DE1563169A1

DE1563169A1 - Statischer Hochspannungs-Leistungsumformer

Info

Publication number: DE1563169A1
Application number: DE19661563169
Authority: DE
Inventors: Laurent Pierre Gabriel
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 1965-04-16
Filing date: 1966-04-14
Publication date: 1970-01-15
Also published as: CH457611A; FR1440128A; BE679446A; US3445747A; FR89922E; GB1148451A

Description

DR. MÜLLER-BO RIa DFPL.-ING. GRALFS DR. MANITZ PATENTANWÄLTE

. April 1966 Fi/Sv - E 273

Dr. Expl.

DE

(Service National) 2, Hue Louis Murat, Paris 8, Frankreich,

Statischer Höchspannungs-Leistungsumformer

Die Erfindung betrifft statische Hochleistungs-Umformer, die mit sehr hoher Spannung arbeiten. Diese Umformer besitzen in "Verbindung mit wenigstens einem Transf ormator eine Gruppe von Ventilen mit variabler Leitfähigkeit oder vorzugsweise gesteuerte. Gleichrichter (Dioden oder Ventile, Thyratrons, Thyristoren, usw.)· Diese Umformer werden vorzugsweise zur Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom hoher Spannung und umgekehrt verwendet und dienen in allgemeinerer Weise zum Austausch von Energie zwischen zwei Systemen mit verschiedenen Frequenzen. Unter Hochleistungs-Umformern mit sehr hoher Spannung werden in diesem Zusammenhang Einheiten verstanden, die in der Lage sind, die Umwandlung von wenigstens in der Größenordnung von einigen •zehn Megawatt liegenden Leistungen unter Spannungen in der Größenordnung von wenigstens einigen hundert Kilovolts zu gewährleisten. 009883/0267

Es sind einstellbare Elemente mit variabler Leitfähigkeit von großer Einfachheit und nennenswerter Einheitsleistung wie die monokristallinen Verbindungen bekannt, und insbesondere Elemente, deren Phase des Zeitpunktes, zu dem sie leitend werden und gegebenenfalls diejenige des Zeitpunktes, zu dem sie den leitenden Zustand verlieren, durch leistungsschwache Vorrichtungen geregelt werden kann. Das Einstellen dieser Elemente macht es wünschenswert und möglich, eine bessere Verbindung der Elemente mit variabler Leitfähigkeit und der Elemente der Iransformatorwicklung, mit der sie verbunden sind, zu schaffen.

Es ist insbesondere bekannt, daß bei den im Bereich des ,_r. Energietransports durch Hochspannungsgleichstrom geschaf- ·.,,-f enen Einrichtungen bisher Quecksilberdampfventile verwendet wurden, die mit Gittern zur Steuerung der Zündzeitpunkte versehen waren. Diese Ventile sind teuer und müssen mit einer großen Anzahl von Hilf sto rriclitungen ausgerüstet werden. Es wurden daher stets Anstrengungen unternommen, Ventile mit möglichst großer Eii:ii.-:;itsleistung zu konstruieren, ma die Kosten und die ΚοκρΙΙ .lonheit der Einrichtungen zu verringern. Die heute ve . .ncis «en. Yen- _; tile haben Gegenspannungen, die manchnu?! _t.0ü 000 Volt erreichen, und die Leistung, die eine Elementar-/eiitilgruppe, beispielsweise eine Gruppe von sechs in Graetz-SclsLtung

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angeordneten Ventilen, umformen kann, ist mit den Einheitsleistungen der Wicklungen der größten Transformatoren vergleichbar.^ Aber es ist andererseits bekannt, daß die Halbleiter verwendenden Ventile die Quecksilberdampfventile in einer großen Anzahl von Anwendungsmöglichkeiten bei relativ niedriger" Spannung verdrängt haben und daß deshalb vermutet wurde, daß sie gleichermaßen bei Umformern mit sehr hoher Spannung·einen Anwendungsbereich finden könnten. Aber die in dieser Richtung unternommenen .Anstrengungen waren stets auf das reine und einfache Ersetzen der Quecksilberdampfventile durch Blöcke oder Batterien einer großen Anzahl von Halbleiterventilen mit gesteuerter Zündung gerichtet, die hintereinander oder hintereinander und parallel geschaltet waren, um Einheitsleistungen zu schaffen, die mit denen der tyuecksilberdampfventile vergleichbar waren. Die Kopplungsschaltungen dieser Blöcke und der Iransßrmatorwicklungen blieben nahezu gleich. Außerdem resultierten aus dem Hintereinanderschichten einer großen Anzahl von Halbleiterventilen mit gesteuerter Zündung schwierige !Probleme der Steuerung der Zündung und der Verteilung der Spannung. Außerdem verhindern die verwendeten Schaltungen mit Umformungsblöckeii großer Einheitsleistung, daß die gestiegenen Möglichkeiten ausgenützt werden, welche sich bei der Verwendung einzelner Elemente geringer Leistung ergeben.

