-
Schaltanordnung für Gleichrichter zur Erzielung einer höherphasigen
Welligkeit der gleichgerichteten Spannung Um bei Gleichrichtern die Welligkeit des
gleichgerichteten Stromes möglichst klein zu halten, ist es vorteilhaft, die Phasenzahl
der Gleichrichtung so hoch wie möglich zu wählen. Da aber im allgemeinen die zur
Verfügung stehenden Drehstromnetze nur dreiphasig sind, so müssen zur Erhöhung der
Phasenzahl der Gleichrichtung besondere Schaltungen der Transformatorwicklungen
bzw. der zur Verkettung der einzelnen Phasen 'dienenden Drosselspulen benutzt werden.
Bei der Erhöhung der Phasenzahl auf das Doppelte, d. h. also auf sechs, ist die
hierzu erforderliche Transformatorschaltung noch verhältnismäßig einfach. Einen
größeren Aufwand erfordert dagegen die Umwandlung eines Dreiphasensystems in ein
Zwölfphasensystem. Man geht dabei im allgemeinen so vor, daß man zunächst zwei Sechsphasensysteme
bildet und von diesen dann das eine um 15° im Sinne der Voreilung und das andere
um z5° im Sinne der Nacheilung gegenüber der natürlichen Lage verdreht. Dann ergänzen
sich die beiden Sechsphasensysteme zu einem Zwölfphasensystem, bei dem der Phasenwinkel
30° beträgt. Eine solche Verdrehung um -h z5° erforderte aber bisher einen ziemlich
umständlichen mechanischen Aufbau der Wicklungen. Man benutzte zu diesem Zweck beispielsweise
Transformatorwicklungen in Zickzackschaltung, d. h. Wicklungen, bei denen die zu
einer Phase gehörigen Windungen auf. mindestens zwei verschiedenen Schenkeln angebracht
sind. Bei solchen Zickzackwicklungen sind die Wärmeabfuhr sowie die bei Kurzschlüssen
auftretenden mechanischen Kräfte eben wegen des verwickelten mechanischen Aufbaues
nur schwer zu beherrschen. Es sind auch schon zwölfphasige Gleichrichterschaltungen
bekanntgeworden, bei denen die Teiltransformatoren nur glatte Wicklungen aufweisen,
bei denen also die Primärwicklungen der Transformatoren entweder nur an verketteten
oder nur an Phasenspannungen des speisenden Netzes liegen, während sämtliche Sekundärwicklungen
nur mit Primärspannungen in Phase oder in Gegenphase liegende Spannungen enthalten.
In diesen Fällen hat man bei der bekannten Anordnung jedoch die notwendige gegenseitige
Verdrehung der Teilsysteme durch eine ihrerseits mit Zickzackwicklungen ausgerüstete
Verkettungsdrossel hergestellt. Dann treten naturgemäß dieselben Schwierigkeiten,
die bei den Transformatoren vermieden wurden, nunmehr in der Verkettungsdrossel
auf.
'Man hat ferner bereits vorgeschlagen, zwei Transformatoren zu verwenden, von denen
die Primärwicklungen des einen Transformators an Phasenspannungen und die des anderen
Transformators an verkettete Spannungen des speisenden Netzes liegen und die Sekundärwicklungen-nur
mit Primärspannungen in Phase oler in Gegenphase liegende Spannungen führen; hierbei
benötigt man also zwei verschiedenartig gewickelte Transformatoren. Schließlich
hat man auch nur einen Transformator benutzt, dessen Primärwicklungen nur an verketteten
Spannungen des speisenden Netzes liegen und dessen Sekundärwicklungen nur mit Primärspannungen
in Phase oder in Gegenphase liegen,le Spannunken enthalten; dabei werden jedoch
sektin.hirseitig drei Spannungssysteme ausgebildet. die insgesamt mehr Phasenwicklungen
besaßen, als es der Phasenzahl der Anordnung entsprach.
