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Gleichrichteranordnung
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BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichrichteranordnung
mit mehreren Gleichrichterkreisen, die zusammenarbeiten, um eine gemeinsame Last
zu steuern, und sie betrifft insbesonder eine Gleichrichteranordnung, die geeignet
ist, das Auftreten starker harmonischer Ströme einzuschränken.
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Ein elektrisches Fahrzeug, dem Wechselstrom über eine Oberleitung
zugeführt wird, bildet ein gutes Beispiel für eine Last, zu deren Steuerung mehrere
Gleichrichterkreise zusammenarbeiten. Bei einem solchen elektrischen Fahrzeug wird
die Wechselstromquelle durch eine Oberleitung bzw. einen Fahrdreht gebildet; mehrere
steuerbare Gleichrichter sind miteinander parallelgeschaltet und mit der Wechselstromquelle
durch Parallelogramm-Stromabnehmer und Transformatoren verbunden,
und
die steuerbaren Gleichrichter steuern unabhängig voneinander zugehörige Gleichstrommotoren,
wobei die Gleichstrommotoren zusammenarbeiten, um die Fahrgeschwindigkeit des elektrischen
Fahrzeugs zu regeln. Daher kann man das elektrische Fahrzeug als die Last der gesteuerten
Gleichrichter betrachten. Ferner kann bei dem genannten Beispiel der geschlossene
Stromkreis, zu dem ein Transformator, ein steuerbarer Gleichrichter und ein Gleichstrommotor
gehören, als Gleichrichterkreis betrachtet werden. Bei einem solchen elektrischen
Fahrzeug wird die Fahrgeschwindigkeit bzw. die Motordrehzahl dadurch geregelt, daß
die Ausgangsleistung des Gleichrichterkreises nach Bedarf eingestellt wird. Zum
Einstellen der Ausgangsleistung des Gleichrichterkreises wird eine Phasenregelung
bei dem steuerbaren Gleichrichter durchgeführt. Wegen der Phasenregelung des steuerbaren
Gleichrichters fließt durch die Wechselstromquelle ein Wechselstrom mit einer verzerrten
Wellenform. Hierbei führen höhere harmonische Komponenten, die in dem Wechselstrom
enthalten sind, zu induktiven Störungen bei benachbarten elektrischen Anlagen.
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Das Ausmaß dieser induktiven Störungen wird mit Hilfe des Werte beurteilt,
der sich als Störstrom Ip aus der nachstewender. Gleichung ergibt:
Hierin bezeichnet In einen Effektivwert eines n-ten höheren harmonischen Stroms,
der in einem Wechselstrom enthalten ist, und 5n bezeichnet einen Rauschbewertungsfaktor,
der die Größe des Einflusses des n-ten höheren harmonischen Stroms auf die induktiven
Störungen angibt. Aus den genannten Gründen ist es nicht nur beim Betrieb eines
elektrischen Fahrzeugs, sondern auch auf verschiedenen anderen Gebieten, wo Gleichrichter
verwendet werden, erforderlich, den Störstrom Ip dadurch auf einen möglichst kleinen
Wert zu bringen, daß die höheren harmonischen Ströme verkleinert werden. Zur Verringerung
der höheren harmonischen
Ströme ist es jedoch erwünscht, Einrichtungen
oder Schaltungselemente zu verwenden, die keine zu hohen Kosten verursachen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleichrichteranordnung
zu schaffen, die geeignet ist, die höheren harmonischen Ströme zu verringern, ohne
daß die Verwendung kostspielieger Einrichtungen oder Schaltungselemente erforderlich
ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Erfindung eine Gleichrichteranordnung
geschaffen worden, zu der mehrere Gleichrichterkreise gehören, die an eine Wechselstromquelle
angeschlossen sind, sowie eine Last, die durch die usammenarbeitenden Gleichrichterkreise
gesteuert bzw. betrieben wird, wobei jedem der Gleichrichterkreise eine Gleichspannung
zugeführt wird, welche die gleiche Amplitude hat; ferner gehört zu der Gleichrichteranordnung
eine Einrichtung, die es ermöglicht, dafür zu sorgen, daß sich der Blindwiderstand
auf der Wechselstromseite mindestens eines der Gleichrichterkreise vom Blindwiderstand
auf der Wechselstromseite des anderen Gleichrichterkreises unterscheidet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 die Schaltung der einfachsten möglichen
Gleichrichteranordnung mit mehreren Gleichrichterkreisen, bei denen die Erfindung
anwendbar ist; Fig. 2 Wellenformen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Gleichrichteranordnung
nach Fig. 1; Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Beziehung
zwischen einem äquivalenten Störstrom und der Phasendifferenz;
Fig.
