DE3523064C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Art der Anordnung von Drosselspulen mit Luftkern, sog. Luftkernspulen, z. B. Thyri­ storkommutationsspulen in einem dreiphasigen Wechsel­ stromgleichrichter oder Drehstromgleichrichter.

Es ist als allgemein bekannt vorausgesetzt, daß die Wendespulen von Gleich­ richtern einen Luftkern haben sollten, denn solche Luft­ spulen haben verschiedene Vorteile, von denen nur einige genannt sein sollen. Eine Drosselspule mit Luftkern kann nicht gesättigt werden, so daß die Induktivitätswerte selbst bei Überlaststrombedingungen unverändert bleiben. Ein weiterer Vorteil besteht in der besseren Betriebs­ weise von Luftspulen bei hohen Frequenzen. Als dritter Vorteil sei auf die geringen Verluste hingewiesen, denn eine Spule mit Eisenkern hat zusätzlich zu den Kupferver­ lusten ihre Eisenverluste.

Der Verwendung von Luftspulen stehen jedoch einige Schwierigkeiten entgegen. Hier sei das Magnetfeld genannt, welches eine Drosselspule dieser Art in ihre Umgebung ausstrahlt. In Geräteteilen, die eine Vielzahl solcher Luftspulen aufweisen, müssen die Spulen folglich weit auseinander angeordnet werden, damit keine gegen­ seitige Störung auftritt. Das führt zu Konstruktionslö­ sungen, die viel Raum erfordern. Eine weitere Schwierig­ keit besteht in der geringen Induktivität von Luftspulen im Verhältnis zu der Anzahl der vorgesehenen Windungen.

Aufgabe der Erfindung ist es, von einem dreiphasigen Netz gespeiste Luftspulen raumgünstig so anzuordnen, daß die verfügbare Induktivität erhöht ist.

Die Anordnung gemäß der Erfindung zeichnet sich hauptsäch­ lich dadurch aus, daß die Spulen der drei Phasen, die in der gleichen Windungsrichtung gewickelt sind, mit ihren Wicklungsebenen in einer einzigen Ebene an den Eckpunkten eines gedachten Dreiecks angebracht sind, wobei die Spulen so nahe wie möglich beieinander liegen, damit die verfügbare Induktivität erhöht ist. Bei den hier interessierenden dreiphasigen Anwendungen herrscht in einer Spule immer ein gewisser symmetrischer Zustand vor, der gemäß der Erfindung die Möglichkeit bietet, die gegenseitige Induktivität zu nutzen, ohne daß sich daraus eine Asymmetrie in den Strömen ergibt. Dank dieser Erkenntnis können die Luftspulen dicht beieinander ange­ ordnet und gleichzeitig die verfügbare Induktivität erhöht werden.

Aus JP-Abstract 57-1 06 018 ist es bei einem Hohlkern-Reaktor bekannt, zur Bewirkung einer wirksamen Kühlung Luftdrosselspulen in bestimmter Weise innerhalb eines zylindrischen Gehäuses anzuordnen. Die Luftdrosselspulen jeder Phase sind dabei in einem Gehäuse derart angeordnet, daß ihre Mittelachsen in etwa an den Spitzen eines gedachten Dreiecks angeordnet sind. Schon wegen der Kühlung sind die Spulen nicht nahe beieinander.

Aus DE-PS 5 41 550 ist es bekannt, zur Verkürzung der Kraftlinienwege und zur Verringerung der Streuwirkung von Mehrphasendrosselspulen diese in Dreiecksform anzuordnen, daß der aus den Kraftflüssen der Teilspulen sich zusammensetzende gemeinsame Kraftfluß innerhalb der Teilspulen verläuft. Hier sind jedoch die Spulen bezüglich ihrer Achsen in der Ebene angeordnet.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Anord­ nung der Drosselspulen gemäß der Erfindung sind die Spulen auf einer Bodenplatte aus einem elektrisch nicht leitfähigen Werkstoff angebracht.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Aus­ führungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine bekannte Thyristorgleichrichterbrücke, an der die Erfindung anwendbar ist;

Fig. 2 eine grafische Darstellung der in den Wendespulen gemäß Fig. 1 fließenden Ströme;

Fig. 3 ein Beispiel der Anordnung von Luftspulen gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine dreidimensionale Ansicht einer Drosselspule gemäß der Erfindung.

Die in Fig. 1 gezeigte Gleichrichterbrücke ist z. B. für den Antrieb von Fahrstühlen verwendbar und ist zur Rauschunterdrückung mit einem Resonator 19 und 20 versehen.

Die Rauschunterdrückungstechnik ist im einzelnen in der finnischen Patentschrift 61 252 beschrieben. Davon abgesehen handelt es sich bei dieser Schaltung um einen üblichen Thyristorgleichrichter mit vier Quadranten, drei Phasen, sechs Impulsen.

Der Gleichrichter wird über Anschlüsse 1, 2 und 3 vom Wechselstromnetz versorgt. In den Thyristorbrücken sind als Kommutationsglieder Spulen 4, 5 und 6 vorhanden.

Der Gleichrichter weist zwei Thyristorbrücken auf, die getrennt voneinander arbeiten und einen Motor 24 steuern. Zu der einen Brücke gehören Thyristoren 7 bis 12 und zu der anderen Thyristoren 13 bis 18. Während des normalen Betriebs arbeitet je nach der Stromrichtung, die der Motor braucht, jeweils nur eine Brücke. Der Motor 24 treibt über eine Welle 25 ein Antriebsrad 26, um das Seile oder Kabel 27 laufen, die einem Gegengewicht 29 und einem Fahrstuhlkorb 28 Bewegung vermitteln. Die Feld- bzw. Magneti­ sierungsspule 21 des Motors hat Anschlüsse 22 und 23. Der Motor hat unter normalen Bedingungen eine konstante Magnetisierung.

