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Mechanisch angetriebener Mehrphasen-, insbesondere Drehstrom-Hochspannungsgleichrichter
Die Abgabe mehrerer in Betrag und Form unterschiedlicher und für den Verbrauch nutzbarer
Spannungen ist bei mechanischen Wechselstromgleichrichtern bereits durch Anwendung
mehrerer Kommutatoranordnungen bekannt. An den Klemmen des von einem Hochspannungstransformator
gespeisten Gleichrichters werden in diesem Fall zwei oder mehrere verschiedene Spannungen
abgegeben, die sich jedoch infolge der Eigenart der Einphasengleichrichtung nur
wenig voneinander unterscheiden und außerdem sehr wellig bzw. zerhackt verlaufen.
Erfahrungen. mit Elektrofiltern haben nun gezeigt, daß eine annähernd konstante
Betriebsspannung die günstigste Spannungsform für die Abscheidung von gut leitendem
Staub aus Gasen oder Gasgemischen darstellt, während bei Elektrofiltern, in denen
schlecht leitender Staub niedergeschlagen wird, eine wellige oder stoßartige Spannungsform
mehr von Vorteil sein kann. Die Forderung nach einer möglichst konstanten Gleichspannung
wird von dem bekannten mechanischen Mehrphasenwechselstrom-, insbesondere Drehstromgleichrichter,
erfüllt. In der Hauptsache sind zwei Arten von solchen mechanischen Mehrphasenwechselstromgleichrichtern
bekannt, und zwar die eine mit einer und die andere mit zwei Kommutatoranordnungen.
Die zweite Kommutatoranordnung der zweitgenannten Ausführungsform hat lediglich
dieAufgabe, den Strom-Fluß der einzelnen Phasen des Hochspannungstransformators
aufrechtzuerhalten, was durch künstliche
Belastung der-. jeweils
anzuschaltenden Phase über einen Widerstand erfolgt. An. den Klemmen des mechanischen
Dnehstromgleichrichters wird immer nur eine Verbraucherspannung abgegeben. Allerdings
kann in bekannter Weise der-Sterrlpunki des Hochspannungstransformators zur Abgabe
einer weiteren Gleichspannung herangezogen werden: Bei ;dieser Schaltung ist zwischen
dem herausgeführten Sternpunkt und einer Klemme des Gleichrichters als weitere Spannung
die gleichgerichtete Sternpünktspannung vorhanden, die jedoch 'wegen ihres geringen
Betrages nur in sehr beschränktem Maße zu Sprühentladungen herangezogen werden kann.
Abgesehen von der Ausnutzung der gleichgerichteten Sternpunktspannung wird; daher
bisher beim Mehrphasen- bzw. Drehstromgleichrichter stets nur eine Spannung :oder
Spannungsform an den Klemmen nutzbar abgegeben.
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Gegenstand der Erfindung ist iiün ;ein -iriechänischer Mehrphasen-,
insbesondere Drehstrorngleichrichter, der; abgesehen von der gleichgerichteten Sternpunktspannung,
an seinen Klemmen gleichzeitig zwei oder mehr voneinander. in Form und Betrag verschiedene
Gleichspannungen nutzbar abgibt, wobei die wechselstromseitige Speisung des Gleichrichters
wie bisher durch- einen Hochspannungstransformator und demgemäß die Bedienung und
Steuerung des gesamten Gleichrichteraggregates in der Hauptsache nur von einer Schaltstelle
aus erfolgt. Die eine Gleichspannung wird durch mit der Netzfrequenz umlaufende
Schaltsegmente der üblichen Art erzielt, durch die eine. annähernd konstante Gleichspannung
abgegeben wird. Die zweite bzw. anderen Spannungen hingegen werden durch weitere
Kommutatoranördnungen abgenommen. Durch deren Schaltung werden aber nicht wie bei
der bekannten Zwei-Kommutatoranordnung die abzuschaltenden Phasen künstlich über
einen Widerstand belastet, sondern; aus den Spannungskurven des Dreiphasensystems
werden eine zweite oder mehrere zusätzliche Gleichspannungen herausgeschnitten und
-ant den" Klemmen nutzbar abgegeben. Form und Betrag dieser zusätzlich nutzbaren
Spannungen sind hierbei abhängig von Stellung und Abmessung der synchron oder auch
nicht synchron umlaufenden Schaltsegmente in bezug auf die augenblickliche Phasenlage,
die den feststehenden: Kontakten vom Hochspannungstransformator aufgedrückt und
von den umlaufenden Kontakten abgenommen wird. Die abgegebenen Gleichspannungen
können daher- zwischen den beiden Grenzfällen. einer ausgeprägtere Stoßspannung
und einer konstanten Spannung sehr verschiedene Formen und Beträge annehmen. Da
der Spannungsverlauf der zusätzlichen. Spannungen in der Hauptsache von der Kommutatorstellung
zur augenblicklichen Phasenlage abhängig ist, ist es auch möglich, die zweite .Spannung
unabhängig von der ersten Spannung während des» Betriebes. zu regeln, z. B. durch
Verdrehen der feststehenden -Schaltpole mittels eines Handantriebes..
