DE970632C

DE970632C - Mechanischer Stromrichter oder elektrische Maschine mit Drosseln zur Erleichterung der Kommutierung

Info

Publication number: DE970632C
Application number: DEA11078D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr-Ing Flo Koppelmann
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1940-11-26
Filing date: 1940-11-26
Publication date: 1958-10-09

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 9. OKTOBER 1958

Aiio;8VIIIb/2id2

ist als Erfinder genannt worden

(Ges. v. 15. 7. 1951)

Aus der Entwicklung der Stromrichtertecbnik ist es bekannt, daß man mit zunehmender Phasenzahl bemüht war, die Brenndauer nicht kleiner werden zu lassen. Bereits bei sechsphasigen Schaltungen vermeidet man möglichst eine Brenndauer von 6o° und erreicht unter Benutzung eines Saugtransformators eine Brenndauer von i2O°. Bei noch höheren Phasenzahlen, z. B. zwölf Phasen, verlangt man eine Brenndauer von mindestens 90⁰, was beispielsweise durch Zusammenarbeiten von drei Vierphasensystemen mittels eines dreiphasigen Saugtransformators erreicht werden kann.

Es ist nun weiterhin bekannt, bei mechanischen Stromrichtern oder elektrischen Maschinen zur Erleichterung der Kommutierung Drosseln — sögenannte Schaltdrosseln — mit einem Eisenkern zu verwenden, der sich bereits bei kleinen Strömen sättigt. Bei diesen Anordnungen ist es notwendig, daß das Sättigungsknie scharf ausgeprägt ist. Dies bedingt hochwertiges magnetisches Material und in vielen Fällen Ringform für den Eisenkern. Daher ist der Aufwand für die Drosseln verhältnismäßig groß.

Aufgabe der Erfindung ist es unter anderem, durch Wahl einer günstigen Schaltung den Aufwand für die Drosseln zu verringern. Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß die zur Verwendung gelangende Phasenzahl größer als drei ist,

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daß Vollwegschaltung (Graetzschaltung) vorgesehen ist und daß jeder Phase höchstens eine von Strom beider Richtungen durchflossene Drossel (Schaltdrossel) zugeordnet ist. Vorzugsweise ist die den Schaltstrecken zugeordnete Wicklung des Staromrichterhaupttransformators in Vieleck geschaltet, damit der Aufwand für ihn klein bleibt und günstige Kommutierungsverhältnisse erzielt werden.

Bezeichnet man die Phasenzahl mit n, so sind η ίο Drosseln erforderlich, die für die verkettete Spannung bemessen sein müssen. Die Größe der verketteten Spannung nimmt bei gegebener Gleichspannung mit wachsender Phasenzahl etwa ab wie

—. Entsprechend nimmt die Bauleistung der

Drosseln ab. Der Effektivwert des jede Drossel durchfließenden Stromes nimmt mit wachsender

Phasenzahl mit -7=- ab. Insgesamt erhält man für y»

die Bauleistung aller Drosseln in Abhängigkeit von der Phasenzahl η den Ausdruck

sin π ι

Dieser Ausdruck ist etwa gleich 1,5 für ?i=3, etwa gleich 1,25 für n=6, etwa gleich 0,9 für "»=12 und etwa gleich 0,65 für «=24. Man sieht also, daß mit zunehmender Phasenzahl die Bauleistung aller Drosseln beträchtlich abnimmt.

Es ist bei kleinen Kontäktdauern zur Erhöhung der Schaltgenauigkeit zweckmäßig, die Kontakte durch ein Organ, welches eine nicht sinusförmige Bewegung ausführt, derart anzutreiben, daß bei großer Trenn- und Schließgeschwindigkeit der Kontakthub klein bleibt.

Mit Rücksicht auf Schwierigkeiten beim Einschalten darf der Augenblickswert der Spannung an dem. einzuschaltenden Kontakt nicht größer als etwa 300 V gewählt werden. Verwendet man nach der Erfindung Schaltungen mit hoher Phasenzahl, insbesondere größer als drei, so wird die erzeugte Klemmenspannung beträchtlich größer als die am einzelnen Kontakt beim Einschalten maximal auftretende Spannung. Auf diese Weise ist es durch Anwendung der Erfindung möglich, in einem System bei einer Trennstrecke je nach Phase beträchtlich größere Spannungen als 300 V zu beherrschen. Die Erfindung bietet den weiteren Vorteil, daß der Strom über den einzelnen Kontakt in seinem

Effektivwert mit —7=-abnimmt. Da die bauliche Gey»

staltung mechanischer Kontakte für sehr große Ströme auch bei Anwendung künstlicher Kühlung Schwierigkeiten bietet, so liefert die Erfindung die Möglichkeit, bei Kontaktströmen, welche noch bequem zu beherrschen sind, sehr große Nennströme (größer als 5000 A) in einer Einheit umzuformen. Ist die einzelne kommutierende Spannung gering,

z. B. kleiner als 100 V, so ist es vorteilhaft, die Induktivität im kommutierenden Kreis, insbesondere die Induktivität der Leitungen, genügend klein zu halten. Dies erreicht man, indem man den Stromrichterhaupttransformator und, die Schaltdrosseln mit viel Eisen und wenig Windungen ausrüstet und die Verbindungsleitungen möglichst induktionsarm gestaltet.

