DE975004C - Anordnung zum Betrieb von Stromrichtern, bei denen eine Stromkreis-unterbrechung auf mechanischem Wege erfolgt - Google Patents

Description

Gegenstand des Hauptpatents ist eine Anordnung zum Betrieb von Stromrichtern, bei denen eine Stromkreisunterbrechung auf mechanischem Wege erfolgt und der Stromrichter schaltungsmäßig in η phasenverschobene Teilstromrichter mit mindestens zwei in zyklischer Reihenfolge arbeitenden Phasen unterteilt ist, von denen jeweils höchstens eine Phase Strom führt und wobei η mindestens gleich „2 ist, und zwischen die Phasenspannungen ίο der Teilstromrichter Drosselspulen bzw. Transformatoren geschaltet sind. Das Kennzeichen besteht darin, daß diese Drosselspulen bzw. Transformatoren so bemessen und magnetisch derart beschaffen sind und an ihren Klemmen eine Spannung mit derartiger Beschaffenheit hinsichtlich Frequenz und Kurvenform liegt, daß nicht nur in der Nähe des Leerlaufs, sondern im ganzen Belastungsbereich in gewissen Zeitteilchen der Strom auf η Strombahnen verteilt wird, und daß in anderen Zeitteilchen der Strom von weniger als η Strombahnen übernommen wird.

Wie weiterhin vorgeschlagen worden ist, stellt die Amplitude des Magnetisierungsstromes der Drosselspule bzw. des Transformators sich selbst-

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tätig auf den halben oder angenähert halben Wert des Betriebsgleichstromes mittels Vormagnetisierung durch den Betriebsgleichstrom ein, um den zu unterbrechenden Strom vor und nach der Kontaktöffnung zu Null zu machen. Außerdem ist vorgeschlagen worden, die Vormagnetisierung derart zu wählen, daß der von den Kontakten zu schaltende Strom wesentlich verringert ist, insbesondere über den ganzen zulässigen Belastungsbereich einen

ίο kleinen positiven Wert hat.

Bisher bezogen sich die Ausführungsbeispiele ausschließlich auf einen in zwei dreiphasige Teilstromrichter unterteilten sechsphasigen Stromrichter. Gegenstand der Erfindung ist nun ein Stromrichter, der in mindestens drei Teilstromrichter unterteilt ist. Mithin wird der Strom in gewissen Zeitteilchen von mindestens drei Strombahnen, in anderen Zeitteilchen von mindestens zwei Strombahnen übernommen. Erfindungsgemäß weist die

ao Drosselspule bzw. der Transformator mindestens drei voneinander unabhängige magnetische Pfade auf.

In Fig. ι der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es bezieht sich auf einen sechsphasigen, als Gleich- oder Wechselrichter arbeitenden Stromrichter, der in drei zweiphasige Teilstromrichter unterteilt ist. Der Haupttransformator, dessen an das Wechselstromnetz angeschlossene Wicklung nicht dargestellt ist, enthält die sechsphasige Wicklung 21 ... 26. Die freien Enden der drei Durchmesserwicklungen liegen an den nicht bezifferten, periodisch betätigten Kontakten, denen zweckmäßig ein nicht bezifferter Kondensator parallel geschaltet ist; ihre Mittelpunkte sind über die in Zickzack geschalteten Wicklungen 10', 10", 20', 20", 30', 30" der Drosselspule bzw. des Transformators mit den drei voneinander unabhängigen magnetischen Pfaden a, b und c an die eine Gleichstromleitung angeschlossen.

Ferner wird jeder magnetische Pfad mittels der Wicklungen 1, 2 und 3 durch den Belastungsstrom i_g des Stromrichters gleichstromvormagnetisiert. Zweckmäßigerweise weisen die Wicklungen ι ... 3 nur die halbe Windungszahl der Wicklungen 10', 10", 20', 20", 30', 30" auf.

In Fig. 2 ist gezeigt, daß man die drei magnetischen Pfade zu einem gemeinsamen Kern mit freiem magnetischem Rückschluß zusammenfassen kann. In diesem Falle haben die Wicklungen 1 ... 3 nur ein Drittel der Windungszahl der Wicklungen 10', 10", 20', 20", 30', 30".