4A und 4B jeweils Wellenformen zur Erläuterung der Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen
Gleichrichteranordnung; Fig. 5 die Schaltung einer weiteren Ausführungsform einer
Gleichrichteranordnung nach der Erfindung; Fig. 6 die Schaltung einer weiteren erfindungsgemäßen
Gleichrichteranordnung; Fig. 7 Wellenformen zur Erläuterung der Wirkungsweise der
Ausführungsform nach Fig. 6; Fig. 8 und 9 jeweils die Schaltung einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung; Fig. 10 den Aufbau einer Versuchsschaltung mit einer erfindungsgemäßen
Gleichrichteranordnung; und Fig. 11 eine graphische Darstellung der Größe der äquivalenten
Störströme, die mit Hilfe der Versuchsschaltung nach Fig. 10 gemessen wurden.
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In Fig. 1 ist die einfachste mögliche Gleichrichteranordnung mit mehreren
Gleichrichterkreisen dargestellt, bei der eine einzige Wechselstromquelle mit der
Primärwicklung eines Transformators 2 verbunden ist; die Sekundärwicklung des Transformators
2 ist in zwei Teile unterteilt, an die steuer- bzw.
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regelbare Gleichrichter 31 und 32 angeschlossen sind. Die Gleichrichter
31 und 32 sind auf ihrer Gleichstromseite jeweils mit Gleichstromkreisen verbunden,
wobei zu dem einen Kreis eine Glättungsdrossel 41 und ein Gleichstrommotor 51 gehören,
während der andere Kreis aus einer Glättungsdrossel 42 und einem Gleichstrommotor
52 besteht. Bei 61 und 62 ist in Fig. 1 der Blindwiderstand der beiden Sekundärwicklungen
des
Transformators 2 bzw. der damit in Reihe geschalteten Drosseln angedeutet. Zu dem
regelbaren Gleichrichter 31 gehören zwei Thyristoren T1 und T2 sowie Dioden Dl und
D2, die eine Brückenschaltung bilden, während zu dem regelbaren Gleichrichter 32
zwei Thyristoren T3 und T4 sowie Dioden D3 und Dt gehören, die ebenfalls eine Brückenschaltung
bilden. Gemäß Fig. 1 sind somit bei der Gleichrichteranordnung zwei Gleichrichterkreise
vorhanden. Durch eine entsprechende Regelung des Zündwinkels z1 der Thyristoren
T1 und T2 sowie des Zündwinkels 62 der Thyristoren T3 und T4 der beiden Gleichrichterkreise
ist es möglich, die zugehörigen Gleichstrommotoren 51 und 52 zu steuern.
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Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen den genannten Zündwinkeln und
den Wellenformen des Primärstroms. In Fig. 2 bezeichnet 111 eine Komponente des
Primärstroms, die von dem ersten regelbaren Gleichrichter 31herrührt, und i12 eine
weitere, von dem zweiten regelbaren Gleichrichter 32 herruhrende Komponente; il
bezeichnet einen tatsächlichen Primärstrom, der gleich der Summe der soeben genannten
Komponenten ist, und v bezeichnet eine zugeführte Wechselspannung. Wenn zwei Gleichrichterkreise
der in Fig. 1 dargestellten Art in Zusammenarbeit eine einzige Last speisen, wie
es vorstehend bezüglich elektrischer Fahrzeuge beschrieben ist, werden sie gewöhnlich
so betrieben, daß sie die gleiche Leistung liefern.
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Bei einer solchen Anordnung liegt es nahe, die beiden Zündwinkel nahezu
gleich groß zu machen. In Fig. 2 sind die Zündwinkel os1 und oc2 gegeneinander versetzt
dargestellt; auf das Verfahren, mittels dessen diese Verschiebung herbeigeführt
wird, wird im folgenden näher eingegangen. Jede der in Fig. 2 dargestellten Stromwellenformen
weist in der Mitte eine Abflachung auf. Diese Abflachung ist auf die Wirkung der
Glättungsdrosseln 41 und 42 zurückzuführen.
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Fig. 3 zeigt ein Beispiel für Messungen, der Beziehung zwischen
dem
äquivalenten Störstrom I und dem Ausmaß der Versetzung der Zündwinkel 61 und «2
gegeneinander. Genauer gesagt zeigt Fig. 3 eine Veränderung des äquivalenten Störstroms
1p für den Fall, daß der erste Zündwinkel i1 festliegt, während der zweite Zündwinkel
2 in der Nähe des Wertes von ocI variiert wird. Gemäß Fig. 3 hat der äquivalente
Störstrom 1p sein Maximum dann, wenn 2 gleich α1 ist, und dieser Wert verkleinert
sich innerhalb eines Bereichs, innerhalb dessen i und a2 nicht zusammenfallen. Zwar
ist in Fig. 3 ein Beispiel dargestellt, bei dem s1 einen bestimmten Wert angenommen
hat, doch gilt die Tatsache, daß der äquivalente Störstrom 1p bei jeder Verschiebung
zwischen den beiden Zündwinkeln kleiner wird, für alle Werte von 1. Soll eine Verschiebung
zwischen den Zündwinkeln x1 und o der Gleichrichterkreise herbeigeführt werden,
kommt hierfür ein Verfahren in Betracht, gemäß welchem die Amplitude der an den
einen Gleichrichterkreis angelegten Spannung einen anderen Wert erhält als die Amplitude
der an -den anderen Gleichrichterkreis angelegten Spannung. Dies hat seinen Grund
darin, daß dann, wenn die beiden den Gleichrichterkreisen entnommenen Gleichspannungen
in der gleichen Weise geregelt werden, automatisch zwischen den beiden Zündwinkeln
eine Verschiebung herbeigeführt wird, die dem Ungleichgewicht zwischen den angelegten
Wechselspannungen entspricht.
