DE435360C - Schaltung fuer Metalldampfgleichrichteranlagen mit zwei parallel geschalteten phasengleichen und symmetrischen 2n-phasigen Gleichrichter-Systemen - Google Patents

Description

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Im Falle der Parallelschaltung zweier Gleichrichter-Systeme besteht immer die Gefahr, daß das eine der beiden Systeme die ganze Leistung übernimmt, das andere dagegen nicht anspricht. Denn da der Spannungsabfall im Gleichrichter mit wachsender Belastung nicht zunimmt, sondern eher abnimmt, so genügt eine kleine Verschiedenheit der Spannungsabfälle in den beiden parallel ' ίο arbeitenden Systemen, um den Strom in dem System mit dem kleineren Spannungsabfall so weit anwachsen zu lassen, daß das andere stromlos wird. Diese Schwierigkeit besteht sowohl beim Parallelarbeiten zweier getrennter Gleichrichter als auch dann, wenn die parallel arbeitenden (gleichphasigen) Anoden in demselben Gleichrichtergefäß angeordnet sind.

Man verhindert diese Erscheinung durch Einfügung eines geeigneten, mit der Anodenstromstärke wachsenden Spannungsabfalls in den Stromkreis der einzelnen Gleichrichter-Systeme. In vielen Fällen ist hierzu der in der Transformatorwicklung auftretende induktive Spannungsabfall ausreichend. Die Größe dieses Spannungsabfalls hängt aber von der Größe der Gesamtspannung der Gleichrichteranlage ab. Bei Gleichrichtern für niedrige Spannung genügt sie daher im allgemeinen nicht, um ein Parallelarbeiten zweier Gleichrichter zu ermöglichen.

Eine andere bekannte Möglichkeit besteht in der Verwendung sog. Anodendrosselspulen, welche etwa auf einem Eisenkern zwei von den Strömen zweier parallel geschalteter Anoden durchflossene Wicklungen tragen können, die so geschaltet sind, daß ihre Amperewindungen bei gleicher Belastung der beiden Anoden sich aufheben. In den Fällen, in denen die beiden parallel arbeitenden Gleichrichtergruppen durch Saugdrosselspulen gekoppelt sind, bedeutet das Hinzufügen von Anodendrosselspulen eine Hinzufügung von zusätzlichen Einrichtungen, die als nachteilig und störend empfunden wird. Dieses Mehr an Einrichtung kann nun gemäß der Erfindung dank einer besonderen Ausbildung der ohnehin vorhandenen Saugdrosselspule vermieden werden, durch welche erreicht wird, daß ein Parallelarbeiten der beiden Gleichrichter-Systeme auch bei den kleinsten in Betracht kommenden Spannungen derart stattfindet, daß eine gewünschte Verteilung der Gesamtleistung auf die beiden Systeme besteht. Zu diesem Zweck wird bei der neuen Schaltung an Stelle zweier dreischenkliger Anodendrosselspulen und einer zweischenkligen Saugdrosselspule eine dreischenklige oder mehrschenklige Saugdrosselspule verwendet.

Jedes der beiden Gleichrichter-Systeme ist in zwei symmetrische Gruppen unterteilt, und die zu jeder Gruppe gehörenden Transformatorsekundärwicklungen werden in Stern geschaltet. Die so erhaltenen vier Systemnullpunkte werden über Spulen der Saugdrosselspule miteinander verbunden. Gegenstand der Erfindung ist nun eine Schaltung für Gleichrichteranlagen mit zwei parallel geschalteten phasengleichen und symmetrischen 2n-phasigen Systemen, deren jedes zwei symmetrische n-phasige Gruppen von Transformatorsekundärwicklungen in Sternschaltung enthält, bei welcher eine Saugdrosselspule mit mindestens drei Schenkeln verwendet wird, welche mindestens je zwei Wicklungen tragen. Diese Wicklungen sind zu gleichen Teilen den beiden 2n-phasigen Systemen zugeordnet, und zwar derart, daß jedem der beiden Systeme auf jedemSchenkel je die gleiche Windungszahl zukommt. Erfindungsgemäß sollen nun ferner die aus den

