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Anordnung für als Gleichrichter oder als Wechselrichter arbeitende
Umformungseinrichtungen Zur Stromumformung größerer Leistungbei Gleichrichtern,
Wechselrichtern oder aus solchen zusammengesetzten Stromrichtern sind Entladungsstrecken
erförderlich, die durch ihre eindeutige Stromdurchlaßrichtung einen einwandfreien
Betrieb, insbesondere Kommutierung von Phase zu Phase, sicherstellen. Bei den bekannten
Schaltungen sind die Entladungsstrecken abwechselnd mit dem Gleichstromkreis leitend
verbunden. Durch die Daten dieses Stromkreises sind daher die Strom- und spannungsmäßigen
Anforderungen an die Entladungsstrecken unmittelbar bestimmt. Diese enge Bindung
erschwert in manchen Fällen die Anwendung und bestimmt schließlich die Grenze der
Ausführungsmöglichkeit. Ein Beispiel hierfür ist* die Erzeugung sehr hoch gespannten
Gleichstromes. Hier sind z. B. bei einem Gleichrichter bisher üblicher Bauart die
Entladungsstrecken auf der Sekundärseite des Haupttransformators angeordnet und
müssen eine Sperrspannung aushalten, die mindestens gleich der Gleichspannung ist.
Von der Sperrspannung, der die Entladungsstrecken gewachsen sind, hängt somit die
erreichbare Gleichspannung ab.
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Wie störend diese Eingrenzung in praktischen Fällen ist, ergibt sich
daraus, daß eine Reihe von Hilfslösungen angegeben worden ist, wie die Reihenschaltung
von Entladungsstrecken, die Reihenschaltung von Entladungsstrecke und synchron betätigtem
mechanischem Schalter, die Reihenschaltung von vollständigen Einheiten von Gleichrichtern
oder Wechselrichtern. Alle diese Vorschläge sind im Grunde nur eine Unterteilung
des Hochspannungskreises, sie belassen die Entladungsstrecken im Hochspannungskreis
und
bringen keine grundsätzliche Befreiung %-on der obenerwähnten
Bindung. Für die -praktische Ausführung ist außerdem eine Häufung der Störungsmöglichkeiten
in dem schwer zugänglichen Hochspannungskreis von Nachteil.
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Ferner ist es bekannt, eine Stromumformung mittels synchron betätigter,
mechanisch wirkender Schalter durchzuführen. jedoch bereitet es erhebliche Schwierigkeiten,
mittels derartiger sog. mechanischer Gleich- oder Wechselrichtergrößere Leistungen
umzuformen. Schaltungs- und wirkungsmäßig sind die mechanischen Gleich- oder Wechselrichter
mit den mit Entladungsstrecken arbeitenden Gleich-oder Wechselrichtern stark verwandt.
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Die Erfindung gibt nun eine neue Möglichkeit, die Stromumformung bei
als Gleich- oder Wechselrichter arbeitenden Umformungseinrichtungen, bei denen synchron
betätigte, mechanisch wirkende Schalter die Umformung durchführen, zu bewirken.
Erfindungsgemäß sind diese Schalter nach Art eines mechanischen Gleich- oder Wechselrichters
auf der GleichstromseiteeinesTransformators (Haupttransformators) angeordnet, wo
sie allein die Gleich- oder Wechselrichtung des Stromes vornehmen. Ferner liegen
auf der Wechselstromseite in Reihe mit den Phasenwicklungen Schaltelemente mit gesteuerter
Stromdurchlaßrichtung, die synchron mit den gleichstromseitigen Schaltern betrieben
werden, um diese von der Kommutierung bzw. vom Schalten eines nennenswerten Stromes
zu entlasten. Schließlich wird durch -zusätzlichen magnetischen Rückschluß des Transformators
und/ oder durch Hilfsstromkreise die Wechselstrommagnetisierung des Transformators
in einer Weise sichergestellt, daß die Belastbarkeit dieser Hilfspfade irn Vergleich
zu den Hauptkreisen gering ist. _ Hierbei wird durch die geringe Belastbarkeit dieser
für die richtige Magnetisierung des Transformators vorgesehenen Hilfspfade verhindert,
daß diese Kreise über die Maguetisierung hinaus etwa einen nennenswerten Lastanteil
übernehmen können. Als Schaltelemente mit gesteuerter Stromdurchlaßrichtung kommen
zunächst ebenfalls synchron betätigte, mechanisch wirkende Schalter in Betracht.
