der zugehörige Transformator als Öltransformator ausgeführt
ist. Sein zylindrisch ausgebildetes Gehäuse ist mit 2 bezeichnet. Zur Rückkühlung
des Öles dienen drei symmetrisch ausgebildete Radiatoren 3.
Die Wicklungen
des Transformators sind init 4 bezeichnet, sie sind in F i g-, 4 gest nichelt
angedeutet.
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Der Sekundärwicklung jeder Kernsäule sind vier Ventilsäulen zugeordnet.
Jede Ventilsäule besteht aus zwei Stromschienen 5 und 6 und den zwischen
ihnen angeordneten parallelgeschalteten Halbleiterzellen7. Die Ventilsäulen sind,
wie V i g. 4 erkennen läßt, paraliel zu den Längsachsen der Keinsaulen
in unmIttelbarer Umgebung der Sekulidärwicklungen des Transformators symmetrisch
angeordnet, so daß die Stromschienen auf Zylinderflächen liegen, deren Achsen mit
der Mittelachse des Transformators zusammenfallen, Hierdurch ergeben sich kürzeste
und dabei gleich lange Leitungsverbindungen und ein völlig symmetrisches Kommutierungsverhalten
der Ventilzweige des Stromrilchters. Hierbei ist der Raum auf dem Umfang des Transformators
so groß, daß sämtliche zu den Teilwicklungen einer Kernsäule gehörigen Ventilsäulen
auf der Zone der Zylinderfläche nebeneinander untergebracht werden können. Dadurch
sind alle Teile der Ventilsäulen und ihre Anschlußleitungen von außen bequem zugänglich.
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Die äußeren Strbmschienen 5, die beispielsweise en postiven
Pol des Gleichriehters bilden, sind nach einer Weiterbildung der Erfindung mit Anschlußschienen
8 verbunden, die den Transformator dachf Örmig überdecken und zu der in der
Mittelachse des Transformators gelegenen gemeinsamen Anschlußschiene (+)
geführt smid.
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Bei dem vorliegenden Beispiel eines öltransformators, der in bekannter
Weise mit seitlichen Durchführungen für die Anschlüsse der Sekundärwicklungen versehen
ist, sind die Ventilsäulen außerhalb des Transforibatorgehäuses angeordnet, so daß
sie leicht zugänglich sind. Die Ventilsäulen können auf einzelnen Gerüsten montiert
oder in getrennten Schränken angeordnet sein.
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Die in dem in F i g. 4 gezeigten Beispiel vorhandenen der Rückkühlung
des Öles dienenden Radiatoren ergeben freie Zwischenräume, die es zweckmäßig erscheinen
lassen, die Ventilsäulen innerhalb dieser Zwischenräume anzuordnen, so daß der das
Transformatorgehäuse umgebende zylindrische Raum von den Radiatoren und dien Ventilsäulen
gleichmäßig ausgefüllt ist.