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Ziel der Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile ' durch Veränderung der Bedingungen der Zusammenarbeit zwischen den Ventilen mit variabler Leitfähigkeit und den Transformatorwicklungen, mit denen sie verbunden sind.

Die Erfindung betrifft ein unabhängig oder in Verbindung mit anderen analogen Organen verwendetes Umformungsorgan, das aus der Kombination eines Dreiphasentransformators und von Ventilen mit variabler Leitfähigkeit besteht, wobei die mit den Ventilen verbundene Transformatorwicklung in * eine große Anzahl von Elementen unterteilt ist, von denen jedes mit einem Ventilsatz eine Elementar-Umformungsstufe mit dreiphasiger oder besser sechsphasiger Charakteristik bildet, und bei dem die verschiedenen auf diese Weise gebildeten Umformungsstufen in Reihe geschaltet sind.

Ein Ziel der Erfindung ist die Verwendung der Eigenschaften einer derartigen Schaltung zur Bildung von Umformungseinrichtungen großer Leistung und hoher Spannung, die einfacher zu konstruieren und viel kompakter sind und bessere Charakteristiken als die bisher geschaffenen oder beschriebenen Umformer besitzen. Unter den auf diese Weise erreichten Verbesserungen der Leistungen der Umformungseinrichtungen der betrachteten Art kann besonders die Verringerung des

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Anteils der Harmonischen in den Netzen hervorgehoben werden, die zum transport und zur Verteilung der der Umformung unterworfenen Energie dienen. Es wird heute mehr und mehr offensichtlich, daß das Vorhandensein von Harmonischen'in einem Verteilungsnetz folgende zahlreiche Nachteile bewirkt:

- Das Auftreten von Überspannungen, die durch, die überlagerung der Harmonischen mit den höchsten Spannungen geschaffen werden;

- die Überhitzung von Motoren, Wechselstromgeneratoren und- ■ statischen Kondensatoren;

- die Induktion von iätÖrSignalen in Telefonnetzen;

- die Verursachung von Fehlern in Teilnehmerzählern, usw.

Alle aiese Nachteile werden durch die Gefahr von Resonanzen verschärft.

Zur Verringerung dieser Nachteile liegt es nahe, für die bestehenden Einrichtungen PiIter für die Harmonischen zu xQi'aorn, deren Her stellkost en ,jedoch manchmal, die Kosten I¹Ui-' die iiaujyttransformatoren übersteigen können.

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Gemäß der Erfindung v/ird eine beträchtliche Verringerungdes Anteils der Harnonisehen durcL /ervieli'achunc der Anzahl äquivalenter Phaser, dss ^umf oriaers erreicht, indem wenigstens für bestisüate Elemeiicar-Umforiauiigsssui'eji £op£- lungen vom ΐ^τρ Zickzack verwendet werden, bei dem ,jeae Phase Windungen aui"weist, die auf mehr als einer öäule eines DreiphaseirGrsnsforaiators verteilt sind.

Eine wesentliciie Besonderheit der Erfindung besteht darin, daß die Anzahl der Elemente der 'Xransformatorwicklung, die mit den Umformungsventilen verbunden ist, so groß gewählt wird, daß:

- die Anzahl der nini;ereinandergeschalteten Ventile pro Elementar zweig einer Umformungsstufe genügend gering ist, damit die Umsehaltvorgänge nicht zu schwierigen Problemen der Spannungsverteilung am Anfang und am Ende der Umschaltungen führen; der Grenzwert dieser Anzahl ist; Eins;

- die in einem gleichen Wicklungselement oder zwischen benachbarten Elementen auftretenden Spannungen genügend gering sind, damit auf einfache Weise von Säule zu Säule des Transformators in Höhe bestimmter Wicklungselemente Verbindungen geschaffen werden können, und zwar in der Weise, daß die Phasen, dieser Elemente durch Hintereinanderschaltung von

