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Dreiphasige Gleichrichteranordnung zum Anschluß an ein Einphasenwechselstromnetz
Gleichrichteranordnungen, die an ein Einphasenwechselstromnetz angeschlossen werden
sollen, haben, auch wenn für .die Gleichrichterventile die Graetzschaltung verwendet
wird, .den Nachteil, daß die Welligkeit der von dem Gleichrichter gelieferten Spannung
unverhältnismäßig groß ist (bei der Einphasengraetzschaltung 48,q.°jo). Da im allgemeinen
nur eine Welligkeit in der Größenordnung von etwa i °1o zugelassen wird, müssen
Glättungseinrichtungen verwendet werden, die besonders bei hohen Spannungen sehr
teuer und umfangreich sind.
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Es ist vorgeschlagen worden, diesem Nachteil bei einphasigen Gleichrichteranordnungen
dadurch zu begegnen, daß der Gleichrichter aus mehreren Einphasengleichrichtern
zusammengesetzt wird, die gleichstromseitig und wechselstromseitig einander parallel
geschaltet sind, bei denen jedoch die wechselstromseitig zugeführten Spannungen
gegeneinander in der Phase verschoben sind. Die einzelnen Gleichrichteranordnungen
werden zu dem Zweck zum Teil unmittelbar und zum anderen Teil über Kondensatoren,
Drosselspulen oder ähnliche Einrichtungen zur Veränderung der Phasenverschiebung
an das Wechselstromnetz angeschlossen.
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Von dieser Regel ausgehend läßt sich eine dreiphasige Gleichrichteranordnung
aufbauen, die wie andere dreiphasige Gleichrichteranordnungen den Vorteil hat, .daß
die natürliche Welligkeit des Gleichrichtersystems nur 4,21]o beträgt, und bei der
die Glättungseinrichtungen dementsprechend wesentlich billiger und einfacher ausfallen.
Der zwischen die Gleichrichterventile und das Einphasenwechselstromnetz zu schaltende
Transformator erhält primärseitig drei Phasen, von denen die eine Phase unmittelbar
an das Wechselstromnetz angeschlossen .ist, während von den beiden anderen Phasen
die eine über einen Kondensator, die andere dagegen über eine Drosselspule an dem
Einphasennetz liegt. Wenn Kondensator und Drosselspule so bemessen werden, daß die
zugehörigen Phasenspannungen gegenüber der Einphasenspannung um 6o1 verschoben werden,
so liefert
die Sekundärseite .des Gleichrichtertransformators, der
beispielsweise in Sterndreieckschalteng ausgeführt sein kann, ein Spannungssystem
mit drei um i2o° gegeneinander verschobenen Spannungen. Eine solche Glechrichteranordnung
hat jedoch den Nachteil, daß wegen der großen Phasenverschiebung von 6o° zwischen
den einzelnen Primärspannungen die zwischen Transformator und Einphasennetz liegenden
Einrichtungen zur Phasenverschiebung, also Kondensator und Drosselspule, verhältnismäßig
groß sein müssen. Außerdem treten in der in Dreieck geschalteten Sekundärwicklung
des Gleichrichtertransförmators Ausgleichsströme -auf; sobald die Belastung .des
Gleichrichters von demjenigen Wert abweicht, bei dem durch Vorschaltung von Kondensator
und Drosselspule die obeperwähnte Phasenverschiebung von 6o° auftritt.
