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Anordnung zur Unterdrückung der Kreisströme in einer Kreuzschaltung
zweier Stromrichter mit gegenseitig abhängiger Aussteuerung Für die Kupplung von
Wechselstrom- und Gleichstromnetzen können gittergesteuerte Stromrichter in geeigneter
Schaltung verwendet werden. Besonders die Kreuzschaltung zweier Stromrichter ist
dafür geeignet. Wenn es sich insbesondere um die Regelung der Drehzahl und Drehrichtung
einer Gleichstrominaschine handelt, bei der sowohl motorisches wie auch generatorisches
Arbeit-en der Gleichstrommaschine möglich sein soll, kommt beinahe ausschließlich
die Kretizschaltung hierfür in Frage. In Fig. i istdie übliche Kreuzschaltung für
den Fall dargestellt, daß es sich um die Regelung einer Gleichstrommaschine handelt.
Mit i ist &ie Gleichstrommaschine bezeichnet, derenFeld2 von einer nicht näher
dargestellten Stromquelle konstant erregt sein soll. Der Anker 3 der Gleichstrommaschine
ist über zwei Stromrichter 4 und 5 und zwei Transformatoren 6 und
7 m-it einem Wechselstromnetz8verbunden. DieTransformatoren6 und
7, die Stromrichter 4 und 5 und die Gleichstrommaschinei sind so zusammengeschaltet,
daß immer der Nullpunkt des Transformators des einen Stromrichters mit der Kathode
des anderen Stromrichters zusammenanderselbenAnkerkle'rmnederGleichstrommaschinei
liegt. Die Gittersteuerung der Stromrichter4 und 5 erfolgt beispielsweise
durch zwei Drehreglerg und io, die miteinander mechanisch über ein Getriebe ii.
verbunden sind. Die Aussteuerung der beiden Stromrichter 4 und 5 erfolgt
so, daß die Zündwinkel von dem der Gleichspannung Null entsprechenden Bezugspunkt
aus um gleiche Beträge für den einen Stromrichter zeitlich
vor-
und für den anderen Stromrichter zeitlich zurückverlegt -werden. Diese zeitliche
Verschiebung der Zündwinkel geschieht durch ,eine räumliche Verdrehung der beiden
Drehreglerg und io, wobei die gleichzeitige Vor-und Rückverlegung durch einfaches
gegen-Uufiges Verdrehen der Drehregler erfolgt. Zur Herstellung dieser Abhängigkeit
dient das Getriebe ii.
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Es ist nun bekannt, daß eine Eigentümlichkeit der Kreuzschaltung die
sogenannten Kreisströme sind. Diese entstehen dadurch, daß selbst dann, wenn man
sich die Gleichstrommaschine i entfernt denkt, noch folgender Stromkreis geschlossen
bleibt: Sekundärwicklung des Transformators 6, Stromrichter 4, Sekun,därwicklu,ng
des Transformators 7,
Stroinrichter5, Sekundärwicklung #desTransformators
6. Die in diesem Stromkreis fließenden Kreisströme sind praktisch reine Blindströme.
Sie verschlechtern daher den Leistungsfaktor der Anlage und infolge ihrer Wirkverluste
auch den Wirkungsgrad. Man hat zur Vermeidung dieser Nachteile schon verschiedene
Vorschläge gemacht. Unter anderem ist vorgeschlagen wordeni die Sekundärspannungen
der beiden Transformatoren6 und 7 gegeneinander in der Phase um einen festen
Betrag zu verdrelicii. Es läßt sich aber zeigen, daß hierdurch zwar eineVerringerung
der Kreisströme bei einer bestimmten Aussteneruxig möglich wird, daß dafür aber
bei einer anderen Aussteuerung eine Erhöhung der Kreisströrne eintritt. Daher bringt
dieser Vorschlag keine wirkliche Verbesserung.
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Es ist weiter vorgeschlagen worden, die der eben skizzierten Lösung
anhaftenden Mängel dadurch zu umgehen, daß man die Sekundärspannungen der beiden
Transformatoren 6 und 7 nicht um einen fest-en Betrag gegeneinander
in der Phase verdreht, sondern die Größe dieser Phasen#drehung abhängig macht von
dem jeweiligen Grad der Aussteuerung der Stromrichter 4 und 5. In der Tat
ist es auf diese Weise möglich, die Größe der Kreisströme auf einen verschwindend
kleinen Betrag herunterzudrücken. Ein Nachteil dieser Lösung ist es aber, #daß für
die Herstellung der mit der Aussteuerung veränderlichen Phasendrehung der Sekundärspannungen
der Haupttransformatoren gegeneinander ein weiteres Regeligerät, z. B. ein D#rehregler,
notwendig sein würde. Eine derartige Schaltung würde dann im ganzen mindestens drei
Drehregler enthalten, die miteinander mechanisch oder elektrisch gekuppelt sein
und bei der Steuerung der Anlage alle drei gleichzeitig verstellt -,verden müßten.
