DE641066C - Zwoelfphasiger Gleichrichtertransformator zur Herbeifuehrung einer mehrfachen UEberlappung der Anodenstroeme, dessen Primaerwicklung aus zwei in Reihe geschalteten Dreiphasensystemen besteht - Google Patents

Description

Von Gleichrichteranlagen ist bekannt, daß es vorteilhaft ist, die Phasenzahl möglichst hoch zu wählen, da dann die gleichstrqmseitige Welligkeit und auch die Rückwirkungen des Gleichrichters auf das speisende Wechselstromnetz um so kleiner werden". Da die meisten Wechselstromnetze dreiphasig sind, muß die Erhöhung der Phasenzahl in dem Gleichrichtertransformator vorgenommen werden.

Bei Zwölfphasenschaltungen ist es nun erforderlich, daß stets mehrere Entladungsstrecken· gleichzeitig arbeiten, da sonst der Transformator und die Entladungsstrecken schlecht ausgenutzt sind. Beispielsweise kann man die den Entladungsstrecken zugeordnete Wicklung des Transformators in mehrere in Stern oder in Zickzack geschaltete mehrphasige Gruppen unterteilen und ein gleichzeitiges Arbeiten dieser Gruppen durch Ausgleichtransformatoren, sogenannte Saugtransformatoren, erreichen. Solche Schaltungen haben meistens den Nachteil, daß sie nicht symmetrisch arbeiten. Das bedeutet,

daß zusätzlich eine Welligkeit entsprechend einer niedrigeren Phaseiizahl, meistens entsprechend sechs Phasen, auftritt, die betrieblich aus verschiedenen Gründen unerwünscht ist. Es ist weiter Torgeschlagen worden, zwei sekundär sechsphasige Transformatoren yo parallel zu schalten, wobei die eine Primärwicklung in Stern, die andere in Zickzack oder in Dreieck geschaltet ist. Auch eine solche Schaltung ist betrieblich ungünstig, denn ein sicherer Parallelbetrieb ist ohne zusätzliche Schaltmittel nicht möglich, weil die Gleichrichter flackern.

Eine weitere bekannte Zwölfphasenschaltung besteht in der Verwendung zweier Transformatoren, deren Primärwicklungen in Reihe liegen, und deren sechsphasige Sekundärwicklungen im Nullpunkt miteinander verbunden sind. Zur Erzielung der erfor- < derlichen Phasenverschiebung zwischen den beiden sekundären Sechsphasensystemen ist die eine Primärwicklung in Dreieck, die andere in Stern geschaltet. Bei dieser Schaltung arbeiten in einem großen Teil des Belastungsbereiches ' jeweils drei Entladungs-' strecken gleichzeitig. Diese Schaltung hat im Gegensatz zu den weiter oben erwähnten Schaltungen mit Saugtransformatoren die' Eigentümlichkeit, daß sie symmetrisch arbeitet. Außerdem hat die Reihenschaltung der

beiden Transformatoren den Verteil, daß beim Auftreten von Rückzüadungen der Rückzündungsstrom im Gegensatz zu Schaltungen mit Saugtransformatoren sich nur (n beschränktem Umfang ausbilden kann, doch wird die Brenndauer von 90⁰ vielfa'i nicht genügen.

verschiedene Phasenlagen der Flüsse mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von je 30⁰ entstehen. Hierdurch werden die zwölf für die Speisung des Entladungsgefäßes 10 benötigten sekundären Phasenspannungen erzeugt. Die Sekundärwicklung ist eine zwölf-

Die Erfindung betrifft nun eine Abänderung dieser bekannten und vorteilhaften Schaltung und bezweckt eine Zusammenarbeit von mehr als drei Entladungsstrecken. Erfindungsgemäß läßt sich bei Beibehaltung der obenerwähnten Vorteile eine Brenndauer von 150⁰ für jede Entladungsstrecke erzielen. wenn das eine dieser Primärsysteme in Zickzack, das andere in Stern oder Zickzack geschaltet ist. Dabei ist der Transformatorkern so auszubilden, daß höhere Harmonische der Wechselspannung sich ausbilden könne«. Insbesondere ist es erforderlich, daß der Transformator mit freiem magnetischem Rückschluß versehen werden muß, damit die durch drei teilbaren Harmonischen sich frei ausbilden können.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. 1 das Schaltbild einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Gleichrichteranlage, Abb. 2 zeigt eine mögliche Kernkonstruktion für den Transformator der Abb. I mit der zugehörigen Wicklungsanordnung, während in Abb. 3 bis 5 die zugehörigen Strom- und Spannungskurven dargestellt sind. Die Abb. 6 und 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel mit etwas abgeänderter Schaltung.

