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Mehrphasiger Stromyiichter mit einer die einzelnen Phasen nacheinander
einschaltenden Urrischalteinrichtung und Ventilkommutierung Es ist bekannt, daß
man bei einem Ventil= stromrichter jeweils diejenigen Ventilwege, die mit einer
Spannring entgegen der Ventildurchlaßrichtung beansprucht sind, ohne weiteres durch
eine Schalteinrichtung unterbrechen kann, da sie ja ohnehin keinen Strom führen
und an dem Vorgang der Stromrichtung somit nicht mehr beteiligt sind. Ebenso ist
es bekannt, die Ventile während derjenigen Zeit, in der sie sonst innerhalb der
Umformungsperiode in ihrer Durchlaßrichtung von Strom durchflossen wären, zu überbrücken,
da hier ihre Eigenschaft der einseitigen Durchlaßfähigkeit nicht ausgenutzt wird,
vielmehr durch sie lediglich eine Erhöhung des Spannungsabfalles hervorgerufen wird.
Man-war sich also bereits klar darüber, daß die Ventilwirkung als solche überhaupt
nur während des Vorganges der Stromübergabe von der einen zur anderen Phase ausgenutzt
wird. Bei einer normalen mehrphasigen Stromrichterschal.tung spielt sich nun der
Stromübergabevorgang stets nur zwischen jeweils zwei Phasen ab. Eine bekannte Stromrichterschaltung
verwendet aus diesem Grunde trotz höherer Phasenzahl überhaupt nur zwei Ventile,
die dann immer in die gerade kommutierenden Phasen eingeschaltet werden. Eine weitere
Überlegung zeigt, daß man bei Stromrichterschaltungen mit Saugdrosseln, bei denen
mehr als zwei Phasen an der Kommutierung beteiligt sind, d. h. gleichzeitig Strom
führen, die Zahl der Ventilstrecken entsprechend erhöhen muß. Derartige Anordnungen
haben den Vorteil, daß der Aufwand, den die Ventile erfordern, ganz wesentlich herabgesetzt
wird. Zunächst sind die Ventile schon durch das Abschalten während der negativen
Halbwelle von der Sperrbeanspruchung fast völlig entlastet. Sodann ist aber auch
die Strombelastung jedes einzelnen Ventiles gleichmäßiger als bei der gewöhnlichen
Schaltung, so daß sich eine günstigere Ventilausnutzung ergibt. Ein neuerer Vorschlag
geht dahin; die Umschalteinrichtung, die die Ventilstrecken nacheinander mit den
einzelnen Phasen in Verbindung bringt, gleichzeitig auch dazu zu benutzen,
die
gleichgerichtete Spannung ihrer Größe nach zu regeln. Das kann durch Verlegen der
-Schaltzeitpunkte innerhalb der Halbwelle der Wechselspannung geschehen.
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Die vorliegende Erfindung setzt bei mehrphasigen Stromrichteranordnungen,
bei denen eine Umschalteinrichtung die einzelnen Phasen in zyklischer Reihenfolge
und mit zeitlicher ITberlappung einschaltet und bei denen der Stromübergabevorgang
innerhalb . der durch die Überlappung gebildeten Kurzschlußkreise durch Elemente
mit Ventilwirkung beeinflußt wird, den hinsichtlich der Ventilstrecken erforderlichen
Aufwand noch weiter herab, wobei es keine Rolle spielt, ob die Umschalteinrichtung
gleichzeitig auch zur Regelung benutzt wird oder nicht. Gemäß der Erfindung ist
nur ein Ventilstromweg vorgesehen, der jeweils in die abzuschaltende Phase geschaltet
wird, während die ablösende Phase jeweils zunächst ohne Zwischenschaltung von Ventilen
in deri Gleichstromkreis eingeschaltet wird. Eine Stromrichterschaltung, bei der
außer einer Umschalteeinrichtung für die einzelnen Phasen nur eine Ventilstrecke
vorhanden ist, ist an sich bereits bekannt. Bei der bekannten Schaltung stellt die
Umschalteinrichtung jedoch einen selbständigen Kontaktstromrichter dar, der mit