Nullpunkten desselben Systems fließenden gleichgerichteten Ströme sämtliche Schenkel der Saugdrosselspule im gleichen Sinn erregen, und es soll der magnetische Fluß der zu irgendeiner Gruppe gehörigen Wicklungen mit den Wicklungen der gleichphasigen Gruppe des anderen Systems nur zum Teil verkettet sein. Bei dieser Schaltung werden die Schenkel der Saugdrosselspule nur von den Oberwellenströmen nk-fächer Frequenz magnetisiert, welche von dem Nullpunkt der einen Gruppe zum Nullpunkt der anderen fließen (wobei η die Phasenzahl pro Gruppe und k alle positiven ungeraden ganzen Zahlen bedeutet).

Die den verschiedenen Gruppen zugeordneten Spulen der Saugdrosselspule wirken nun aber derart induktiv aufeinander ein, daß ein Gleichgewicht der Spannung und Ströme

ao nur besteht, wenn alle Gruppen stromführend sind und die Ströme der einzelnen Gruppen in einem gewissen Verhältnis zueinander stehen. Die Herbeiführung dieses im voraus bestimmbaren Stromverhältnisses ist aber der Zweck der Einrichtung. Es bestehen hierbei mehrere Ausführungsmöglichkeiten der Schaltung. Sind die die einzelnen Gruppen bildenden Transformatorsekundärwicklungen unmittelbar in Stern geschaltet, dann werden die zugehörigen Spulen der Saugdrosselspule in die von den Nullpunkten der Gruppe ausgehenden Leitungen eingeschaltet. Man könnte aber auch die Transformatorsekundärwicklung erst über die zugehörigen Spulen der Saugdrosselspule in Stern verbinden, dann werden diese Spulen aus mehreren-Teilen zusammengesetzt, von denen je eine Teilspule mit einer Transformatorsekundärphase in Reihe geschaltet ist, wobei die zueinander gehörenden Spulenteile der Gruppe derart auf dem Eisenkern der Saugdrosselspule angeordnet sind, daß sie vom Gleichstrom der Gruppe im gleichen Sinn durchflossen werden. In jedem Fall werden die

4-5 Wicklungen der Saugdrosselspule so geschaltet, daß die aus den Nullpunkten der beiden Gruppen desselben Systems austretenden gleichgerichteten Ströme sämtliche Schenkel der Drosselspule im gleichen Sinn erregen. Da für dieses Gleichstromfeld ein magnetischer Rückschluß nicht vorhanden ist, so wird die Saugdrosselspule von diesen gleichgerichteten Strömen praktisch nicht magnetisiert, auch dann nicht, wenn nur eines der beiden Systeme angesprochen hat.

Die Herbeiführung des gewollten Strombzw. Leistungsverhältnisses zwischen den beiden Systemen wird durch die übergreifende Anordnung der sich entsprechenden Spulen der beiden Systeme erreicht, indem die einer Phase zugehörenden Spulen des einen Systems teilweise mit der entsprechenden, teilweise aber auch mit den den anderen Phasen zugehörenden Spulen des anderen Systems induktiv gekuppelt ist. Der Umstand, daß der magnetische Fluß der zu irgendeiner Gruppe gehörigen Spule mit den Spulen der gleichphasigen Gruppe des anderen Systems nur zum Teil verkettet ist, hat zur Folge, daß das Ausbleiben des einen Stromes eine derartige Flußverschiebung in der Drusselspule herbeiführt, daß zusätzliche elektromotorische Kräfte im Stromkreis des stromlosen Systems auftreten, welche das Fließen des fehlenden Stromes verursachen und damit das elektromagnetische Gleichgewicht wieder herstellen.