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Wenn jedoch mehrere Gleichrichterkreise in Zusammenarbeit eine einzige
Last steuern, wobei es bis jetzt üblich ist, Gleichrichterkreise zu verwenden, die
mit der gleichen Betriebsspannung o.dgl. arbeiten, hat jeder Gleichrichterkreis
die gleiche Betriebsspannung, die der maximalen Amplitude der angelegten Wechselspannungen
entspricht, und es ist unwirtschaftlich, solche Gleichrichterkreise zu verwenden.
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Angesichts dieser Tatsache wird gemäß der Erfindung dafür gesorgt,
daß die überlappungswinkel bei der Kommutation unterscheiden; zu diesem Zweck wird
die gleiche Wechselspannung an die Gleichrichterkreise angelegt, und für den Blindwiderstand
auf
der Wechselspannungsseite der Gleichrichterkreise werden unterschiedliche Werte
festgelegt; diese unterschiedlichen Uberlappungswinkel führen dann zu der erwähnten
Verschiebung zwischen den Zündwinkeln.
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Im folgenden werden mehrere Ausführungsformen der Erfindung näher
erläutert.
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Man erhält die einfachste Ausführungsform der Erfindung, wenn man
dafür sorgt, daß sich der Wert des Blindwiderstandes 61 auf der Wechselspannungsseite
des ersten Gleichrichterkreises vom Wert des Blindwiderstandes 62 auf der Wechselspannungsseite
des zweiten Gleichrichterkreises bei der Gleichrichteranordnung nach Fig. 1 unterscheidet.
Es stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, um den Blindwiderständen solche
unterschiedlichen Werte zu geben. Beispielsweise kann man Drosseln mit unterschiedlichen
Werten des Blindwiderstandes an die Klemmen eines Transformators anschließen, oder
man kann zwei Sekundärwicklungen des Transformators auf unterschiedliche Weise in
magnetischer Kopplung zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators
anordnen.
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Fig. 4A und 4B zeigen verschiedene Wellenformen zur Erläuberung der
Wirkungsweise der Gleichrichteranordnung nach Fig. 1.
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In Fig. 4A und 4B haben die Bezugszeichen v, i11, i12 und il die gleiche
Bedeutung wie in Fig. 2. Ferner bezeichnet z1 den Zündwinkel des ersten regelbaren
Gleichrichters 31, ul den Uberlappungswinkel bei der Kommutation des ersten Gleichrichters,
der sich bei dessen Zündung ergibt, 62 den Zündwinkel des zweiten Gleichrichters
32 und u2 den Überlappungswinkel der Kommutation des zweiten Gleichrichters. Es
sei bemerkt, daß bei der Gleichrichteranordnung nach Fig. 1 gleichgerichtete Spannungen
der Gleichrichter 31 und 32 in dem Zeitpunkt erscheinen, in dem die Kommutation
beendet wird. Wenn mehrere Gleichrichterkreise in Zusammenarbeit eine einzige Last
speisen,
wie es in Fig. 1 gezeigt ist, werden einerseits gewisse
zusätzliche Einrichtungen zur Regelung der Ausgangsleistung verwendet, um die Ausgangsleistungen
der Gleichrichterkreise aufeinander abzustimmen. Bei einer solchen Anordnung entsprechen
der Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung des einen Gleichrichters dem Ausgangsstrom
und der Ausgangsspannung des anderen Gleichrichters. Aus dem genannten Grund sei
angenommen, daß die Kommutation bei beiden geregelten Gleichrichtern gleichzeitig
endet. Da andererseits die Drosseln 61 und 62 auf der Wechselspannungsseite der
Gleichrichterkreise unterschiedliche Werte haben, unterscheiden sich die Uberlappungswinkel
u1 und u2 bei der Kommutation, und daher unterscheiden sich auch die Zündwinkel
1 und «2 der beiden Gleichrichterkreise notwendigerweise voneinander. Fig. 4A veranschaulicht
dies. Gemäß Fig. 4A erhält der ansteigende Teil A des Primärstroms ii dadurch eine
geringe Neigung, daß unterschiedliche Zündwinkel @1 und 0(2 gewählt werden,
so daß die höheren harmonischen Komponenten, die im Primärstrom enthalten sind,
verringert werden können. Außerdem liefert schließlich jeder Gleichrichterkreis
eine maximale Ausgangsleistung. In diesem Zeitpunkt werden die Zündwinkel der beiden
Gleichrichter auf Null verkleinert, so daß sie einander gleich sind. Jedoch werden
die höheren harmonischen Komponenten nicht vergrößert, da sich die überlappungswinkel
ul und u2 bei der Kommutation voneinander unterscheiden. Fig. 4B zeigt die in diesem
Zeitpunkt hervorgerufene Wirkung, d.h. die Tatsache, daß, obwohl die Zündwinkel
Z1 und oc2 den gleichen Wert haben, der ansteigende Abschnitt B der den Primärstrom
il wiedergebenden Kurve eine geringe Neigung hat, und daß die höheren harmonischen
Komponenten verkleinert werden, da sich die Uberlappungswinkel ul und u2 bei der
Kommutation unterscheiden, und da zum Erreichen des Stroms Null als Folge der Umkehrung
der Polarität der angelegten Spannung bei den beiden Gleichrichterkreisen verschieden
lange Zeitspannen benötigt werden.