In Fig. 3 der Zeichnung ist zunächst gezeigt, wie bei der bekannten sechsphasigen Schaltung mit dreiphasigem Saugtransformator (also ohne Vormagnetisierungswicklung), bei der jede Entladungsstrecke während i8o° brennt, die Gleichspannung u_g verläuft. Die schraffierte Fläche, die Differenz zwischen u_g und den Phasenspannungen 21 und 24, ist dann die an einem Schenkel des dreiphasigen Saugtransformators liegende Spannung. Es brennen somit stets drei Entladungsstrecken gleichzeitig. Bei der Schaltung gemäß Fig. 1 der Zeichnung führen zeitweilig nur zwei Kontakte Strom. Für die nachfolgende Betrachtung ist der Einfachheit halber die kurze Zeit der Kontaktpause von S bis 15⁰ vernachlässigt und der einfacheren Darstellung wegen angenommen, daß nach der öffnung des einen Kontaktes sich der andere unmittelbar schließt. Im Zeitpunkt m lösen sich also die Kontakte der Phasen 26 und 23 miteinander ab. Für die weitere Betrachtung ist nun in Fig. 3 eine Wechselspannung an der Drosselspule bzw. dem Transformator besonders herausgezeichnet, die z. B. mit w₂i,24 bezeichnet ist. Diese Spannung entspricht der Spannung, die in den Pfaden a und c den Fluß Φ zur Folge hat. Während der Ablösung der Kontakte der Phasen 26 und 23 muß nun der Magnetisierungsstrom der Drosselspule bzw. des Transformators dem Kontaktstrom entgegenwirken, d. h., in der Wicklung 26 heben sich beide Ströme auf, desgleichen in den entsprechenden Wicklungen der Schenkel α und c. Da ohne die Vormagnetisierung, wie schon gesagt, der Gleichstrom sich zu je ein Drittel auf die drei zweiphasigen Stromrichter verteilen würde, so beträgt voraussetzungsgemäß die Amplitude des Magnetisierungsstromes ein Drittel des Gleichstromwertes. Man kann nun nachweisen, daß bei einer Drosselspule bzw. einen Transformator der oben beschriebenen Art die Magnetisierungsströme treppenförmig werden, wie in dem unteren Teil der Fig. 3 gezeigt ist. Zunächst ist der Magnetisierungsstrom dargestellt, der in den Wicklungen 21 und 24 fließt. Ohne Gleichstromüberlagerung würde dessen Nullinie die gestrichelte, mit 0 bezeichnete Linie sein, während durch die Überlagerung mit einem Drittel des Betriebsgleichstromes sich die Nullinie um den Betrag Ve i_g verschiebt. So entstehen alsdann die stärker gezeichneten Nulldurchgänge von 30⁰ Länge. Die Magnetisierungsströme der beiden Folgephasen sind um 60 bzw. 120⁰ zeitlich verschoben und darunterliegend dargestellt. Aus der Darstellung ersieht man, daß, während die eine Phase keinen Strom führt, die beiden anderen je die Hälfte des Betriebsgleichstromes übernehmen. Die dargestellten Treppenkurven werden wegen des Einflusses der Streuung u. dgl. in ihren Flanken abgeschrägt verlaufen, so daß hiermit eine verhältnismäßig gute Annäherung an eine Sinuskurve entsteht. Betrachtet man den Zeitpunkt n, in dem sich die Kontakte 21 und 24 ablösen, so sieht man, daß erst 30⁰ später im Zeitpunkt p die Stromkurve den Nullwert erreicht. Um sowohl die Kontaktablösung als auch den Stromnulldurchgang zusammenfallen zu lassen, muß deshalb der Gleichrichter mit etwas verminderter Aussteuerung betrieben werden. Lösen sich zur Zeit η die Kontakte nicht unmittelbar nacheinander ab, sondern wird der Kontakt 24 mit einer gewissen Verzögerung, d. h. mit einer Kontaktpause von etwa 5 bis 15⁰ geschlossen, so tritt hier- iao durch eine Veränderung der Spannungskurve m_21i24 ein, die ebenfalls eine Voreilung der Stromkurve zur Folge hat.

Bei der öffnung des abzulösenden Kontaktes wird infolge der Vorerregung ein kleiner positiver ias Strom unterbrochen, der das nachfolgende Kurven-

stück etwas nach unten verschiebt, da sich die Extraspannung, die sich bei der Kontaktöffnung bildet, zu dem vorangegangenen Kurvenstück addiert. Diese Extraspannung klingt im Laufe der Periode ab, hat jedoch gegebenenfalls eine Verfrühung des Nulldurchganges des Flusses zur Folge, wodurch ebenfalls ein Vorrücken der Stromnulldurchgänge erzielt wird. Zweckmäßigerweise verwendet man an Stelle einer Gleichstromvorerregung oder zusätzlich eine solche mit Wechselstrom, um die Flußzunahme im Augenblick der Kontaktunterbrechung wieder rückgängig zu machen.