der ebenfalls als selbständiger Gleichrichter wirkenden Ventilstrecke gleichstromseitig
in Reihe geschaltet ist. Die Ventilstrecke steht hier mit der Umschalteinrichtung
in keinerlei wirkungsmäßigem Zusammenhang, insbesondere hat sie keinen Einfluß auf
den Kommutierungsvorgang an der Schalteinrichtung. Die Erfindung geht davon aus,
daß es bei Stromrichteranordnungen der hier betrachteten Art nur darauf ankommt,
daß der Strom in der abzulösenden Phase seine Richtung nicht umkehren kann. In dem
während der Überlappungsdauer der aufeinanderfolgenden Phasen gebildeten, in sich
geschlossenen Stromkreis entsteht ein Kurzschlußstrom, der der ursprünglichen Stromrichtung
in der abzulösenden Phase entgegengesetzt ist und der bei seinem Anwachsen somit
den Strom in dieser Phase allmählich bis auf Null abbaut. Ohne Vorhandensein einer
Ventilwirkung würde darauf der Kurzschlußstrom die Überhand bekommen und ein Wiederansteigen
des Stromes in der ab7ulösenden Phase in umgekehrter Richtung zur Folge haben. Dieses
Wiederansteigen des Stromes wird durch die Sperrwirkung des Ventiles verhindert
und man erkennt, daß tatsächlich nur in der jeweils abzulösenden Phase überhaupt
ein Ventil erforderlich ist. Kann der Strom nicht wieder ansteigen, so kann nach
dem Abklingen des Stromes bis auf Null der abzulösende Kontakt innerhalb eines sehr
weiten Zeitraumes praktisch stroinlos geöffnet werden.
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Die Erfindung möge an Hand zweier Ausführungsbeispiele, die in der
Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert werden. Fig. i zeigt eine sechsphasige
Gleichrichterschaltung ohne Stromteilung. Als Umschalteinrichtung dient eine umlaufende
Kontaktwalze, auf der in ähnlicher Weise wie bei einem Maschinenkornmutator eine
der Phasenzahl entsprechende Anzahl von Bürsten z bis 6 schleifen. Diese Bürsten
sind der Reihenfolge nach an die entsprechenden" sekundären Phasenwicklungen I bis
VI des speisenden Transformators angeschlossen. An dem Umfang der Kontaktwalze,
die synchron -nach Maßgabe der Frequenz der Spannung des Wechselstromnetzes angetrieben
wird, sind zwei gegeneinander isolierte Kontaktstücke 7 und 8 angeordnet, deren
Gesamtbreite größer ist-als der Abstand zweier benachbarter Bürsten. Diese Kontaktstücke
sind mit je einem Schleifring 9 bzw. io verbunden. - Die Schleifringe ihrerseits
stehen über die Ventilstrecke i i, also beispielsweise über einen Trockengleichrichter
oder eine Gäsentladüngsstrecke, ständig miteinander in Verbindung. Der zu speisende
Gleichstromkreis 1z ist mit einem Leiter an den Sternpunkt des Transformators angeschlossen,
der beispielsweise den Minuspol bildet, während der andere Leiter ohne Zwischenschaltung
eines Ventils an denjenigen der beiden Schleifringe, das ist im vorliegenden Fall
der Schleifring io, angeschlossen ist, der mit dem in der Schaltbewegung voreilenden
Kontaktstück in Verbindung steht.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise der dargestellten Einrichtung möge
der Einfachheit halber angenommen werden, daß das Einschalten der ablösenden Phase
jeweils im Zeitpunkt der Spannungsgleichheit mit der abzulösenden Phase erfolge,
d. h. also das Kontaktsegment 8 möge jeweils in diesem Zeitpunkt die auflaufende
Bürstenkante der im Arbeitszyklus folgenden- Phase berühren. In diesem Augenblick
bildet sich von der ablösenden Phase über die zugehörige Bürste das Kontaktstück
