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Stromrichter mit Spannungskommutierung Stromrichter der gewöhnlichen
Art arbeiten mit Stromkommutierung, welcher Ausdruck bedeutet, daß der Strom, der
auf der Gleichstromseite durch eine Drosselspule im wesentlichen geglättet gehalten
wird, zwischen den verschiedenen Ventilstrecken des Stromrichters 'kommutiert wird,
je nachdem die Spannungen über diesen Ventilstrecken geändert werden. Es ist jedoch
auch bekannt, einen Stromrichter mit Spannungskommutierung arbeiten zu lassen, was
bedeutet, daß die Spannung auf der Gleichstromseite im wesentlichen konstant gehalten
wird, beispielsweise durch einen zum Stromrichter unmittelbar, ohne Zwischenschaltung
reaktiver Elemente, parallel geschalteten Kondensator, während der Strom zwischen
den Polen der Wechsel- und der Gleichstromseite abwechselnd durch Hauptventile und
zu diesen entgegengesetzt gerichteteHilfsventilefließt, je nach der Stromrichtung
in dem Augenblick, wenn die Wechselspannung einer gewissen Phase durch Null geht.
(Die Wechselspannung kann in diesem Fall nicht sinusförmig sein, falls der Stromrichter
nicht eine unendliche Pulszahl hat.) Die Kommutierung kann, wie bereits vorgeschlagen,
eine erzwungene oder auch eine freiwillige sein, in welch letzterem Fall die Wechselstromseite
jedoch mit Geräten versehen werden muß, die die für die Kommutierung erforderliche
Blindleistung liefern.
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Wenn Stromrichter für hohe Spannungen, beispielsweise für die Fernübertragung
über eine Gleichstromleitung, verwendet werden sollen, schaltet man im allgemeinen
mehrere Teilstromrichter in Reihe, und um hierbei eine hohe Pulszahl
zu
erreichen, schließt man gewöhnlich die verschiedenen Teilstromrichter auf der Wechselstromseite
an Transformatorwicklungen mit gegenseitig phasenverschobenen Spannungen an. hei
spannungskommutierenden Stromrichtern stößt eine derartige ,Schaltung auf gewisse
Schwierigkeiten, wie aus folgendem hervorgeht.
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Wenn man die Verhältnisse bei strom- und spannungskommutierenden Stromrichtern
vergleichen will, zeigt eine nähere Untersuchung, daß das, was für die Ströme in
einem Fall gilt, im anderen für -die Spannungen .gilt, und umgekehrt. So gilt z.
B. für in -Reihe geschaltete stromkommutierende Stromrichter, die in verschiedener
Phasenlage an dasselbe Netz angeschlossen sind, daß sie das Netz reit Strömen belasten,
deren Grundwellen gleich und gleichphasig sind, während die Oberwellen nummerisch
gleich, aber von verschiedener Phasenlage sind. Dasselbe Verhältnis tritt bei den
Spannungen von wechselstromseitig parallel geschalteten und gleichstromseitig in
Reihe geschalteten spannungskommutierenden ,Stromrichtern auf. Die also in verschiedener
Phase und jeweils in direkter Gegenphase liegenden Spannungsoberwellen können, falls
sie sich durch die Teilstromrichter schließen, starke Ausgleichströme erzeugen.
Die Erfindung betrifft deshalb eine Anordnung bei in Reihe geschalteten spannungskommutierenden,
in verschiedener Phase arbeitenden Teilstromrichtern, bei der durch besondere Maßnahmen
ein Kurzschluß der Spannungsoberwellen durch die Teilstromrichter verhindert ist.
Als Beispiele solcher Maßnahmen können die Einschaltung von Saugdrosseln zwischen
die Außenpole der verschiedenen Transformatoren oder auch die Zusammenführung der
@Glättüngs'kondensatoren der verschiedenen Stromrichter zu einem gemeinsamen Kondensator
genannt werden. Zwischen den Polen dieses Kondensators können die verschiedenen
Spannungsoberwellen sich frei ausbilden, aber gleichzeitig gleichen sie sich gegenseitig
aus und erzeugen deshalb keine Ausgleichströme. Gegebenenfalls können diese: beiden
Arten von Maßnahmen zusammen verwendet werden, indem z. B. die Teilstromrichter
in Gruppen zusammengeführt werden, jede mit einem gemeinsamen Glättungskondensator,
wobei Saugdrosseln zwischen den Transformatoren oder Transformatorgruppen dieser
Gruppen eingeschaltet werden.
