DE904794C - Umformer oder Stromrichter mit Schaltdrosseln - Google Patents

Description

• Umformer oder Stromrichter mit Schaltdrosseln Mit Schaltdrosseln lassen sich bekanntlich Umformer oder Stromrichter bauen, deren Entladungsstrecken (Ventile) bzw. Kontakte weitestgehend von Strom und Spannung entlastet werden. Die Schaltdrosseln führen dabei jeweils nur während eines Teiles der Periode der Wechselspannung Strom, während des anderen Teiles ist das zugehörige Ventil gesperrt bzw. der Kontakt geöffnet, und die Drossel liegt bis zurr Wiederschließen des Kontaktes an keiner festen Spannung bzw. nur über einen zur Ventilstrecke bzw. zum Kontakt parallel liegenden Nebenweg, z. B. Kondensator, an Spannung.
• Nach der Erfindung wird im Gegensatz hierzu die Schaltung oder Kontaktzeit derart gewählt, daß auch während der Zeit, in der ein Kontakt stromlos ist, die zugehörige Schaltdrossel an einer festen vorgeschriebenen Spannung liegt. Dies hat den Vorteil, daß der Magnetisierungszustand der Schaltdrossel mit der Spannung während der ganzen Zeit fest vorgeschrieben ist, wobei sich durch zweckmäßige Abmessungen der Drosseln im Vergleich zu dem übrigen Teil des Stromkreises besonders betriebliche Vorteile erzielen lassen. Ein solcher Vorteil ist z. B., daß man es, ähnlich wie bei den saugdrosselähnlichen Transformatoren, mit Hilfe der Erfindung erreichen kann, daß die Klemmenspannung des Umformers, abgesehen von Ohmschen Spannungsabfällen, unabhängig von der Belastung wird. Die letztere Eigenschaft soll an Hand eines Ausführungsbeispiels rechnerisch genau verfolgt werden.
• Fig. i der Zeichnung zeigt eine sechsphasige Schaltung mit zwei Schaltdrosseln 7 und 8, während i bis 6 die sechs Phasen bzw. Kontakte des Umformers sind. Durch eine Glättungsdrossel 9 wird der Gleichstrom beispielsweise geglättet. Fig. 2 der Zeichnung zeigt im oberen Teil die zeitliche Aufeinanderfolge der sechs Phasenspannungen uO, zil usw. und im unteren Teil die zugehörigen Ströme is, il usw. Da die Schaltung sechsphasig ist, fließt über jeden der Kontakte nur während angenähert 1/s der Periode Strom, das heißt während 6o elektrischer Grade. Demgegenüber ist erfindungsgemäß eine Kontaktzeit von angenähert z2o° gewählt, so daß z.B. kurz vor dem Zeitpunkt a der Kontakt 6 öffnet, unmittelbar danach jedoch der Kontakt 4 wieder schließt. Dies hat zur Folge, daß die Reihenschaltung der Drosseln 7 und 8 bis zu diesem Zeitpunkt an der Spannung u6 - u1 und unmittelbar nach dem Zeitpunkt an der Spannung u4 - u1 liegt. Während des Zeitintervalls von a bis (a + 6o) liegt also die Reihenschaltung der Drosseln 7 und 8 an der Spannung u4 - ul. Die Magnetisierung der Drossel 8 im Augenblick a werde mit Bein bezeichnet, die Magnetisierung der Drosseln beim Gleichstrom GL mit B, Ist L die Induktivität im Kommutierungskreis, w bzw. q die Windungszahl bzw. der Eisenquerschnitt der Drosseln, so gilt die Gleichung Mit (u4 - u1) = 2 E sin co t (E -- Effektivwert der Phasenspannung) wird

  1zr E (cos a - cos (a -@- 6o)) = L IG, + 2 wq (BI - Bein) (2)

  oder

  cos a - cos (a + 6o) = 6 f L IGi + 2 wq (BI - Bein) ,

  1@a E - 3 (3)

  Die rechte Seite dieser Gleichung enthält den auf die sechsphasige Leerlaufgleichspannung

  UGIO = 3 Y# E

  bezogenen induktiven Spannungsabfall

  g - 6 f o,5 LIGt + wq (Bi - Bein)

  3 2 E (4)

  Es ist daher, da (cos a - cos (a + 6o)) = cos (a - 6o) ist, g = o,5 cos (a - 6o) . (5) Es ergibt sich also, daß der induktive Spannungsabfall g unabhängig vom Belastungsstrom IG, ist. Für die Gleichspannung abhängig vom Steuerwinkel a erhält man in bekannter Weise unter Vernachlässigung der Ohmschen Verluste

  Uaa = UGao (cos a - g) ,

  UGa = GGZO (cos a - o,5 cos (a - 6o)) , (6)

  Uoa = UGZo y@3 cos (a -@- 3o) .

