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Anordnung bei Gasentladungs-, Lichtbogen- oder Schaltstromrichtern
Bei Stromrichtern aller Art, die also entweder mit Gasentladung oder mit Lichtbogenentladung
oder als Schaltstromrichter mit Betätigung metallischer Kontakte arbeiten und die
entweder zur Gleichrichtung von Wechselstrom oder zur Herstellung von Wechselstrom
aus Gleichstrom oder zur Umformung von Wechselstrom der einen Frequenz in solchen
einer anderen Frequenz dienen, besteht die Aufgabe, den Strom aus einer Phase des
speisenden Transformators in die Nachbarphase in einer möglichst kurzen Zeit überzuleiten.
Dieser Überleitung setzt die Transformatorstreuung bzw. die Induktivität der Zuleitungen
einen Widerstand entgegen und verzögert somit die mit normalen Betriebsspannungen
erreichbaren Kommutierungsgeschwindigkeiten. Es dst bekannt, daß man die Kommutierung
dadurch beschleunigen kann, daß man Kondensatoren je zwischen zwei einander ablösende
Stromwege in Polygonschaltung einfügt. Insbesondere bei Lichtbogenstromrichtern
wird hierdurch eine sehr schnelle Stromablösung zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Anoden zunächst in jedem Fall erzwungen. Da im Augenblick der Stromunterbrechung
in der den Strom abgebenden Anode das Streufeld der speisenden Transformatorwicklung
aber noch seinen vollen Energieinhalt besitzt, so muß eine Ausgleichsschwingung
den übergang des Stromes von der einen Transformatorwicklung in die nächste begleiten,
deren Frequenz im wesentlichen von der Streuinduktivität der beteiligten Transformatorwicklungen
und der Kapazität zwischen den Anoden des Stromrichters bestimmt wird. Da bei großen
Transformatoren die Dämpfung dieser Ausgleichsschwingung unter Umständen so gering
ist, daß die Ausgleichsschwingung den eben abgeschalteten Lichtbogen zur nochmaligen
Zündung veranlaßt oder die Löschung der folgenden Anode bewirkt, so ist es erforderlich,
bei großen Einheiten
für eine schnelle Abdämpfung dieser Schwingung
zu sorgen. Zu diesem Zweck ist eine der Fig. i der Zeichnung entsprechende Anordnung
bekannt. In dieser Figur ist i die in Stern geschaltete Sekundärwicklung des Stromrichtertransformators,
die dem Sternpunkt abgekehrten Enden der Wicklung i, die zu den einzelnen Anoden
des Stromrichters führen, sind über die Kondensatoren 2 und die in Reihe geschalteten
Widerstände 3 miteinander verbunden.
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Bei dieser bekannten Anordnung werden zwar durch die Kondensatoren
vor allem die Ströme mit hoher Frequenz bei verhältnismäßig geringem Widerstand
fließen, während die niedrigperiodigen Betriebsströme durch die Widerstände 3 verkleinert
werden, so daß ansehnliche Verluste entstehen. Dies gilt zudem unter der Voraussetzung,
daß die speisenden Spannungen in beiden Fällen gleich sind. Ist aber die speisende
Spannung, wie dies normalerweise der Fall ist, für die Betriebsfrequenz wesentlich
größer als die Kommutierungsschwingungen, dann werden die Kondensatoren auch für
die Betriebsfrequenz einen großen Strom aufnehmen, der in den Ohmschen Widerständen
3 hohe Verluste verursacht.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung bei Gasentladungs-, Lichtbogen-
oder Schaltstromrichtern. Die den Stromübergang von einer Phase zur anderen verzögernde
Streuinduktivität ist dabei wiederum mindestens teilweise durch Kondensatoren kompensiert
und zur Dämpfung der beim Stromübergang von einer Anode zur anderen am Kondensator
auftretenden Schwingungen sind Ohinsche Widerstände vorgesehen. Zur Vermeidung des
geschilderten Nachteils dieser bekannten Anordnung sind nun erfindungsgemäß die
Kondensatorströme den Dämpfungswiderständen über frequenzselektiv e Vorrichtungen
zugeführt, derart, daß die Kondensatorströme der Kommutierungsschwingung im wesentlichen
über die Dämpfungswiderstände fließen, während die Kondensatorströme für die Hauptbetriebsfrequenzen
durch die frequenzselektiven Vorrichtungen von den Dämpfungswiderständen im wesentlichen
ferngehalten sind. Vorteilhaft wird die Frequenzselektivität, d. h. der unterschiedliche
Einfluß der Dämpfungswiderstände auf die Hauptbetriebsfrequenzen einerseits und
die Kommutierungsfrequenzen andererseits, dadurch erreicht, daß die bei einer 1\-Iehrpliasensclialtung
gegebene Symmetrie der Schaltungsteile, insbesondere der Phasenwicklungen des die
Entladungsgefäße speisenden Transformators, ausgenutzt wird.