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Erfindungsgemäß werden nun die Nachteile der vorgeschlagenen Anordnungen
durch eine besondere Ausführung der Kreuzschaltung vermieden, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß ein oder beide Stromrichtertransforniatoren eine oder mehrere Sekundärwicklungen
aufweisen, der bzw. denen jeweils die Anodenspannung des zugehörigen Stromrichters
und die Steuerspannung des anderen Stromrichters entnommen werden, und daß mindestens
einer der beiden Stromrichtertransformatoren mit einer Vorrichtung zur Änderung
der Phasenlage seiner Sekundärspannung bzw. -spannungen versehen ist. Ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist für den Fall einer zweiphasigeti Stroi-nrichterschaltung in Fig.
2 schematisch dargestellt.
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Mit 12 ist wieder eine Gleichstrominaschine bezeichnet, cderen Feld
13 von einer nicht dargestellten Stroniquelle konstant erregt wird-Der Anker 14
der Gleichstrommaschine wird in der üblichen Kreuzschaltung über zwei Stromrichter
1.5 und 16 und zwei Transforinatoren. 17 und 18 von einem Wechselstromnetz ic) gespeist.
Die Steuerung der Stromrichter erfolgt Über zwei Hilfstransformatoren:2o und 21,
die noch besonders zur Erzeugung einer geeigneten Kurvenform der Gitterspannung
ausgeführt sein können. Der Steuertransformator 2o wird von der Sekundärwicklung
des Transformators 18, der Steuertransformator 21 von der Sekundärwicklug,- ., des
Transformators 17 gespeist. Der Transformator iS ist als Regeltransformator zur
Erzeugung einer Phasendrehung aus-"eführt, u z. B. als Drehregler. Die Wirkungsweise
der Schaltung ist nun folgende: Die Anodenspannung des Stromrichters 15
ist
immer phasen,-leich mit der Netzspannung, die vom Wechselstromnetz ig
geliefert wird. Die Anodenspannung des Stromrichters 16 dagegen kann aber durch
den Drehregler iS uni einen bestimmten Winkel gegenüber der Netzspannung verdreht
werden. Um denselben Winkel wird die Gitterspannung des Stromrichters 15' gedreht,
weil ja der Steuertransformator 2o an die Sekundärwicklung des Drehreglers 18 angeschlossen
ist. Da der Steuertransformator 21 über den Transformator 17 fest mit dein
Drelistroinnetz ig v-erbunden ist, so stellen sich bei einer Verdrehung des Drellreglers
18 folgende Verhältnisse ein: Wird der Drehregler iS so gedreht, daß seine Sekundärspannung
gegenüber der Primärspannung, also der Netzspannung, nacheilt, so eilt auch die
Gitterspannung des Stromrichters 15 seiner Anodenspannung um den Betrag nach, um
den der Drehregler 18 verdreht ist, Zählt man den Drehwinkel des Drehreglers 18
von dem schon obenerwähnten Bezugspunkt aus, bei dem also die Gleichspannung g Null
ist, so wird der Stromrichter 15 als Gleichrichter ausgestetiert. Gleichzeitig erhält
bei einer Verdrehung des Drehreglers
18, die Anodenspannung des'
Stromrichters 16 eine Nacheilung gegenüber der Gitterspannung oder, anders ausgedrückt,
die Gitter-Spannung des Stromrichters 16 eilt der Anodenspannung um den Betrag vor,
um den der Drehregier 18 gedreht ist. Unter Berücksich-Ligun g des Ausgangspunktes
der Verdrehung des Drehregiers 18 erkennt man, daß der Strotnrichter 16 als Wechselrichter
ausgesteuert ist. Da außerdem nicht nur die für die Kreuzschaltung einzuhalten-den
Steuerbedingungen für die beiden Stromricht#er erfüllt sind, sondernaußerdemauchdieAnoden-Spannungen
eine gleichzeitig mit der Aus-Steuerung veränderte Phasendrehung gegeneinander erhalten,
wird auch die Größe der Kreisströme auf einen sehr kleinen Betrag heruntergedrückt.
Es sind also mit der Schaltung nach Fig.2 unter Benutzung eines einzigen Drehregler#s
alle Forderungen erfüllt, die nach denoben gemachten Ausführungen in einer Schaltung
nach Fig. i nur durch Verwendung von drei Drehreglern erfüllt werden könnten. Für
diebeschriebeneSchaltungwird der Name Doppelkreuzschaltung vorgesch#lagen, weil
nicht nur die Anschlüsseder Transformatornullpunkte an die Gleichstromverbraucher
sondern auch die Anschlüsse der Gittersteuerungen an die Haupttransformatoren gekreuzt
sind.