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Windungen gebildet werden, die wie bei den Zickzackkopplungen zu wenigstens zwei Säulen gehören.-

Im Bereich der Umwandlungsorgane mit geringer oder herabgesetzter Leistung wurde bereits vorgeschlagen, Gleichrichte !"vorrichtungen zu verwenden, bei denen die Sekundär- oder Hochspannungswicklung eines Dreiphasentransformators in Elemente unterteilt ist, v/obei jedes dieser Elemente zusammen mit einem Tentilsatz eine Elementarumformungsstufe mit dreiphasiger oder sechsphasiger Charakteristik bildet und bei denen eine ^UmXormungssäule durch das Hintereinanderschalten dieser Elementarstufen gebildet wird. Dadurch war es möglich, mit einem !transformator mit; drei bewickelten Säulen Umformungseinrichtungen mit zwölf Phasen zu schaffen. Zur Weiterführung wäre es nötig gewesen, auf der Seite der Zickzackwickiungeh Gieiclirichter su verwenden, wodurch Vielfachverbindungeii von Säule zu Säule des Sraiisformators erforderlich gewesen wären. -Es scheint jedoch, daß Verbindungen dieser Art-bisher für den !"all als praktisch unrealisierbar betrachtet wurden, daß Hochleistungs-Transformatoren mit einer derart hohen Spannung verwendet werden sollten, wie sie bei Gleichstrom-Energietransportern für notwendig erachtet -wird. - ' -

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Eines der Merkmale der Erfindung besteht daher in der Auffindung der Möglichkeit und der Vorteile einer systematischen Anwendung dieser Zickzack-Kopplungsart in wenigstens bestimmten Elemeiitarstuf en einer mit einem Mehrphasentransformator gebildeten Uiaf ο rmungs einrichtung. Im Gegensatz zum Fall der Transformatoren mit ununterbrochener Wicklung ist diese Möglichkeit damit verbunden, daß im Fall der unterteilten Wicklung entlang einer Reihe von miteinander verbundenen Ventilen sich die Potentiale der verschiedenen Phasen der Wicklung in einer gleichen Stufe «i-eia- nur durch die Komponente des verringerten Wertes, der durch diese spezielle Stufe erzeugt wird, unterscheiden. Es besteht also bei der Anordnung der /erbindungen zwischen den verschiedenen Phasen einer gleichen Stufe des Transformators kein ernsthaftes Problem der Isolierung mehr; die Spannungen zwischen den benachbarten ν erbindungenj die ^u den Elementen einer gleichen Stufe oder zu auf einander f ο Irrenden Stufen gehören, sind immer relativ gering. '" - -

Zur Erreichung der gewünschten Kompaktheit ist in einer Ausfüiirungsform der Erfindung vorgesehen, daß die Ventilreihen mir· variabler Leiti.'ili.igkeit mit ihren direkten, vom Jeweiligen Bedarf abhängige.. Z>usatzteilen i'ür die Steuerung, für den Schurz", usu. in unmittelbar er Ilähe der oliulen des, Transfcruarorc ai-.reordne'S -„'erden, "ur_a zwar entweder sogar in der

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Wanne selbst oder in einer oder mehreren mit dieser Wanne verbundenen Abteilungen. Die Abteilung oder die Abteilungen, welche die Ventile und ihre Zusatzteile einschließen, können von den Wicklungen durch isolierende Wände getrennt sein, durch welche die Verbindungen der verschiedenen Stufen gehen. Die Kühlfluide können dann verschieden sein.

Die Wicklungen und die Ventilreihen sind vorteilhafterweise so angeordnet, daß die Ventile und ihre Steuer- und Schutzorgane leicht zugänglich und einfach auswechselbar sind. Zu diesem Zweck, und insbesondere für den !'all, daß die Ventile in eine flüssigkeit.-eingetaucht sind, werden die Ventilreihen entweder in horizontaler Lage oder in einer mehr oder weniger schrägen Lage angeordnet, um die Höhe der über den Ventilen liegenden Flüssigkeit den 'Erfordernissen der Isolierung anzupassen,- die zwischen dem einen und dem anderen Ende- der Keinen verschieden sein können. Es ist dann möglich, die Ventile zur Wartung, zur Auswechslung oder zum flebenschließeii zu erreichen, und zwar durch das obere Niveau des l^plüssigkeitsbades, ohne eine wesentliche Entleerung durchführen zu müssen. Eine besonders kompakte Anordnung wird dadurch erreicht, daß die Säulen des Transformators unterhalb der Heihe der Umforriiungsventile horizontal angeordnet werden.