In Abb. ι besitzt das zu der Gleichrichteranlage gehörige mehfanodige Entladungsgefäß 10 eine Kathode 11, die mit dem Pluspol eines Gleichstromnetzes verbunden ist, und die Anoden 12 bis 23, die an die zwölfphasige, in Stern geschaltete Sekundärwicklung eines Transformators 24 angeschlossen sind. Die Primärwicklung des Transformators 24 besteht aus den Spulen 33 bis 38, von denen 30 bis 32, 33 bis 35 und 36 bis 38 jeweils in Reihe geschaltet sind. Der Transformatorkern besitzt sechs magnetisch voneinander unabhängige Schenkel, von denen . 50 jeder mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung versehen ist. Betrachtet man die Anordnung der Spulen 30 bis 38 genauer, so bilden die Wicklungsteile 30, 33 und 36 ein Dreiphasensystem, mit dem ein zweites System in Reihe geschaltet ist, das in Zickzackschaltung ausgeführt ist und aus den Wicklungsteilen 31 und 32, 34 und 35, 37 und 38 besteht. Jede Phase der kombinierten Primärwicklung hat demnach drei Wicklungsteile, die auf verschiedenen Schenkeln des Kernes untergebracht sind, so daß sechs

^ g phasige Sternwicklung 12' bis 23' mit dem Nullpunkt 26, dem Minuspol des Gleichstromnetzes.

Ein besonderer Vorteil der neuen Schaltung gegenüber den Zwölfphasenschaltungen mit durch Saugtransformatoren zusammenarbeitenden Gruppen von in Zickzack geschalteten mehrphasigen Gruppen besteht darin, daß die Zickzackanordnung in die Primärwicklung verlegt ist. Da diese im allgemeinen Hochspannung führt, so besitzt sie eine größere Windungszahl als die Sekundärwicklung, und es lassen sich infolgedessen die erforderlichen Verhältnisse der Windungs- · zahlen bei der Primärwicklung leichter erreichen als bei der nur verhältnismäßig wenig Windungen besitzenden Sekundärwicklung.

Die genaue Bestimmung der Strom- und Spannungskurven ergibt sich aus einer Reihe von Bedingungen. Zu diesen gehört zunächst die Symmetriebedingung, d. h. keine Anode ist vor der anderen bevorzugt, ferner die Brenndauer von 150°. Außerdem muß in jedem Schenkel die Summe der primären Amperewindungen in jedem Augenblick gleich der der sekundären sein, und in einem Knotenpunkt (Nullpunkt 25) muß die Summe der zufließenden Ströme gleich derjenigen der abfließenden sein. Führt man die Rechnung korrekt durch, so ist ein Gleichungssystem mit fünfzehn Unbekannten, nämlich den drei Primärströmen und den zwölf Anodenströ 100 · men," zu lösen. Nach Durchführung der Rechnung erhält man eine Stromkurve gemäß Abb. 3 für jeden Anodenstrom. Die ■ Stufenwerte dieser gestrichelt gezeichneten theoretischen Treppenkurve 39 verhalten sich wie 0,500 : 0,866 : 1,000 : 0,866 : 0,500. Die ν stark ausgezogene Linie 40 zeigt die tatsächliche Stromkurve, die infolge der Streureaktanz des Transformators etwas verzerrt ist. Das Vorhandensein dieser Wellenform ist no durch oszillographische Aufnahmen nachgewiesen.