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Da bei der Ausführungsform nach Fig. 1, wie erwähnt, zwischen den
den Gleichrichterkreisen zugeführten Wechselspannungen kein Unterschied vorhanden
ist, kann man die höheren harmonischen Ströme verkleinern, ohne daß es erforderlich
ist, kostspielige Einrichtungen oder Schaltungselemente vorzusehen.
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Vorstehend wurde beschrieben, daß die Zündwinkel <1 und a2 dadurch
unterschiedliche Werte erhalten, daß gewisse Einrichtungen zum Regeln der Ausgangsleistung
vorhanden sind, und daß die höheren harmonischen Komponenten verkleinert werden
können. Gemäß der Erfindung ist es jedoch möglich, die höheren harmonischen Komponenten
zu verkleinern, indem man für die Uberlappungswinkel ul und u2 bei der Kommutation
verschiedene Werte wählt, und zwar selbst dann, wenn beide Zündwinkel z1 und M2
den Wert Null haben, d.h. einander gleich sind.
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Jedoch ist die Erfindung auch bei Anordnungen anwendbar, bei denen
keine Einrichtung zum Regeln der Ausgangsleistung vorhanden ist, z.B. bei einer
Anordnung, bei der Diodenbrücken anstelle der geregelten Gleichrichter 31 und 32
verwendet werden.
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Fig. 5 zeigt die Schaltung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
die sich von derjenigen nach Fig. 1 dadurch unterschesdet, daß der Transformator
2 nach Fig. 1 in zwei getrennte Transformatoren 21 und 22 unterteilt ist, die beide
mit ihrer Primärseite an die Wechselstromquelle 1 angeschlossen slndD so daß eine
Parallelschaltung vorhanden ist, wobei die Transformatoren mit zugehörigen geregelten
Gleichrichtern 31 und 32 auf der Sekundärseite verbunden sind. Die Bezugszahl 61
bezeichnet den Blindwiderstand zwischen dem Transformator 21 und dem Gleichrichter
31 , während die Bezugszahl 62 den Blindwiderstand zwischen dem Transformator 22
und dem Gleichrichter 32 bezeichnet. Bei der Anordnung nach Fig. 5 lassen sich unschwer
zwei getrennte Transformatoren verwenden, die sich bezüglich ihres inneren Blindwiderstandes
unterscheiden.
Wenn für die Blindwiderstände 61 und 62 unterschiedliche
Werte dadurch festgelegt werden, daß man zwei getrennte Transformatoren mit unterschiedlichem
inneren Blindwiderstand verwendet, läßt sich der durch die Erfindung ermöglichte
Vorteil erzielen, ohne daß irgendwelche Drosseln außerhalb der Transformatoren benötigt
werden.
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Fig. 6 zeigt die Schaltung einer weiteren Ausfüurungsform der Erfindung
in Gestalt einer Gleichrichteranordnung, bei der jeder Gleichrichterkreis in mehrere
regelbare Gleichrichter 311, 321 bzw. 312 bzw. 322 unterteilt ist. Entsprechend
ist auch die Sekundärwicklung, die mit jedem Gleichrichterkreis verbunden ist, in
mehrere Teile unterteilt, so daß gemäß Fig. 6 ein erster und ein zweiter Gleichrichterkreis
auf der linken bzw. der rechten Seite der Primärwicklung 200 des Transformators
2 vorhanden sind. Bei dem ersten Gleichrichterkreis sind regelbare Gleichrichter
311 und 321, die eine Reihenschaltung bilden, auf ihrer Gleichstromseite an einen
Gleichstromkreis angeschlossen, zu dem eine Glättungsdrossel 41 und ein Gleichstrommotor
51 gehören. Ferner sind die Wechselspannungsklemmen der Gleichrichter 311 und 321
an die zugehörigen Sekund;irwicklungen 211 und 221 angeschlossen.
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Beim zweiten Gleichrichterkreis sind regelbare Gleichrichter 312 und
322 in Reihe geschaltet und auf ihrer Gleichstromseite mit einem Gleichstromkreis
verbunden, zu dem eine Glättungsdrossel 42 und ein Gleichstrommotor 52 gehören.