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Es soll bemerkt werden, daß man zwar die Entstehung von Ausgleichströmen
durch die Reihenschaltung der Teilstromrichter auf der Wechselstromseite verhindern
könnte, daß diese Maßnahme jedoch deshalb nicht praktisch verwendbar ist, weil man
bei einer solchen Schaltung keine Möglichkeit hat, die Spannung in richtiger Weise
auf die einzelnen Teilstromrichter zu verteilen.
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Zwei Ausführungsformen der Erfindung sind in Fig. i und 2 der Zeichnung
schematisch dargestellt. In Fig. i bezeichnen i bis 4. vier sechspulsige, zweiweggeschaltete
Teilstromrichter, die Gleich-oder Wechselrichter sein können und die an Transformatoren
derart angeschlossen sind; daß sie zusammen einen 24pulsigen Stromrichter bilden.
Jeder Teilstromrichter hat in bei Spannungskommutierung gebräuchlicher Weise zwei
Ventilstrecken zwischen jedem Wechselstrompol und jedem Gleichstrompol, wobei die
eine Ventilstrecke normal und die andere, die den Strom in entgegengesetzter Richtung
dürchläßt, bei Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung während der Periodenteile
arbeitet, wenn die -Stromrichtung in bezug auf die Spannung entgegengesetzt der
normalen ist.
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Der Teilstromrichter i ist an eine sterngeschaltete Sekundärwicklung
5 eines Transformators angeschlossen, dessen Primärwicklung 6 in verlängertem Dreieck
geschaltet und derart bemessen ist, däß ihre Phasenlage derjenigen einer an dasselbe
Netz angeschlossenen einfachen Dreieckwicklung um 7,5° voreilt. Da die Sekundärwicklung
sterngeschaltet ist, wird ihre Phasenlage derjenigen der Primärwicklung um 30° .vor-
oder nacheilen. Wählt man den ersteren Fall; so wird die @Sekundärspannung der Netzspannung
um 37,5° voreilen.
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Der in der Reihe dem Stromrichter i am nächsten liegende Stromrichter,
der mit Rücksicht auf die Phasenlage seiner Wechselspannung mit 3 bezeichnet ist,
ist an eine Dreieckwicklung desselben Transformators angeschlossen, weshalb ihre
Wechselspannung derjenigen des Stromrichters i um 30° nacheilen wird.
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Der nächste, mit 2 bezeichnete Stromrichter ist an die sterngeschaltete
Sekundärwicklung 8 eines Transformators angeschlossen, dessen in verlängertem Dreieck
geschaltete Primärwicklung 9 eine Spannung führt, die derjenigen des Netzes um 7,5°
nacheilt, und da die Sekundärspannung hier infolge der Sternschaltung der Primärspannung
um 30° voreilt, wird sie der Netzspannung um 22,5° voreilen.
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Der vierte, mit ¢ bezeichnete Stromrichter ist an eine dreieckgeschaltete
Sekundärwicklung in desselben Transformators wie die Wicklungen 8 und 9 angeschlossen,
was in Übereinstimmung mit dem Vorstehenden eine Nacheilung von 7,5° in bezug auf
das Netz gibt.
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Da jeder der Stromrichter sechspulsig ist, wird er auch in Phasenlagen
kommutieren, die um ganze Vielfache von 6o° im Verhältnis zu den obengenannten phasenverschoben
sind, und man findet also, daß eine Kommutierung in 24 verschiedenen Phasenlagen
mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 15° stattfindet, weshalb -der ganze
Stromrichter 24pulsig arbeitet. Die verschiedenen Teilstromrichter kommutieren hierbei
in der Folge 1, 2, 3, 4.