Vorteilhafter ist es jedoch, rein elektrisch wirkende Schaltelemente mit gesteuerter
Stromdurchlaßrichtung, zu denen Trockengleichrichter und Entladungsstrecken mit
eindeutiger Stromdurchlaßrichtung gehören, zu verwenden.
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Bei Benutzung des Erfindungsgedankens in Verbindung mit Entladungsstrecken
mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung ergibt sich im Gegensatz zu den eingangs behandelten
bekannten Fällen der Vorteil, daß die unmittelbare Bindung der Entladungsstrecke
an den Gleichstromkreis aufgehoben ist. Andererseits erfüllen die Entladungsstrecken
aber nach wie ' vor die Aufgabe, das Schalten des eigentlichen Laststromes zu bewirken.
Infolgedessen sind die auf der Gleichstromseite liegenden Schalter von dieser Aufgabe
befreit.
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Die Erfindung berücksichtigt die Tatsache, daß bei den bekannten mehrphasigen
Gleichrichtern oder Wechselrichtern eine primäre j Phase des Haupttransformators
nur dünn belastet ist, wenn die ihr zugeordnete sekundäre Phase durch die, angeschlossene
Entladungsstrecke belastet wird. Sie führt somit nur innerhalb eines Teiles einer
Wechselstrom-; periode den Laststrom, während sie in der übrigen Zeit leer läuft,
d. h. nur für die Magnetisierung des zugeordneten Transformatorschenkels zu sorgen
hat. Im Sinne der Erfindung erfolgt auf der Wechselstromseite eine Aufspaltung in
einem Stromkreis, der nur die Aufgabe der Magnetisierung erfüllt und vorzugsweise
ständig wirksam ist, und j in einen anderen, vorteilhaft an derselben Phasenspannung
liegenden Stromkreis, der den Laststrom führt und über Schalter bzw. Entladungsstrecken
angeschlossen ist, die nur in den Zeiten Strom führen, in denen die entsprechende,
der Gleichstromseite zugeordnete Phasenwicklung belastet ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Abb. i der Zeichnung
dargestellt, und zwar ist Gleichrichterbetrieb angenommen. Die primären, in Stern
geschalteten Phasenwicklungen i i bis 3 i sind an die Zuleitungen i bis 3 des Drehstromnetzes
angeschlossen. In ! Reihe mit den Phasenwicklungen i i bis 31 liegen die Entladungsstrecken
12 bis 32, die im vorliegenden Falle ungesteuert sein können. Als Entladungsstrecken
kommen vorzugsweise Dampf- oder Gasentladungsstrecken in Betracht. Zur Sicherstellung
der Magnetisierung des Haupttransformators sind die Drosseln 13 bis 33 vorgesehen,
die wie die Entladungsstrecken 12 bis 32 an den Stern-_Die punkt Drosseln des Drehstromnetzes
sind in Sparschaltung angeschlossen an sind. die Phasenwicklungen i i bis 31 angeschlossen
und sind derart bemessen, daß die Phasenwicklungen i i -bis 31 ihre richtige Leerlaufspannung
erhalten. Die Drosseln sind mit dem Haupttransformator magnetisch nicht ver-. kettet.
Die auf der Gleichstromseite liegenden Phasenwicklungen 14 bis 34. sind mit synchron
betätigten Schaltern 15 bis 35 nach Art eines mechanischen Gleichrichters zusammengeschaltet
und speisen das durch einen Verbraucher 4. angedeutete Gleichstroinnetz, gegebenenfalls
über eine Gleichstromdrossel 5.
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Hinsichtlich der Wirkungsweise der Gleichrichteranlage gemäß Abb.