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Wenn, Kommutatoranordnungen zur Anwendung gelangen, die nicht auf
einer gemeinsamen Welle des. Synchronmotors angeordnet sind, sondern jede Kommutatoranordnung
durch einen eigenen Synchronmotor angetrieben wird, kann, die Spannungsregelung
z. B. durch Verdrehen der Statorverstellvorrichtungen der Synchronmotoren erfolgen.
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In vielen Fällen; in denen mehrere Elektrofilter oder Kraftfelder
mit verschiedenen Spannungen gefahren werden und zu diesem Zweck bisher mehrere
Gleichrichteraggregate aufgestellt werden mußten, wird durch die Erfindung daher
nur eine einzige wechselstromartige Speisung ermöglicht und damit Anlage und Betrieb
vereinfacht. Sind die Kommutatoranordnungen auf :einer gemeinsamen Welle des Synchronmotors
angeordnet, so genügt die Aufstellung nur eines Gleichrichters. Ferner werden durch
den Gleichrichter nach der Erfindung die Vorteile des Mehrphasen- bzw. Drehstromgleichrichters
(konstante 'Spannung f!iir die Abscheidung von gut leitendem Staub) mit denen des
Ein-(wellige Spannung für die Abscheidung schlecht leitenden Staubes) in einer Maschine
vereinigt. Daher kann. z. B. die Vorreinigung . des Elektrofilters mit einer ausgeprägten
Spitzenspannung, die Nachreinigung mit dieser konstanten Spannung gefahren werden.
Auch ist es möglich, die zweite oder die anderen: Kommutatoranordnungen für Reservezwecke
bereitzuhalten, so daß sich in diesem Fall die Aufstellung eines Reserveaggregates
erübrigt. Da außerdem jede Kommutatoranordnung etwa 3o-kVA-Leistung zu schalten
vermag, können bei einem Z,weispannungsgleichrichter; bei dem die beiden Kommutatoranordnungen.
auf gemeinsamer Welle angeordnet sind, .etwa 6o-kVA-Leistung (gegenüber 49 kV
A
der bisherigen Ausführung) umgeformt werden, ohne daß dadurch eine besondere
Änderung in der mechanischen Bauart des Gleichrichters erforderlich ist.
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Die Zeichnung veranschaulicht den bekannten Mehrphasen-- bzw. Drehstromgleichrichter
mit zweifacher Kommutatoranordnung (Abb: z) sowie einen Spannungsverlauf (Abb.-2)
in Gegenüberstellung zu zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung, und zwar einen
Zweispannungsdrehstromgleichrichter mit einer synchron rotierenden zweiten Komrnutatoranordnung
(Ab'b. 3 und 4) und einem Zw eispannungsdrehstromgleichrichter mit nicht synchronem
Umlauf der zweiten Kommutatorauordnung .(Abb. 5 und 6).
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Allen Darstellungen zugrunde gelegt ist eine Drehzahl des Synchronmotors
von 1500 U/min und eine wechselstromseitige Frequenz von 5o Hz. Gemeinsame Bezeichnung
in allen Abbildungen haben die hochspannungsseitigen Phasen des Transformators mit
1, 3, 5, die feststehenden Kontakte oder Schaltpole der Kommutatoränordnungen mit
2, ,4, 6, die umlaufenden Kontakte oder Schaltsegmente der ersten Kommutatoranordnung
mit 7, 8, 9, io, ihre Schleifringe mit i i, 12, ihre Bürsten mit 13, 14,
die gleichstromseitigen Abgabeklemmen mit 15, 16 sowie der zwischen: diesen Klemmen
bzw. im ersten Elektrofilter bestehende Spannungsverlauf mit U1.
Es
ist ferner angenommen; daß beide Kommutatoranordnungen gemeinsam auf der Welle des
Synchronmotors angeordnet sind. Welle und Motor sind in der Abbildung der besseren
Übersicht wegen nicht dargestellt, jedoch ist die Drehrichtung der umlaufenden Kontakte
jeweils mit einem Pfeil gekennzeichnet. Die erste Kommutatoranordnung ist in allen
Darstellungen gleichlautend mit A bezeichnet. In Abb. i ist die grundsätzliche Schaltung
des bekannten Drehstromgleichrichters mit zwei Kommutatoranordnungen dargestellt.
