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Schaltstromrichter, vorzugsweise zur Speisung der Erregerwicklung
von Synchronmaschinen. Die Erfindung bezieht sich auf einen Schaltstromrichter,
der vorzugsweise dazu bestimmt ist, die Erregerwicklung von Synchronmaschinen mit
einer von der Ständerspannung und einer von dem Ständerstrom abhängigen Stromkomponente
zu speisen. Üm sowohl einen Kurzschluß des Gleichstromkreises bei dem Schaltvorgang
des Stromrichters als auch eine Stromunterbrechung in dessen Stromkreisen zu vermeiden,
wird der Gleichstromkreis an eine Graetz-Schaltung aus Ventilen, insbesondere Trockengleichrichtern,
angeschlossen, und die Phasen der Wechselstromseite werden durch die Schaltvorrichtung
im Bereich des Stromnulldurchganges an die Wechselstrom@ecken dieser Graetz-Schaltung
während des übrigen T'eile's der Periode unmittelbar an den Gleichstromkreis angeschaltet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. r im Schaltbild
dargestellt. An die vom Ständerstrom der Synchronmaschine r gespeiste Wechselstromleitung
sind ein Stromtransformator 3 und ein Spannungstransformator
q.
angeschlossen, deren Sekundärwicklungen phasenweise in Reihe liegen und mit den
Bürstenpaaren R, R', S, S" und T, T' des Schaltstromrichters verbunden
sind. Dieser ist als umlaufende Kontaktwalze ausgebildet, deren Kontaktsegmente
7 und 8 mit der den Gleichstromverbraucher bildenden Erregerwicklung 2 verbunden
sind, die entweder unmittelbar der Synchronmaschine i oder einer Erregermaschine
davon angehören kann. Zwischen den Hauptkontaktsegmenten 7 und 8 des Stromrichters
liegen Hilfskontakte oder Hilfssegmente i i und 12, deren jedes mit den beiden Hauptsegmenten
durch Ventile von eindeutiger Durchlaßrichtung 13 und 13' bzw. 14 und i-'
verbunden ist. Die Isolierstücke zwischen diesen Kontaktsegmenten sind schmaler
als die Bürsten R, R' usw. Die Ventile bilden eine Graetz-Schaltung, deren Gleichstromecken
an den Segmenten 7 und 8 und deren Wechselstromecken an den Segmenten i i und 1-a
liegen. Die Durchlaßrichtung der Ventile muß dabei so gewählt sein, daß sie für
die Erregerwicklung keinen Parallelpfad darstellen. Betrachtet man den Verlauf des
Stromes in einer Phase, so erkennt man, daß nach dem Übergang des Bürstenpaares
dieser Phase auf die Kontaktstücke ii und 12 der Strom, der vorher unmittelbar der
Erregerwicklung 2 zufloß, nunmehr über Ventile, beispielsweise die Ventile 13 und
i4', fließen muß. Sobald sich die Polarität des Bürstenpaares, z. B. S, S', umkehrt,
treten an die Stelle der vorher stromführenden Ventile die beiden anderen Ventile,
in diesem Fall also die Ventile 1d. und i3', so daß die leitende Verbindung der
Phase mit der Erregerwicklung keinen Augenblick unterbrochen wird. Bei der Bemessung
der Zwischenlamellen i i und 12 braucht nur auf die Größe der zwischen der Kontaktbewegung
und den zugeführten Wechselströmen bei verschiedenen Betriebsverhältnissen zu erwartenden
Phasenverschiebung Rücksicht genommen zu «erden. Die Gleichrichter sind nur für
geringen Strom auszulegen, da sie nur den Strom einer Bürste und auch diesen nur
in der Nähe des Nulldurchganges führen müssen. - Während der übrigen Zeitdauer kann
man die Gleichrichter, um sie nicht unnötig zu beanspruchen, durch besondere Maßnahmen
abschalten.
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Das beschriebene Ausführungsbeispiel stellt eine Anlage dar, bei der
dem Schaltstromrichter Ströme von festliegender Phasenlage zugeführt werden. Diese
Ströme werden mit Hilfe des Stromtransformators 3 dem Belastungsstromkreis des Stromerzeugers
i entnommen und sind daher in ihrer gegenseitigen Phasenlage eindeutig bestimmt.
Für die einwandfreie Kommutierung solcher Ströme genügt es, wenn sich die Bürsten
der jeweils die Stromrichtung wechselnden Phase zur Zeit des Stromnulldürchganges
auf den Zwischensegmenten befinden. Beim Übergang der Bürste vom Hauptsegment auf
das Zwischensegment, z. B. der Bürste R vom Segment ; auf das Zwischensegment 12,
ändert sich unter dieser Voraussetzung die Stromrichtung noch nicht. Der Kommutierungsvorgang
vollzieht sich zwanglos erst im Augenblick des Stromnulldurchganges durch die Wirkungsweise
der Ventilzc11e, z. B. i4., und ist daher rein in diese verlegt.
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Im wesentlichen die gleiche Wirkungsweise wird aber auch dann erreicht,
wenn nicht die Bürstenströme, sondern die Spannungen in den Bürstenstromkreisen
festliegen. Es sind beispielsweise durch das Segment 7 die Bürsten R und T' miteinander
verbunden und dadurch die zwischen ihnen liegenden Transformatorphasen kurzgeschlossen.
