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Stromrichterschaltung mit Spannungsregelung auf der Wechselstromseite
Die Erfindung betrifft eine Stromrichterschaltung, die ohne Zuhilfenahme von Steuergittern
eine Spannungsregelung in einem weiten Bereich gestattet. Sie kommt deshalb in erster
Linie bei Trockengleichrichtern., aber auch bei Stromrichtern mit an sich nicht
steuerbaren Entladungsstrecken in Betracht. Auch für Kontaktumformer ist die Erfindung
anwendbar. Es ist bekannt, die Spannung eines Gleichrichters, z. B. eines Trockengleichrichters,
dadurch zu regeln, da,ß die speisende Wechselspannung geändert wird. Hierzu kann
man sich eines Drehtransformators bedienen, dessen Sekundärwicklung in Reihe mit
dem .speisendes Nctz geschaltet ist. In diesem Fall beruht, wenn man die Sekundärwicklung
des. Drehtransformators, als. Spannungsquelle betrachtet, die Regelwirkung darauf,
daß die Spannungen zweier Spannungsquellen, nämlich die des, Netzes und die des
Drehtransformators, in der Phase gegeneinander verdreht werden. Auch die Erfindung
benutzt zur Spannungsregelung die gcgens,eitige Verdrehung der Phasenlage zweier
auf deT Wechselstromseite der Ventile bzw. Umformerkontakte wirksamer Spannungs,
quellen. Sie ist für jede beliebige Phasenzahl anwendbar. Gegenüber der erwähnten
Spannungsregelung mittels eines, mit diemz Wechselstromnetz in Reihe geschalteten,
Drehtransformators bietet die Erfindung den Vorteil, daß d!er Aufwand an Typenleistung
für die verwendeten Transformatoren geringer wird.
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Wird mit n die Phasenzahl der Stromrichterschaltung bezeichnet, so
besteht die Erfindung darin, daß die eine Spannungsquelle mit zwei n-Ventilen bzw.
Umformerkontakten eine n-phasige Nullpunktschaltung
bildet, in
deren jeder Phase zwei Ventile bzw. Kontakte in, Reihe liegen, während die zweite
Spannungsduelle sä an die Verbindungen zwischen je zwei der gleichen Phase angehörigen.
Ventilen bzw. Kontakten angeschlossen ist, daß sie mit den letzteren eine ya-phasige
Graetzschaltung bildet.
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Die Wirkungsweise der Stromrichterschaltung gemäß der Erfindung möge
an Hand des in Fig. i der Zeichnung dargestellten Aus,führungsbeispieleis, näher
erläutert werden. An das Drehstromnetz R, S, T ist zunächst die Primärwicklung eines
festen dreiphasigen, Transformators: i angeschlossen, dessen in Stern geschaltete
Sekundärwicklung die eine Spannungsquelles bildet. An die Sekundärwicklung dieses
Transformators sind zwei Sätze 3 und 4 von. je drei Ventilen so angeschlossen, daß
eine Gleichrichteranordnung in Nullpunktschaltung entsteht, in deren jederPhase
je einVentil des einen. Satzes3 mit einem Ventil des, anderen Satze@si 4 in; Reihe
liegt. Die Kathoden der Ventile des Ventilsatzes 4 sind in bekannter Weise untereinander
verbunden, und über einen Selbstschalter 6 an den Pluspol des -Verbrauchers 5 angeschlossen.
Der Minuspol des Verbrauchers 5 ist mit dem sekundären Sternpunkt des TränsTormators
i verbunden.
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Die zweite Spannungsquelle, deren, Phasenläg,-gegenüber der Sekundärspannung
des. Transformators i regelbar ist, wird durch den D,rehtransfoarmätor 2 gebildet,
dessen Primärwicklung parallel zu der Primärwicklung des. Transformators, i ebenfalls
an dem Netz R, S, T liegt und dessen: Sekundärwicklung in Stern geschaltet ist.
Die einzelnen freien Phasenklemmen der Sekundärwicklung des Drehtransformato,rs2
sind an die Verbindungspunkte zwischen je zwei Ventilen der Ventilsätzei 3 und 4
so, angeschlossen, daß die Sekundärwicklung desi Drehtransformators 2 zusammen mit
den: Ventilen eine Graetzschaltung bildet.
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Um die, Wirkungsweise der dargestellten Gleichrich.terschaltung zu
erläutern, werde zunächst angenommen, daß die Sekundärspannung des Drehtransformators
2 ihrer Größe nach mit der des. festen Transformators i übereinstimme. Beide mögen
beispielsweise eine Phasenspannung von einem Effektivwert gleich i50 V liefern.
Ist nun die Sekundärspannung des Drehtransformators; 2 mit derjenigen des Transformators
i in Phase, so ist nur der Transformator i belastet. Die Anordnung liefert in diesem
Fall eine Gleichspannung, welche i60 V beträgt. Liegen, dagegen die Sekundärspan.-nung
U1 des Transformators i und die Sekundärspannung U2 des Drehtransformators 2 in
Gegenphase, so, ergibt sich ein Stromweg, der in, Fig. i , punktiert eingezeichnet
ist. Der Strom der für den Transformator i mit 1, und für den Transformator
z mit 1, bezeichnet ist, fließt von dem Sternpunkt des Transformators, i in dem
betrachtetwn Augenblick über dessen linke Phasenwicklung, das linke Ventil des Satzes
3, die linke und die mittlere Phase des. Drehtransformatom 2 und. dann durch das
mittlere Ventil des Satzes 4 zu dem Pluspol des Verbrauchers 5. Von dem Minuspol
des Verbrauchers, fließt der Strom zu dem sekundären Sternpunkt dies Transformators
i zurück. Dabei -ist) wie man ohne weiteres erkennt, die Spannung der lin. ken Phase
des. Transformators, i mit den Spannungen der linken und der mittleren Phase des
Drehtransformators 2 in Reihe geschaltet, so daß die Anordnung eine dreimal so,
höhe Gleichspannung liefert wies in dem vorher betrachteten Fall. Bei allen anderen
Phasenlagen der Sekundärspannung des. DrehtransIormators 2 gegenüber der Sekundärspannung
des Transformators, i ergeben sich entsprechende Zwischenwerte für die abgegebene
Gleichspannung.