Die Wechselstromklemmen dieser beiden Gleichrichter sind mit zugehörigen Sekundärwicklungen
212 und 222 verbunden. Die Primärwicklung 200 ist an eine nicht dargestellte Wechselspannungsquelle
angeschlossen.
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Bei einer solchen Schaltung wird die Phasenregelung gewöhnlich in
der Weise durchgeführt, daß die Phasen der beiden regelbaren Gleichrichter jedes
Zwei Gleichrichterkreises getrennt geregelt werden. Beispielsweise wird zuerst der
Betrieb des
Gleichrichters 311 und dann der Betrieb des Gleichrichters
321 nach der Beendigung der Regelung des Gleichrichters 311 geregelt. Ferner wird
bei dem zweiten Gleichrichterkreis der Betrieb des Gleichrichters 312 zuerst geregelt,
woraufhin der Betrieb des Gleichrichters 322 nach der Beendigung der Regelung des
Gleichrichters 312 geregelt wird. Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung für den
Blindlwiderstand der Sekundärwicklung 211 ein anderer Wert gewählt als für den Blindwiderstand
der Sekundärwicklung 212, und auch der Blindwiderstand der Sekundärwicklung 221
erhält einen Wert, der sich vom Blindwiderstand der Sekundärwicklung 222 unterscheidet.
Infolge der beiden Unterschiede zwischen den Blindwiderständen ergeben sich natürlich
unterschiedliche Kommutations zeitpunkte bei den beiden Gleichrichterkreisen, so
daß die höheren harmonischen Komponenten des durch die Stromquelle fließenden Stroms
verringert werden0 Wenn z.B. zwei Gleichrichterkreise auf der linken und der rechten
Seite in Zusammenarbeit eine einzige Last speisen, ist es erwünscht, daß die beiden
Gleichrichterkreise die gleiche Ausgangsleistung lieferei.In diesem Fall ist es
empfehlenswert, dafür zu sorgen, daß die beiden Gleichrichterkreise insgesamt den
gleichen inneren Blindwiderstand haben, sich jedoch bezüglich der Kennlinien ihrer
Blindwiderstände unterscheiden. Gemäß Fig. 6 werden die einander gegenüberliegenden
Sekundärwicklungen auf der linken und der rechten Seite so ausgebildet, daß sie
den gleichen inneren Blindwiderstand haben, und die oberen und unteren Sekundärwicklungen
erhalten verschiedene Werte des inneren Blindwiderstandes. Genauer gesagt, wird
der innere Blindwiderstand der Sekundärwicklung 211 gleich demjenigen der Sekundärwicklung
212 gemacht, und der innere Blindwiderstand der Sekundärwicklung 221 erhält den
gleichen Wert wie derjenige der Sekundärwicklung 222,während sich der innere Blindwiderstand
der Sekundärwicklung 211 vom inneren Blindwiderstand-der Sekundärwicklung 221 unterscheidet.
Werden die Gleichrichter 311 und 321 des linken Gleichrichterkreises und die Gleichrichter
322
und 312 des rechten Gleichrichterkreises in der genannten Reihenfolge
gesteuert, unterscheiden sich jeweils zwei Sekundärwicklungen, die an zwei geregelte
Gleichrichter angeschlossen sind, welche gleichzeitig gesteuert werden, bezüglich
ihres inneren Blindwiderstandes. Somit unterscheiden sich der linke und der rechte
GleichrichteAreis aus konstruktiven Gründen bezüglich ihrer Kommutationszeit, und
es wird der Vorteil erzielt, daß die höheren harmonischen Komponenten des Stroms
der Stromquelle verkleinat; werden können.
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Fig. 7 zeigt die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 6 anhand der
Primär- und Sekundärströme für den Fall, daß die regelbaren Gleichrichter 311 und
321 beide die maximale Ausgangsspannung liefern, und daß die regelbaren Gleichrichter
321 und 312 jeweils eine beliebige Ausgangsspannung erzeugen. In Fig. 7 bezeichnet
ilil den elektrischen Strom auf der Wechselspannungsseite des Gleichrichters 311,
i112 den -elektrischen Strom auf der Wechselspannungsseite des Gleichrichters 321
i121 den elektrischen Strom auf der Wechselspannungsseite des-Gleichrichters 322,
i122 den elektrischen Strom auf der Wechselspannungsseite des Gleichrichters 312,
ii den elektrischen Strom, der durch die Primärwicklung 200 des Transformators 2
fließt, und v die angelegte Wechsel-Spannung. Gemäß Fig. 7 arbeiten die beiden Gleichrichter
311 und 322 mit dem gleichen Zündwinkel Null, und sie erzeugen die maximale Spannung.