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In der Zeichnung sind in den Fig. 2 und 3 Ausführungsbeispiele für
Schaltanordnungen angegeben, bei denen die Erfindung verwirklicht ist. Fig.2 zeigt
das Schaltungsbild eines Sechsphasentransformators, welches dem der Fig. i entspricht.
An Stelle der Widerstände, welche zwischen den Eckpunkten der Sechsphasenschaltung
in der Fig. i mit den zugehörigen Kondensatoren in Reihe geschaltet sind, liegen
bei der Schaltanordnung nach Fig.2 Stromwandler, in deren Sekundärkreis die für
die Dämpfung der Kommutierungsfrequenzen bestimmten Widerstände geschaltet sind.
Eine solche Widerstandsschaltung -ist in Fig. 2 für zwei einander gegenüberliegende
Polygonseiten gezeichnet. Der Widerstand q. liegt im Sekundärkreis der beiden Stromwandler
5 und 6, die mit Bezpg auf den Widerstand q. sekundärseitig parallel geschaltet
sind. Wegen der Polygonsymme= trie können an dem Widerstand q. keine Spannungen
auftreten, die von der Betriebsfrequenz herrühren; denn die dieser Frequenz entsprechenden
Amperewindungen heben sich gegenseitig auf. Die beiden Stromwandler 5 und 6 führen
aus Gründen der Symmetrie des Vektordiagramrns gleich große und entgegengesetzt
gerichtete Ströme der Grundfrequenz. Das gleiche gilt auch für die übrigen Polygonseiten,
deren Schaltung ebenso zu wählen ist wie die Schaltung der Wandler 5 und 6. Für
die Kommutierungsfrequenzen löschen sich dagegen die Sekundäramperewindungen der
beiden Wandler gegenseitig nicht aus; denn der Stromwandler, der in der gerade kommutierenden
Phase liegt, bekommt den Ausgleichsstrom im ersten Augenblick in fünffacher Höhe
gegenüber dem auf der gegenüberliegenden Seite des , Polygons eingeschalteten Stromwandler.
Infolgedessen tritt eine Spannung der Kommucierungsfrequenz auf, die sich selektiv
abdämpfen läßt. Das gleiche Ziel läßt sich auch dadurch erreichen, daß beispielsweise
drei nebeneinanderliegende Stromwandler miteinander gekuppelt sind, derart, daß
sich die Grundwellenamperewindungen gegenseitig aufheben. Wesentlich ist in jedem
Fall, daB die Polygonsymmetrie gestört wird, damit die für die erfindungsgemäße
Dämpfung der Kommutierungsfrequenzen notwendige Frequenzselektivität erreicht wird.
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Die parallel geschalteten Stromwandler können auch durch einen einzigen
Kern mit mittleren Primärwicklungen und einer Sekundärwicklung ersetzt werden. Es
ist dann für jede Gruppe parallel geschalteter Stromwandler nur ein einziger Transformator
notwendig. Ein Ausführungsbeispiel für eine solche Schaltung ist in Fig.3 dargestellt.
A sind die Anoden und K ist die Kathode des Entladungsgefäßes. Die
Schaltung des die Anoden A speisenden Transformators entspricht
der-Schaltung
der Fig. z. Ebenso wie in Fig. 2 liegen auch in Reihe mit den Kondensatoren zwischen
je zwei Eckendes Polygons Primärwicklungen von Stromwandlern, in deren Sekundärkreis
die Dämpfungswiderstände für die Kommutierungsfrequenzen geschaltet sind. Der Unterschied
gegenüber der Schaltung nach Fig.2 liegt darin, daß jeweils drei in dem Polygon
nebeneinanderliegende Wandler mit ihren Primärwicklungen auf einem gemeinsamen Kern
angeordnet sind, auf dem eine. einzige Sekundärwicklung liegt. Demnach sind bei-der
Schaltung nach Fig. 3 nur zwei Stromtransformatoren 7 und 8 erforderlich.