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Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Figur 1 einen sciiemo.tisch dtirge stellten Aufriß einer speziellen Anordnung der Elemente eines erfindungsgemäßen Hochleistungs-ümformers, durch die soiiohl ein gedrängter Aufbau des Umformers als auch, eine Vereinfachung der WsLTtung erreicht wird j

Figur 2 einen schematisch dargestellten querschnitt gemäß der Ebene II-II der Figur i j

Figur 3 ein elektrisches Prinzipschaltbild eines Hochleistungs-Umformers nie 24- Phasen, und

Figur 4- eine symbolische Darstellung einer Umformereinrichtung mit fünf Untergruppen.

Jede der Elementar-Umformungsstufen kann gemäß den gebräuchlichen Techniken mit allen bekannten Hilfsvorrichtungen wie Hilfsröhren, Kondensatoren, Induktanzen, Schutz- oder Dämpfungsvorrichtungen ausgerüstet sein. Um eine möglichst einfache und j klare Darstellung der Erfindung zu erreichen, wird in der folgenden Beschreibung davon Abstand genommen, die Einrich-

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. ■ tung zusammen mit die sen bekannten Hilfsvorrichtungen sowie mit; den gleichermaßen bekannten Einrichtungen zu der . mit geringer Leistung erfolgenden Steuerung der Zünd- und/ · oder Löschseitpunkte der verschiedenen Ventile darzustellen* In den einzelnen Schaltbildern werden' diese iSinrichtungen in' Form einfacher Dioden dargestellt. Dazu ist zu beiaerken, daß diese Ventile im allgemeinen: von gesteuerten Ventilen gebildet werden "und die Steuerung durch alle geeigneten Einrichtungen erfolgen kann, die auf einfache Weise entsprechend den bekannten Techniken als Funktion der in jedem spesiellen'.AiiV/eiidurigsfall geforderten üedingungen aufgebaut werden können. , ' . ...

Die-in-den Figuren i und 2 als Beispiel, dai-gestellte. Umfor-. mungsgruppe v;eist im Inneren, einer mit. Öl gefüllten Wanne einen DreiphasentransbriaaT;or 2 auf, dessen mit drei Säulen 3t ^» 5 vrerseiiener. magnetischer Kreis ^horizontal auf Stützen 6 und 7 angeordnet ist. Die im einzelnen nicht dargestellte Primärwicklung ist mit einem Wechselstromnetz durch Zuführungen wie,. 8-, 9 verbunden. Die Sekur-d.ärv.^ricklung ist in-federn Transfoi^matorsv/eig in: eipe; Reihe von Elementen oder Stufen • E1 bis-iiS unterteilt.. Die drei Phasen der pro Stufe vorhandenen Wicklungselemente sind durch Verbindungen wie 11, 12, 13 oil; untereinander in Verbindung stehenden, variable. "Leitfähigkeit besitzenden Ventilsätsen SI bis S8 verbunden.

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"■"'-." "" ' " -' BAD ORlGSMAL

Die auf diese Weise gebildeten Hehrphasen-Umformungsstufen * sind durch Verbindungen wie 14- in Reihe geschaltet, um zwischen den Klemmen 15₅ 16 eine Umformungssäule zu bilden, an der beispielsweise eine Leitung zum Transport von Hochspannungs-Gleichstromenergie angeschloasen ist. Zwischen den Wicklungselementen der drei Transformatorsäulen mit verschiedenen Stufen sind Verbindungen wie 1?, 18 (Figur 2) angebracht. - . . ,-.

