DEP0008237DA - Mehrphasiger Umformer - Google Patents

Description

Zur Umformumg von Wechselstrom in Gleichstrom sind verschieden Anordnungen bekannt. Beispielsweise bedient man sich hierzu Quecksilberdampfgleichrichter, vorzugsweise mehranodiger Gleichrichter, um die Welligkeit des Gleichstroms klein zu halten. Die Umschaltung des Wechselstroms von einer Phase auf die andere erfolgt bei diesen Gleichrichtern durch Überspringen des Anodenstroms von einer Anode auf die andere aufgrund physikalischer Vorgänge, und zwar führt jeweils die Anode Strom, die das höchste positive Potential gegenüber der Kathode hat.

Es sind auch mechanische Gleichrichter, sogenannte Kontaktgleichrichter, bekannt geworden, bei denen durch gesteuerte mechanische Kontakte eine Umschaltung des Wechselstroms in geeigneten Zeitpunkten erfolgt. Die Steuerung wird dabei so ausgeführt, dass die Umschaltung gerade im Nulldurchgang des Stromes stattfindet. Um zu erreichen, dass auch bei Änderung der Belastung im Gleichstromkreis oder im Wechselstromkreis keine Veränderungen der Schaltbedingungen auftreten, hat man Drosselspulen im Stromkreis des Kontaktgleichrichters vorgesehen, die so bemessen sind, dass sie die Zeit des Stromnulldurchgangs vergrößern. Diese Drosselspulen werden aus Spezialeisen gefertigt.

Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein Gleichrichter mit gesteuerten mechanischen Kontakten. Im Gegensatz zu den bekannten mechanischen Kontaktgleichrichtern sind jedoch jeweils zwei Kontaktsätze vorgesehen, deren Schließungszeiten sich zeitlich teilweise überlappen und es ist zu jedem der Kontaktsätze ein Ventil in Reihe geschaltet. Die beiden Reihenschaltungen liegen parallel. Durch diese Parallelschaltung wird erreicht, dass der Stromweg über den einen Kontakt praktisch spannungsfrei unterbrochen werden kann, weil der andere Kontaktsatz parallel liegt und nur einen geringen Spannungsabfall aufweist. Durch die Anwendung der Ventile in der Parallelschaltung der beiden Kontaktsätze wird erreicht, dass der Stromübergang von der einen auf die andere Phase genau so erfolgt, wie bei den bekannten Gleichrichterschaltungen mit Ventilen. Es ist aber bei der Anordnung nach der Erfindung nicht mehr erforderlich, dass besondere Schaltdrosselspulen vorhanden sind. Ferner braucht kein mehranodiger Gleichrichter (bzw. mehrere einanodige Gleichrichter) vorhanden zu sein. Man kommt vielmehr mit zweianodigen oder zwei einanodigen Gleichrichtern aus, an deren Stelle aus Trockengleichrichter oder andere Ventile treten können. Das hat den Vorteil, dass die Bemessung der Gleichrichter günstiger getroffen werde kann als bei Anwendung mehranodiger Gleichrichter und das auch die Gefäße billiger werden, als wenn mehranodige oder mehrere einanodige Gleichrichter Anwendung finden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Mit R, S, T bzw. X, Y, Z sind die sekundären Phasenwicklungen eines Transformators bezeichnet. 1 und 1' sind die beiden Kontaktsätze, im Ausführungsbeispiel zwei Kollektoren 2 und 2' mit den umlaufenden Stromabnehmern 3 und 3'. Entsprechend der sekundären sechsphasigen Ausführung des Gleichrichtertransformators besitzt jeder Kollektor 6 leitende Segmente, von denen der Strom über die Stromabnehmer abgenommen wird. In Reihe mit jedem Stromabnehmer liegt ein einanodiger Quecksilberdampfgleichrichter 4 bzw. 4'. Die so entstehenden Reihenschaltungen sind parallel geschaltet, indem die Kathoden der Quecksilberdampfgleichrichter miteinander verbunden sind und jede Phase des Transformators an einander zugeordnete Segmente der beiden Kollektoren angeschlossen ist. Die Teilung der Kollektoren ist im Ausführungsbeispiel so vorgenommen, dass jedes Kollektorsegment 40° und jedes Isolierstück 20° einnimmt. Die Stromabnehmer, die synchron mit der Wechselspannung in Pfeilrichtung rotieren, sind um 35° gegeneinander verschoben.

