-
Ausgleichssteuerung für Gleichrichter In Anlagen zur Umformung von
Wechselstrom in Gleichstrom werden die zur Umformung dienenden Gleichrichter vielfach
in mehrere Teilgruppen unterteilt, die mit in der Phase gegeneinander verschobenen
Anodenwechselspannungen betrieben werden. Die einzelnen Teilgruppen, die gleichstromseitig
parallel geschaltet sind, können dabei mit einfachen Transformatorschaltungen, insbesondere
den bekannten Sechsphasenschaltungen, arbeiten, weil durch die Phasenverschiebung
der speisenden Wechselspannungen mit Bezug auf den Gleichstromverbraucher der erforderliche
Grad der Gleichförmigkeit der umgeformten Gleichspannung erzielt wird. Bei einer
besonders zweckmäßigen Gleichrichterschaltung dieser Art besteht jede Gleichrichtereinheit
aus zwei Teilgleichrichtern, von denen der eine von einem in Dreieck geschalteten,
der andere von einem in Stern geschalteten Transformator gespeist wird. Anwendungsgebiet
solcher Gleichrichter sind in erster Linie Umformeranlagen großer Leistung, wie
sie beispielsweise in Werken der chemischen Industrie oder in Walzwerken vorkommen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Ausgleichssteuerung für derartige Gleichrichteranlagen,
die eine wesentliche Verbesserung des Betriebes mit sich bringt, wenn durch Aussteuerung
der Gleichrichter die an die Verbraucher abgegebene Gleichspannung betriebsmäßig
geändert werden soll, wenn also beispielsweise in Walzwerksanlagen die zum Antrieb
von Walzgerüsten dienenden Gleichstrommotoren; die über Gleichrichter gespeist werden,
in der Drehzahl geregelt
werden sollen oder wenn in Werken der
chemischen Industrie die über Gleichrichter mit Gleichstrom versorgten chemischen
Bäder mit veränderlicher Spannung bzw. veränderlichem Strom gespeist werden müssen.
Die Erfindung bezieht sich dementsprechend auf Umformeranlagen, die mit gittergesteuerten
Quecksilberdampfgleichrichtern oder anderen bekannten Steuergleichrichtern ausgerüstet
sind und bei denen diese Steuergleichrichter in der oben angegebenen Weise mit phasenverschobenen
Wechselspannungen gespeist werden.
-
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß in Gleichrichteranlagen
dieser Art erhebliche Betriebsstörungen auftreten können, weil bei mehr oder weniger
stark ausgeprägten Oberwellen in der die Gleichrichter speisenden Wechselspannung
bzw. Netzspannung erhebliche Belastungsunterschiede zwischen den gleichstromseitig
parallel geschalteten Teilgruppen einer Gleichrichtereinheit auftreten können. Es
ist bekannt, daß sich die ausgesteuerte Spannung eines Steuergleichrichters nach
einem cos-Gesetz mit dem Steuerwinkel ändert. Dieses cos-Gesetz gilt nicht mehr,
wenn die Netzspannung durch Oberwellen verzerrt wird. Je nach der Ordnungszahl der
betreffenden Oberwelle, nach deren Amplitude und Phasenlage erhält man verschiedeneAussteuerungskennlinien.
Wenn die Netzspannung beispielsweise eine fünfte, siebente, elfte usw. Spannungsoberwelle
aufweist, erscheint diese auch auf der Sekundärseite der beiden Transformatoren,
über die die gleichstromseitig parallel geschalteten Gleichrichtergruppen gespeist
werden. Wegen der vorausgesetzten Phasenverschiebung der Anodenspannungen der beiden
Teilgleichrichter ist die Phasenlage der Oberwellen mit Bezug auf die Anodenspannungen
der beiden Teilgleichrichter nicht mehr dieselbe, sondern beispielsweise um 18o°
phasenverschoben. Während sich die Oberwellen in dem einen System zu den Anodenspannungen
addieren, müssen sie bei dem anderen Teilgleichrichter subtrahiert werden. Das hat
zur Folge, daß zu gleichen Zündwinkeln der beiden Teilgleichrichter verschiedene
Gleichspannungen und dementsprechend auch verschiedene Belastungsströme gehören.
Diese Verhältnisse ändern sich mit der Phasenlage der Oberwellen relativ zur Grundwelle
der .Anodenspannungen.
