DE971988C - Umformer mit periodisch betaetigten Schaltkontakten - Google Patents

Description

Bislang war es üblich, für Umformer mit periodisch betätigten Schaltkontakten, die durch Schaltdrosseln vom Schaltfeuer entlastet sind, die Brückenschaltung anzuwenden. Die Vorteile der Brückenschaltung sind unter anderem
hohe Ausnutzung des Umspanners,
im Verhältnis zur erzielten Gleichspannung kleine Sperrspannung an den Kontakten
sowie einfacher Aufbau der Umspanner als normale Dreiphasenumspanner.
Diesen Vorteilen stehen jedoch bei kleinen Spannungen und großen Strömen gewisse Nachteile gegenüber. So wird z. B. bei der Brückenschaltung der Gleichstrom auf dem Hin- und Rückweg je einmal über die Kontakte geführt. Dies hat einen verhältnismäßig großen Aufwand für Kontakte und Zuleitungsschienen zur Folge. Außerdem ist die Herstellung von Umspannern für sehr große Stromstärken bei kleinen Spannungen kostspielig. Dazu kommt, daß bei der wirtschaftlichsten Ausführung der Brückenschaltung mit drei Schaltdrosseln, besonders bei großen Strömen und kleinen Spannungen, die Reaktanz des Kurzschlußkreises sich so ungünstig auswirkt, daß entweder auf volle Aussteuerung verzichtet oder sehr hochwertiges Material für die Schaltdrossel l>enutzt werden muß.

Die Erfindung ermöglicht es nun, insbesondere für kleinere Gleichspannungen (z. B. unter 200 V) und für große Ströme (z.B. über 5000 A), bei

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Umformern, die durch wechselstromseitig angeordnete, also vor den Kontakten liegende Schaltdrosseln von Schaltfeuer entlastet sind, die Brückenschaltung zu vermeiden. Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß nach Art der Sternschaltung mindestens zwei ra-phasige Systeme über einen Saugtransformator miteinander verbunden sind, wobei η mindestens gleich 2 ist, und daß jeder Unispannerphase je eine Schaltdrossel zugeordnet ist und daß die Spannungsregelung bei festen, d. h. in der Schließdauer unveränderten Kontaktzeiten mit der Vorerregung der Schaltdrosseln erfolgt.

Die Anwendung dieser Schaltung für Kontaktumformer (Kontaktstromrichter) ist infolge einiger Eigenarten nicht ohne weiteres gegeben. So nimmt bekanntlich bei Absenkung der Belastung unter den Magnetisierungsstrom des Saugtransformators die Stromflußdauer der einzelnen Phasen von 120⁰ auf 6o° ab. Bei Ventilstromrichtern bedeutet dies keine grundsätzliche Schwierigkeit, bei Kontaktumformern dagegen müßte, um Rückzündungen zu vermeiden, die Kontaktzeit entsprechend vermindert werden, was auf große konstruktive Schwierigkeiten stößt. Zur Überwindung dieser Schwierigkeit wird nach der Erfindung eine Grundlast von solcher Größe vorgesehen, daß die Stromflußzeit auch bei kleinster äußerer Belastung mindestens gleich I2o° bleibt. Diese Grundlast kann in bekannter Weise bei genügender äußerer Last abschaltbar und schnell zuschaltbar angeordnet werden. Mit Vorteil verwendet man für den Saugtransformator einen Aufbau ähnlich wie den der Schaltdrossel selbst, z. B. unter Verwendung eines hochwertigen Ringbandkernes. Auf diese Weise läßt sich der Magnetisierungsstrom und damit die erforderliche Grundlast außerordentlich klein halten.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann man eine derartige Vorerregung des Saugtransformators mit Gleich- oder Wechselstrom, insbesondere in dreifacher Frequenz, vorsehen, daß der Magnetisierungsstrom auch bei fehlender Belastung von diesem Vorerregerkreis geliefert wird.

4-5 In diesem Fall ist ein Betrieb auch ohne nennenswerte Grundlast möglich.