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Die eben genannte Vielpulsigkeit hat zur Folge, daß keine Oberwellen
niedrigerer Ordnungszahl als 23 auf das Netz hinausdringen können, dagegen würde
aber, falls jeder Teilstromrichter ein Ganzes für sich mit eigenem Glättungskondensator
bildete, beispielsweise die fünfte und siebente Oberwelle der Stromrichter i und
3, die gegeneinander um i8o° phasenverschoben sind, sich zueinander in dem Strornkreis
addieren, die die Kondensatoren
der beiden Stromrichter zusammen
mit dem gemeinsamen Transformator bilden. Durch die Einführung des gemeinsamen Glättungskondensators
i i wird es ermöglicht, daß die Spannungsoberwellen sich jede für sich ausbilden
können, ohne irgendwelche derartige Ausgleichströme zu verursachen.
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i9 bezeichnet eine Kondensatorbatterie, die die für eine freiwillige
Kommutierung erforderliche Blindleistung liefern kann. In Reihe mit jedem Kondensator
liegt eine Drosselspule für die Dämpfung von Oberwellen.
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Fig. i zeigt auch einige andere Einzelheiten, die in gewissen Fällen
für die Glättung der Gleichspannung von Bedeutung sind. Besonders bei plötzlichen
Belastungsschwankungen bzw. Einschaltvorgängen tritt, bevor die `'Wechselstromkreise
sich dem neuen Betriebszustand angepaßt haben (während der Einschwingung), eine
Gleichstromkomponente in den Wechselstromkreisen auf, der eine Wechselstromkomponente
von Netzfrequenz zwischen den Gleichstrompolen entspricht. Um diese Komponente zu
beseitigen oder beträchtlich herabzusetzen, ist zwischen den Gleichstrompolen ein
Reihenresonanz'kreis eingeschaltet, der einen Kondensator 15 und eine Drosselspule
16 enthält, die für die Frequenz des Wechselstromnetzes gegenseitig abgestimmt sind.
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Falls das Wechselstromnetz eine Schrägbelastung erlitt, entsteht zwischen
den Gleichstrompolen eine Wechselspannungskomponente von der doppelten Netzfrequenz.
Um auch diese Komponente im wesentlichen zu beseitigen, ist in Fig. i zwischen den
Gleichstrompolen ein weiterer Reihenresonanzkreis eingeschaltet, bestehend aus Kondensator
17 und Drosselspule 18 und abgestimmt für die doppelte Netzfrequenz.
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Fig. 2 hat gleich wie Fig. i vier Teilstromrichter 1, 2, 3, q., die
an zwei auf der Primärseite parallel geschaltete Transformatoren mit den gleichen
Bezeichnungen wie in Fig. i angeschlossen sind. Für den Spannungsausgleich auf der
Gleichstromseite sind hier jedoch zwei Kondensatoren 12, 13 vorgesehen, einer für
jeden Transformator. Indem jeder dieser Kondensatoren für zwei Teilstromrichter
gemeinsam ist, können die in letzterem erzeugten, phasengleichen Spannungsoberwellen
!, keine Ströme in einem Kurzschlußkreis durch den Transformator ausbilden; dagegen
würde, falls keine besonderen Maßnahmen dagegen vorgesehen wären, ein Kurzschlußstrom
sich über beide Transformatoren durch das eine Stromrichterpaar und den Kondensator
des anderen Paares ausbilden können. Um diesem vorzubeugen, ist gemäß Fig. 2 eine
dreiphasige Saugdrossel 14 zwischen den Primärwicklungen der beiden Transformatoren
eingeschaltet, und die drei Pole des Netzes sind an. die Mittelpunkte der Wicklungen
dieser Saugdrossel angeschlossen. In diesen Wicklungen werden Spannungen ausgebildet,
die den in der gleichen Phase vorhandenen Spannungsoberwellen gleich groß und entgegengesetzt
sind, weshalb diese Oberwellen sich auch hier ausbilden können, ohne irgendwelche
Kurzschlußströme zu erzeugen.
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Falls man bei einer Ausführung nach Fig. 2 Resonanzkreise derselben
Art, wie die die Geräte 15 bis 18 enthaltenden Kreise in Fig. i, einführen will,
sollen getrennte Kreise dieser Art parallel zu jedem Glättungskondensator 12 bzw.
13 geschaltet werden.