In Fig. 4 ist nun nochmals die Spannungskurve M₂₁₂₄ dargestellt. Darunter sind die Stromkurven gezeigt, wie sie sich bei der Schaltung nach Fig. 2 ergeben. Die Bezeichnungen sind hier entsprechend gewählt. Die Nullinie des Magnetisierungsstromes ist wieder um den Betrag Vs i_g verschoben, so daß

ao die neue Nullinie O' entsteht. Die stromfreien Pausen sind hierbei 6o° lang. Die Stromfreiheit tritt 15° nach Eintritt des Kontaktwechsels η im Punkt/» ein. Um beide zeitlich zusammenfallen zu lassen, ist theoretisch nur eine Nacheilung von 15° in der Aussteuerung notwendig. Über die anderen Einflüsse, Vorerregung u. dgl. gilt hier das gleiche wie bei Fig. 1.

Um möglichst kleine Steuerverhältnisse zu haben, wird man die Wicklungen in Fig. 1 und 2 zweckmäßig auf Ringkernen anordnen. Für Fig. 1 wird man sechs Ringkerne vorsehen, um die sich die Wicklungen entsprechend Fig. 1 schlingen. Für die Schaltung nach Fig. 2 sind drei Ringkerne erforderlich. Die Gleichstromwicklung kann hierbei so angeordnet werden, daß drei Kerne gemeinsam von einer Wicklung umschlossen werden, wie durch Fig. 5 gezeigt. Es ist auch für die Schaltung nach Fig. ι eine gemeinsame Umschlingung von je drei Ringen mittels der Gleichstromwicklung möglich, doch wird eine solche Anordnung im allgemeinen zu kompliziert, so daß sie hier nicht weiter erörtert zu werden braucht. In Fig. 6 ist endlich eine Anordnung mit einem Sternjoch gezeigt, die in ihrer Schaltung der Fig. 2 gleichkommt.

Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, worauf wir schon eben hingewiesen haben, nähern sich die Formen der Stromkurven der Sinuslinie, was insbesondere für die Stromkurven der Fig. 3 zutrifft. Hiermit ist unabhängig von der Belastung die zeitliche Nacheilung gegenüber der Spannungskurve festgelegt, d. h., die Stromnulldurchgänge liegen unabhängig von der Belastung stets an derselben Stelle.

Der Erfindungsgedanke läßt sich auch bei Schaltungen mit Vieleckwicklung des Haupttransformators anwenden, insbesondere in Verbindung mit Brückenschaltungen, und zwar benötigt man zwei mehrphasige Drosselspulen bzw. Transformatoren, die je einem Gleichstromleiter vorgeschaltet sind; dafür erhält man eine günstige Ausnutzung des Haupttransformators, mithin eine kleine Bauleistung, und vermeidet die Mittelanzapfungen, die bei Fig. 1 notwendig sind.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Betrieb von Stromrichtern, bei denen eine Stromkreisunterbrechung auf mechanischem Wege erfolgt und der Stromrichter nach Patent 974 690 in mindestens drei phasenverschobene Teilstromrichter unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule bzw. der Transformator mindestens drei voneinander unabhängige magnetische Pfade aufweist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Teilstromrichter zwei Wicklungen für zwei verschiedene magnetische Pfade und jedem magnetischen Pfad zwei Wicklungen von verschiedenen Teilstromrichtern zugeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenseitige Zuordnung von Teilstromrichtern und magnetischen Pfaden eine zyklische Verflechtung ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Pfade zu einem Kern mit freiem magnetischem Rückschluß zusammengefaßt sind (Fig. 2).

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß für die magnetischen Pfade Ringkerne vorgesehen sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5 für in drei Teilstromrichter unterteilten Stromrichter, dadurch gekennzeichnet, daß für je zwei miteinander verkettete Wicklungen (z. B. 10', 20") zwei Ringkerne mit gegenläufiger Vormagnetisierung vorgesehen sind (Fig. 1).

7. Anordnung nach Anspruch 5 für in drei Teilstromrichter unterteilten Stromrichter, dadurch gekennzeichnet, daß drei Ringkerne mit gemeinsamer Vormagnetisierungswicklung vorgesehen sind (Fig. 6).

8. Anordnung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierung zumindest teilweise durch Wechselstrom erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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