-
Die Erfindung betrifft demgegenüber eine Schaltanordnunj für Gleichrichter,
die eine beliebige Erhöhung der für die Gleichrichtung maligebenden Phasenzahl gegenüber
der Phasenzahl des speisenden Netzes erlaubt, ohne daß Zickzack- oder ähnliche Kunstschaltungen
in den Transformatoren oder Verkettungsdrosseln erforderlich wären. Dabei benutzt
cüe Erlindung ebenfalls -zwei Gruppen von Ventilen, die zu zwei verschiedenen in
der Phase gegeneinander verdrehten Spannungssystenien gehören, deren jedes eine
Phasenzahl gleich der halben Ordnungszahl der Oberwellen der Gleichspannung besitzt,
und es wird eine Transformatoranordnung, bestehend aus einem o.-ler aus zwei Transformatoren,
verwendet, deren Primärwicklungen entweder nur an verketteten oder nur an Phasenspannungen
des speisenden Netzes liegen und deren sämtliche Sekundärphasen nur mit Primärspannungen
in Phase oder in Gegenphase liegende Spannungen enthalten. Gemäß der Erfindung wird
zur Verschiebung der gleichstromseitigen' Spannungsoberwellen der bei len Spannungssysteme
gegeneinander das eine in mehrere durch eine nur auf dieses Spannungssystem einwirkende
Saugdrosselanordnung mit glatten VG icklungen untereinan.ler verbundene Teilsysteme,
z. B. in zwei Sternschaltungen, aufgelöst, deren beide Sternpunkte durch eine einphasige
Saugdrossel mit Mittelanzapfung verbunden sind. Bei einer besonderen Ausgestaltung
des Erfindungsgedankens sind die beiden Ventilgruppen nach Art einer Graetz-Schaltung
von der halben der Welligkeit entsprechenden Phasenzahl an eine gemeinsame Transformatorwicklung
angeschlossen, wobei die die Verschiebung der gleichstromseitigen Spannungsoberwellen
der einen Gruppe bewirkende Saugdrossel zwischen die Gleichstromklemmen der beiden
Teilsysteme dieser Gruppe geschaltet ist.
-
Die Schaltung der anderen Gruppe ist -`grundsätzlich gleichgültig,
jedoch darf sie natürlich nur glatte Wicklungen in dem Transformatoraufbau und etwaige
Verkettungsdrosseln aufweisen. Insbesondere kann man auch in diesem Spannungssystem
besondere Mittel zur Verlängerung der Anodenbrennzeiten vorsehen.
-
In den Zeichnungen sind als Ausführungsbeispiele Schaltungen für Quecksilberdampfgleichrichter
unter Verwendung der Erfindung dargestellt, und zwar wird bei den dargestellten,
aus einem Dreiphasennetz gespeisten Gleichrichtersystemen eine Gleichrichtung erzielt,
die in bezug -auf die gleichstromseitigen Oberwellen einer zwölfphasigen Gleichrichtung
entspricht.
-
In Fig. i ist der eigentliche Gleichrichter in zwei sechsphasige Ventilsysteme
9 und io aufgelöst. Man kann ohne weiteres die Anoden 7 beider Ventilsysteme in
einem einzigen Gefäß unterbringen, es hat sich jedoch gezeigt, daß es aus wirtschaftlichen
Gründen vorteilhafter ist, zwei kleine sechsanodige Gefäße an Stelle eines großen
zwölfanodigen Gefäßes zu verwenden. Die Primärwicklungen i des Transformators sind
parallel an das speisende Drehstronmetz 2 angeschlossen. Statt zwei getrennter,
parallel geschalteter Primärwicklungen kann auch eine einzige Primärwicklung Verwendung
finden. Die Sekundärwicklungen des Transformators mit den Anodenanschlußklemmen
6 stellen zwei Sechsphasensysteme dar, deren jedes an je eine der beiden Ventilgruppen
9 und io des eigentlichen Gleichrichters 8 angeschlossen ist. Um nun die Wirkung
einer zwölfphasigen Gleichrichtung hervorzurufen, ist es erforderlich, daß die beiden
die Ventilgruppen speisenden Sechspliasensysteme einen Phasenverscbiebungswinkel
von 9o° in ,bezug auf ihre i sechste Spannungsoberwelle aufweisen. Zu diesem Zweck
ist die Sekundärwicklung 4 in zwei gegenphasige dreiphasige Sternschaltungen ii
und 12 aufgelöst, deren Sternpunkte durch die Saugdrossel 13 miteinander verbunden
sind. Während die in den einzelnen Wicklungsgruppen dieser Sekundärwicklung induzierte
Spannung in Gegenphase mit den Spannungen der entsprechenden Phasenwicklungen der
Primärwicklung liegen, ist bekanntlich die Spannung zwischen dem Nullpunkt der Saugdrossel
und einer Klemme der Phasenwicklung um 30° gegenüber der in der betreffenden Phasenwicklung
induzierten Spannung in der Phase verschoben. Demgegenüber ist die Sekundärwicklung
5 in offenem Dreieck geschaltet, wobei die Mittelpunkte
15, 16
und 17 der einzelnen Phasenwicklungen über eine dreiphasige, in Stern geschaltete
sogenannte Zwischenphasendrossel 2o verbunden sind. Der Sternpunkt dieser Zwischenphasendrossel
ist mit dem Nullpunkt der Saugdrosselspule 13 verbunden und bildet den Minuspol
des Gleichstromnetzes. Die gleichstromseitigen sechsten Spännungsoberwellen der
beiden Ventilgruppen sind also um go° gegeneinander verschoben, so daß im Gleichstromnetz
3o die Wirkung einer zwölfphasigen Gleichrichtung hervorgerufen wird. Eine weitere
Glättung der Kurve -der gleichgerichteten Spannung läßt sich durch Einschalten einer
Saugdrossel 31 in die Verbindungsleitung zwischen den beiden Saugdrosselspulen 13
und 2o erzielen. Damit die von den beiden Ventilgruppen gelieferten 'Gleichspannungen
einander gleich sind, müssen die Sekundärwicklungen des Transformators mit entsprechendem
Windungszahlverhältnis aufgeführt werden.