Die Wirkungsweise ist folgende:

In der dargestellten Lage der Stromabnehmer führt die Phase R das höchste positive Potential gegenüber den Kathoden. In diesem Augenblick werden die Anoden beider Gleichrichter durch die Stromabnehmer mit der Phase R verbunden und beide Gleichrichter führen Strom. Nach einer Drehung um 2,5° wird die Verbindung über den Stromabnehmer 3 unterbrochen. Da jedoch die Strombahn über den Kollektor 1' und den Gleichrichter 4' weiter besteht, erfolgt die Unterbrechung in angenähert spannungsfreiem Zustand, denn die Lichtbogenspannung beträgt 20 bis 25 Volt. Nach einer weiteren Drehung um 20° wird die Strombahn der Phasenwicklung X über den Stromabnehmer 3 zum Gefäß 4 hin geschlossen, d.h. die Stromumschaltung von R auf X wird vorbereitet. Sobald das Potential der Wicklung X stärker positiv ist als das der Wicklung R, erfolgt die Umschaltung von Gefäß 4' auf das Gefäß 4 in genau der gleichen Weise wie bei den üblichen Quecksilberdampfgleichrichtern. Nach weiteren 12,5° verlässt der Stromabnehmer 3' sein Kontaktsegment und es wird der Stromkreis der Phase R stromlos geöffnet. Die Umschaltung von Phase R auf die Phase X muss allerdings in diesen 12,5 elektrischen ° erfolgt sein. Bei Verwendung anderer Verschiebungswinkel zwischen den Stromabnehmern oder bei Änderung des Verhältnisses der leitenden Kollektorsegmente zu den Isolationszwischenstücken können andere Überlappungen erzielt werden.

Der Übergang von der Phase X auf die Phase S usw. erfolgt sinngemäß. Es ersetzen also die beiden Gleichrichter 4 und 4' die sonst notwendigen Drosselspulen bei den Kontaktgleichrichtern. Gegenüber den Quecksilberdampfgleichrichtern besitzt die Anordnung den Vorteil, dass anstelle von sechsanodigen Gleichrichtern nur zwei einanodige oder ein zweianodiger Gleichrichter vorhanden zu sein braucht, wodurch die Kühlverhältnisse verbessert, die Gefäße besser ausgenutzt und bei Verwendung von Einanodengefäße die Zündung und Erregung nur für zwei anstelle von sechs bzw. mehr Gefäßen notwendig ist.

Da auch das Verhältnis vom quadratischen Mittelwert des Stromes zum arithmetischen Mittelwert bei der Anordnung nach der Erfindung kleiner ist als bei Mehrphasengleichrichtern, können auch die Stromzuleitungen entsprechend günstiger bemessen werden.

Bei großen Stromstärken empfiehlt es sich, jedes leitende Segment in zwei Teile zu unterteilen. Der vom Stromabnehmer zuerst berührte Teil wird unmittelbar mit der sekundären Phasenwicklung des Transformators verbunden, der andere über einen Widerstand. Dadurch wird erreicht, dass das Unterbrechen über einen Widerstand erfolgt.

Die Anordnung nach der Erfindung kann auch sinngemäß Anwendung finden bei Wechselrichtern und Umrichtern, wenn man die Ventile mit einer Steuerung ausrüstet.

Claims (1)

1. Mehrphasiger Umformer mit gesteuerten mechanischen Kontakten, dadurch gekennzeichnet, dass zwei mit je einem Ventil in Reihe geschalteten Kontaktsätzen, deren Schließungszeiten sich teilweise überlappen, vorgesehen sind, und dass die beiden Reihenschaltungen parallel geschaltet sind.