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Ein weiterer Unterschied der Schaltung nach Fig.3 gegenüber der Schaltung
nach Fig. 2 besteht darin, daß in den Dämpfungskreis, d. h. in den Sekundärkreis
der Stromwandler,=in an sich bekannter Weise Gleichrichter geschaltet sind. Diese
Gleichrichter sind bei der Anordnung nach Fig. 3 dadurch gebildet, daß die Sekundärwicklungen
der Stromwandler 7 und 8 an Hilfsanoden a des Entladungsgefäßes angeschlossen sind
und daß die Kathode K dieses Entladungsgefäßes mit dem anderen Pol der beiden Sekundärwicklungen
der Stromwandler 7 und 8 verbunden ist. Durch die Einschaltung der Gleichrichterstrecke
in den Dämpfungskreis gelingt es, die Schaltschwingung nach der ersten Halbwelle
abzubrechen, um zu verhindern, daß sich die Energie des einmal entladenen Streufeldes
der stromabgebenden Phase aus dem Kondensator noch einmal in diese Phase zurückbewegt.
Durch Gleichrichterdämpfung ist es demnach möglich, das Streufeld innerhalb einer
Halbwelle ohne Energieverlust zu entladen und dementsprechend unnötige Dämpfungsverluste
zu vermeiden.
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Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der Erfindung, bei der
Hilfsanöden ca in dem Hauptentladungsgefäß angeordnet sind, ist nur als ein mögliches
Ausführungsbeispiel anzusehen. Es können auch gesonderte -Gleichrichter, z. B. Trockengleichrichter,
im Dämpfungskreis vorgesehen sein. An Stelle eines solchen Gleichrichters kann auch
eine bis gerade an das Sättigungsknie vormagnetisierte Drosselspule verwendet werden,
wobei diese Drosselspule so bemessen ist, daß die Ströme der Kommutierungsfrequenz
die Drossel hoch übersättigen, die Spannungen der Kommutierungsfrequenz jedoch im
ungesättigten Bereich aufgenommen werden können.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß an Stelle des in Fig.2 dargestellten
einfachen Widerstandes q. auch andere Widerstandsanordnungen zur Dämpfung der Kommutierungsfrequenzen
verwendet werden- können. Es kann dem Widerstand q. beispielsweise ein Kondensator
vorgeschaltet werden, um eine weitere Frequenzselektivität zu ermöglichen und gleichzeitig
auch die Frequenz der Ausgleichsschwingung nach Wunsch beeinflussen zu können. Man
kann auch diesen Kondensatoren noch eine weitere Drosselspule vorschalten, um eine
möglichst günstige Energieentziehung aus dem Schwingungskreis zu bewirken. Unter
Umständen kann es vorteilhaft sein, gewisse Frequenzen, die die Kommutierung . begünstigen,
nicht zu unterdrücken. In diesem Fall schaltet man zweckmäßig eine Parallelschaltung
aus einer Drosselspule und einen Kondensator vor den Dämpfungswiderstand, um die
Frequenzen von dem Widerstand fernzuhalten. Je nach den zahlenmäßigen Anforderungen
des Einzelfalles lassen sich noch vielfache Abwandlungen für den Dämpfungskreis
angeben. Bei der vorstehend erwähnten Vorschaltung eines Kondensators vor den Dämpfungswiderstand
wird dieser Kondensator zweckmäßig klein gewählt gegenüber der Kapazität der zwischen
den Polygonseiten liegenden Hauptkondensatoren. Außerdem ist der dem Dämpfungswiderstand
vorgeschaltete Kondensator verhältnismäßig hoch isoliert ausgeführt, um auf diese
Weise zu erreichen, daß die Ausgleichsfrequenz hoch und dementsprechend die Spannung
zur Beschleunigung des Energieüberganges hochgetrieben wird. Um den Einfluß der
Streuung der Stromwandlerauf den Kommutierungsvorgang selbst zu vermeiden, kann
man die Stromwandler beispielsweise primärseitig durch kleine Kondensatoren überbrücken.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß man zu
den Hauptkondensatoren je einen Spannungstransformator parallel schaltet und die
Sekundärwicklungen dieser Spannungstransformatoren so schaltet, wie es in den Fig.
2 und 3 füt die Stromtransformatoren angegeben ist. Es besteht auch die Möglichkeit,
an Stelle der an die Kondensatoren angeschlossenen Spannungstransformatoren auf
den Stromrichtertransformator Hilfswicklungen anzubringen, die über Dämpfungswiderstände
geschlossen sind.