Besondere Aufmerksamkeit ist der Anordnung der Schaltdrosseln zuzuwenden. In Fig. 1 liegt in jeder der Umspannerphasen 1 bis 6 eine Schaltdrossel 7 bis 12 vor jedem der Kontakte 13 bis 18. Der Saugtransformator 19 kann entweder im Umspannersternpunkt oder im Sternpunkt der Kontakte 20 angeordnet sein.

In der Anordnung nach Fig. 1 führt jede der Schaltdrosseln nur in einer Richtung Strom, und zwar während eines Drittels einer Periode. Im Gegensatz hierzu kann man die Schaltdrosseln auch wie in Fig. 2 anordnen, wo die Drosseln von je zwei um i8o° gegeneinander versetzten Phasen mit gemeinsamem Eisenkern ausgeführt sind. Man erhält so drei Eisenkerne 21, 22, 23, welche je eine in der Mitte angezapfte Wicklung 24, 25 und 26 tragen. Die Mitten dieser Wicklungen sind zu einem Sternpunkt und damit zu einem Gleichbtrompol zusammengeschlossen. Diese Schaltung hat den Vorteil, daß der Aufwand an hochwertigem magnetischem Material, z. B. Nickeleisen, für die Schaltdrosselkerne vermindert wird. Außerdem bedeutet die A'erminderung der Zahl der Drosseln von sechs auf drei wirtschaftliche und bauliche Vorteile. Die Anordnung der Drosseln im Sternpunkt ermöglicht ferner in besonders einfacher Weise einen Einbau in den Ölkessel des Hauptumspanners. Wie bislang kann auch der Saugtransformator in den Umspannerkessel mit eingebaut werden, so daß nach außen weder die Schaltdrossel noch der Saugtransformator in Erscheinung treten.

Man kann für die Anordnungen nach der Erfindung alle Hilfsmittel zur Entlastung der Kontakte anwenden, welche für Kontaktumformer mit Schaltdrosseln bekanntgeworden sind, wie beispielsweise Kondensatoren parallel zu den Kontakten, Vorerregungen der Schaltdrosscln mit Gleich- oder Wechselstrom oder mit dem Laststrom sowie Kurzschließer zum Schütze der Kontakte in Störungsfällen.

In bekannter Weise kann der Saugtransformator mit einem dreischenkligen Eisenkern ausgeführt werden, welcher auf dem Mittelschenkel die Wicklung trägt. Man kann die Außenschenkel mit dem Belastungsstrom derart vorerregen, daß der Saugtransformator seine Aufgabe, Ausgleichsströme zwischen den beiden Dreiphasensystemen zu vermeiden, nur teilweise erfüllt. Durch diese Anordnung wird der Augenblickswert des jeweils kommutierenden Stromes im Verhältnis zum Gleichstrommittelwert herabgesetzt. Damit wird gleichzeitig der induktive Spannungsabfall, welcher proportional dem Augenblickswert des Laststromes zu Beginn der Kommutierung ist, vermindert, so daß sich eine steifere Belastungskennlinie ergibt. Bei Kontaktstromrichtern gewinnt man jedoch darüber hinaus noch weitere Vorteile, welche darin bestehen, daß bei konstant gehaltener Kontaktzeit die Belastbarkeit bzw. Überlastbarkeit des Umformers erhöht wird, oder daß bei gleicher Belastbarkeit die Anforderungen an die Schärfe deb Sättigungsknies der Schaltdrosseln gemildert werden können.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung ermöglicht es, infolge der sich über angenähert 240⁰ erstrekkenden stromlosen Zeiten die Drosseln größer auszulegen, als es bei der dreiphasigen Brückenschaltung allgemein üblich ist, insbesondere größer als etwa At_s— 10—³ Sekunden, worin At_s die Stufenlänge ist. Diese großen Schaltdrosseln haben den Vorteil, daß sie die Sicherheit des Betriebes erhöhen, bei gleichzeitiger Verringerung des Kurzschlußstromes. Außerdem bieten sie die Möglichkeit, bei festen Kontaktzeiten die Spannungsregelung mit Hilfe der Vorerregung der Schaltdrosseln durchzuführen, wobei zur Beeinflussung der Kennlinien und zur gleichzeitigen Entlastung der Kontakte beim Einschalten eine Vorerregung mit Gleichstrom, Wechselstrom verzerrter Kurvenform und mit dem Belastungsstroni vorgesehen sein kann.