-
Gemäß der Erfindung werden die durch die Oberwellen bedingten Schwierigkeiten
dadurch behoben, daß der Aussteuerungsgrad der Teilgleichrichter in Abhängigkeit
von der Differenz. der Belastungsströme selbsttätig derart geändert wird, daß der
Zündzeitpunkt des einen höheren Belastungsstrom führenden Teilgleichrichters im
Sinne einer Phasennaeheilung, der Zündzeitpunkt des einen kleineren Belastungsstrom
führenden Teilgleichrichters dagegen im Sinne einer Phasenvoreilung geändert wird.
-
Die Erfindung hat den Vorteil, daß Gleichrichteranlagen, die bei normalen
Netzverhältnissen durchaus zufriedenstellend arbeiten, auch beim Anschluß an Netze
mit mehr oder weniger stark ausgeprägten Oberwellen mit gleichbleibender, d. h.
von dem Netzzustand unabhängig guter Belastungsverteilung betrieben werden können.
Die Erfindung macht die Gleichrichteranlage von dem Zustand des speisenden Wechselstromnetzes
unabhängig. Das ist besonders wichtig, weil vielfach der Oberwellengehalt eines
eine Gleichrichteranlage speisenden Wechselstromnetzes sich je nach der Betriebsart
des Netzes (Kupplung mit anderen Wechselstromnetzen, Art und Betriebsweise angeschlossener
Großverbraucher usw.) ändern kann und vor allen Dingen der Umfang und der Zeitpunkt
des Eintritts einer solchen Änderung nicht vorausgesehen werden kann. Es wurde vorgeschlagen,
den durch die Oberwellen bedingten Schwierigkeiten dadurch zu begegnen, daß einem
der beiden Teilgleichrichter ein Drehtransformator oder ein gleichwertiges Mittel
zur Veränderung der Phasenlage der Steuerspannung vorgeschaltet wird. Eine solche
Schaltung gibt wohl die :Möglichkeit, bei einem bestimmten Netzzustand und einem
damit verbundenen bestimmten Oberwellengehalt etwa auftretende Belastungsunterschiede
der beiden Teilgleichrichter auszugleichen. Die Hilfsschaltung muß jedoch versagen,
wenn sich aus unvorhergesehenen Gründen der Netzzustand ändert. Die Schaltung ist
auch deswegen nicht befriedigend, weil sich die Belastungsunterschiede mit dem Aussteuerungsgrad
der Gleichrichter ändern. Gerade im unteren Aussteuerungsbereich, d. h. bei relativ
kleinen, von den Gleichrichtern abgegebenen Spannungen treten unter Umständen besonders
große Belastungsunterschiede auf. Durch die erfindungsgemäße Ausgleichssteuerung
werden diese Unterschiede unabhängig von dem Grad der Aussteuerung der Gleichrichter
und unabhängig von dem Netzzustand und etwaigen Änderungen dieses Zustandes stets
selbsttätig ausgeglichen. Das ist besonders wichtig bei Anlagen, bei denen wie in
Walzwerksbetrieben Gleichstrommotoren großer Leistung häufig angefahren werden müssen.
Bei solchen Gleichrichtern kommt also der Betriebszustand geringer Aussteuerung
bei gleichzeitig verhältnismäßig hoher Belastung häufig vor, und es würden sich
die durch die Oberwellen bedingten Belastungsunterschiede in solchen Betrieben besonders
störend auswirken.
-
Für die selbsttätige Änderung des Aussteuerungsgrades der mit phasenverschobenen
Anodenspannungen betriebenen Teilgleichrichter bestehen verschiedene Möglichkeiten.
Besonders vorteilhaft ist es,
den Steuersätzen der Teilgleichrichter, d. h.
den an das speisende Wechselstromnetz angeschlossenen Anordnungen zur Bestimmung
des Zündzeitpunktes der zu den Gleichrichtern gehörigen Entladungsstrecken Drosselspulen
vorzuschalten, deren Gleichstromvormagnetisierungswicklung mit Gleichströmen erregt
werden, die der Differenz der Belastungsströme zugehöriger Teilgleichrichter verhältnisgleich
sind. Durch die Vorschaltung solcher vormagnetisierter Drosselspulen gelingt es,
die Verschiebung der Belastungen der einzelnen Teilgleichrichter untereinander weitgehend
zu vermeiden.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Fig. i zeigt eine aus zwei Teilgleichrichtern A und
B bestehende Gleichrichtereinheit, deren Transformatoren in Dreieck und Stern
geschaltet sind. Die im einzelnen nicht näher dargestellten Steuersätze i und 2
der beiden Teilgleichrichter sind über einen gemeinsamen Drehtransformator D an
das speisende Wechselstromnetz angeschlossen. Ein Regler R steuert diesen Drehtransformator,
wenn beispielsweise verlangt wird, daß der an einen Verbraucher abzugebende Gleichstrom
konstant gehalten werden soll. Mit einem Zusatzdrehregler Dl kann ein vorbestimmtes
Belastungsverhältnis zwischen den beiden Teilgleichrichtern eingestellt werden.