i ergibt sich folgendes: Die Schalter 15 bis 35 werden genau wie bei einem mechanischen
Gleichrichter betätigt,
d. h. sie müssen, bei -Zugrundelegung einer
dreiphasigen Gleichrichterschaltung, ermöglichen, daß die Phasenwicklungen 1q. bis
34 während je i2o° innerhalb einer Wechselstromperiode Strom führen. Im Spannungsschnittpunkt
von u11 und u21 (vgl. auch Abb. 2 a) wird die Phasenwicklung 24 mit der Stromführung
beginnen. In genau dem gleichen Zeitpunkt wird die Entladungsstrecke 22 ebenfalls
mit der Stromführung. beginnen. Es folgt nunmehr ein Kommutierungsvorgang in der
von Gleichrichtern bereits bekannten Weise, und zwar zwischen der bisher Strom führenden
Entladungsstrecke 12 und der Entladungsstrecke 22. Sobald der Strom in der Entladungsstrecke
12 erloschen ist, ist auch die Phasenwicklung 1q. stromlos, und man kann nunmehr
ohne Beanspruchung durch den Laststrom den Schalter 15 öffnen. Diese Vorgänge kann
man an Hand der Abb.2 verfolgen. Die Phasenspannung u11 führt den Strom bis zum
Zeitpunkt a allein. In diesem Augenblick soll der Schalter 25 die Folgephase 24
an das Gleichstromnetz legen. Die Phase 24 beteiligt sich nunmehr auch an der Stromführung
(Strom i21). Es bilden sich sowohl primärseitig wie sekundärseitig Ausgleichströme,
die dem Strom in der abzulösenden Phase entgegenwirken, ihn zu Null werden lassen
und, wenn keine Sperrwirkung durch eine Entladungsstrecke vorhanden ist, ihn mit
umgekehrtem Vorzeichen wieder ansteigen lassen. Ein derartiger, falscher Verlauf
der Kommutierung kann nun auf der Gleichstromseite, auf der keine Entladungsstrecke
vorhanden ist, nicht erfolgen, weil der primäre und sekundäre Kommutierungsvorgang
voneinander abhängen. Auf der Primärseite erfolgt aber eine vollständig ordnungsmäßige
Kömmutierung, denn die Entladungsstrecke z2 bringt den in der Entladungsstrecke
12 fließenden Strom zum Erlöschen und beendet damit den Kommutierungsvorgäng. Alsdann
ist die Primärwicklung i i allein über die Vordrossel 13 an Spannung gelegt; sie
ist also nicht in der Lage, einen nennenswerten Strom zu führen, selbst wenn sekundärseitig
der Schalter 15 eingeschaltet ist. Bleibt beispielsweise der Schalter 15 über das
Ende der Kommutierung (Zeitpunkt b) hinaus bis zum Zeitpunkt c eingeschaltet, so
folgt der Spannungsverlauf an der Wicklung ii dem an der Wicklung2i, bis er im Zeitpunkt
c wieder zu seiner Sinuswelle u11 zurückkehrt. Der Verlauf in der Zeit b . . . c
ist durch die Drossel 13 ermöglicht, die auch die Stromstärke des Ausgleichstromes
auf einem sehr geringen Wert hält. - Lediglich dieser Reststrom muß von dem Schalter
15 geschaltet werden. Ebenso wie bei der Abschaltung wird der Schalter dank der
primärseitigen Entladungsstrecken von dem Schalten des Laststromes auch bei der
Einschaltung befreit, wenn man dafür sorgt, daß die Kontaktgabe der sekundären Schalter
(z. B. zur Zeit d in Abb. 2b) erfolgt, kurz bevor bei den Entladungsstrecken auf
der Wechselstromseite die Kommutierung beginnt, die die Laststromübernahme zur Folge
hat. Vorteilhaft wird daher die überlappung der Kontaktgabe auf der Sekundärseite
länger gestaltet, als sie mit Rücksicht auf die primäre Stromumschaltung an sich
erforderlich wäre. Die relative Lage und die Einstellung der sekundären Kontaktgabe
kann durch Kontaktverschiebung der Schalter 15 bis 35 oder durch Verzögerung des
Einsatzes der Entladungsstrecken 12 bis 32 z. B. mit Hilfe der Gittersteuerung erfolgen.
Bei der Regelung der Gleichspannung empfiehlt es sich, mit der Verschiebung des
Zündeinsatzes durch die Gittersteuerung der Entladungsstrecken gleichzeitig eine
entsprechende Verschiebung der Kontaktgabe bei den Schaltern vorzunehmen, wie in
Abb. 2 c ebenfalls angedeutet ist. Außerdem ist aus Abb. 2 a zu ersehen, daß die
am Gefäß 12 liegende Sperrspannung u12 sehr klein ist, während der Schalter 15 praktisch
die gesamte Sperrspannung u15 aufzunehmen hat.