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Gegenstand der Erfindung ist eine zwischen das Einphasennetz und die
Gleichrichterventile zu schaltende, auf die vorgenannte Regel aufbauende Transformatoranordnung,
welche diese Nachteile vermeidet. Erfindungsgemäß sind die einzelnen Phasen der
Sekundärwicklung des Gleichrichterdreiphäsentransformatörs derart geschaltet, daß
die Summe der drei das Spannungssystem bildenden Teilspannurigen bei allen Belastungen
stets gleich Null ist. Bei der Transformatoranordnung nach der Erfindung wird dies
dadurch erreicht, daß die beiden Spannungskomponenten des dreiphasigen, sekundären
Spannungssystems, die durch Vörschaltung eines Kondensators bzw. einer Drosselspule
gegenüber der Spannung des Einphasennetzes in der Phase verschoben sind, aus mehreren
Teilkomponenten zusammengesetzt werden. Eine der Teilkomponenten liegt in Gegenphase
zu der Spannung des Einphasennetzes und ist halb so groß wie die mit dem Einphasennetz
gleichphasige Spannung des Dreiphasensystems. Die andere Komponente wird nochmals
zusammengesetzt aus mindestens zwei Teilkomponenten, von denen die eine der durch
Vorschaltung des Kondensators entstehenden Primärspannung, die andere dagegen der
durch Vorschaltung der Drosselspule entstehenden Primärspannung gleichphasig ist.
Diese beiden Teilkomponenten werden so zusammengesetzt; daß ihre Summe eine Spannung
ergibt, die auf der Spannung des Einphasennetzes senkrecht steht.
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Die Erfindung sei an Hand der in der Zeichnung dargestellten Schaltung
der Gleichrichteranordnung näher erläutert. Die Primärwickfung i des Gleichrichtertransforrnators
hat drei Phasen, die in Stern geschaltet sind. Die Phase U ist-über eine Drosselspule
2 an das Einphasennetz 3 angeschlossen, die Phase V liegt unmittelbar an dem Netz
3, während die Phase W über einen Kondensa-@tor 4 mit dem Netz verbunden ist. Die
Drosselspule 2 und der Kondensator 4 sind so bemessen, daß bei einer bestimmten
Belastung die drei Primärspannungen je um 30° in der Phase gegeneinander verschoben
sind. Die Sekundärwicklung des Gleichrichtertransformators ist in Dreieck geschaltet
und über Gleichrichterventile 5 in Graetzschalteng an das Gleichstromnetz> an-.
geschlossen. Die der Primärphase h entsprechende Sekundärphase hat nur eine Teil-Wicklung
6. Die den beiden Primärphasen U und W entsprechenden Sekundärphasen sind je aus
drei Teilwicklungen zusammengesetzt, die elektrisch hintereinandergeschaltet sind.
Bei der Sekundärphase it sind es die Teilwicklungen 7, 8 und 9, bei der Sekundärphase
w# die Teilwicklungen io, ii und 12. Die Wicklungen ? und io sitzen auf den gleichen
Transformatorschenkeln wie die Primärwicklungen der Phasen U und W und besitzen
eine Windungszahl, die ebenso groß ist wie die der Sekundärwicklung 6, die der Primärphase
V entspricht. Die mit der Wicklung 7 der Phase at in Reihe geschaltete Teil-Wicklung
8 sitzt auf dem gleichen Schenkel wie die Primärphase W, während die dritte zu der
Sekundärphase zt gehörige Teilwicklung 9 auf dem gleichen Schenkel wie die Primärphase
V angeordnet ist. Die Windungszahl der dritten Teilwicklung 9 ist halb so groß wie
die Windungszahl der Wicklung 6. Das gleiche gilt für die beiden Teilwicklungen
ii und i2, die mit der Wicklung io in Reihe geschaltet die Sekundärphase w ergeben.
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Das Vektordiagramm der in Fig. i dargestellten Schaltung ist aus Fig.