  2

  Hiernach wird die Gleichspannung am größten, wenn der Steuerungswinkel a = - 3o° eingestellt wird. Für diesen Fall wird das heißt ebenso groß wie bei einer dreiphasigen Schaltung.
• Tatsächlich läßt sich aber, wie im folgenden gezeigt werden soll, der Steuerwinkel a = - 30° praktisch nicht ausführen. Um dies zu zeigen, geht man von Gleichung (z) in folgender Form aus: Charakterisiert man die Größe der Sättigungsdrossel durch ihre auf den Scheitelwert der verketteten Spannung bezogene Stufenlänge wobei d B, die Änderung der Drosselmagnetisierung von positiver zu negativer Sättigungsinduktion bedeutet (B, = B,+ - B,), und führt man die induktive Kurzschlußspannung ein Bei einem mechanischen Stromrichter oder Umformer kann die Kontaktöffnung nur erfolgen, wenn die Magnetisierung der zugehörigen Drossel mindestens auf den Wert B., abgesunken ist. Setzt man für Bein diesen Wert in obige Gleichung ein, so erhält man den kleinstmöglichen Steuerwinkel a.in, Diese Gleichung sagt aus, daß nur dann a = -3o° gewählt werden könnte, wenn sowohl s = 0 als auch BI = B, sein würde; das letztere bedeutet, daß das Eisen der Sättigungsdrossel einen idealen Sättigungsknick bei B, aufweist. Da diese beiden Bedingungen praktisch nicht erfüllt werden können, so muß stets a größer als - 30° bleiben, und man erhält für die größte Gleichspannung Die vorstehende Berechnung zeigt an einem Beispiel, daß tatsächlich die Klemmenspannung des Umformers unabhängig vom Strom wird. Dieses Ergebnis erhält man jedoch nur auf Grund der Voraussetzung, daß die Sättigungsdrosseln während der ganzen stromlosen Zeit an einer fest vorgegebenen Spannung liegen.
• Eine vom Belastungsstrom unabhängige Klemmenspannung ist in manchen praktischen Fällen bedeutsam, sie stellt eine selbsttätige Compoundierung dar. Damit diese Wirkung eintritt, darf die Drossel während der stromlosen Zeit nicht zur Sättigung gelangen, sie muß daher im Verhältnis zur Umspannerspannung eine gewisse Mindestgröße aufweisen.
• Unter Umständen ist es auch möglich, statt der Umspannerspannung allein künstliche Spannungen geeigneter Größe, Phasenlage und Kurvenform zusätzlich in den Stromkreis einzuschalten, z. B. mit Hilfe einer Vorerregung der Sättigungsdrossel. Auf diese Weise läßt sich der Leitungsfaktor des Umformers verbessern.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei mechanischen Umformern oder Stromrichtern die Kontaktzeiten unabhängig vom Betiiebszustand auf einem festen Wert verbleiben können, wodurch erhebliche Vereinfachungen des Kontaktgerätes auftreten. Die Erfindung kann mit Vorteil auch bei Umformern oder Stromrichtern angewendet werden, welche statt mit Kontakten mit Entladungsstrecken (Ventilen aller Art, z. B. Gasentladungsventilen) arbeiten. Sie eignet sich insbesondere für Schaltungen mit hoher Phasenzahl, bei denen die stromlose Zeit zwischen zwei Stromübertragungsperioden kurz ist. Solche Schaltungen kommen z. B. bei der Kommutierung elektrischer Maschinen vor.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Umformer oder Stromrichter mit Schaltdrosseln, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln auch während der stromlosen Zeit dauernd an einer fest vorgegebenen Spannung liegen. a. Umformer oder Stromrichter nach Anspruch i mit Drosseln, welche nur in einer (positiven) Richtung Strom führen, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln derart im Verhältnis zum übrigen Stromkreis bemessen sind, daß sie während der stromlosen Zeit nicht zur negativen Sättigung kommen. 3. Umformer oder Stromrichter nach Anspruch z und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln wählend dei stromlosen Zeit bis auf eine kleine zur Umschaltung erforderliche Zeitspanne, welche nicht größer als Z0-4 bis io-3 Sekunden ist, dauernd an einer der Netzphasen liegen. 4. Umformer oder Stromrichter nach Anspiuch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei sechsphasiger Sternschaltung nur zwei Schaltdrosseln Verwendung finden. 5. Umformer oder Stromrichter nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktzeiten unabhängig vom Betriebszustand einen festen Weit haben. 6. Umformer oder Stromrichter nach Anspruch i bis 5 zur Verwendung für Umformer, Stromrichter oder elektrische Maschinen, insbesondere mit einer von der Belastung unabhängigen Klemmenspannung.