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Bei der Anordnung gemäß der Erfindung ! sind also die. Entladungsstrecken
von der Spannungsbeanspruchung auf der Hochspannungsseite befreit; nur die synchron
betätigten Schalter werden auf Spannung beansprucht. Ati den Gefäßen auf der Primärseite
tritt, auch wenn sie nicht arbeiten, nur eine fast beliebig klein zu haltende Spannungsbeanspruchung
auf. Durch die Verlegung der Entladungsstrecken auf die Wechselstromseite hat man
es in der Hand, mit Hilfe des Übersetzungsverhältnisses des Transformators ein Arbeitsgebiet
zu wählen, das für die Entladungsstrecken besonders günstig ist. Bei den heute üblichen
Entladungsstrecken für große Leistungen liegt dieses Gebiet bei sehr großen Strömen
und bei Spannungen, die klein sind im Verhältnis zu den für die Hochspannungsübertragung
in Frage kommenden Gleichspannungen. Jedoch ist der Erfindungsgedanke hierauf nicht
beschränkt, sondern beispielsweise auch bei der Erzeugung sehr kleiner Gleichspannungen,
weniger als ioo V, anwendbar, bei der Entladungsstrecken wegen des schlechten Wirkungsgrades
bisher nicht angewendet wurden, nunmehr aber wegen der Verlegung der Entladungsstrecken
in den Primärkreis höherer Spannung ein besserer Wirkungsgrad erzielbar ist.
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Außer dem bereits beschriebenen @Ausführungsbeispiel kann man eine
große Zahl von weiteren Ausführungsmöglichkeiten verwenden. Die einfache Sternschaltung
gemäß Abb. z
kann nian nur anwenden, wenn das Drehstromnetz nullpunktbelastbar
ist. Die Schaltung hat dafür den Vorteil, daß nian mit einem einzigen inehranodigen
Entladungsgefäß auskommt. Ferner kann bei ihr in die Nullpunktverbindung auf der
Wechselstromseite eine Gleichstromdrossel eingefügt werden, die die sekundärseitige
Gleichstromdrossel im wesentlichen ersetzen kann. Im allgemeinen wird man aber schon
aus Gründen der Svmrnetrie zur Ausnutzung beider Halbwellen jeder Wechselstroniphase
übergehen. Beispielsweise ist dies gemäß Abb. 3 möglich. Die Sekundärseite arbeitet
bei diesem Ausführungsbeispiel als Graetzschaltung. Die Schalter 15 bis 3f, haben
die Aufgabe, die einzelnen Phasen in der bekannten Reihenfolge mit der positiven
und mit der negativ en Schiene des Gleichstromkreises -1 zu verbinden. Auf der Wechselstroniseite
ist an Stelle der einfachen Entladungsstrecke jeweils ein Paar gegensinnig parallel
geschalteter Entladungsstrecken 12i, 122 USW. getreten. Um die Ventilwirkung
der Entladungsstrekken trotz dieser Schaltungsweise auzunutzen, ist es erforderlich.
die Entladungsstrecken <furch Gittersteuerung immer nur in den "Zeiten freizugeben,
in denen sie wirksam sein sollen; anderenfalls würde die Kornmutierung -gestört
werden.
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Der Erfindungsgedanke ist bisher nur in Verbindung niit Entladungsstrecken
mit eindeutiger Stromdurchlaßr ichtung dargestellt worden, jedoch ist dies nicht
entscheidend. Beispielsweise können je nach der verweh-Beten Stellung auch andere,
rein elektrisch '; wirkende Schaltelemente mit - gesteuerter Stromdurchlaßrichtung,
z. B. Trockengleichrichter, verwendet werden. Es- steht auch , nichts im Wege, genau
Wie auf der Gleichstromseite auch auf der Wechselstroinseite synchron betätigte,
mechanisch wirkende i Schalter zu verwenden. Beide Schaltergruppen sind dabei svncliron
zu steuern. Wir- i kungsmäßig ergibt sich dabei kein Unterschied gegenüber der bereits
beschriebenen Fig. 3 mit zwei gegensinnig parallel geschalteten Entladungsstrecken
mit eindeutiger Strölndurchlaßrichtung.