Hierbei wird eine Verschiebung Et zwischen den Zeitpunkten bewirkt, in denen die
Kommutation jeweils beendet wird. Gleichzeitig bewirken die Gleichrichter 321 und
312 eine Regelung, und es erfolgt eine Verschiebung tt2 bezüglich des Zeitpunktes
der Beendigung der Kommutation, um die Verschiebung Zt1 auszugleichen. Daher wird
die Ausgangsleistung des linken Gleichrichterkreises mit derjenigen des rechten
Gleichrichterkreises abgeglichen, und eine Regelung bewirkt. Infolgedessen entstehen
Unterschiede bezüglich der Überlappungswinkel bei der Kommutation sowie zwischen
den
Zündwinkeln, und auf diese Weise lassen sich die höheren harmonischen
Komponenten des Primärstroms verkleinern.
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Fig. 8 zeigt die Schaltung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
bei der es sich um eine Weiterbildung der Ausführungsform nach Fig. 6 handelt; gemäß
Fig. 8 sind die Sekundärwicklungen 211 und 212 nach Fig. 6 zu einer einzigen Sekundärwicklung
vereinigt, und die SekundSwicklungen 221 und 222 nach Fig. 6 sind ebenfalls zu einer
einzigen Sekundärwicklung vereinigt. Genauer gesagt sind die Wechselstromklemmen
der Gleichrichter 311 und 312 an eine gemeinsame Sekundärwicklung 210 und die Wechselstromklemmen
der Gleichrichter 321 und 322 an eine gemeinsame Sekundärwicklung 221 angeschlossen.
Im übrigen ist die Schaltung nach Fig. 8 ebenso aufgebaut wie diejenige nach Fig.
6. Wenn bei dieser Schaltung die Gleichrichter 311 und 321 des linken Gleichrichterkreises
in der genannten Reihenfolge betätigt werden, und wenn die Gleichrichter 322 und
312 des rechten Gleichrichterkreises in der genannten Reihenfolge betätigt werden,
läßt sich die Anordnung nach Bedarf so steuern, daß sich die beiden SekundErwicklungen,
die am Gleichrichter angeschlossen sind, welche gleichzeitig gesteuert werden, bezüglich
ihres inneren Blindwiderstandes unterscheiden, so daß sich gemäß der Erfindung der
vorstehend genannte Vorteil erzielen läßt.
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Fig. 9 zeigt die Schaltung einer weiteren Aus:CührungsSorm der Erfindung
in Gestalt einer Weiterbildung der Ausführungsform nach Fig. 6, bei der zusätzlich
Drosseln 71 und 72 vorhanden sind, wobei dem Gleichrichter 311 die Drossel 71 zwischen
den Thyristoren T11 und T21 zugeordnet ist, und wobei eine Mittelanzapfung der Drossel
71 an eine Klemme der Sekundärwicklung 211 angeschlossen ist0 Bei dem Gleichrichter
312 ist die Drossel 72 zwischen den Thyristoren T12 und T22 angeordnet und mit den
Thyristoren verbunden, und die Mittelanzapfung der Drossel 72 ist an eine Klemme
der Sekundärwickitg 212 angeschlossen0 Bei dieser Schaltung unterscheiderl sich
die
Drosseln 71 und 72 bezüglich ihres Blindwiderstandes. Bei dieser
Schaltung wird die Phasenregelung in der nachstehend beschriebenen Weise durchgeführt.
Bei dem Gleichrichterkreis auf der linken Seite wird eine Phasenregelung nur bei
dem Gleichrichter 311 durchgeführt, während der Gleichrichter 321 nach der Beendigung
der Phasenregelung ständig die maximale Ausgangsleistung liefert; danach wird der
Gleichrichter 311 erneut von seinem Ausgangszustand aus gesteuert. Mit anderen Worten,
nur der Gleichrichter 311 wird wiederholt einer Phasenregelung unterworfen, während
der Gleichrichter 321 nach Bedarf ein- bzw. ausgeschaltet wird, und zwar entsprechend
der beschriebenen Phasenregelung. Ein solches Verfahren wird als "vernier notch
control system" bezeichnet. Eine derartige Regelung erfolgt auch bei den Gleichrichtern
312 und 322 des Gleichrichterkreises auf der rechten Seite. Bei der Durchführung
einer solchen Regelung ergeben sich bei den Gleichrichtern 311 und 312, bei denen
eine Phasenregelung erfolgt, unterschiedliche Kommutationszeitpunkte. Somit werden
die höheren harmonischen Komponenten des durch die Stromquelle fließenden Stroms
verkleinert. Bei der Schaltung nach Fig. 9 läßt sich der erfindungsgemäße Vorteil
erzielen, solange sich die zusätzlich verwendeten Drosseln 71 und 72 bezüglich ihres
Blindwiderstandes unterscheiden, und zwar selbst dann, wenn die Sekundarwicklungen
untereinander den gleichen inneren Blindwiderstand haben. Daher bietet die Ausführungsform
nach Fig. 9 den zusätzlichen Vorteil, daß bei der Herstellung des Transformators
2 keine besonderen Faktoren berücksichtigt zu werden brauchen.