Hier bezeichnen ig, 20, 21, 22 die gegen die umlaufenden Kontakte 7, 8, g,
io der Anordnung A versetzten umlaufenden Kontakte der Kommutatoranordnung B und
23 den zugehörigen Schleifring, dessen. Bürste 24. über den Widerstand 32 bei 33
zur Sekundärwicklung des Transformators führt. Beim Ablaufen des Kontaktes io vom
feststehenden Phasenpol 2 wird die Phase i des Hochspannungstransformators mittels
des umlaufenden Kontaktes ig von B über den Widerstand 32 belastet, die Phasenspannung
also zum Zweck der Aufrechterhaltung des Phasenstromes im Widerstand vernichtet.
An den Klemmen 15 und 16 der Anordnung A wird daher nur eine Spannung Ui nutzbar
abgegeben, deren bekannter Verlauf in Abb. 2 dargestellt ist.
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Das der Erfindung entsprechende Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 besitzt
dieselbe Kommutatoranordnung A wie in Abb. i und gibt daher auch an den Klemmen
15 und 16 dieselbe Spannung U1 (Abt. q.) ab. Die zweite Kommutatoranordnung C ist
entsprechend ihrem Zweck anders ausgebildet als A und B. Gegenüber
A besteht ein Unterschied in den Abmessungen der Schaltpole sowie in einer
Phasenverschiebung der die Hochspannung abnehmenden Schaltsegmente 25 und 26, um
den räumlichen Winkel a bzw den elektrischen Winkel 2a,. Die synchron umlaufenden
Schaltsegmente 25 und 26 nehmen-von 2, 4. und 6 nicht, wie bei B in Abb. i, die
zu vernichtende Phasenspannung ab, sondern den verketteten Gleichspannungsbetrag
U2 nach Abb. q., der über Schleifring 27, :Bürste 28 und Klemme 17 dem Elektrofilter
als zweite Spannung zugeführt wird. Wesentlich für den Verlauf der Spannung U. ist
die Phasenstellung undAbmessung der in Funktion tretenden Schaltpole 2, 4., 6 und
25, 26. Durch Einstellung dieser Faktoren kann aus den Wechselspannungskurven
des Mehrphasensystems Form und Betrag der `Spannung U, bestimmt werden, wobei auch
die Entladungscharakteristik des ,Elektrofilters zur Sprühgrenze S zu berüicksichtigen
ist.
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Wie aus Abb. 3 ersichtlich, wird das Erdpotential der zweiten Spannung
gleichzeitig vom Erdungsschaltpaar 8, io von A geliefert, was bei der elektrischen
Parallelschaltung von A' und C ohne weiteres möglich ist. Aus Symmetriegründen sowie
bei Umformung größerer Leistungen kann natürlich auch die zweite Kommutatoranordnung
mit einem eigenenErdun.gsschaltpaar versehen werden. Ferner kann, auch die Anordnung
C so ausgebildet sein, daß sie die Lichtbogenlöschung im Phasenwechsel von A unterstützt.
In diesem Fall müssen bei Phasenablösung in A die umlaufenden Kontakte 25 und 26.
von C in Schaltstellung arbeiten.
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In Abb. 3 ist ferner als Beispiel der Regelung der zweiten Spannung
unabhängig von der ersten Spannung durch Verdrehen: der feststehenden Schaltpole
im Betrieb angedeutet. Die Schaltpole 2,4 und 6 sind zu diesem Zweck durch Isolatoren
37, 38 und 39 mit einem drehbaren Ring 40 verbunden, der durch Handrad 41
über einen Schneckenantrieb 4.2 verdreht werden kann. Dadurch ändert sich die Schaltphasenstellung
des zweiten Kommutators bzw. der zweite Spannungsverlauf. Beispielsweise wird durch
Verdrehen von 2, .I, 6 in die Stellung 2', q.', 6' die in Abb. q. mit U.' dargestellte
Spannung an der Klemme 17 abgegeben.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel mit nicht synchronem Lauf der zweitenKommutatoranordnung
D ist in Abb. 5 dargestellt. Obwohl D auf gemeinsamer Welle mit A sitzt und dieselbe
Drehzahl von i5oo U/min hat, schaltet der umlaufende Kontakt 2g nur mit halber synchroner
Drehzahl, da er im Gegensatz zu den in Abb. 3 dargestellten: nur einpolig ausgebildet
ist. Über den Schleifring 30 und die BÜrste 31 wird dann an der Klemme 18
die in Abb. 6 dargestellte zweite Spannung U3 abgegeben.
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Im äußersten Fall ist es möglich, den zweiten Kommutator asynchron
laufen zu lassen und die Spannung durch Einstellung eines entsprechenden Schlupfes
zu regeln. Dann sitzt selbstverständlich der zweite Kommutator nicht auf gemeinsamer
Welle mit A, sondern wird durch einen Asynchronmotor besonders angetrieben.