2 ersichtlich. v, ü und u, sind die Phasenspannungen, aus denen das sekundäre Spannungssystem
des Gleichrichtertransformators ,gebildet ist. Die Spannung v ist (Übersetzungsverhältnis
i : i vorausgesetzt) identisch mit der primären Phasenspannung V. Die Spannung at
setzt sich aus drei Teilkomponenten zusammen, und zwar aus einer Komponente u',
die gegenüber der Komponente v um 30° in der Phase voreilend verschoben ist, ferner
aus der Komponente w", deren Richtung ebenfalls um 30° gegenüber der Spannung v
in der Phase nacheilend verschoben ist,- und schließlich der dritten Komponente
die in Gegenphase zu der Spannung v liegt. Die Sekundärphase w wird sinngemäß aus
den beiden Teilkomponenten vi und u" und aus der dritten Komponente -
gebildet. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß die beiden Teilkomponenten der Spannungen
u und w, die
gegenüber der Spannung des Einphasennetzes verschoben
sind, resultierend eine Spannung ergeben, die der Einphasenspannung gegenüber um
9o° in der Phase vor- bzw. nacheilt. Ändert sich die Belastung des Gleichrichters,
so ändern sich zwar die Spannungsvektoren u' und w" bzw.
ü' und W der Größe nach, und es ändert sich auch ihre Phasenverschiebung
gegenüber der Spannung v. Es bleibt jedoch die Tatsache bestehen, daß die aus diesen
beiden Teilspannungen gebildete Summe stets gegenüber der Spannung um 9o° in der
Phase verschoben ist. Da bei beiden Sekundärspannungen u und v die dritte
Teilkomponente gleich der halben Spannung v ist, und da diese Spannung stets der
Spannung v entgegengesetzt gerichtet ist, muß notwendig die Summe der Sekundärspannungen
v, u und w stets gleich Null sein, weil die an dieser Summe beteiligten
Komponenten der Teilspannungen sich gegenseitig aufheben. Es folgt daraus, daß bei
allen Belastungen in der in Dreieck geschalteten Sekundärwicklung des Gleichrichtertransformators
stets der Nachteil der Ausgleichsströme vermieden ist.
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Bei der in Fig. i dargestellten Schaltung sind an der Bildung der
Sekundärspannungen u und w zwei Komponenten beteiligt, die den Primärphasen
U und W entnommen sind. Das gleiche Ziel läßt sich auch dadurch erreichen,
daß nicht zwei, sondern vier Teilkomponenten zur Bildung der Sekundärspannung herangezogen
werden. In dem linken Teil des Vektordiagramms der Fig. 2 ist dies punktiert angedeutet.
Auch in diesem Fall bilden die Spannungskomponenten, die den Primärphasen
U und W entsprechen, resultierend eine Spannung, die gegenüber der
Spannung v um 9o° in der Phase verschoben ist. Diese Schaltung benötigt zwar eine
größere Anzahl von Teilwicklungen in der sekundären Wicklungsanordnung des Transformators,
hat jedoch den Vorteil, daß die zwischen der Primärwicklung und dem Einphasennetz
liegenden Anordnungen zur Phasenverschiebung, d. h. also der Kondensator q. und
die Drosselspule 2, kleiner sein können, weil der erforderliche Phasenverschiebungswinkel
kleiner ist.
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Bei der in Fig. i dargestellten Schaltung wurde angenommen, daß die
einzelnen zur Sekundärwicklung des Gleichrichtertransformators gehörigen Teilwicklungen
mit den Primärwicklungen auf dem gleichen Schenkel angeordnet sind. Das gleiche
Ziel läßt sich jedoch auch erreichen, wenn an einen Dreiphasentransformator mit
untereinander gleichen Sekundärwicklungen ein Zusatztransformator angeschlossen
wird, der die Teilwicklung :en 8, 9, I I und r a enthält und der mit den
Teilwicklungen 6, 7 und io so verbunden ist, wie es in der Schaltung der Fig. i
angegeben ist. In jedem Fall kommt es darauf an, daß die Teilvektoren des sekundären
Spannungssystems ein Vektordiagramm ergeben, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Im
allgemeinen wird es allerdings vorteilhaft sein, .die einzelnen Wicklungsphasen
der Sekundärwicklungen, die Spannungen gleicher Phase erzeugen sollen, auch auf
dem gleichen Schenkel anzuordnen.