Die Umformungs-Ventilsätze fc> sind in einem von der Iransformatorwanne 1 durch eine Wand 21 getrennten Gehäuse 20 angebracht, wobei die Wand 21 vorzugsweise aus einem isolierenden Material besteht, durch das die tees%eke»eteÄ zwischen den Wicklungselemeircen und den Ventilsätzen bestehenden Verbindungen wie 11 bis 1J gehen. Die Ventilsätze befinden sich in einer »*· ihre Kühlung gewährlei st enden Isolierflüssigkeit 22. Das Gehäuse 20 kann in mehrere (nicht dargestellte) Abteilungen unterteilt und nit Scheidewänden oder Ablenkplatten verseilen sein, um einen wirkssxien Umlauf des Kühlfluids sicherzustellen, das durch Pumpen in Bewegung versetzt und in Radiatoren gekühlt v/erden kann. Wie aus Figur 1 zu entnehmen ist, sind die Ventilketten b leicht schräg angeordnet. Der Grund defür ist, daß die Schicht der über den Ventilen liegenden !isolierflüssigkeit dort aia größten sein soll, wo die Spannung cn höchsten, ist. £s körnen ,jedoch auch alle

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-resultierenden geringen Wertes !der Spa -zwischen den tiiasen eines gleiieaien .Wie ■dazna. verwendet werden, Verbindungen .Zr.wisen@n'a<en sr&r sGaaiedenen liiasensäiilen zu sciiaf f en₃ am £opplh*ng*en realisieren,, die wesentlich variabler und wesentll«a besser sind als bei den ,bekannt-en

üj'igmr ^Tj /zeigt scliemHtlscia. die Haiap^elgmentB ©Juaes diese Weise aTafgebauteii IMforiaers iPiistsen« Die dreiphuslge irimär^iiGfcltiing :de.s tors ist bei 30 dargestellt» BIe :mlt den Oirai;ona"Oiags— ©rganen Trerbmndene Wiclilung ist in aent JCLemente teilt;, die in zwei idenui&eia.e iQiit©rgrugß;eaa. Ui,- U2 sairamenge.f aJBt .sindi, wobei dls- ©rste_: ¥mMmeg^w^>&, die. milt IE^I bis -S4- beseicnneten .Elements naMd die :dle ialt E5 bis jS8

se Elcklimgseleiiiente sind .,gewells anilfc #e?a. laa.^ senalteten -!Jmiurm-ungsstmfen sS^I fels ^1- räa;d S^ bis SB

, die ^Elemente E4 imä. JB iaa. Jia?©3.©33l; msi. a&e iBl©niant© EU -Emd .E5₃ IE3 limd J37 In ^i^;dlc2i'a©k_a msasä. mmie mit laaa

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Zweigen geschaltet sind. Die Anzahl der Windungen, ist so gewählt, daß an allen Elementen -Spannungen gleicher Amplitude austreten und daß die jeweiligen Phasen bezüglich der Sternwicklung xim -15° für ±ϊ*ϊ und ES, um 0° für E2 und £6,"uia -.· 15° für EJ und E/ und-um 50° für E4- und E8 verschobeji sind.' .

Jeder der Untergruppen U besitzt auf diese Weise die Charakteristiken- eines' Umformers ιϊιχό 24- elektrischen Phasen, v/o bei nach-'jeweils 'i5° Un schaltung en erfolgen.

In gleicher Weise könnten.durch-das Einstellen und geeignetes Verbinden aer Zweige der Zicksackwicklungen andere Phasenverschiebungen erhalten werden, wodurch die /ervielfachung der Anzahl der Phasen noch weiter getrieben werden könnte. . ^r

Der herabgesetzte Wert der in einem gleichen Wicklungs— element auftretenden. Spannungen ermÖgliclit in einfacher Weise die Schaffung der durch die Zicksack-Dopplungen erforderlichen Verbindungen von Säule zu Säule, während;.''bisher derartige Verbindungen in Iiochleistungs-Umformerii bei hoher Spannung nicht ausgeführt werden konnten.

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Es ist bekannt, daß die Vergrößerung der Anzahl der Phasen, die durch die erfiiidungsgemäßen Vorrichtungen ohne Vergrößerung der Anzahl der Transformatoren ermöglicht wird, verschiedene Vorteile besitzt. So werden insbesondere die Harmonischen der gleichgerichteten Spannung und der beim Wechselstromnetz aufgenommenen Ströme verringert, der Einfluß der durch die Umschaltungen bewirkten Stöße, die elektrische Schwingungen der verschiedenen Elemente der Einrichtung und der Netze erzeugen, wird größenmäßig festgelegt und bestimmte Verluste in dem Transformator werden verringert.

In der Figur wurden die verschiedenen Organe zur Steuerung und zum Schutz der Ventile, zum ITebenschließen einer Stufe, zur Dämpfung der Schwingungen, usw., nicht dargestellt; diese Organe werden in die Schaltungen gemäß der Erfindung in gleicher Weise wie in den bereits bekannten Schaltungen eingefügt.