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An Stelle einer- Sternschaltung kann auch eine Dreieckschaltung- verwendet
werden. Abh..Ia zeigt eine derartige Ausführung mit gegensinnig parallel geschalteten
Entladungsstrecken. An Stelle dieser vollständigen Schaltung kann auch' die Dreieckschaltung
mit nur drei Entladungsstrecken für eine Stromrichtung ausgerüstet werden, wenn
die Sekundärseite gleichzeitig in die übliche Dreiphasensternschaltung geändert
wird. Der KO n@nlutierungsvorgang spielt sich bei der Dreieckschaltung in etwas
anderer Weise -ab als bei der Sternschaltung; w:ilirend bei der Sternschaltung die
primären Ventile untereinander kommutieren können und lediglich der Ablauf dieser
Kominutierung davon abhängt, oli auch auf der Sekundärseite der Schalter eingelegt
ist, ist bei der Dreieckschaltung ini l'riln<irlireis allein keine eigentliche
Koinrnutierung vorhanden. Es gibt hier nur eine sekundärseitige Korninutierung,
die wegen des Amperewindungsgleichgewichtes naturgemäß auch den Stromübergang von
den priiii-reii Phasen erzwin-t. Sie findet dann ihr i t' Ende, wenn die Stromrichtung
sich umkehren würde und somit im primären Ventil die Sperrung eintritt.
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In Fig..Ib ist schließlich noch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt, das sich voll Fig.3 dadurch unterscheidet, dal3 an Stelle von drei
Paaren gegensinnig parallel gCschalteter Entladun-sstrecken ein mehranoliges F-ntladungagefäß
; mit ge neinsam:r Kathode verwendet wird. Ferner ist die Einfügung eines besonderen
Zwischentransformators ( erforderlich. Außerdem müssen die Wicklungen i i bis
31 in die Teilwicklungen i i', z i" bis 31', ; i" zerlegt «erden. Infolge
der veränderten Schaltung arbeitet jede Entladungsstrecke nicht mehr während i2o-,
sondern nur während 6o''. Gleiches gilt auch für die auf der Gleichstromseite liegenden
Schalter.
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Die Anordnung ist auch nicht auf die primäre Phasenzahl oder eine
bestimmte Frequenz- oder Kurvenform beschränkt. Mit Rücksicht auf den gleichstromseitigen
Schalter ist es unter Umständen erwünscht. die I# requenz und die Kurvenform in
dem Umformungskreis anders als bei technischem Wechselstrom zu wählen. Es kann dann,
wie Abb. 5 beispielsweise zeigt, die Frequenz des dein Transformator mit den Wicklungen
r i bis 31 und 1.4 bis 34 primär zugeführten -Wechselstromes mit Hilfe eines aus
einem Transformator 6 und den Entladungsgefäßen i, 72 und 73 bestehenden
Umrichters gegenüber der Frequenz des speisenden Netzes herabgesetzt werden. Die
Ausgestaltung der Ulnrichterkreise wird besonders einfach, da der Unirichter jeder
Phase nur Wirkleistung zti liefern braucht, während die Magnetisierungsleistung
entsprechend der Erfindung gegebenenfalls durch eine besonders kleine Hilf:-niaschine
8 zugeführt wird, die den Transforinator über die nicht bezeichneten Vordrosselii
genau so magnetisiert, wie wenn der Uniricliter auch noch die Blindleistung für
die Magnetisie.rung lieferte. Da der Unirichter vom Blindstrom völlig entlastet
ist, können seine Entladungsstrecken jetzt dieselbe Aufgabe übernehmen, die in den
bisher besprochenen Ausführungsbeispielen den einzelnen Entladungsstrecken zukamen.
Bei dein Umrichtender
Abb.5--ist-angenommen, daß .es sich um einfache
Trapezkurvenumrichter handelt. Diese Kurvenform. ist für die gleichstromseitigen
Schalter besonders günstig, da lange Zeit keine größeren Spannungsunterschiede.
zwischen der abzulösenden Phase und der Folgephase bestehen.
