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Anordnung zur Belastung eines Wechselstromnetzes mit regelbaren Blindströmen
Eine wichtige Aufgabe der Fernleitung und Verteilung elektrischer Energie in Wechselstromnetzen
ist die Verkleinerung des Phasenwinkels zwischen Spannung und Strom, und zwar wegen
der Vermeidung der Stromwärmeverluste der Blindströme und der Spannungsänderung
auf langen Leitungen. Hierzu müssen in Niederspannungsnetzen vorwiegend die Magnetisierungsströme,
in Hochspannungsnetzen vorwiegend die Ladeströme kompensiert werden. Die Phasenkompensation
hat ferner Bedeutung für .die Parallelarbeit voneinander entfernter Kraftwerke.
Um die Phasenkompensation möglichst mit ruhenden Apparaten durchzuführen, werden
in steigendem Maß Kondensatoren oder Drosselspulen verwendet und zur feineren Regelung
stufen- oder gruppenweise ein- und ausgeschaltet, da die innere Regelung der Kapazität
bzw. der Induktivität erhebliche technische Schwierigkeiten bietet. Dementsprechend
sind merkliche Spannungsschwankungen beim Regelvorgang nicht immer zu vermeiden,
wenn nicht eine verwickelte, feinstufige Regelung gewählt wird. Aber auch eine grob
regelnde Schaltvorrichtung ist nicht immer einfach; so. erfordert z. B. die Schaltung
von Drosselspulen Hochspannungsschalter von beträchtlicher Leistung.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Belastung eines Wechselstromnetzes
mit regelbaren Blindströmen, die darin besteht, daß an die Klemmen des Netzes ein
steuerbarer Gleichrichter angeschlossen ist, dessen Anodenstromkreis gegebenenfalls
unter Zwischenschaltung einer Glättungsdrosselspule kurzgeschlossen ist. Durch die
Erfindung wird eine vollkommen stetige Regelung erzielt und eine Mehrfachanordnung
von Leistungsschaltern vermieden, weil bei der Erfindung das Problem der Belastung
des Wechse-lstromnetzes mit regelbaren Blindströmen durch Anwendung steuerbarer
Gleichrichter, vorzugsweise gittergesteuerter Quecksilberdampfgleichrichter, gelöst
wird.
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Die Wirkungsweise der Erfindung sei im folgenden an Hand der in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Fig. i zeigt die Grundschaltung eines gittergesteuerten Gleichrichters
i, beispielsweise eines Quecksilberdampfgleichrichters, der über einen Transformator
28 an die Klemmen eines Wechselstromnetzes 6 angeschlossen ist. Der Anodenstromkreis
des Gleichrichters ist kurzgeschlossen; ges ist nur zwischen den Nullpunkt des Gleichrichtertransformators
und die Kathode des Gleichrichtergefäßes eine Gleichstromdrosselspule geschaltet.
Durch entsprechende Wahl der Zündzeitpunkte der Entladungsstrecken des Gleichrichters
i gelingt es, das Wechselstromnetz 6 durch den Gleichrichter i ausschließlich mit
Blindströmen zu belasten.
Die in Fig. i dargestellte Schaltung des
Gleichrichters i, bei der der Anodenstromkreis über eine Glättungsdrosselspüle kurz-
| geschlossen ist, ist an sich bekannt und ist |
| gewendet worden, um. einen an das Wech |
| stromnetz angeschlossenen Verbraucher, |
| spielsweise einen Wechselstrommotor, ry, |
regeln Dieser bekannten Schaltung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dem Verbraucher,
also beispielsweise einem Wechselstrommotor, vorgeschaltete Induktivität zu regeln
bzw. den durch sie erzeugten Spannungsabfall zu ändern, und zwar dadurch, daß eine
Sekundärwicklung der Induktivität über den Gleichrichter mehr oder weniger kurzgeschlossen
wird. Bei .der Erfindung handelt es sich demgegenüber nicht um eine Spannungsregelung,
der Gleichrichter dient vielmehr als reiner Blindstronnverbraucher und ist hierzu,
wie in Fig. i dargestellt, unmittelbar an die Klemmen des Wechselstromnetzes 6 angeschlossen,
welches mit regelbaren Blindströmen belastet werden soll.
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Es sei noch erwähnt, daß eine Gleichrichteranordnung vorgeschlagen
wurde; bei der ein in üblicher Weise einen Gleichstromverbraucher speisender Gleichrichter
zusätzlich zur Verbesserung des Leistungsfaktors des Netzes dadurch herangezogen
wird, daß er mit voreilender Zündpünktsteuerung ausgerüstet wird. Auch bei dieser
Anordnung handelt es sich nicht, wie bei der Erfindung, um die Verwendung des gittergesteuerten
Gleichrichters ausschließlich zur Entnahme von nacheilenden Blindströmen aus dem
Wechselstromnetz, an das der Gleichrichtertransformator angeschlossen ist: Der erfindungsgemäß
zur Blindstromregelung dienende kurzgeschlossene Gleichrichter kann in Verbindung
mit anderen an sieh bekannten Blindstromverbrauchern verwendet werden. In der Schaltung
gemäß Fig. i ist angenommen, daß zu dem Gleichrichter i ein Kondensator 27 parallel
geschaltet ist, der dem Netz 6 kapazitive Blindströme entnimmt. Je nach der Bemessung
des Kondensators 27 einerseits und des Gleichrichters i andererseits lassen sich
mit solchen Regelanordnungen verschiedene Regelbereiche für die Belastung des Wechselstromnetzes
mit voreilenden oder nacheilenden Blindströmen erzielen. Die beschriebene Schaltung
ist beispielsweise anwendbar, wenn ein Regelbereich von schwach kapazitiver bis
schwach induktiver Belastung gefördert wird. Der Kondensator 27 kann dabei dauernd
an das Wechselstromnetz 6 angeschlossen bleiben, während die kapazitiven Blindströme
durch den parallel geschalteten,Gleichrichter i beliebig geschwächt und überkompensiert
werden.
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In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
bei dem der gemäß der Erfindung zurBlindstromentnahme ,.dienende Gleichrichter i
ebenfalls nnt ande-
| Blindstromverbrauchern zusammenarbei- |
| Der Gleichrichtertransformator 5 ist |
| =erzü primärseitig mit einem Kondensator 7 |
| ,`öder einer Drosselspule 8 in Reihe geschaltet |
(Umschalter 9).
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Der Gleichrichter i ist in üblicher Weise mit Anoden a, Steuergittern
4. und Kathode 3 ausgerüstet, wobei diesen Steuergittern über eine aus einem Kondensator
i2 und einer Drosselspule i i bestehende Steueranordnung ` Steuerspannungen regelbarer
Phasenlage zugeführt werden können. Ebenso wie bei der Schaltung gemäß Fig. i ist
der Anodenstromkreis des Gleichrichters z über die Glättungs drosselspule io kurzgeschlossen.
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Bei der Schaltung gemäß Fig.2 ist der Gleichrichter i noch mit einer
zusätzlichen Steuereinrichtung ausgerüstet, durch die der Zündzeitpunkt der Entladungsstrecken
des Gleichrichters nicht nur gegenüber der Anodenspannung verzögert, sondern auch
vor verschoben werden kann. Der Gleichrichter i kann dann nicht nur als induktiver,
sondern auch als kapazitiver Blindstromverbraucher für das Wechselstromnetz 6 verwendet
werden. Je nachdem :ob dem Gleichrichtertransformator 5 dabei der Kondensator 7
oder die Drosselspule S vorgeschaltet ist, ergibt sich dadurch ein in weiten Grenzen
steuerbarer Regelbereich für die aus dem Netz 6 entnommenen Blindströme.
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Die für die Vorverlegung des Zündpunktes erforderliche Löschung des
Lichtbogens wird bei der für den Gleichrichter i in Fig. 2 vorgesehenen Zusatzeinrichtung
durch. einen Löschkondensator 13 erreicht, der durch einen schwingenden Synchronkontaktgeber
14, 15 (ähnlich einem Pendelgleichrichter) gesteuert wird. Die im ansteigenden Ast
der Spannungswelle zu zündenden Lichtbögen der Gleichrichterentladungsstrecken werden
mit Hilfe des Kondensators 13 nach Ablauf der vorgeschriebenen Brennzeit für eine
sehr kurze Zeit gelöscht, in welcher die Steuergitter 4 die betreffende Entladungsstrecke
sperren. An Stelle des schwingenden Synchronkontakt- i gebers 14, 15 können.
auch andere Steueranordnungen, beispielsweise umlaufende Kontaktscheiben, angewendet
werden.
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Fig.3 zeigt eine Schaltung zur stufenweisen Regelung nacheilenden
Blindstromes. Gemäß dieser Schaltung liegen zwischen dem Netz 6 und dem Steuergleichrichter
i ein Regeltransformatär 17 und primär damit in Reihe eine Regeldrosselspule
18, die beide über einen Umschalter i9 wechselweise an den Steuergleichrichter i
angeschlossen werden können. Zwischen die Gleichrichterkathode
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und die durch den Schalter 2o kurzsc'hließbare Sekundärwicklung des Transformators
17 bzw. die Sekundärwicklung der Drosselspule 18 ist eine den Gleichrichterkreis
schließende Glättungsdrosselspule io gelegt.
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Zur Regelung wird zuerst in der gezeichneten Lage des Umschalters
ig der Regeltransformator 17 von dem Zustand der Sperrung (Leerlauf) bis
zum Kurzschluß durchgesteuert, in welchem Zustand die Regeldrosselspule- i8, die
mit dem Transformator 17
in Reihe liegt, ihrenLeerlaufsblindstrom führt, der
wegen der Luftspalte 2 1 im Eisenweg der Drosselspule beträchtlich größer ist als
der Leerlaufstrom des Transformators 17. Nach Überbrückung der sekundären Wicklungsenden
des Regeltransformators 17 durch den Schalter 2o werden die Gleichrichteranoden
2 durch den Umschalter ig stromlos an die Sekundärklemmen der Regeldrosselspule
i8 angeschlossen. Darauf wird auch die Regeldrosselspule durch erneute Öffnung des
Gleichrichters belastet, d. h. es werden Gegenamperedun;gen in dem abgetrennten
Schenkel erzeugt, was einerVergrößerung derLuftspalte und damit des Magnetisierungsstromes
der Regeldrosselspule gleichkommt. Die Abwärtsregelung erfolgt umgekehrt.
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Diese zweifach abgestufte Regelung läßt sich natürlich auch auf größere
Stufenzahlen erweitern, z. B. durch Unterteilung der Drosselspule 18 in mehrere.
Der Gleichrichter wird zu dem Zweck vorteilhaft an die Teilspannung eines Transformators
angeschlossen und ist gegebenenfalls auf verschiedene Teilwicklungen umschaltbar.
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Sind mehrphasige Netze zu kompensieren, so lassen sich die beschriebenen
Anordnungen in entsprechender Ausführung ohne weiteres auch für diese verwenden.
Zweckmäßig wird man dann auch die Gleichrichtertransformatoren und -gefäße mehrphasig
ausführen sowie Stromteiler- oder Saugdrosselschaltungen verwenden.
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Die beschriebenen Anordnungen nach der Erfindung lassen vorteilhaft
auch die selbsttätige Beeinflussung durch irgendeine elektrische Größe, vorzugsweise
den Leistungsfaktor, zu, weil die Steuerung der Entladungsstrecken durch Gitter
und sonstige Zwischenelektroden nur Leistungen von der Größenordnung einiger Watt
benötigt. Auch die Fernsteuerung, z. B. von einer Betriebszentrale aus, ist mit
bekannten Mitteln leicht durchführbar. Die Verzerrung der Ströme durch den Gleichrichterbetrieb
an sich und durch die Wirkung der Steuergitter kann durch bekannte Mittel, wie Schwingungskreise
und Drosselspulen oder Siebketten, behoben werden. Sie wird aber bei dem Ausführungsbeispiel
der Fig. 3 wegen der Varschaltung einer Drosselspule 18 vor die Primärwicklung des
Haupttransformators 17 bereits weitgehend verringert.