-
Gemäß der Erfindung sind den beiden Steuersätzen i und 2 der beiden
Teilgleichrichter vormagnetisierte Drosselspulen S1 und S2 vorgeschaltet, die außer
der Wechselstromwicklung je drei Gleichstromerregerwicklungen tragen. Die eine dieser
Wicklungen ist an eine unabhängige Gleichstromquelle angeschlossen, um eine bestimmte
Vormagnetisierung einstellen zu können. Die beiden anderen Wicklungen sind überTrockengleichrichter
an zwei Stromwandler W1 und W2 angeschlossen und so geschaltet, daß die den Belastungsströmen
der Teilgleichrichter verhältnisgleichen Erregerströme einander entgegenwirken.
Die beiden Drosselspulen S1 und S2 werden dementsprechend in Abhängigkeit von der
Differenz der Belastungsströme der Teilgleichrichter A und B erregt.
Steigt beispielsweise der Belastungsstrom des Teilgleichrichters A gegenüber
dem Gleichrichter B an, so wird der Zündzeitpunkt der Entladungsstrecken
des Gleichrichters A im Sinne einer Nacheilung so lange verschoben, bis die vorher
vorhandene gleichmäßige Belastungsverteilung wiederhergestellt ist.
-
In Fig. 2 ist eine Gleichrichterschaltung dargestellt, welche sich
von derjenigen der Fig. i dadurch unterscheidet, daß die Drosselspulen S1 und S2,
welche den Steuersätzen i und 2 der beiden Gleichrichter A und B vorgeschaltet sind,
mit Gleichströmen erregt werden, die der Gleichstromseite der Gleichrichter entnommen
sind. Bei der Schaltung nach Fig. 2 sind zu dem Zweck in die Nullpunktleitungen
der beiden Teilgleichrichter A und B Meßwiderstände M1 und N12 (shunt) geschaltet,
und vor diesen Widerständen sind die in Reihe geschalteten Erregerwicklungen der
beiden Drosselspulen S1 und S2 angeschlossen. Diese Erregerwicklungen werden demnach
unmittelbar von dem Differenzstrom der beiden Teilgleichrichter durchflossen. Im
übrigen tragen die beiden Drosselspulen S1 und S2 ebenso wie bei der Schaltung nach
Fig. i eine zusätzliche Gleichstromerregerwicklung zur Einstellung einer bestimmten
Vormagnetisierung und die im Steuerkreis liegende Wechselstromwicklung. Wie aus
Fig. 2 ersichtlich, erhalten die Drosselspulen S1 und S2 vorteilhaft einen dreischenkligen
Eisenkern. Auf dem mittleren Kern sind die Wechselstromwicklung und die zusätzliche
Gleichstromwicklung angeordnet, während die vom Hauptstrom durchflossenen Wicklungen
als Einstabwicklungen durch die Wicklungsräume zu beiden Seiten des mittleren Schenkels
geführt sind.
-
In den Fig. 3 und ¢ sind zwei Schaltungen für die Hauptstromwicklungen
der vormagnetisierten Drosselspulen S1 und SZ dargestellt, die von der Schaltung
der Fig. 2 insofern abweichen, als mit getrennten Strömen und nicht unmittelbar
mit der Stromdifferenz gearbeitet wird. Ebenso wie bei der Schaltung nach Fig.2
liegen Meßwiderstände in den Gleichstromleitungen der beiden Teilgleichrichter.
Vor und hinter diesen Meßwiderständen sind die Erregerwicklungen der Drosselspulen
angeschlossen. Bei der Schaltung nach Fig. 3 erhält jede Drosselspule zwei Erregerwicklungen,
von denen die eine von dem Strom des einen Teilgleichrichters, die andere vom Strom
des anderen Teilgleichrichters durchflossen ist. Ein Nachteil dieser Schaltung besteht
darin, daß durch jeden der beiden Wickelräume der beiden Drosselspulen zwei den
Hauptstrom führende Stäbe geführt werden müssen. Dieser Nachteil wird bei der Schaltung
nach Fig. q. vermieden. Die Hauptstromerregerwicklungen sind als sogenannte Einstabwicklungen
ausgebildet. Durch die zu beiden Seiten des mittleren Schenkels der Drosselspulen
liegenden Wicklungsräume (Fenster) ist jeweils nur ein Stab geführt, der von dem
Hauptstrom eines der beiden Gleichrichter durchflossen wird.