DE342627C - Einrichtung zur Unterdrueckung der Oberwellen im Gleichstromkreis von Metalldampfgleichrichtern - Google Patents

Description

Der über einen Metalldampfgleichrichter aus einem Wechselstromnetz entnommene Gleichstrom besitzt starke Oberwellen, welche in vielen Fällen störend wirken und für deren Beseitigung verschiedene Mittel vorgeschlagen worden sind. Ein relativ einfaches Mittel ist die Einschaltung einer Drosselspule L in den Gleichstromkreis, wie es in Abb. ι dargestellt ist. In Abb. i bedeutet N₁ ein Dreiphasennetz, T einen Dreiphasentransformator, dessen PrimärwicklungP an das Netz N₁ angeschlossen ist, während die Enden der Phasenwicklungen der Sekundärwicklung S mit den Anoden A₁, A₂, A₃ des Gleichrichters G verbunden sind.

Seine Kathode K steht in Verbindung mit dem Plusleiter des Gleichstromnetzes, dessen Minusleiter an den Neutralpunkt der Wicklung 5 angeschlossen ist. Der Verbrauchsstromkreis ist durch den Widerstand r dargestellt und in dem

ao so gebildeten geschlossenen Gleichstromkreis ist zur Abdrosselung der Oberwellen die Drosselspule L eingeschaltet. Die Wirkung dieser Drosselspule hängt aber außerordentlich von der Belastung ab, da dem sie durchfließenden Oberwellenstrom die Gleichstromkomponente des Hauptstromes übergelagert ist, durchweiche der Sättigungszustand der Drosselspule stark beeinflußt wird. Bei Eintritt hoher Sättigung

■ nimmt die Wirksamkeit der Drosselspule wegen der geringeren Variation der Feldstärke wieder ab.

Diese Verhältnisse lassen sich an Hand der Abb. 2 bis 5 gut übersehen. In Abb. 2 bedeutet E die Spannungskurve der vom Gleichrichter gelieferten Gleichspannung und man erkennt, daß sie die in der Abbildung gestrichelt gezeichnete, stark ausgeprägte Oberwelle E_n, besitzt, welche der Gleichstromkomponente E_g der Gleichspannung übergelagert ist. Abb. 3 zeigt den entsprechenden Stromverlauf im Gleichstromkreis unter Voraussetzung einer rein Ohmschen Belastung. Auch dem Gleichstrom J_g ist eine Wechselstromoberwelle J_n] üb er gelagert, und es soll in folgendem das Verhältnis j- = * die Wenigkeit des Gleichrichterstromes genannt werden. Die Herabsetzung dieser Welligkeit ist der Zweck der Drosselspule L in Abb. 1, und es bleibt zu untersuchen, wie die Welligkeit sich bei verschiedenen Belastungen des Gleichrichters unter Einfluß der Sättigung der Drosselspule verändert. Dieses läßt sich durch ein Annäherungsverfahren mit Hilfe der Abb. 4 erläutern.

In Abb. 4 ist die Sättigungskurve B der Drosselspule in Abhängigkeit von ihrer Erregung durch den Gleichstrom J_g dargestellt. Nimmt man zunächst eine Proportionalität zwischen J_n, und J_g an, so würde, wenn man zu jeder Abcisse die zugehörige Ordinate J_n, aufträgt, sich für J_n, eine durch den Nullpunkt des Coordinatensystems gehende Gerade ergeben. Zeichnet man nun für beliebige Werte von J_g die zugehörigen Ordinaten der S-Kurve, z. B. in den Punkten a, b, c, d, so geben die Schnittpunke r, s, t, u dieser Ordinaten mit der S-Kurve den jeweiligen Sättigungszustand der Drosselspule an. Durch den Ober-

wellenstrom J_n, wird aber den erregenden Gleichstrom-Amperewindungen eine Erregung durch Wechselstrom-Amperewindungen superponiert, deren Einfluß man in folgender Weise berücksichtigen kann. Zieht man durch alle Schnittpunkte r, s, t, u horizontale Lin^:en und trägt auf diesen in positivem und negativem Sinne Strecken ab, deren Größe gleich den Ordinatenwerten der zugehörigen /,,.-Geraden ist (also d e~ um = un), so stellen diese Strecken die durch den Qbe- wellenstrom erzeugten Amperewind/ngen dar, welche sich mit der Frequenz des Oberwellenstromes zu den Gleichstromamperewindungen addieren bzw. subtrahieren. In der daduich bedingten Feldvariation ist ein Maß für die E. M. K. der Selbstinduktion E_x der Drosselspule gegeben, welche der Oberwellenspannung E_w entgegenwirkt. Wenn man die Größe der Feldvariation bzw. die Größe von E_x (oder zwei E_x) in Abb. 4 für verschiedene Werte von J_g mißt, so zeigt sich, daß sie von 0 beginnend mit wachsendem J_g erst zunimmt und dann aber wieder abnimmt, so daß der Einfluß der Drosselspule bei einem gewissen Wert von J_g ein Maximum besitzt, oberhalb und unterhalb dieses Wertes aber abnimmt. Dies veranschaulicht auch die in Abb. 4 eingetragene Kurve zwei E_x. Da nun aber der Wert (E_n, — E_x) als Restspannung für die Erzeugung des Oberwellenstromes /,„ in betracht kommt, so ist eine Korrektur der /,,,-Kurve erforderlich, indem jede Ordinate von /„, im Verhältnis _zu verkleinern ist. Das heißt

tLvs

aber, die Welligkeit oder der Wert -?■ ändert

sich mit J_g in

— E_x

Js Js

Die korrigierte, gestrichelt eingezeichnete /,/-Kurve ist zwar nur ein Näherungswert, aber er genügt, um den Gegenstand der Erfindung zu erläutern.