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Fig. 10 zeigt eine Versuchsschaltung, die geeignet ist, den mit Hilfe
der Erfindung erzielbaren Vorteil zu bestätigen, und die als weitere Aus fühiungs
form der Erfindung benutzbar ist. Zu dieser Schaltung gehören zwei voneinander unabhängige
Transformatoren 21 und 22, die parallelgeschaltet und auf der Primärseite an eine
Wechselspannungsquelle angeschlossen sind, und die auf der Sekundärseite mit getrennten
regelbaren Gleichrichterkreisen verbunden sind, wobei die Anordnung der
in
Fig. 5 dargestellten entspricht. Der Transformator 21 weist Sekundärwicklungen 211
und 2120 - 2160 auf, während zu dem Transformator 22 Sekundärwicklungen 221 und
2220 - 2260 gehören. Zu dem an den Transformator 21 angeschlossenen Gleichrichterkreis
gehören in Gestalt einer Reihenschaltung ein geregelter Gleichrichter 311, nicht
regelbare Gleichrichter 3120 - 3160, eine Glättungsdrossel 41, ein Widerstand 81
und ein Gleichstrommotor 5. Zu dem an den Transformator 22 angeschlossenen Gleichrichterkreis
gehören in Form einer Reihenschaltung ein regelbarer Gleichrichter 321, nicht regelbare
Gleichrichter 3220 - 3260, eine Glättungsdrossel 42, ein Widerstand 82 und der Gleichstrommotor
5. Der Gleichstrommotor ist den beiden Gleichrichterkreisen gemeinsam zugeordnet.
Da jedoch der innere Widerstand des Motors 5 erheblich kleiner ist als der Blindwiderstand
jedes der Widerstände 81 und 82, kann angenommen werden, daß die Klemmenspannung
des Gleichstrommotors 5 unabhängig von der Stärke des durch den Motor 5 fließenden
Stroms ist. Daher kann ferner angenommen werden, daß zu den beiden Gleichrichterkreisen
unabhängige Gleichstromkreise gehören, und daß diese Gleichrichterkreise eine Last
in Zusammenarbeit speisen. In Fig. 10 ist eine durch den Motor 5 anzutreibende Last
9 dargestellt. Gemäß Fig. 10 sind die nicht regelbaren Gleichrichter 3120 - 3160
sowie 32?0 - 3260 mit den Transformatoren 21 und 22 durch Schalter S12 - S16 bzw.
S22 - S26 verbunden, die einem noch zu erläuternden Zweck dienen. Im folgenden wird
eine Betriebsweise beschrieben, bei der die Leistungsabgabe des Gleichstrommotors
5 unter Benutzung des ersten Gleichrichterkreises von Null ausgehend gesteigert
wird. Hierbei werden zuerst die Schalter S12 - S16 geöffnet gehalten, und der regelbare
Gleichrichter 311 wird mit Phasenregelung betrieben, während der Gleichstrom auf
einem gewünschten konstanten Wert gehalten wird, um die Ausgangsspannung des Gleichrichters
311 zu steigern. Sobald die Ausgangsspannung des Gleichrichters 311 ihren Höchstwert
erreicht, wird der Schalter 812 geschlossen,
und dem Gleichrichter
311 wird ein-Steuersignal entnommen.
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Infolgedessen erreicht die Ausgangsspannung des Gleichrichters 3120
ihren Höchstwert, während die Ausgangsspannung des Gleichrichters 311 auf Null zurückkehrt.
Wenn man dafür sorgt, daß die Spannung an der Sekundärwicklung 212 gleich derjenigen
an der Sekundärwicklung 2120 ist, erfolgt eine Umschaltung bezüglich der Ausgangsleistung
zwischen dem Gleichrichter 3120 und dem regelbaren Gleichrichter 311.
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Nach dieser Umschaltung wird der Betrieb des Gleichrichters 311 erneut
geregelt, und wenn seine Ausgangsleistung ihren Höchstwert erreicht, wird die nächste
Umschaltung durchgeführt. Hierbei wird der Schalter S13 geschlossen, so daß die
Ausgangsspannung des Gleichrichters 3130 ihren Höchstwert annimmt, und der Schalter
S12 wird geöffnet, wobei das Steuersignal des Gleichrichters 311 beseitigt wird,
so daß die Ausgangsspannungen des Gleichrichters 3120 und des regelbaren Gleichrichters
311 beide auf Null zurückgehen. Wenn man dafür sorgt, daß die Spannung an der Sekundärwicklung
2130 doppelt so hoch ist wie die Spannung an der Sekundärwicklung 211 oder an der
Sekundärwicklung 2120, werden die dem geregelten Gleichrichter 311 und dem Gleichrichter
3120 entnommenen Spannungen von der Ausgangsspannung des Gleichrichters 3130 übernommen.
Danach werden die Schalter S14, S15 und S16 nacheinander geschlossen, während die
Ausgangsspannungen der Gleichrichter 311 und 3120 wiederholt geregelt werden.
