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Einrichtung zur Verbesserung der Belastungsverteilung beim Parallelbetrieb
von Quecksilberdampf-Gleichrichtern mit Gleichstrommaschinen mit zwei Feldwicklungen
Wenn Quecksilberdampf-Gleichrichter mit anderen Gleichstromquellen (Gleichstrommaschinen)
parallel arbeiten, so wird bei Spannungsschwankungen in dem Wechselstromnetz, aus
welchem die Gleichrichter gespeist werden, auch die Belastung der Gleichrichter
im gleichen Sinne, jedoch in noch stärkerem Maße als die Spannung des Wechselstromnetzes
schwanken. Die Belastung der anderen Stromquellen dagegen, deren Spannung von der
des Wechselstromnetzes unabhängig ist, wird im entgegengesetzten Sinne schwanken.
Dies gilt auch dann, wenn die mit den Gleichrichtern parallel arbeitenden Gleichstromquellen
Motorgeneratoren sind, die aus dem gleichen Wechselstromnetz gespeist werden wie
die Gleichrichter, denn die Drehzahl der gebräuchlichen Wechselstrommotoren ist
ganz oder nahezu unabhängig von ihrer Spannung.
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Erfindungsgemäß kann die Belastungsverteilung beim Parallelbetrieb
von Quecksilberdampf-Gleichrichtern mit Gleichstrommaschinen dadurch verbessert
werden, daß eine auf den Feldpolen einer Doppelschlußgleichstrommaschine angebrachte
Hauptschlußwicklung vom Strom des Quecksilberdampf-Gleichrichters durchflossen wird.
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Die Fig. i zeigt ein Beispiel einer solchen Anordnung. a ist der Gleichrichter,
der über den Transformator b aus dem Wechselstromnetz c gespeist wird. d ist der
Anker einer mit dem Gleichrichter parallel arbeitenden Gleichstrommaschine, c deren
Nebenschlußerregerwicklung, f die Hauptschlußwicklung, die vom Strom des Gleichrichters
durchflossen ist, g ist das Netz. Die Pfeile deuten die Stromrichtung an. Steigt
die Spannung des Wechselstromnetzes c und damit die Spannung des Gleichrichters,
während die EMK der Gleichstrommaschine konstant bleibt, so wird zunächst der Belastungsanteil
des Gleichrichters zunehmen. Dadurch wird aber die Hauptschlußwicklung f stärker
erregt, und es steigt auch die EMK der Gleichstrommaschine, so daß das Spannungsgleichgewicht
der beiden parallel arbeitenden Stromquellen wiederhergestellt ist. Je stärker die
Kompoundwicklung ist, desto geringer wird die Zunahme des Gleichrichterstromes,
der sie erregt, sein müssen, um eine bestimmte Spannungsänderung auszugleichen.
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Die Einrichtung, wie sie in Fig. i dargestellt ist, würde zur Folge
haben, daß. bei einer Zunahme der Belastung des Netzes der Gleichrichter nur wenig,
die Gleichstrommaschine dagegen viel mehr belastet würde. Denn schon eine geringe
Mehrbelastung des Gleichrichters würde infolge der vermehrten Durchflutung der Wicklung
f eine Zunahme der EMK der Gleichstrommaschine bewirken, die nur durch eine wesentlich
verstärkte Stromabgabe dieser Maschine wieder ausgeglichen werden könnte. Man kann
jedoch auch bei Belastungsschwankungen den verhältnismäßigen Anteil der beiden Gleichstromquellen
an der gesamten Belastung konstant halten, indem man erfindungsgemäß die
Hauptschlußwicklung
nur zum Teil in den Stromkreis des Gleichrichters, zum Teil aber in den der Gleichstrommaschine
einschaltet.
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Ein Beispiel einer solchen Einrichtung zeigt die Fig. 2. Die Buchstaben
haben hier dieselbe Bedeutung wie in Fig. i. Die Hauptschlußwicklung f besteht jetzt
aus zwei Teilen f1 und f 2, von denen der erstere im Stromkreis des Gleichrichters,
der letztere im Stromkreis der Gleichstrommaschine liegt. Die Wirkung dieser Einrichtung
bei Spannungsschwankungen auf der Wechselstromseite und konstanter Netzbelastung
ist dieselbe wie oben beschrieben. Denn mit einer Zunahme des Stromes im Gleichrichter
ist in diesen Fall eine Abnahme des Stromes in der Gleichstrommaschine verbunden,
so daß die Erregung der Wicklung -f, verstärkt und gleichzeitig die der Wicklung
f2 geschwächt wird. -Da beide Wicklungsteile sich magnetisch entgegenwirken, ist
die gesamte Änderung der Erregung der Gleichstrommaschine dieselbe wie bei der Anordnung
nach Fig. i. Nimmt aber die Netzbelastung zu, so wird sich die Belastungszunahme
auf beide Stromquellen verteilen, und es werden beide Wicklungsteile f1 und f2 stärker
erregt werden. Die Gesamterregung der Gleichstrommaschine wird also dieselbe bleiben,
wenn sich die Belastungszunahme auf den Gleichrichter und die Gleichstrommaschine
angenähert im umgekehrten Verhältnis derWindungszahlen f, und f2 verteilt.