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Da die Ventilanordnung in bezug auf den Trans formator i eine Nullpunktschaltung,
in bezug auf dein Drehtransformator 2 dagegen eine Graetzschaltung bildet, führt
jede Phase des Transformators. i nur in .jeder zweiten Halbwelle Strom, während
die Phasen desi Drehtransformators 2 in beide Halbwellen Strom führen. Es ergibt
sich für die Ströme .T1 und 12 mithin, das. in Fi:g. 2 dargestellte Bild.
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Fig. 3 zeigt den. Verlauf der Gleichspannung Ugi als Funktion der
Phasenverschiebung 9a zwischen den beiden Spannungsquellen von o bis i80°. Die Zahlenwerte
beziehen sich auf das obengenannte Beispiel, bei welchem dieEffelztivwerte derPhasenspannungen
beider Transformatoren i und 2 zu je 150 V angenommen wurden. Man erkennt aus Fig.
3, daß die Gleichspannung, beginnend mit dem kleinsten Wert von i60 V, mit wachsender
Phasenverschiebung T nach einem Sinusgesetz ansteigt; bis sie schließlich bei p=i8o°
den Maximalwert von 4g0 V erreicht. Die Gleichspannung Ugi kann, wenn; die Phasenspannungen
Ui und U2 der Größe nach übereinstimmen:, bis auf 33"/o des Höchstwertes herabgeregelt
werden. Entsprechend ändere Regelbereiche ergeben sich, wenn. die Spannungen der
beiden in der, Phase gegeneinander verdrehbaren Spannungsquellen nicht übereinstimmen.
Der Steuerbereich, der bei Fig: 3 66°/a beträgt, wird z. B. kleiner, wenn man U2
kleiner als, Ui wählt, und größer, wenn U2 größer ist als U1.
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Von Interesse ist die höchste Beanspruchung vier Ventile während ihrer
Sperrzeit. In dem betrachteten Zahlenbeispiel ist bei einer Phasenverschiebung 9P
= o° die Sperrbeanspruchung der Ventile des Satzes 3 gleich ö, die Ventile
des; Satzes 4 werden dagegen mit einer Spannung von 330 V in Sperrichtung
beansprucht. Bei einer Phasenverschiebung p = i80° ergibt sich dagegen für die Ventile
des: Satzes, 3 eine maximale Sperrbeanspruchung von 65o V und für die Ventile des
Satzes 4 eine solche von wiederum 330 V. Die Sperrbeanspruchung der Ventilgruppe
4 bleibt. somit unabhängig von der e@ingeregelten Gleichspannung konstant. Werden
die Phasenspannungen U1 und, U2 verschieden groß gewählt; so ändern: sich die maximalen
Sperrbeanspruchungen der Ventile analog.
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Es ist ohne weiteres einzusehen, daß der feste Transformatö.r und
der Drehtransiformator ihre Rolle vertauschen können;. Anstatt die Primärwick-
Jung
des Drehtransformators 2, wie in Fig. i dargestellt, zu der Primärwicklung des Transformators
i parallel zu schalten, kann man sie auch an dessen Sekundärwicklung anschließen.
Es. entsteht dabei eine Art Kaskade. In: diesem Fall kann die Isolation der beiden
Wicklungen der Spannungsquelle 2 herabgesetzt werden, sofern diese Kaskade isoliert
aufgestellt wird. Das ist wichtig, wenn die Erfindung auf HochspannungsstromrichterAnwendung
finden soll.
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Die Erfindung kann auch für Saugdro@sselschaltungen benutzt werdieni.
Man kann mit ihrer Hilfe in Fällen, wo, eine: einanodige Gleichrichteranlage auf
erhöhte Spannung gebracht werden soll, unter Beibehaltung der alten Teile das angestrebte
Ziel lediglich durch Zusatz einer gleich großen Anzahl von Gefäßen: und einels erreichen.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht in, der Verminderung
der Gefahr von Durchzün, dungen, die, bei Ventilen, mit Steuergittern bei kleinem
Aussteu:erungs:grad infolge der auftretenden positiven Spannungsspitzen, entstehen
können. Diese positiven Spannungsspitzen fallen bei Anwendung der Erfindung fort.
Bei gittergesteuerten Ventilen wird der beim Erlöschen: einer Anode an ihr auftretende
schroffe negative Spannungsanstieg mit kleiner werdender Auseteuerung immer größer,
wodurch die Rückzündungs:gefahr erhöht wird. Dieser Nachteil wird durch die Erfindung
ebenfalls völlig vermieden.
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Vergleicht man eine Anordnung nach der Erfindung mit einer dreiphasigen
Nullpunktschaltung mit Regelung durch Steuergitter sowie mit einer dreiphasigen
Nullpunktschaltung mit zum Zwecke der Regelung vorgeschaltetem Drehtranisiforrnator,
so ergibt sich, daß die für die Transformatoren aufzubringende Typenleistung sich
bei der Anordnung nach der Erfindung zu denk beidem; anderen Anordnungen verhält
wie 2,42 : 3 :3. Durch die Erfindung wird also die Typenleistung um 2o% verkleinert.