Die verhältnismäßig lange stromfreie Pause

ermöglicht es auch, weniger hochwertiges Material,

d. h. Material mit nicht vollkommen scharfem Sättigungsknick für die Schaltdrosselkerne zu benutzen, z. B. Siliziumeisen,

Legt man während der stromlosen Zeit die Schaltdrosseln praktisch dauernd an eine fest vorgegebene Spannung, so kann man einen von der Belastung unabhängigen induktiven Spannungsabfall erzielen.

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Umformer mit periodisch betätigten Schaltkontakten, die durch wechselstromseitig angeordnete, also vor den Kontakten liegende Schaltdrosseln von Schaltfeuer entlastet sind, dadurch gekennzeichnet, daß nach Art der Sternschaltung mindestens zwei ra-phasige Systeme über einen Saugtransformator miteinander verbunden sind, wobei η mindestens gleich 2 ist, und daß jeder Umspannerphase je eine Schaltdrossel zugeordnet ist und daß die Spannungsregelung bei festen, d. h. in der Schließdauer unveränderten Kontaktzeiten mit der Vorerregung der Schaltdrosseln erfolgt.

2. Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei um i8o° versetzte Umspannerphasen für die Schaltdrosseln getrennte Wicklungen, aber einen gemeinsamen Eisenkern besitzen.

3. Umformer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugtransformator zur Verminderung seines Magnetisierungsstromes, insbesondere bis auf die Größe des Magnetisierungsstromes der Schaltdrosseln, aus hochwertigen Ringbandkernen aufgebaut ist.

4. Umformer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugtransformator mit Gleichstrom, dem Belastungsstrom oder einem Wechselstrom von mindestens dreifacher Frequenz vorerregt ist.

5. Umformer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche ein Absinken der Belastung unter den Magnetisierungsstrom, des Saugtransformators verhindern.

6. Umformer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugtransformator derart mit dem Belastungsstrom vorerregt ist, daß der Augenblicks wert des jeweils kommutier enden Stromes im Verhältnis zum Gleichstrommittelwert beträchtlich vermindert wird.

7. Umformer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugtransformator aus zwei getrennten Eisenkernen mit teilweise gemeinsamer Wicklung aufgebaut ist.

8. Umformer nach Anspruch 1 bis 7 zur Verwendung für Spannungen unter 200 V und Ströme über 5000 A.

9. Umformer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenlänge der Schaltdrosseln erheblich größer ist als die üblichen Werte von etwa io~³ Sekunden.

10. Umformer nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltdrosselkerne aus Siliziumeisen bestehen.

11. Umformer nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer von der Belastung unabhängigen Klemmenspannung die Schaltdrosseln praktisch dauernd an einer fest vorgegebenen Spannung liegen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 716745, 344726, 505218, 686404, 689731, 711 311, 970632, 309593;

schweizerische Patentschriften Nr. 204 063, 714;

französische Patentschrift Nr. 830 743;

Buch von Prince und Vogdes, »Quecksilberdampf-Gleichrichter«, 1931, S. 151, 152;

Buch von Marti und Winograd, »Stromrichter«, 1933, Verlag Oldenbourg, München und Berlin, S. 147, 310;

Buch von Dr.-Ing. Walter, »Strom- und Spannungswandler«, 1937, Verlag Oldenbourg, S. 18;

Aufsatz von Koppelmann in ETZ₁ 1941, S. 3 bis 12;

Buch von W. Schilling, »Gleichrichterschaltungen«, 1938, S. 10.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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