Die Erfindung läßt sich insbesondere auch anwenden bei elektrischen Maschinen, indem z. B. ein Synchrongenerator hoher Phasenzahl direkt mit einer aus mechanischen Kontakten mit Schaltdrosseln gekuppelten Kommutierungseinrichtung versehen wird; auf diese Weise erhält man Gleichstromgeneratoren sehr großer Stromstärke und Spannung, ohne daß die bekannten Nachteile der üblichen Kollektoren mit Schleifbürsten auftreten.

Die Erfindung bietet schließlich noch den weiteren Vorteil, daß zwischen den einzelnen Stromübertragungsperioden, beider Richtungen für die Ummagnetisierung der Schaltdrosseln genügend Zeit zur Verfügung steht. Bei dreiphasigen Schaltungen beträgt diese Zeit nur 6o°, und es ergeben sich im Hinblick auf die Anforderungen an die Reaktanzen im Kommutierungskreis, auf Überlastbarkeit und Möglichkeit voller Aussteuerung Schwierigkeiten. Diese Schwierigkeiten sind bereits bei der vierphasigen Schaltung, bei der die Zeit zwischen zwei Stromübertragungsperioden 90⁰ beträgt, dadurch beseitigt, noch besser jedoch bei der sechsphasigen Schaltung.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt. 1 ... 6 sind die Teilwicklungen der Sekundärseite eines Umspanners in Vieleckschaltung. 7 ... 12 sind vom Strom beider Richtungen durchflossene Schaltdrosseln, welche beispielsweise von Drehstrom gesteuert sein können. 13 ... 24 sind Schaltstrecken, welche von einem Synchronmotor 25 angetrieben werden. Parallel zu den ,Strecken können Kondensatoren angeordnet sein. Die Wicklungen 1 ... 6 können die Wicklung eines Synchrongenerators oder eines Motors darstellen; die Drehzahl dieser Maschine ist zweckmäßig kleiner als 1000 Umdr./min zu wählen.

Wie bereits gesagt, hat der Erfindungsgedanke schon Bedeutung bei der vierphasigen Vollwegschaltung. Diese Schaltung, die bei zweiphasigen Netzen in Betracht kommt, erfordert vier Drosseln und acht Schaltstrecken. Außerdem ist bei zweiphasigen Netzen noch die achtphasige Vollwegschaltung von Bedeutung. Bei den vorherrschenden dreiphasigen Netzen kommen außer der dargestellten sechsphasigen Vollwegschaltung vorzugsweise noch die neun- und zwölfphasige Vollwegschaltung in Betracht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: *

i. Mechanischer Stromrichter oder elektrische Maschine mit Drosseln zur Erleichterung der Kommutierung, deren Eisenkerne sich bereits bei kleinen Strömen sättigen, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verwendung gelangende Phasenzahl größer als drei ist, daß Vollwegschaltung (Graetzschaltung) vorgesehen ist und daß jeder Phase höchstens eine von Strom beider Richtungen durchflossene Drossel (Schaltdrossel) zugeordnet ist.
2. Stromrichter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schaltstrecken zugeordnete Wicklung des Haupttransformators in Vieleck geschaltet ist.
3. Stromrichter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Kontakten für die Kommutierung das Antriebsorgan für die Kontakte nicht sinusförmige Bewegung macht.
4. Stromrichter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegebener Gesamtspannung die Phasenzahl derart gewählt ist, daß der Augenblickswert der Spannung an dem einzuschaltenden Kontakt nicht größer als 300 V ist.
5. Stromrichter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nennstrom des einzelnen Umformersystems größer als 5000 A ist.
6. Stromrichter nach Anspruch ι bis 5, da- ao durch gekennzeichnet, daß die Induktivität im kommutierenden Kreis durch entsprechende Ausbildung der Schaltelemente und durch entsprechende Leitungsführung genügend klein gehalten wird.
7. Stromrichter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Wicklung nach Anspruch 2 die Arbeitswicklung eines mehrphasigen Synchrongenerators dient.
8. Stromrichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Generators bzw. die gewünschte Tourenzahl des Motors kleiner als 1000 Umdr./min ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 416775, 655 112; schweizerische Patentschrift Nr. 204 063;
französische Patentschriften Nr. 835 377,830 743.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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