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Die Schaltung nach Fig. 2 setzt nun voraus, daß der Drehwinkel der
beiden sekundären Transformatorspannungen gegeneinander, der zur Vermeidung der
Kreisströme eingestellt werden soll, der Größe nach mit dem Steuerwinkel übereinstimmt.
Dies ist der Fall bei der in I#ig. 2 dargestellten zweiphasigen Stromrichterschaltung.
Hier muß nämlich bei einem Steuerwinkel von go' für den Gleichrichter bzw.
- go' für den Wechsel-#ichter auch ein Verdrehwinkel von go' zwischen den
Anodenspannungen der beiden Stromrichter hergestellt werden. Da außerdem, wie sich
zeigen läßt, zwischen Steuerwinkel und Verdrehwinkel ein praktisch linearer Zusammenhang
besteht, ist die Ausführung der Schaltung nach Fig. 2 möglich.
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Bei anderen Phasenzahlen besteht diese Gleichheit zwischen Steuerwinkel
und Verdrehwinkel nicht mehr. Es läßt sich aber auch für diese Fälle zeigen, daß
die gewünschten Winkel sich immer durch einen einzigen Drehregler mit zwei Sekundärwicklungen
verschiedener Polpaarzahl ausführen lassen. Als Beispiel ist in Fig. 3 die
Ausführung des Erfindungsgedankens bei einer sechsphasig,en Schaltung dargestellt.
Mit 2-" ist eine Gleichstrommaschine bezeichnet, deren Feld 23 von einer
nicht dargestellten Stromquelle konstant erregt wird. Der Anker 24 der Gleichstrormnaschine
wird in der üblichen Kreuzschaltung über zwei Stroinrichter --55 und 26 und
zwei Transformatoren:27 -und 28
von einem Dreh#stromnetz 29 gespeist. Der
Transformator 28 ist mit zwei Sekundärwicklungen 32 und
33 versehen, von denen die Wicklung 32 zur Lieferung der Anodenspannung
des Stromrichters 26 benutzt wird. Die Steuerung der Stromrichter
25 und 26 erfolgt über zwei Steuertransformatoren 30 und 31-Der
Steuertransformator 30 ist an die Sekundärwicklung 33 des Transformators
28 angeschlossen, während der Steuertransformator 31 von dem Transformator
27 gespeist wird. Der Transformator:28 ist als Drehregler ausgeführt, seine
beiden Sekundärwicklungen 32
und 33 besitzen verschiedene Polpaarzahlen.
Die Polpaarzahlen ergeben sich aus folgender Überlegung: Der Stetierwinkel beträgt
in allen Fällen una!,bhängig von der Phasenzahl go' für den Bereich der vollen Aussteuerung
des Gleichrichters bzw. des Wechselrichters. Der zur fast vollständigen Beseitigung
der Kreisstr61n#e einzustellende Drehwinkel ändert sich mit der Phasenzahl -und
beträgt bei der in Fig. 3 angenommenen Sechsphasenschaltung 150'. Wählt man
für die Sekundärwicklung 32 des Transformators 28, die zur Speisung
der Anoden des Stromrichters 26
dient, eine Polpaarzahl p = 5
und für die Sekundärwicklung 33 zur Speisung des Steuertr,ansformators
30 eine Polpaarzahl P # 3, SO
ergibt sich beim Durchlaufen des ganzen
Steuerbereiches für beide Sekundärwicklungen ein räumlicher Drehwinkel von
30'.
Man kommt daher auch in diesem Falle mit einem einzigen Drehregler aus.
Es läßt sich zeigen, daß diese Möglichkeit für beliebige Phasenzahlen besteht.
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Die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiele des
Erfindungsgedankens umfassen nur einen geringen Teil der Ausführungsmöglichkeit,en.
Der Erfindungsgedanke besteht wesentlich in der Erkenntnis, 'daß durch geeignete
gleichzeitige Verschiebung der Anoden- und Gitterspannungen zwischen den einzelnen
Stromrichteraggregaten gleichzeitig eine richtige Aussteuerung und eine Verringerung,der
Kreisströnie erzielt werden kann. Der in den Beispielen benutzte lineare Zusammenhang
zwischen Steuerwinkel und Verdrehwinkel ermöglicht eine konstruktiv besonders einfache
Ausführung des Transformators zur Phasendrehung, ist aber keineswegs eine Voraussetzung
für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens. Es läßt sich ohne weiteres auch
der streng richtige Zusammenhang zwischen Drehwinkel und Steuerwinkel durch Verwendung
von Kurvenscheiben o. dgl. herstellen. Die in den Ausführungsbeispielen für die
Steuerung des Stromrichters vorgesehenen Hilfstransformatoren
sind
nur als Symbol einer eigentlichen Steuerapparatur aufzufassen, die selbst noch beliebig-ausgestaltet
werden kann. Der eigentliche Erfindungsgedanke -wird durch diese verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten
nicht berührt.