Durch die Wahl dieser Windungszahlen hat man es daher in der Hand, jede gewollte
Belastungsverteilung zu bewirken.
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Unter Umständen kann es jedoch auch erwünscht sein, bei Belastungsschwankungen
die Leistung des Gleichrichters konstant zu halten und die ganze Belastungszunahme
der Gleichstrommaschine zuzuweisen. In diesem Fall kann man erfindungsgemäß die
Hauptschlußwicklung nur zum Teil in den Stromkreis des Gleichrichters, zum Teil
aber in den Netzstromkreis einschalten.
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Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt die Fig.3, in welcher alle Buchstaben
dieselbe Bedeutung haben wie in Fig. 2. Von den beiden Teilen der Hauptschlußwicklung
ist wie in Fig. 2 nur der Wicklungsteil f1 in den Stromkreis des Gleichrichters
eingeschaltet. Der Wicklungsteil f 2 liegt hier im gemeinsamen Stromkreis beider
Stromquellen , (Netzstromkreis). Wird die Windungszahl der Wicklung f2 so gewählt,
daß sie gerade den Spannungsabfall der Gleichstrommaschine aufheben würde, wenn
sie vom Strom der Gleichstrommaschine durchflossen wäre, so wird bei der Schaltung
nach Fig.3 bei einer Zunahme der Netzbelastung die Belastung des Gleichrichters
konstant bleiben und die gesamte Mehrbelastung von der Gleichstrommaschine übernommen
werden.
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Die Hauptschlußwicklung im Stromkreis des Gleichrichters bringt noch
einen weiteren Vorteil mit sich. Die Spannung eines Gleichrichters enthält bekanntlic'.1
eine kleine, der Gleichspannung übergelagerte Wechselspannung, während die Spannung
einer Gleichstrommaschine im allgemeinen von solchen Wechselspannungen frei ist.
Diese Wechselspannung ruft im Gleichrichterstromkreis einen dem Gleichstrom übergelagerten
Wechselstrom hervor, welcher sich zum Teil durch die parallel geschalteten Stromquellen,
zum Teil durch das Netz schließt. Man sucht diesen übergelagerten Wechselstrom im
allgemeinen durch Drosselspulen in zulässigen Grenzen zu halten. Wird jedoch die
oben beschriebene Hauptschlußwicklung verwendet, so wirkt diese ebenfalls als Drosselspule
und begrenzt den übergelagerten Wechselstrom, so daß das Einschalten einer besonderen
Drosselspule zu diesem Zweck überflüssig wird. Besonders günstig ist in dieser Beziehung
die Schaltung nach Fig. 3. Wenn nämlich ein Teil der Hauptschlußwicklung in den
Netzstromkreis eingeschaltet ist, so- kann bei zweckmäßiger Wahl der' Windungszahl
dieses Teiles erreicht werden, daß das Netz von übergelagerten Wechselströmen frei
bleibt, daß also der ganze, im Gleichrichterstromkreis fließende übergelagerte Wechselstrom
sich durch die mit dem Gleichrichter parallel arbeitende Gleichstrommaschine schließt.
Wegen der Induktivität der Gleichstrommaschine muß in diesem Fäll die Spannung an
den Klemmen der Gleichstrommaschine eine bestimmte Wechselsiromkomponente enthalten.
Wird die Windungszahl der Wicklung f2 so bemessen, daß in ihr durch Wechselinduktion
von dem die Wicklung f l. durchfließenden Wechselstrom eine ebenso große
Wechselspannung induziert wird, so wird die Netzspannung eine reine Gleichspannung
sein. Bei dieser Betrachtung ist die Wirkung der Ohmschen Widerstände vernachlässigt.
Berücksichtigt man diese, so findet man, daß die Netzspannung zwar nicht gänzlich,
aber doch nahezu von der übergelagerten Wechselspannung befreit werden kann.
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In dem oben beschriebenen Beispiel ist die Parallelschaltung eines
Gleichrichters mit einer Gleichstrommaschine angenommen worden. Die beschriebene
Einrichtung ist jedoch auch anwendbar, wenn mehrere Gleichrichter mit mehreren Gleichstrommaschinen
parallel arbeiten. Man braucht in diesem Fall nur den Strom der sämtlichen parallel
arbeitenden Gleichrichter zusammenzufassen und jeder der Gleichstrommaschinen eine
von diesem Gesamtstrom durchflossene Hauptschlußwicklung zu geben.