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In Abb.6 ist dies aus dem gemeinsamen Verlauf der Kurven in dem Zeitabschnitt
A ... B zu sehen. Um diesen Vorteil der Kurven für die Schalter voll auszunutzen,
ist es aber erforderlich, die Kommutierüng nicht erst bei B vorzunehmen, sondern
zwischen A und B, so daß der Schalter nach Beendigung der Kommutierung bereits
trennen kann, ohne daß sofort eine größere Spannung zwischen den sich öffnenden
Kontakten liegt. Dies kann durch . besondere Ausgestaltung der Trapezkurven erreicht
werden, indem man den trapgzförmigen Spannungsblock derart abändert, daß er zu-Beginn
in seiner Spannung etwas erhöht, gegen Ende etwas erniedrigt wird. Auf diese Weise
entsteht in der Zeit A'... B' eine Überschneidung der Spannungskurven, derart,.daß
die Folgephase den Strom übernimmt, ohne daß die abgelöste Phase rasch ein höheres
Potential zwischen den Schaltern erhält. Diese Veränderung der Kurvenform ist beispielsweise
durch Verwendung von Anzapfanoden oder durch Aussteuerung mit Hilfe von Steuergittern
zu erreichen. Die in dem Beispiel der Abb. 6 vorgenommene Veränderung der Kurvenform
sorgt für einen guten Stromübergang und für eine geringe Spannungsbeanspruchung
an dem Schalter unmittelbar nach der Kommutierung.
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Für Hochspannungsgleichrichter, die von Netzen mit normaler Frequenz
(So Hz) gespeist werden; ist die Korriinutierung mit Hilfe von Spannungen höherer
Frequenz vor allen Dingen deswegen von Bedeutung, weil sie die nach der Kommutieritng
an der Entladungsstrecke oder dem Schalter auftretende Spannung (Sprungspannung)
herabsetzt. Ihrer Anwendung stand aber bisher hinderlich im Wege, daß der Generator
für höherfrequente Spannung auch für den Laststrom ausgelegt werden mußte, da er
von diesem durchflossen wird. Außerdem war man bei der Wahl der , höheren Frequenz
gezwungen, auf die Phasenzahl Rücksicht zu nehmen, Die durch die Erfindung angegebene
Trennung von Laststrom und Magnetisierungskreis ermöglicht nun eine neue Art der
-Einfügung der höherfrequenten Spannung zur Herabsetzung der an dem Schaltelement
auftretenden Sprungspannung. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird diese
höherfrequente Spannung-primärseitig eingefügt,.und zwar nicht in den die Last führenden
Wicklungszweig, sondern in den für die Magnetisierung vorgesehenen Strompfad. In
Abb. 7 ist ein Beispiel dafür angegeben, wie die höherfrequente, dem Hilfsgenerator
9 entnommene Spannung in Reihe mit den Drosseln 13 bis 33 eingefügt wird.
Abb. S veranschaulicht die Wirkungsweise. Der Verlauf der Phasenspannung ist, solange
die Phase den Strom führt, durch die höherfrequente Spannung gegenüber dem sinusförmigen
Verlauf u1, nicht nennenswert verändert. Sobald aber einer der Schalter 15 bis 35
den Kontakt aufhebt, wird die eingefügte Spannung wirksam, und zwar sowohl an dem
wechselstromseitigen Schalter als auch an denn gleichstromseitigen Schalter. Durch
die Wahl der Phasenlage und der Amplitude der höherfrequenten Spannung läßt sich
der an dem Schalter entstehende Spannungssprung herabsetzen, und zwar, wie Abb.
ä zeigt, von dem Betrag x auf den Betrag y. Zweckmäßig wird die Phasenlage der Spannung
zig so gelegt, daß sie zum Zeitpunkt a durch Null geht; damit in diesem Augenblick
die Verhältnisse gegenüber dem Normalbetrieb nicht geändert sind. Bei Verschiebung
der Zündzeitpunkte des Gleichrichters im nacheilenden Sinne wird die Zusatzspannung
zweckmäßig in ihrer - Phasenlage mitverschoben und gegebenenfalls in ihrer Amplitude
geregelt. Da die Einfügung der Zusatzspannung jetzt im Magnetisierungspfad erfolgt,
ist der Hilfsgenerator 9 für wesentlich geringere Typenleistung als bei den bisher
vorgeschlagenen Lösungen auszulegen. Die Einfügung der Zusatzspannung zig hat zur
Folge, daß nur die gleichstromseitigen Schalter 15 bis 35 hinsichtlich ihrer Sprungspannung
entlastet werden; gleichzeitig wird durch diese Maßnahme auch die Größe des vom
Schalter zu bewältigenden Reststromes herabgesetzt.