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Wenn man dafür sorgt, daß die Spannungen an jeder der Sekundärwicklungen
2140, 2150 und 2160 doppelt so hoch werden wie die Spannung an der Sekundärwicklung
211 oder 2120, wird eine neunmalige Umschaltung durchgeführt, während der Gleichrichter
311 einer zehnmaligen Phasenregelung unterzogen wird.
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Ferner werden die Gleichrichter 321 und 3220 - 3260 sowie die Schalter
S22 - S26 unter Einhaltung der genannten Beziehung zwischen den Spannungen bei den
Sekundärwicklungen 227 und 2220 - 2260 des zweiten Gleichrichterkreises in der gleichen
Weise betrieben wie bei dem ersten Gleichrichterkreis,
und die
Phasenregelung wird ebenfalls beim zweiten Gleichrichterkreis zehnmal wiederholt.
Bei der Schaltung nach Fig. 10 arbeiten die beiden Gleichrichterkreise, zu denen
jeweils nur ein regelbarer Gleichrichter gehören, auf vorteilhafte Weise wie zwei
Gleichrichterkreise, von denen jeder zehn regelbare Gleichrichter aufweist, und
außerdem lassen sich die gewünschten Ergebnissem t einer einfachen Anordnung erreichen.
Gemäß Fig. 10 unterscheiden sich die Transformatoren 21 und 22 bezüglich ihres Blindwiderstandes,
wenn sie jeweils von dem betreffenden Paar von Sekundärwicklungen aus betrachtet
werden, d.h. von den Sekundärwicklungen 211 und 221, 2120 und 2220, 2130 und 2230
usw.
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Bei der Schaltung nach Fig. 10, bei der die Wechselspannungsquelle
eine Spannung von 200 V liefert, erscheint eine Spannung von 71 V an jeder der Sekundärwicklungen
211, 2120, 221 und 2220 und eine Spannung von 142 V an jeder der Sekundärwicklungen
2130 - 2160 sowie 2230 - 2260; mit Hilfe dieser Schaltung wurde ein Versuch durchgeführt,
um einen konstanten Strom von 15 A für jeden Gleichrichterkreis einzuregeln und
eine Last von 375 kW zu betreiben.
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Fig. 11 zeigt Meßwerte für den äquivalenten Störstrom der in dem Primärstrom
enthalten ist, welcher bei dem genannten Versuchsbetrieb durch die Primärwicklung
des Transformators fließt. Wie in Fig. 11 längs der Abszissenachse dargestellt,
wird der Steuerwinkel zehnmal nacheinander geändert, und zwar von links nach rechts
fortschreitend jeweils von 1800 auf 00.. Die Kurven A und B veranschaulichen die
gemessenen Werte des äquivalenten Störstroms 1p für den Fall, daß jeweils der erste
oder der zweite Gleichrichterkreis einzeln betrieben wird, und die Kurve C veranschaulicht
jeweils die Hälfte jedes gemessenen Wertes bzw. einen Wert für einen Gleichrichterkreis
des äquivalenten Störstroms Ip
für den Fall, daß der erste und
der zweite Gleichrichterkreis gleichzeitig betrieben werden. Aus diesen Kurven ergeben
sich die nachstehenden Tatsachen. Erstens wird dann, wenn jeder Gleichrichterkreis
einzeln betrieben wird, der äquivalente Störstrom 1p im Verlauf einer Phasenregelung
auf einen höheren Wert gebracht. Zweitens unterscheiden sich gemäß den Kurven A
und B die äquivalenten Störströme Ip bei den beiden Gleichrichterkreisen, da bei
den Gleichrichterkreisen der Blindwiderstand der Transformatorwicklung unterschiedlich
ist.
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Werden die beiden Gleichrichterkreise gleichzeitig betrieben, nimmt
drittens der äquivalente Störstrom 1p nur wenig zu, und er wird im Vergleich zum
Einzelbetrieb jedes Gleichrichterkreises allgemein auf einem niedrigen Wert gehalten.
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Bei der Schaltung nach Fig. 10 kann man die Schalter S12 - S16 und
S22 - S26 durch elektronische Schalter ersetzen. Beispielsweise werden sämtliche
nicht regelbaren Gleichrichter durch regelbare Gleichrichter ersetzt, die in der
gleichen Weise aufgebaut sind wie die regelbaren Gleichrichter 311 und 321, und
die Thyristoren der regelbaren Gleichrichter werden durch Ein- und Ausschalten gesteuert.
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Da gemäß der Erfindung mehrere Gleichrichterkreise vorhanden sind,
denen auf der Wechselspannungsseite die gleiche Spannung zugeführt wird, und die
sich auf der Wechselspannungsseite bezüglich ihres Blindwiderstandes unterscheiden,
ist es möglich, die höheren harmonischen Ströme zu verkleinern, ohne daß es erforderlich
ist, kostspielige Einrichtungen oder Schaltungselemente vorzusehen.