In dem Augenblick, in dem die Spannungen beider Phasen gleich groß sind, fließt
zwischen den beiden Bürsten kein Kurzschlußstrom, die Bürsten liefern dann gleich
große Ströme an den Stromverbraucher 2. Von diesem Zeitpunkt an nimmt die Spannung
im Stromkreis der Bürste R ab, während die Spannung im Stromkreis der Bürste T'
zunimmt. Infolge der Induktiv ität des Kurzschlußstromkreises hat aber der Spannungsunterschied
nicht die sofortige Ausbildung eines Kurzschlußstromes zur Folge, der aus der Bürste
T' über das Segment 7 in die Bürste R fließen würde, sondern es wird zunächst der
Strom der Bürste R allmählich abnehmen,- ohne sogleich seine Richtung zu wechseln.
Für die einwandfreie Wirkungsweise der Kommutierung genügt es, daß die Bürste R
noch vor ihrem Stromrichtungswechsel auf das Zwischensegment 12 übertritt. Der Kommutierungsvorgang
vollzieht sich dann in gleicher Weise, wie er oben für das Ausführungsbeispiel nach
Fig. i beschrieben wurde. Hat bei dem Übertritt der Bürste R vom Segment 7 auf das
Zwischensegment 12 die Stromrichtung noch nicht gewechselt, so fließt auch noch
kein Strom zwischen den Bürsten R und T', und es ist daher auch bei dem Segmentwechsel
der Bürste R kein Kurzschlußstrom zu unterbrechen. Die Sperrwirkung des Ventils
1q hat deshalb kein Schaltfeuer zur Folge.
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Eine bessere Gleichrichterausnutzung kann durch eine Erhöhung der
Phasenzahl der Speisung erzielt werden. Bei einer Kommutierungsbreite von beispielsweise
2ö° elektrisch könnte man die Phasenzahl gegenüber dem Ausführungsbeispiel ohne
weiteres auf das Doppelte oder im Grenzfall auch auf das Dreifache steigern. Die
Phasensteigerung kann dabei in bekannter Weise durch mehrere Wicklungen auf dem
Stromtransformator 3
und dem Spannungstransformator 4 in entsprechender
Zick-Zack-Schaltung erreicht werden.
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Um die Spannung zwischen benachbarten Kontaktsegmenten zu verringern,
kann man die Zahl der isolierenden Zwischenteile erhöhen, wie beispielsweise in
Fig. 2 dargestellt ist. Hier liegt zwischen den Hauptkontaktsegmenten 7 und 8 beiderseitig
eine Gruppe g bzw. to von-je drei"Zwische4segmenten, die sinngemäß über zwei Reihen
von Ventilen 5 und 6 untereinander und mit den Hauptsegmenten verbunden sind. Die
Ventilzweige der Graetz-Schaltung enthalten so viel Ventilstrecken, daß mehrere
Paare von Wechselstromzuführungspunkten entstehen. Die Wechselstromphasen werden
im Bereich des Stromnulldurchganges nacheinander auf diese verschiedenen Anschlußpunkte
umgeschaltet. Die durch das einzelne Segment zu schaltende Spannung wird dadurch
auf ein Bruchteil herabgesetzt. Diese mehrfache Unterteilung ist auch dann zweckmäßig,
wenn bei Verwendung einer hohen Phasenzahl und einer durch die Betriebsverhältnisse
bedingten großen Kommutierungsbreite der Bürstenabstand kleiner wird als die Kommu=
tierungsbreite.
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Fig. 3 zeigt eine Anordnung, bei der die Gleichrichter zeitweise überhaupt
nicht beansprucht werden. Hier ist ebenfalls eine Mehrzahl von Zwischensegmenten
verwendet, die abwechselnd nur mit dem einen bzw. nur mit dem anderen Hauptsegment
7 bzw. 8 über je eine Ventilstrecke 15 und 15' bzw. 16 und 16' verbunden 'sind.
Eine ständige Verbindung der beiden Hauptsegmente durch Ventile besteht also nicht.
Die Bürsten müssen dabei so breit ausgeführt sein, daß sie immer zwei Zwischensegmente
gleichzeitig überdecken. Für die beiden in dieser Weise durch die Bürsten parallelgeschalteten
Zwischensegmente ergibt sich dann jeweils der gleiche Schaltzustand, wie ihn beispielsweise
Fig. z zeigt. An Stelle dieser Aufspaltung der Kommutierungssegmente in der Umfangsrichtung
können diese auch senkrecht zur Drehachse zerlegt und die, Gleichrichter in analoger
Weise -wie in Fig. r bis 3 mit den Teilsegmenten verbünden werden. Durch das bekannte
Einschalten von gesättigten Drosseln in den Phasen wird ein abgeflachter Stromnulldurchgang
erhalten, z: B. können dadurch die zur Kommutierung verwendeten Gleichrichter noch
weiter verkleinert werden.
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Bei den dargestelltenAusführungsbeispielen wurde der besseren Übersichtlichkeit
wegen stets die Ausbildung der Schaltkontakte als umlaufender Kommutator angenommen.
Diese Ausführungsform ist aber keineswegs unerläßlich. Man kann die an Hand dieser
Ausführungsform erläuterten Schaltmaßnahmen auch bei anders ausgebildeten Schaltstromrichtern,
beispielsweise bei Schaltstromrichtern mit schwingend angetriebenen Einzelkontakten,
verwenden.