Gegenstand der Erfindung ist nun eine Einrichtung zur Unterdrückung der Oberwellen im Gleichstromkreis von Metalldampfgleichrichtern, bei denen in den Gleichstromkreis Induktivitäten zur Drosselung der Oberwellen eingeschaltet sind und erfindungsgemäß sollen diese Induktivitäten derart bemessen sein, daß sie in ihrer Gesamtheit eine Spannungscharakteristik mit mehr als einem Knie aufweisen. Dieser Erfindung liegt nun folgender Gedanke zu Grunde: Verläuft die Welligkeit in Abhängigkeit vom Strom J_g unter Einfluß der Drosselspule Z, gemäß der Kurve I in Abb. 5,

so ist es möglich, durch Einschalten einer zweiten Drosselspule in diesen Stromkreis, welche erst bei höheren Werten von J_g Sättigung zeigt, als wie die Drosselspule Z₁, die Welligkeit nicht nur weiter herabzusetzen, sondern auch über einen großen Belastungsbereich konstant zu halten. Die Anordnung der Drosselspulen ist aus dem Ausführungsbeispiel der Abb. 6. zu ersehen. Die Bedeutung der Buchstaben ist die gleiche wie in Abb, ι, nur ist hier an Stelle des Widerstandes r das Gleichstromnetz N_z dargestellt. Ferner ist die Sekundärwicklung S des Transformators T sechsphasig gezeichnet, wobei die Enden dieser Wicklung mit den Anoden A₁ bis ₆ verbunden sind. Erfindungsgemäß ist mit der Drosselspule Z₁ eine weitere Drosselspule L₂ in Reihe geschaltet, und diese Drosselspulen sollen derart dimensioniert sein, daß die Drosselspule L₁ bei relativ kleinem Belastungsstrom im Bereich hoher Sättigung arbeitet, während die Drosselspule Z₂ erst bei größerem Belastungsstrom Sättigung zeigt. War in Abb. 5 die Kurve J die durch die Drosselspule L₁ bedingte Welligkeitskurve, so soll Kurve II die durch Drosselspule L₂ bedingte Welligkeitskurve darstellen. Die kombinierte Wirkung beider Drosselspulen ergibt die Welligkeitskurve III, welche an sich kleinere Ordinaten als die einzelnen Kurven J und ZJ hat und überdies in dem praktisch in Betracht kommenden Arbeitsbereich vorwiegend einen konstanten Wert zeigt.

Bei der praktischen Ausführung ist es möglich, die beiden Drosselspulen in eine einzige zu kombinieren, wenn man dieser eine Charakteristik mit zwei Krümmungen gibt. Das erste Knie der Sättigungskurve entspricht dann dem Eintritt des Sättigungszustandes in der Spule Z₁, das zweite Knie dem Entritt des Sättigungszustandes in der Spule Z₂. In Abb. 7 ist eine solche kombinierte Drosselspule dargestellt. Sie besitzt einen Magnetkern M, der aus den Parallelschenkeln K₁, K₃ und den Jochen / besteht. Die Wicklung Z umschließt beide Parallelschenkel, von denen der eine K₁ eine größere magnetische Leitfähigkeit besitzt als der andere K₂, welcher durch Luftspalte mehrfach unterteilt ist. Entsprechend der größeren Leitfähigkeit für Kraftlinien ist K₁ auch früher gesättigt als K_z, und aus diesem Grunde besitzt die Charakteristik dieser Drosselspule zwei Knie. Eine derartige Drosselspule ist also ein Äquivalent für zwei hintereinander geschaltete Drosselspulen verschiedenen Sättigungsgrades.

Der Erfindungsgegenstand ist nicht auf die Verwendung zweier Drosselspulen der beschriebenen Art beschränkt. Es können auch mehrere Induktivitäten hintereinander, geschaltet werden, die so bemessen sind, daß sie resultierend eine Welligkeitskurve gemäß Kurve JZJ der Abb. 5 ergeben.

Claims (4)

1. Patent-Ansprüche:

   ι. Einrichtung zur Unterdrückung der Oberwellen im Gleichstromkreis von Metalldampfgleichrichtern, bei denen in den Gleichstromkreis Induktivitäten zur Drosselung der Oberwellen eingeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese Induktivitäten derart bemessen sind, daß sie in ihrer Gesamtheit eine Spannungscharakteristik mit mehr als einem Knie aufweisen.
2. 2. Einrichtung nach Patentanspruch i, dadurch gekennzeichet, daß in den Gleichstromkreis zwei in Reihe geschaltete Drosselspulen eingeschaltet sind, von denen die eine unter Einfluß des Belastungsstromes früher das Knie ihrer Sättigungskurve erreicht als die andere.
3. 3. Einrichtung nach Patentanspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gleichstromkreis eine Drosselspule eingeschaltet ist, die eine Sättigungikurve mit mehr als einem Knie aufweist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung der Drosselspule zwei magnetisch parallele Eisenkerne umschließt, von denen der eine eine geringere magnetische Leitfähigkeit besitzt als der andere, wobei die Verschiedenheit der magnetischen Leitfähigkeit dadurch erzielt werden kann, dafJ der eine Kern durch Luftspalte mehrfach unterteilt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.