-
In Fig.2 ist eine ähnliche Schaltung zur Erzielung einer zwölfphasigen
Gleichrichtung bei Speisung aus einem dreiphasigen Netz dargestellt, jedoch ist
hier an Stelle der offenen Dreieckschaltung für die an die Ventilgruppe g angeschlossene
Transformatorwicklung d.o die Sechsphasensternschaltung gewählt. Vorteilhafter ist
jedoch -die in Fig. i dargestellte Schaltung, da die Transformatorwicklung bei Verwendung
der Sechsphasensternschaltung nicht so gut ausgenutzt ist, wie bei Verwendung der
offenen Dreieckschaltung.
-
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Schaltung
gemäß der Erfindung dargestellt. In dieser Schaltung besteht das Gleichrichtersystem
aus getrennten einanodigen Ventilen 7. Zur Speisung dient eine einzige in Sechsphasenstern
geschaltete Transformatorwicklung 4.2. Bei dieser Schaltung wird die Wirkung der
zwölfphasigen Gleichrichtung nicht durch die Verwendung zweier besonderer Transforinatorwicklungen
erzielt, sondern durch eine besondere Schaltung der zwei Ventilgruppen des Gleichrichtersystems.
Die Ventile der Gruppe So bilden zwei dreiphasige Sternschaltungen, deren Sternpunkte
wiederum durch eine Saugdrossel 52 miteinander verbunden sind. Die Ventile der Gruppe
51 sind zu je zwei miteinander verbunden und bilden so eine offene Dreieckschaltung.
Untereinander sind die eine Dreieckseite bildenden Teilgruppen von je zwei Ventilen
durch eine dreiphasige Zwischenphasendrossel53 verbunden. In der dargestellten Schaltung
sind die beiden Ventilgruppen So und 51 in Reihe miteinander geschaltet; der Verbraucher
30 liegt dann zwischen dem Mittelpunkt der Saugdrossel 5:2
und dein Sternpunkt
der Zwischenphasendrossel 53. Man kann statt dessen auch, wenn man die Sperrichtung
der einen Ventilgruppe umkehrt, die Punkte 52 und 53 unmittelbar miteinander verbinden.
Diese Punkte bilden dann den einen Pol des Gleichstromnetzes, während der andere
Pol durch den Sternpunkt der Transformatorwicklung 4.2 gebildet wird. Bei Verwendung
der Reihenschaltung ist es gleichgültig, ob die Spannungen der beiden Ventilgruppen
gleich sind. Bei Parallelschaltung der beiden Ventilgruppen ist es dagegen zweckmäßig,
die Gruppe 5o an Anzapfungen der Transformatorwicklung 42 zu legen.
-
Es ist auch möglich, ,die Ventilgruppe 51 in Sechsphasenstern zu schalten,
jedoch -ist dann die Transformatorwicklung q.2 nicht so gut ausgenutzt. Wenn, wie
es in der Schaltung dargestellt ist, die eine Gruppe in offe--nem Dreieck, die andere
in Doppelstern geschaltet ist, so liefert jede Phasenwicklung des Transformators
ständig Strom in die eine oder andere der Ventilgruppen So und 51.
-
Fig. q. zeigt an Hand von Spannungskurven die Wirkungsweise einer
Schaltung nach der Erfindung bei Erzeugung einer zwölfphasigen Welligkeit auf der
Gleichstromseite durch Zusammenwirken von zwei Sechsphasensystemen, wie sie beispielsweise
in Fig. i dargestellt ist. Die Kurve 26 zeigt den Spannungsverlauf in den Phasenwicklungen
der beiden Sekundärwicklungen q. und 5 des Transformators. Die Kurve --8 zeigt den
Verlauf der gleichgerichteten Spannung, wie sie von der Ventilgruppe g geliefert
wird. Man sieht, daß die in dieser gleichgerichteten Spannung enthaltene Wechselspannungskoinponente
in Phase mit den Phasenspannungen der Transformatorwicklung ist. Da durch die Saugdrosselspule
13 eine Phasenverschiebung der von der Ventilgruppe io gelieferten Wechselspannungskomponente
von 30° (bezogen auf die Anodenspannungen) hervorgerufen wird, so ist auch die Kurve
der gleichgerichteten Spannung 25 dieser Ventilgruppe um 30° gegenüber der Phasenspannung
26 verschoben. Die resultierende gleichgerichtete Spannung ist durch die Kurve 32
dargestellt. Man erkennt, daß diese Kurve eine Welligkeit wesentlich höherer Frequenz
besitzt als die beiden Komponenten und daß sie identisch ist mit einer durch zwölfphasige
Gleichrichtung erzeugten Spannungskurve.