In Fig. 2 sind die in den Wendespulen fließenden Ströme grafisch dargestellt. In Fig. 2a bezeichnet die Spannung U1 die dreiphasige Netzspannung mit den drei Spannungen R, S und T. Wenn die eine oder andere der genannten Thyristorbrücken in Betrieb ist, wird die an den Motoran­ schlüssen anstehende Spannung als Differenz der Netz­ spannungen R, S und T gebildet. Diese Differenzspannungen sind in Fig. 2b auf der Koordinate U2 gezeigt. Die Diffe­ renzspannungen sind mit R-S, R-T, S-T, S-R, T-R und T-S bezeichnet. In der Zeichnung ist auch eine typische Steuersituation der Thyristoren gezeigt, bei der eine Spannung U_M an den Motoranschlüssen vorherrscht. Diese Spannung U_M erzeugt im Motor einen Strom I_M, wie aus Fig. 2c hervorgeht. Aus den jeweiligen Kurvenverläufen ist zu entnehmen, daß im Motor infolge seiner Umdrehung eine entsprechende Gegenspannung besteht. Da dem Fachmann die Wirkung dieser Gegenspannung geläufig ist, wird sie hier nicht näher erläutert.

Aus den vorstehenden Spannungen und dem Motorstrom läßt sich schließen, daß die Ströme der Wendespulen so verlau­ fen, wie sie als Ströme I1, I2 und I3 in Fig. 2d gezeigt sind, die näher betrachtet werden sollen. Zu jedem belie­ bigen Zeitpunkt fließt Strom jeweils nur in zwei Spulen. Diese Ströme sind gleich, haben aber entgegengesetzte Vorzeichen. Jeweils eine Spule führt keinen Strom. Auf dieser Basis läßt sich betrachten, was geschieht, wenn die Drosselspulen in der in Fig. 3 gezeigten Weise ange­ ordnet werden. Die Spulen liegen so nahe wie möglich beieinander und in einer Ebene an den Eckpunkten eines gedachten Dreiecks A. Wenn z. B. durch die Spulen 4 und 5 Strom fließt, ist die Spule 6 stromfrei, und die Spulen 4 und 5 verstärken einander aufgrund der gegenseitigen Wirkung der Induktivität, und die gesamte Induktivität ist größer als die Summe der Teilinduktivitäten. Ferner ist zu beachten, daß die dritte Spule, da sie keinen Strom führt, nicht durch das Magnetfeld der beiden ande­ ren Spulen gestört wird. Da dieser Zustand völlig symmet­ risch ist, bleibt er ständig gleich. Folglich wird durch die Spulen keine Asymmetrie in die Ströme eingeführt, obgleich zwischen den Spulen wegen ihrer Nähe eine starke gegenseitige Induktivität besteht.

Die vorstehend beschriebene Arbeitsweise ist nur dann möglich, wenn die Richtung der Windungen bei allen Spulen gleich ist. Im Fall von Fig. 3 bedeutet dies, daß in jeder Spule Strom mit positivem Vorzeichen im Uhrzeigersinn umläuft. Obwohl es ratsam ist, die Spulen möglichst nahe beieinan­ der anzuordnen, um die größtmögliche Wirkung der gegen­ seitigen Induktivität zu erzielen, ist doch ein geringer Abstand nötig, damit die Spulen gegeneinander elektrisch isoliert sein können. In Fig. 3 sind die Spulen auf einer Grundplatte 32 angebracht, die aus einem nichtmagneti­ schen und vorzugsweise elektrisch nicht leitfähigen Werk­ stoff bestehen sollte. In Anbetracht der Erwärmung der Spulen sollte ein möglichst wärmebeständiger Werkstoff gewählt sein.

Die Bodenplatte der Spulen wird in einem Kasten oder auf einem Ständer angebracht, wobei darauf zu achten ist, daß keine elektrisch leitfähigen und magnetischen Werkstoffe dem Magnetfeld der Spulen zu nahe vorgesehen werden.

Selbstverständlich können die Spulen auch auf andere Weise als gemäß der Erfindung nahe beisammen angeordnet werden. In dem Fall kommt es jedoch zur Asymmetrie der Ströme auf­ grund der gegenseitigen Induktivitäten, und das ist für den Betrieb des Gleichrichters schädlich.

Für den Fachmann liegt aber auf der Hand, daß die Erfin­ dung auf verschiedene Weise abgewandelt werden kann. So ist die Erfindung z. B. nicht auf Thyristorgleichrichter beschränkt. Die gleiche Anordnung der Spulen kann auch bei Diodengleichrichtern verwendet werden.

Claims (2)

1. Anordnung von Luftkernspulen wie Thyristorkommutations­ spulen in einem dreiphasigen Wechselstromgleichrichter, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (4, 5, 6) der drei Phasen (R, S, T), die in der gleichen Windungsrichtung gewickelt sind, mit ihren Wicklungsebenen in einer einzigen Ebene an den Eckpunkten eines gedachten Dreiecks (A) angebracht sind, wobei die Spulen so nahe wie möglich beieinander liegen, damit die verfügbare Induktivität erhöht ist.

2. Anordnung von Luftkernspulen nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen auf einer Bodenplatte (32) aus elektrisch nicht leitfähigem Werkstoff angebracht sind.