In dem betrachteten Beispiel sind die eine Elementarstufe bildenden Ventilsätze in Form einer Doppelwegbrücke mit sechsphasiger Charakteristik geschaltet, die allgemein als Graetz-Schältung bezeichnet wird. Gemäß der Erfindung können aber auch alle anderen Arten von Verbindungen verwendet v/erden.

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BAD ORlGlMAL

Andererseits kann jeder Zweig einer Elementainimformungsstufe wie sie im Schaltbild der J?igur 3 durch eine Diode dargestellt ist, eine Mehrzahl von Ventilen aufweisen, die in Reihe geschaltet, parallel oder in Reihe und parallel geschaltet sind. Diese Ventile sind dann mit Organen zur : Regelung der erforderlichen Umschaltzeitpunkte -versehen.

Die Steuervorrichtungen der Ventile können durch alle geeigneten Mittel wie magnetische Mittel, lichtabhängige Mittel, usw. betätigt werden. Aufgrund der Tatsache, daß jede Stufe in autonomer Weise mit nur einer geringen Anzahl von in Reihe geschalteten Ventilen und sogar mit 'nur--einem einzigen Ventil arbeitet, hat sur UOlge, daß das Problem der streng gleichzeitigen Steuerung einer großen Anzahl von in Reihe geschalteten Ventilen nicht auftritt oder seine Schwierigkeit verliert. :

Andere zur Unterteilung in Stufen geeignet-e Vorrichtungen können' direkt mit den Wicklungsei erneut en verbunden werden, u?kI "-zwar insbesondere Kondensatoren,'-welche die gesamte oder einen l^veil der von dem Umformer verbrauchten Blindleistung erzeugen und die sogar Blindleistung in das Wechselstromnetz liefern können und deren Vorhandensein die Vorgänge des Stromumschalteiis zwischen Ventilen verschiedener Phasen erleichtert'. Vorrichtungen zur Dämpfung der durch die Um-

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schaltungen hervorgerufenen Schwingungen, Sparjuungsbegrenzer, Sicherungen, unleivventile usw. könneη gleichermaßen in den Umformungselementen vorgesehen sein.

Diese Vorrichtungen oder ein Teil dieser Vorrichtungen kann auch in den Untergruppen-3kufen anyeoracht sein.

Me Erfindung biebet gleichermaßen die höglichkeit, aie üUementar-Unformungsstuien oaer UuGergruppen-Dkufen ganz oder zum Teil mit Zwangsumschaltvorric^tun-gen au versehen, wodurcii aie lim schaltungen zu Z ei'Geunkt en bewirke werden können, bei denen die ursprünglichen Spannungen sich nicht zur Ifhschaltung eignen vriirden. Mes eri'olg'c z.B. mittels geeigneter, gegebenenfalls miü Eilisventilen versehener Schwingkreise oder durch Verwendung von Hauptventilen eines speziellen, mit Steuerorganen ausgerüsteten iyps, die in der Lage sind, zu dem gewünschter. Zeitpunkt den sie durchfließenden Strom direkt zu unterorechen.

Es soll nun auf den Schutz gegen eventuelle F'ehler der Ventile oder Hilfskreise eingegangen werden. Die Zerstörung von Ventilen einer Stufe kann einen Kurzschluß bewirken, aber aufgrund der geringen Anzahl betroffener Windungen wird ein auf die Transformatoreinrichtung einwirkender Stoß verringert. Andererseits kann für das

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Wicklungselement ein Scliutζ erforderlich sein, z.B. durch Sicherungen. Das beschädigte Umforinungselement oder die Untergruppe, zu der es gehört, kann bei Bedarf durch eine Hilfsvorrichtung überbrückt werden, die automatisch arbeitet oder von Hand betätigt wird. Die Umformereinrichtung könnte unter für gewisse Zeit annehmbaren Bedingungen ihren Betrieb aufrechterhalten, wenngleich eine oder mehrere Umformungsstufen außer Betrieb wären.

Im allgemeinen ist die l'renL-formatorwicklung so unterteilt, daß eine Iiehrzahi von Untergruppen entsprechend einer vorbestimmten Zahl gebildet wird, um sich der optimalen Anzahl von Wickluiigseleneiiten, die bereits erwähnt wurde, anzunähern. Vorzugsweise werden die Stufen mit gleicher Kopplung und gleichzeitiger Ausführung der Umschaluui-gei; regelmäßig über die ganze Höhe der Transfornatorsäulen verteilt, damit insbesondere die Umschaltreaktanzen verringert werden.