In der Zeit, in der fünf Entladungsstrekken zusammenarbeiten, müssen die diesen Entladungsstrecken zugeführten Wechselspan- n₅ nungen untereinander und mit der abgegebenen Gleichspannung gleich sein. In Abb. 4 ist neben der theoretischen Spannung der Grundwelle der Phasenspannung, die gestrichelt gezeichnet ist, die tatsächlich wirksame, tao treibende Spannung 41 im Anodenstromkreis dargestellt. Man erkennt, daß sie u. a. eine

Claims (5)

1. Spannung dreifacher Frequenz enthält. Gleichzeitig muß die Anordnung derart ausgebildet sein, daß der sinusförmige Verlauf der Spannung zwischen den Klemmen 27, 28 und 29 aufrechterhalten bleibt. Daraus folgt, daß die Hinzufügung der Spannung dreifacher Frequenz innerhalb des Transformators erfolgen muß. Daher muß der Transformator mit freiem magnetischem Rückschluß versehen sein. Abb. 5 zeigt, wie sich die verzerrten Spannungskurven in den Wicklungsteilen der Primärwicklung zu der sinusförmigen Klemmenspannung 42 zusammensetzen. Die einzelnen Spannungskurven sind hier mit den gleichen Ziffern wie die entsprechenden Wicklungsteile in Abb. 1 bezeichnet.

   Aus vorstehenden Erläuterungen ergibt sich, daß in den Anodenstromkreisen treppenförmig auf- und absteigende Ströme wäh-■ rend 150° jeder Periode fließen. Diese Treppenkurve hat den Vorteil, daß die Sekundärwicklung -gut ausgenutzt ist und die in der Sekundärwicklung fließenden Ströme im Gegensatz zu den nahezu rechteckförmigen Stromkurven bei Schaltungen mit Saugtransformatoren sich stark der Sinusform nähern. Das hat weiter zur Folge, daß auch die Beanspruchung des Gleichrichters günstiger gestaltet wird, denn während bei Schaltungen mit Saugtransformatoren das Löschen des Entladungsstromes vom vollen Wert auf Null erfolgt, wird durch die treppenförmige Kurvengestalt erreicht, daß das Löschen von einem kleinen Wert auf Null erfolgt. Mithin kann die Entionisierung schneller vor sich gehen, was gleichbedeutend mit einer erheblichen Verringerung der Rückzündungsgefahr ist.

   In Abb. 2 ist eine der möglichen Bauarten für den Kern 43 des vorbeschriebenen Zwölfphasentransformators dargestellt. Damit die für die Umbildung der primären Wechselspannung erforderlichen höheren Harmonischen sich ungehindert ausbilden können, sind freie magnetische Rückschlüsse vorgesehen. Dies kann z. B., wie in der Zeichnung angedeutet, durch zusätzliche unbewickelte Schenkel erreicht werden, oder man kann sechs getrennte Einphasentransformatoren oder zwei Dreiphasentransformatoren mit mindestens je einem unbewickelten Schenkel verwenden.

   Die Wicklungsanordnung in Abb. 6 unterscheidet sich von der in Abb. 1 dadurch, daß die erforderliche Phasenverschiebung der Primärwicklung dadurch erzielt wird, daß jede der beiden Gruppen der Primärwicklung in Zickzack geschaltet ist. Es ist demgemäß die Primärwicklung in insgesamt zwölf Spulen bis SS unterteilt, von denen je vier in Reihe geschaltet sind, und zwar zwischen eine der Netzphasen 27 bis 29 und den Nullpunkt 25. Das Verhältnis der Windungszahlen je zweier Spulen einer Gruppe, z. B. 44 und 45, ist gleich sin 15⁰ : siri45°.

   Abb. 7 zeigt den Aufbau des Transformatorkernes und die Anordnung und Verbindung der einzelnen Wicklungsteile auf demselben.

   Patek tansprüche:

   ■ ι. Zwölfphasiger Gleichrichtertransformator zur Herbeiführung einer mehrfachen Überlappung der Anodenströme, dessen Primärwicklung aus zwei in Reihe geschalteten Dreiphasensystemen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das eine dieser Primärsysteme in Zickzack, das andere in Stern oder Zickzack geschaltet ist und der Transformator mit einem freien magnetischen Rückschluß versehen ist.
2. 2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer fünfschenkliger Kern mit Zwischenjoch vorgesehen ist (Abb. 2 und 7).
3. 3. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere getrennte Kerne vorgesehen sind.
4. 4. Transformator mit drei Wicklungs-. teilen je Primärphase nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahlen dieser Wicklungsteile im Verhältnis ]/^": 1: 1 stehen.
5. 5. Transformator mit vier auf verschiedenen Schenkeln angeordneten Wicklungsteilen je Primärphase nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahlen dieser Wicklungsteile im Verhältnis siniS°^sin4S^o: sin 15°: sin45° stehen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen