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Schaltanordnung zum Belastungsausgleich der Entladungsströme bei als
Gleichrichter oder als Wechselrichter arbeitenden Umformungseinrichtungen mit Entladungsstrecken
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf Umformungseinrichtungen mit Entladungsstrecken,
die als Gleichrichter oder Wechselrichter arbeiten können und einen Saug- bzw. Zwischenphasentransformator
enthalten, und hat insbesondere zum Gegenstand eine Schaltanordnung zum Belastungsausgleich
der Entladungsströrne.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei Gleichrichteranlagen die
erzeugte Gleichspannung durch Zwischenphasentransformatoren in Verbindung mit induktiven
und kapazitiven Scheinwiderständen derart zu regeln, daß der Gesamtscheinwiderstand
sich umgekehrt ändert wie die Gleichstrombelastung. Durch eine solche Anordnung,
die eine Drosselspule, einen Hilfstransformator und einen Kondensator enthält, kann
man erreichen, daß die erzeugte Gleichspannung mit zunehmendem Belastungsstrom ebenfalls
zunimmt. Das Maß der Zunahme läßt sich durch entsprechende Auswahl der Elemente,
die mit dem Zwischenphasentransformator verknüpft sind, bestimmen.
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Es ist beispielsweise erwünscht, bei Zwölfphasenschaltungen derartige
Regelanordnungen zu verwenden. Man kann einen Zwölfphasengleichrichter herstellen,
indem man zwei aus denselben Grundphasen aufgebaute und Zickzackschaltungen aufweisende
Sechsphasensysteme, von denen das eine voreilende und das andere nacheilende Zusatzspannungen
enthält, unter Mitwirkung eines Zwischenphasentransformators, einer Drosselspule
und eines Kondensators koppelt. Bei solchen Zwölfphasenschaltungen ergibt sich eine
betriebliche Schwierigkeit, die davon herrührt, däß die verschiedenen zusammenarbeitenden
Teilwicklungen des Haupttransformators wegen der Verkettung mit der gemeinsamen
Primärwicklung auch untereinander verkettet sind. Dadurch wird eine ungleiche Verteilung
des Belastungsstromes auf die einzelnen Teilwicklungen herbeigeführt, wobei der
eine Stromkreis einem größeren Belastungsstrom unterworfen ist, wenn die Phasenfolge
im Haupttransformator in einer bestimmten Richtung festliegt, und der andere Stromkreis
den größeren Teil des Belastungsstromes übernimmt, wenn die Phasenfolge des Haupttransformators
umgekehrt wird.
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Man hat nun bereits versucht, dieser betrieblichen Schwierigkeit,
die sich bei Kom-,rpoundierungsschaltungen mit kapazitiven Elementen in Reihe mit
induktiven Elementen eribt, zu begegnen- So hat man z. B. vorz#
geschlagen;
gesättigte Drosseln in die Ausgangsstromkreise der mit den Sechsphasensystemen verbundenen
Zwischenphasentrans-° formatoren zu schalten. Da jedoch diept1; nungsdifferenz zwischen
den beiden Spän-f nungen der beiden Sechsphasengruppen e@. Gleichspannung ist, kann
sie nicht durch' Drosselspulen beherrscht werden, die in Gleichstrompfade eingefügt
sind.
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Gemäß der Erfindung wird nun zur Erzielung eines Belastungsausgleiches
der Entladungsströme bei als Gleichrichter oder als Wechselrichter arbeitenden Umformungseinrichtungen
mit Entladungsstrecken, bei denen mehrere aus denselben Grundphasen aufgebaute und
in Zickzack geschaltete Sekundärteilwicklungen eines Transformators mit voreilenden
und nacheilenden Zusatzspannungeri unter Mitwirkung von Saugtransformatoren gleichzeitig
arbeiten und eine Kompoundierungswirkung durch zusätzliche induktive und kapazitive,
im Wechselstromkreis des Saugtransformators liegende Scheinwiderstände bewirkt wird,
dadurch erzielt, daß in die Entladungsstromkreise der Teilwicklungen mit voreilenden
Zusatzspannungen Drosselspulen geschaltet sind. Enthält die Anordnung mindestens
zwei Transformatoren, die alsdann einander gleichartige Primärwicklungen erhalten
und wiederum mehrere aus denselben Grundphasen aufgebaute und in Zickzack geschaltete
Sekundärteilwicklungen aufweisen, so@ werden gemäß der Erfindung die Drosselspulen
in die Zuleitungen zur Primärwicklung desjenigen Transformators geschaltet, der
Teilwicklungen mit voreilenden Zusatzspannungen aufweist. Wechselstromnetz und Gleichstromnetz
bilden zusammen mit der Entladungsstrecke den Entladungsstromkreis. Sämtliche Entladungsstrecken
sind also dem einen Gleichstromnetz zugeordnet. Hingegen liegt jede Entladungsstrecke
an einer bestimmten Wechselspannung. Unter Entladungsstromkreis im, engeren Sinne
versteht man den Teil, der sich nach Fortfall der Gleichspannung ergibt. In diesen
werden die Drosselspulen gemäß der Erfindung geschaltet.
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Abb. i der Zeichnung bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung, und zwar handelt es sich um eine zwölfphasige Gleichrichteranlage, die
an ein Drehstromnetz io angeschlossen ist und ein Gleichstromnetz i i unter Vermittlung
eines Haupttransformators 13 und eines zwölfanodigen Gefäßes 12 speist. Der Transformator
13 enthält eine in Dreieck geschaltete Primärwicklung 14 und vier in Stern geschaltete
dreiphasige Sekundärwicklungen 15 bis 18. Die Sternpunkte 41 und 42@
von 15 und 16 sowie die Sternpunkte 43 und 44 voll 17 und 18 sind über j e einen
Zwischenphasentransformator ig bzw. 2o an einen dritten Zwischenphasentransformator
21 heran-,geführt, dessen Mittelanzapfung über eine reDrosselspule 22 mit der negativen
Klemme ;'Ales Gleichstromnetzes verbunden ist. Der @``vischenphasentransformator@i
ist vorzugsweise mit einem Luftspalt versehen und hat eine beträchtliche Streuindüktivität.
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Die Transformatorwicklungen 15 und 16 bilden ein Sechsphasensystem.
Im Nebenschluß zum Zwischenphasentransformator i9 liegt eine Drosselspule 23 und
ein Kondensator 24. Entsprechend liegt im Nebenschluß, zum Zwischenphasentransformator
2o eine Drosselspule 25 und ein Kondensator 26. Die Induktivität der Drosselspule
23 und a5 ist . veränderlich, da die beiden Spulen Gleichstromwicklungen 27 und
28 aufweisen, die vom Belastungsstrom des Gleichrichters durchflössen werden:
Infolge der Veränderlichkeit der Induktivität -der Drosselspule 23 und 25 kann man
eine Kompoündierungswirkung hervorrufen.
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Wie bereits oben erwähnt wurde, hat die magnetische Verkettung der
einzelnen Wicklungen des Haupttransformators 13 zur Folge, daß das eine Sechsphasensystem,
nämlich die Wicklungen 15 und 16, stärker als das andere Sechsphasensystem belastet
wird. Diese Bevorzugung ergibt sich aus der Phasenfolge des Drehstromnetzes. Es
erscheint zweckmäßig, die Verhältnisse zu beschreiben, die sich beim Betriebe einer
Zwölfphasenschaltung gemäß Abb. i ergeben.
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Die Endpunkte der Sekundärwicklungen 15 bis iS sind in der Weise beziffert,
daß man sofort erkennen kann, in welcher Reihenfolge die einzelnen Anoden zünden,
d. h. zunächst 29, dann 30 usw. bis 40. jede der Wicklungen 15 bis ig enthält
Grundwicklungen, beispielsweise bei 15- die Grundphasen 41, ä9'; 44 33@; 44 37';
an diese Grundphasen sind Zusatzspannungen 29' 29 usw. nach Art einer Zickzackschaltung
angefügt. Nimmt man nun an, daß in einem gegebenen Zeitpunkt die Anöden 3bis 35
Strom führen und daß die Anode 36 im Begriff ist, zu zünden, so wird während des
Kommutierungsvorganges zwischen 32 und 36- die halbe Differenzspannung zwischen
der Phase 44, 32 und der Phase 44, 36 zu der Phase 44, 32 hinzugefügt. Da nun die
Zusatzwicklung 32', 32 gleiche, Phasenlage hat wie die Hauptwicklung 41, 33' einer
anderen Wicklungsgruppe, so wird die Spannung der Phase 41, 33 einen entsprechenden
Zuwachs erfahren, wenn die Kopplung zwischen den Phasen ioo °/o, beträgt. Säe wird
entsprechend kleiner sein, wenn die Streuung nicht vernachlässigbar klein ist. Es
ergibt sich mithin; daß die Wicklungsgruppen 15, 16 einen erhöhten Strom führen.
Nimmt
man nun weiter an., daß in einem bestimmten Zeitpunkt die Anoden 33 bis 36 Strom
führen und die nächstfolgende Anode 37 leitend wird, so wird die halbe Kommutierungsspannung
zur Phase 41, 33 hinzugefügt. Da die Zusatzwicklung 33', 33 gleiche Phasenlage hat
wie die Hauptwicklung 44, 32' der Phase 44, 32, so wird die Spannung der Phase 44,
32 erhöht. Da jedoch die Anode dieser Phase nicht mehr Strom führt, so kann die
vom Sechsphasensystem 17, 18 gelieferte Spannung nicht vergrößert werden.
Dies gilt für Belastungsverhältnisse oberhalb der kritischen Last, wo also alle
Zwischenphasentransformatoren voll wirksam sind und die induktiven und kapazitiven
Scheinwiderstände unwirksam sind.
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Eine ähnliche Analyse kann man auch für Belastungsverhältnisse unterhalb
der kritischen Last durchführen. Dann ist die Brennzeit jeder Anode kleiner als
12o°. Betrachtet inan die Kommutierung zwischen der Phase 4.4, 36 und der Phase
42, 35, so wird in diesem Falle die Ungleichheit der Belastungsaufteilung von den
Verhältnissen des ZwischenphasentransformatOrs 2o, der Drosselspule 25 und des Zwischenphasentransformators
21 abhängig, da der Kommutierungsstrom durch diese gesamte Anordnung hindurchtreten
mu:ß. Wenn der Scheinwiderstand dieser Anordnung in Resonanz ist mit dem Scheinwiderstand
des Haupttransformators, so wird die Ungleichheitsspannung möglicherweise größer
sein als die Spannung zwischen den Phasen 44, 36 und 43, 34.
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Aus der Darstellung der letzten beiden Absätze geht somit hervor,
daß, wenn die Anodengruppen 32 bis 35, 34 bis 37, ... 30 bis 33 Strom führen, die
Gleichspannung des Sechsphasensystems 15, 16 erhöht wird; brennen jedoch abwechselnd
mit den vorgenannten Anodengruppen die Anodengruppen 33 bis 36, 35 bis 38, ... 31
bis 34, so wird die Spannung des Sechsphasensystems 17,18 nicht vergrößert. Insgesamt
ergibt sich also infolge der beschriebenen Kommutierungsvorgänge eine stärkere Belastung
des Systems 15, 16 gegenüber dem System 17, 18. Dabei ist zu beachten, daß, wenn
der Zwischenphasentransforinator 2i nicht mit einem Luftspalt versehen ist, der
Transformator entsprechend dein starken Gleichstromfluß gesättigt wird und diese
Sättigung die bestehende Ungleichheit zwischen den beiden Sechsphasensystemen noch
verstärken wird.
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Daß die Erklärung für die Wirkungsweise und die Ungleichheit der beiden
Sechsphasensysteme richtig ist, läßt sich durch Versuche zeigen, indem man die Phasenfolge
auf der Wechselstromseite umkehrt. Es zeigt sich dann nämlich, daß damit auch die
Ungleichheit umgekehrt wird, d. h. daß alsdann das System 17, 18 stärker belastet
wird. Da weiterhin die Kommutierungsspannung mit dem Belastungsstrom zunimmt, so
wird das Maß der Erhöhung des Stromes und der Spannung des einen Sechsphasensystems
entsprechend mit dem Belastungsstrom zunehmen. Versuche haben tatsächlich ergeben,
daß eine vorbestimmte Zunahme in Prozenten des Scheitelwertes der Wechselspannungen
des einen Systems in bezug auf das andere System stattfindet.
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Zur Verhütung der Ungleichheit zwischen den beiden Sechsphasensystemen
werden erfindungsgemäß Drosselspulen 45 in die Entladungsstromkreise der Wicklungen
15 und 16 geschaltet. Hierdurch wird tatsächlich erreicht, daß die Wicklungsgruppen
15 und 16 keinen größeren Strom führen als die Wicklungsgruppen 17 und 18.
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Es ist nicht erforderlich, daß diese Drosselspulen in die Entladungsstromkreise
selbst eingefügt werden. Man kann dies auch in der Weise durchführen, daß man die
Drosselspulen in die Zuleitungen vom Wechselstromnetz zu der Primärwicklung des
Haupttransformators einschaltet. Eine solche Ausführungsform ist in Abb.2 der Zeichnung
dargestellt, in welcher die der Abb. i entsprechenden Teile auch die gleichen Bezugszeichen
haben. In diesem Falle sind die beiden auf zwei getrennten Transformatoren untergebrachten
Sechsphasensysteme i 5 und 16 bzw. 17 und 18 je einer von zwei gleichartig geschalteten
Primärwicklungen 47 bzw. 48 zugeordnet. Dabei sind die Drosselspulen 49 in jede
Phasenzuleitung vom Wechselstromnetz To zur Primärwicklung 47 eingeschaltet.
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Sollte es sich infolge Änderung der Betriebsverhältnisse als notwendig
erweisen, die Phasenfolge im Wechselstromnetz umzukehren, so muß infolgedessen auch
eine Umschaltung der Drosselspulen 45 bzw. 49 von dem einen Sechsphasensystem in
das andere Sechsphasensystem erfolgen.