Die Unterteilung des Umformers in eine Hehrheit von Elementarstufeii kann zusammen mit einer unterschiedlichen Steuerung dieser S^ufen oder der sie bildenden Untergruppen erfolger.. Diese Besonderheit kann insbesondere dazu ausgenützt werden, de^ /erbrauch an Blindleistung zu verringern und die Harmoxiisehen, zu schwäcnen, welche aufgrund der Verzögerung der Umschalr-Zeitpunkte durch die Regelung der Spannung her-

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BAD OB)GlNAL

Claims

Es kann auch wieder auf die "bekannten Verfahren der unsymmetrischen Steuerung der Zündzeitpunkte der aufeinanderfolgenden Ventile zurückgegriffen werden, welche gleichermaßen einen geringeren Verbrauch von Blindleistung und eine Verringerung der Harmonischen für eine bestimmte Spannungsregelung gewährleisten.

Die Wicklungselemente der Umformungsstufen, bei denen die Stromumschaltungen zwischen aufeinanderfolgenden Ventilen gleichzeitig erfolgen, sind vorteilhafterweise in dem Transformator in der Weise angeordnet, daß die Umschaltreaktanzen minimiert werden. Die Auswirkungen der Umschaltungen.einer derartigen Gruppenstufe auf die anderen Stufen können in bestimmten !Fällen dadurch verringert werden, daß die Kopplung gen zwischen Stufen verringert werden, deren Umschaltungen nicht gleichzeitig erfolgen.

Obwohl in der vorstehenden Beschreibung vor allem Umformer

für Wechselspannung in Gleichspannung und umgekehrt betracil·- tet wurden, kann die Erfindung gleichermaßen bei Umformern angewendet werden, die zur. direkten Frequenzumwandlung dienen.

- Patentansprüche -

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1SS3168

■"> CSJ, -β

Ci"

■?o,r gerufen werden,, Si* ka^ heispieinweise; die. Aufgab,© Spannungsregelung einer begrenzten; Anzahl w stufen zugewiesen werden,, die dabei z-wise&en, dem ricÄterfeefesfefe .mit voller: Spannung un^„ dem Taetriet» mit foil er Spannung arbeiten Cf^T; diese. zustände ist der ferbrauek an Blindleigtuag swit der= te halt an liarmanisehen am geringsten) _t während die etnie.ren, Sturen ihrerseits feei einer festen Spannung arbeiten nen,; tie gieleh der να1ί§η Spannung; oder, etwa. |n dieses Wertes liegt. Es ist nicht unb.e<Jin,g1? die Anzahl der die Regelung gewEhrl.ei§teÄÄ§Ä Stufen der Anzahl der Phasen des legtes &e§ tief®m$^g spricht _? und "zwar vor allem, weim der legel,hei?fisfe

In der Figur M- wurde in gymbeiisQher Weise eise einheit mit fünf TJntergruppen«itufen IiI bis, !Jf iä'uijepgp\ipife» ü1? ΤΪ5 uM W, mit fester ii¹, wihrend' diV Untergruppen Ul und lift ^

n Qg und Q^ zur" St^uerujq.|; d§r IJ TerbundeJi siiid» Üiese "SteuervQPriahtunpa sieh jaur legelung dee Betriebs bei verkohl§<|er(.efi dea_f welche zwischen dem Sleiehriehtgr-bet-rieb bgi

Spannung und deffi'Weßhgelrichterbetrieb bei ¥Qliei» Spannung w§rdgn

§AD ORIGINAL

P at e nt a-n s ρ rüche

/^Statischer, mit Hochspannung arbeitender Hochleistungs-Umformer für den Energieaustausch zwischen einem Wechselstromsystem und einem Gleichstromsystem oder zwischen zwei Wechselstromsystemen mit verschiedenen Frequenzen, der wenigstens einen pro Phase auf eine Säule gewickelten Mehrphasentransformator aufweist, welcher mit einer Batterie von Ventilen variabler Leitfähigkeit verbunden ist, deren Einheitsbetriebsspannung gegenüber den bei der Umformung auftretenden Spannungen gering ist, und dessen direkt mit den Ventilen verbundene Transformatorwicklung in eine Mehrzahl von Elementen unterteilt ist, die jeweils mit einem damit verbundenen Ventilsatz eine EIementarumforiaungsstufe mit mehrphasiger Charakteristik bilden, wobei die Gesamtheit dieser hintereinandergeschalteten Stufen eineUmformungsgruppe bildet, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens in bestimmten Elementarstuf en die Phasen des Wicklungselements durch das Hintereinanderschalten von Windungen gebildet werden, die zu wenigstens zwei der Iransformatorääulen gehören.