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Es wird bemerkt, daß die oben beschriebene Einfügung einer höherfrequenten
Spannung auf die wechselstromseitigen Schaltelemente keinen Einfluß hat. Will man
eine Entlastung -dieser Schaltelemente erreichen, so können z. B. in Reihe mit den
dort vorhandenen Entladungsstrecken synchron betätigte Schalter (Synchrontrenner,
wie sie bereits bei Hochspannung bekanntgeworden sind) eingefügt werden. Man kann
.jedoch auch sowohl die wechselstromseitigen wie die gleichstromseitigen Schaltelemente
entlasten, indem man in die Hauptstromkreise Zusatzspannungen höherer Frequenz einfügt;
die Anordnung hat aber, wie bereits weiter oben bemerkt, den Nachteil, daß der Hilfsgenerator
für den vollen Laststrom auszulegen ist.
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Beim Schließen der gleichstromseitigen Schalter ist zunächst nur ein
Spannungsüberschlag an den Schalterkontakten zu erwarten. Beim Öffnen der gleichstromseitigen
Schalter
kann man noch gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wie
folgt verfahren: Die Magnetisierung der einzelnen Transformator-.phasen mit Hilfe
der Hilfswicklungen wird gegenüber der bei Belastung der Hauptwicklungen des Transformators
vorhandenen Solllage absichtlich mit einer nacheilenden Phasenlage vorgenommen.
Dies kann leicht dadurch erfolgen, daß diese Phasenschiebung lediglich im Magnetisierungspfad
vorgenommen wird; hierfür sind auch nur geringe zusätzliche Mittel für kleine Leistungen
erforderlich. In Abb. g ist die Wirkungsweise dieser Einrichtung zur Vermeidung
einer Sprungspannung veranschaulicht. Beim Offnen des Schalters nach Ablauf der
Kommutierung ini Punkt c tritt nun nicht mehr die Sprungspannung x auf, sondern
es verläuft jetzt die Spannung auch im lä!stlosen Zustand in -der neuen Phasenlage
L%", und es entsteht keine oder eine -gering zu haltende Sprungspannung im Augenblick
c. Wird diese Methode bei der einfachen Schaltung (Abb. i) angewendet, so ruft sie
eine Gleichstrommagnetisie.rung im Haupttransformator hervor. Man ist aber ohne
weiteres in der Lage, durch Anordnung einer zusätzlichen Gleichstromwicklung, die
über Vorwiderstände gespeist wird, diesen Fluß zu kompensieren. Bei der Ausnutzung
beider Halbwellen ist diese Gleichflußmagnetisierung nicht zu erwarten und die Kompensation
daher auch nicht erforderlich. Die Flußv erhältnisse werden nur unwesentlich gegenüber
einem Normalbetrieb geändert.
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Die Magnetisierung des Transformators kann auf verschiedene Art durchgeführt
werden, um die Durchführung des Erfindungsgedankens sicherzustellen. Es kann, wie
dies schon bei Abb. 5, erwähnt ist, ein besonderer Generator mit vorgeschalteten
Drosseln aufgestellt werden, der mit dein Primärnetz synchron laufen muß. Die Kurvenform
der Spannung dieses Generators kann absichtlich von der Kurvenform der primären
Wechselspan-. nung abweichend estaltet sein, beispielsweise um außerdem die' Herabsetzung
der Sprungspannung durch "Zusatzspannungen zu erreichen. Bei dein Ausführungsbeispiel
gemäß Abb. i ist eine besonders zweckmäßige Sparschaltung angegeben, bei der die
Drosseln vorteilhaft an eine Anzapfung, etwa den Mittelpunkt der primären Transformatorwick-Jung,
angeschlossen sind. Der Sternpunkt, den die Drosseln 13 bis 33 in Abb. i und 3 bilden,
kann, wie in Abb. 3 dargestellt, keine Beziehung zum Wechselstromnetz haben oder,
wie in Abb. i, mit dem Nulleiber des Netzes i bis 3 verbunden sein.