8, den Schleifring io; das Ventil i i, den Schleifring 9, das Kontaktstück 7 und
der zur abzulösenden Phase gehörigen Bürste zu der abzulösenden Pliase ein innerer
Stromkreis, in dein als treibende Spannung die Differenz zwischen den sekundären
Phasenspannungen aufeinanderfolgender Phasen wirksam ist. In diesem inneren Stromkreis
bildet sich infolge der Induktivitäten mit endlicher Geschwindigkeit ein Kurzschlußstrom
aus, der in der ablösenden Phase als einziger Strom vorhanden ist, dem Strom in
der abzulösenden Phase dagegen
entgegengesetzt gerichtet ist und
ihn allmählich abbaut. Je nach der Richtung der Differenzspannung zwischen den überbrückten
Phasen muß nun in der Zuleitung zu der abzuschaltenden Phase die Sperrrichtung des
Ventils so gewählt werden, daß der Kurzschlußstrom, nachdem er einmal den Strom
in der abzulösenden Phase bis auf Null herabgesetzt hat, nicht mehr wieder ansteigen
und damit einen Strom in umgekehrter Richtung bilden kann. Von dem Zeitpunkt an,
in dem der Strom in dem abzulösendenKontakt das ers.temal einen gewissen W.erx unterschritten
hat, steht also eine geraume Zeitspanne für. die funkenlose Kontakttrennung zur'
Verfügung.
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Nach Ablauf einer gewissen Zeit wird nun das nacheilende Kontaktsegment
7 das Kontaktsegment 8 in der Stromführung der neu @edngeschalteten Phasie ahlö@sen,
und der Strom, der bisher ohne Zwischenschaltung eines Ventils in den Gleichstromkreis
floß, muß nunmehr über die Ventilstrecke fließen. Hierin liegt zunächst eine gewisse
Schwierigkeit insofern, als durch den ablaufenden Kontakt der an der Ventilstrecke
auftretende Spannungsabfall geschaltet werden muß. Ist dieser Spannungsabfall verhältnismäßig
groß, so kann hierdurch eine störende 'Funkenbildung an den Bürsten entstehen. Diese
Erscheinung läßt sich jedoch in .bekannter Weise ohne Schwierigkeiten: dadurch vermeiden,
daß man den Widerstand des Stromzweiges, der kein Ventil enthält, genau so groß
macht wie. den Widerstand des Ventilstromweges in der Durchlaßrichtung. Bei Stromrichtern,
die mit höheren Spannungen arbeiten, dürfte sich indessen der Spannungsabfall an
der Ventilstrecke bei der Stromübernahme von dem Stromzweig, der kein Ventil 'enthält,
praktisch nicht mehr auswirken, so daß der zusätzliche Widerstand in dem ventillosen
Stromweg nicht. erforderlich ist. Man hat dann sogar noch den -Vorteil geringerer
Leistungsverluste.
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Fg. 2 zeigt eine Sechsphasenschaltung mit Saugdrosselspule. Bei dieser
Schaltung führen, wie schon oben erwähnt, zeitweise sogar drei Phasen gleichzeitig
Strom. Da durch die Einwirkung der Saugdrosselspule 13 das Auftreten einer rückwärts
gerichteten Spannung an dem zu der mittleren der drei stromführenden Phasen gehörigen
Schaltkontakt verhindert wird, kann auch diese Phase unmittelbar ohne Zwischenschaltung
eines Ventils mit dem Gleichstromkreis verbunden werden. Es sind infolgedessen auch
in diesem Fall nur zwei Kontaktsegmente 14 und 15 an' dem Umfang der Kontaktwalze
erforderlich, die wiederum zu Schleifringen 16 und 17 geführt sind. Das voreilende
Kontaktstück 15 muß dann jedoch so breit ausgeführt werden, daß es die jeweils neu
hinzutretende Phase und die mittlere Phase überdeckt, so daß diese beiden Phasen
ohne Zwischenschaltung eines Ventils eingeschaltet sind. Die übrigen Teile der Fig.
2 führen die gleichen Bezugszeichen, die zu den entsprechenden Teilen der Fig. i
gehören.