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2* Umformer nach Anspruch 1_% dadtareh gekeaa η. ei tfr daß die Fmfoimuiigsgi^p^e eine·. Ifol^evo_?n tl pen-lmföim^mgsstufen besitst^. wofeei jede" dieser üntergruppen eine Kehrzahl von Elementar-Umf©rmi;ng;sstu:fen aufweist' und. d£e.Ehasenwickliing _r^iner^. Elementarstufe eine Kopplungs·* art - besetzt:, die vjan a^;Kc^p^jngsarteine^ beliebigen , andren Elementar sttife .der ,gleichen^^ Unter gruppe ye

den i^^tindvZwar derart»-daß ^e^ ^^η* ©^r gruppe sich ä valent^-zu, einem· Imfornier, verhält, der^iiielir als jyiermal so? viel phasen besitzt ale .fransfprmatpraäulen vorhanden

Anspruch 2_% dadurch g e k e η η ze i eh.« η β. 1₁ daß., die Untergruppen-Umformungsstufen in, Längsrichtung der ,Wicklung, in der Weise aufeinanderfolgeni daß die Elementarstufen gleicher Kopplung, bei denen die Um-, schaltungen gleichzeitig erfolgeni regelmäßig entlang der Wicklung verteilt sind. .

4. Umformer, mit Dreiphasentransfqrmator nach Anspruch 2, dadurch, ge k β,η η z.,e i c h η e t, daß er vrenigstens eine Untergruppe mit yi.er Dreiphasen-Eleaaentarstufen "besitzt, die -4'Q.wei^s: in .Stern, im Dreieck, im Zickzack mit °

und im Zickzack mit -15° bezüglich des Sterns" gekoppelt sind, wobei jede derartige Untergruppe die Charakteristik eines Umformers mit vierundzwanzig Phasen liefert.

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^l). Umformer nach. Anspruch 2, gekennzeichnet ' durch eine in der Weise erfolgende Steuerung der Umschalt Zeitpunkte in allen Untergruppen, daß diese in
gleicher Weise an der Regelung der Klemmenspannung
mitwirken.

6. Umformer nach Anspruch 2, gekennzeichnet
durch eine verschiedene Steuerung der Untergruppen.

7· Umformer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Untergruppen mit praktisch fester
Spannung arbeiten und die übrigen Untergruppen in der
Weise gesteuert sind, daß eine Regelung der an den Klemmen der Umformersäule auftretenden Spannung gewährleistet ist.

b. Umformer nach Alispruch /, dadurch gekennzeichn e t, daß sich wenigstens eine Regelungsuntergruppe zum Betrieb in variablen -Bereichen zwischen dem Gleichrichter-. betrieb bei voller Spannung und dem Wechselrichterbetrieb oei voller Spannung eignet.

y. Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die keine dor Umforuiunrjsventile in ein Isolier-Kühlfiüssigkeirsbe.c. eingetaucht is ν, und zwar in der Kahe des oberer. ITi ve aus dor i'iüssidceit.

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10. Umi'ormer nach Anspruch 91 dadurch ge lc e η η ζ e i c h η e.t, daß die Reihe der, Umformungsventile bezüglich des Niveaus der Eintauchflüssigkeit schräg angeordnet ist, und zwar so, daß die Schichtdicke der über einem beliebigen ■Ventil der. Reihe stehenden Flüssigkeit mit der Spannung größer wird, die an diesem Ventil im Laufe des Betriebs auftreten kann.

11. Umformer nach Anspruch 9₅ dadurch g e k e η η ζ ei c h net', daß der mit der Yentilreihe verbundene Transformator in ein Flüssigkeitsbad eingetaucht ist, das unterhalb · des die Reihe der Umformungsventile enthaltenden Flüssigkeitsbades liegt.

12. Umformer nach Anspruch 11, g e k eη η ζ ei c h η e t durch eine horizontale Anordnung der ^ri]ransformatorsäu-

len. ..-'-.■■

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