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Die beschriebenen Magnetisierungsschaltnngen .mit Hilfe von vorgeschalteten
Drosseln stellen aber nur Ausführungsbeispiele dar; wesentlich ist für alle -Ausbildungen
des Magnetisierungskreises bei dem Verfahren entsprechend der Erfindung nur, daß
der Magnetisierungsstromkreis nicht in der Lage ist, den Laststrom ganz oder zu
einem großen Teil zu übernehmen, sondern daß seine Stromlieferung gegenüber den
Hauptstromkreisen begrenzt ist. Diese Begrenzung wird am zweckmäßigsten durch Drosseln
vorgenommen, sie kann aber auch durch Widerstände beliebiger Art oder entsprechend
ausgelegte Spannungsquellen oder Transformatoren mit größerer Streuung erfolgen.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung stellt an die Ausbildung des magnetischen
Kreises des Transformators und der Drosseln Anforderungen, die den verschiedenen
Betriebsarten angepaßt sein müssen. Werden durch gegensinnig parallel geschaltete
Entladungsstrecken die beiden Halbwellen je Phase ausgenutzt, so ist eine vollständig
ordnungsmäßige Magnetisierung des Transformators 11 bis 31, 14. bis 3.4 dann vorhanden,
wenn es sich um einen Kerntransformator, also einen solchen ohne freien magnetischen
Rücksehluß handelt. Wie Abb. io erkennen läßt, sind bei einer Dreiphasenschaltung
immer zwei Phasen im Betrieb, die wegen der Sternschaltung der Flüsse zwangsweise
auch die richtige Magnetisierung des Schenkels der dritten Phase vornehmen. Diese
wird also richtig magnetisiert, ohne daß in einer Wicklung auf dem ihr zugehörigen
Kern Strom fließt. Die Verkettung der dritten Phase ist aber bei Kerntransformatoren
in der Regel so eng, daß nicht nur die Magnetisierung für diese Phase geliefert
wird, sondern daß diese Phase auch sekundär belastbar ist, wenn ihre Primärwicklung
keinen Strom führt. Dann müßte aber der gleichstromseitige Schalter den vollen Laststrom
schalten. Um den Erfindungsgedanken auch bei der Graetzschaltung sicher durchführen
zu können, ist es demnach zweckmäßig, die Kerntransformatoren durch Anordnung zusätzlicher
Schenkel mit einem freien magnetischen Rückschluß zu versehen. Die Magnetisierung
kann dann Phase für Phase in der oben beschriebenen Weise (vgl. Abb. i usw.) vorgenommen
werden. Es kann aber auch auf die eigentlichen Magnetisierungswicklungen und die
Widerstände 13 bis 33 verzichtet werden, wenn man einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens
entsprechend die Hauptwicklungen gleichzeitig zur Magnetisierung heranzieht, jedoch
den Zwang der Verkettung der drei Flüsse durch besonderen magnetischen Rückschluß
teilweise aufhebt, wobei durch Bemessung oder Vorbelastung der Rückschluß in seinem
magnetischen Widerstand geändert wird. Dabei schließt sich der
Fluß
jeweils vorzugsweise durch die Schenkel der leerlaufenden Phasen; er ist jedoch
in der Lage, bei etwaiger Belastung der leerlaufenden Phase in die Rückschlußschenkel
auszudeichen. Dieser Fall ist in Abb. i i dargestellt.
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Der Erfindungsgedanke ist weder auf die Verwendung einer bestimmten
Art von Entladungsstrecken noch auf eine bestimmte Ausbildung der gleichstromseitigen
Schalter angewiesen. Die Schaltelemente können beispielsweise als Trockengleichrichter,
Elektrolytgleichrichter, Glühkathodenröhren oder Quecksilberdampfgleichrichter ausgeführt
werden. .Als gleichstromseitige Schalter können synchron umlaufende Kontakte Anwendung
finden, wie sie in Abb. i angenommen sind. Es können aber auch hin und her gehende
Kontakte nach Art eines Kolben- oder Pleuelstangenantriebes, wie sie in Abb.3 schematisch
angegeben sind, verwendet werden; ferner kann der Kontaktapparat als Pendel ausgebildet
werden, wie dies Abb.5 zeigt, Des weiteren kann zur Kontaktgabe ein Flüssigkeitsschalter
oder ein mit Flüssigkeitsstrahl arbeitender Schalter vorgesehen sein. Außerdem können
zur Verbesserung des Schaltens und zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit der Schalter
bekannte Mittel, wie magnetische Blasung oder Druckgasblasung, Verwendung finden
und die gesamte Schalterappana.tur oder Teile davon unter Druckgas oder unter die
Isolierfestigkeit erhöhende Flüssigkeiten gesetzt werden. Schließlich können andere
mechanische Schaltmittel verwendet werden, beispielsweise Vakuumschalter, die über
eine Nockenwelle betätigt werden.