Die Abb. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier bedeuten a_x und a₂ zwei Gleichrichterzylinder mit je sechs Anoden b. Die Kathoden c sind miteinander verbunden und führen zum Plusleiter des Gleichstromnetzes d. Die sechs Anoden jedes Sechsphasensystemes sind in zwei Gruppen geteilt, deren jede an eine symmetrische dreiphasige Gruppe von Transformatorsekundärwicklungen e in Sternschaltung angeschlossen ist. Die Nullpunkte der so entstandenen vier Gruppen sind mit / bezeichnet, und zwar sind f_x und f₂ die Nullpunkte der beiden Gruppen des einen Systems, f_z der Nullpunkt der mit f_t gleichphasigen Gruppe des anderen Systems und f_i der Nullpunkt der mit f₂ gleichphasigen Gruppe des anderen Systems, g ist die Saugdrosselspule, deren drei Schenkel h_u h₂, A₃ die sechs Wicklungen I₁ bis i_s tragen. Diese Wicklungen sind auf die beiden Systeme so verteilt, daß zu jedem System, auf jedem Schenkel der Spule, eine Wicklung gehört, und zwar sind an den Nullpunkt der ersten Gruppe des ersten Systems f₁ die Wicklungen J₁ und z"₂ angeschlossen, an den Nullpunkt der zweiten Gruppe des ersten Systems f₂ die Wicklung i₃, an den Nullpunkt der ersten Gruppe des zweiten Systems f_s die Wicklung J₄ und an den Nullpunkt der zweiten Gruppe des zweiten Systems f_i die Wicklungen i_s und i₆. Die Enden der vier so entstandenen Gruppen von Wicklungen sind miteinander verbunden und an den Minusleiter des Gleichstromnetzes k angeschlossen.

Der Wicklungssinn der Spulen bzw. die Verbindungen zwischen denselben sind so gewählt, daß die aus den Nullpunkten der beiden Gruppen desselben Systems (z. B. Z₁ und /₂) fließenden gleichgerichteten Ströme sämtliche Schenkel der Saugdrosselspule im gleichen Sinn erregen. Die Richtung dieser gleichgerichteten magnetischen Erregung ist durch die Pfeile angedeutet. Zwischen den Punkten/^ und f_z und ebenso zwischen den

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Punkten fs und· f\ herrscht bekanntlich eine Spannung von der dreifachen Frequenz des Wechselstromnetzes. λ'Όη f₁ über I₁, i₂, i_z nach f„ fließt also ein Magnetisierungsstrom dieser Frequenz. Dieser Magnetisierungsstrom erregt die beiden Schenkel H₁ ttnd h₂ in demselben Sinn, den Schenkel A₈ im entgegengesetzten Sinn. Der entstehende magnetische Fluß ist also im Schenkel h_s doppelt ίο so stark als in jedem der beiden anderen Schenkel. Infolgedessen ist auch die in der Wicklung i_s induzierte elektromotorische Kraft ebenso groß wie die in den beiden Wicklungen Z₁ und i„ zusammen, so daß der Anschlüßpunkt des Minusleiters k tatsächlich die elektrische Mitte zwischen f_t und /₂ ist. Ebenso läßt sich zeigen, daß er auch die elektrische Mitte zwischen f₃ und f_t ist. Fließt nun derselbe Magnetisierungsstrom auch von Y₃ über t„i_fl dann heben sich die Erregungen der beiden äußeren Schenkel auf, dagegen- wirken die beiden Erregungen auf den mittleren Schenkel in demselben Sinn. Es entsteht also jetzt ein magnetischer Fluß im mittleren Schenkel, welcher in den beiden äußeren Schenkeln seinen Rückschluß findet und daher im mittleren Schenkel so groß ist wie in den beiden äußeren Schenkeln zusammen. Da aber in bezug auf dieses Feld die Wicklungen I₁ und i₂ und ebenso die Wicklungen i_e und -i_e gegeneinander geschaltet sind, so ist auch jetzt wieder die in i_x und i₂ zusammen induzierte Spannung ebenso groß wie die in i₃ induzierte und die in i₅ und i_B zusammen induzierte Spannung ebenso groß wie die in i₄ induzierte. Der Minusleiter des Gleichstromnetzes k ist also auch jetzt wieder der elektrische Mittelpunkt der beiden Systeme. Jedes Aussetzen eines der beiden Systeme würde ebenso wie bei den gebräuchlichen Anodendrosselspulen die Spannung an den aussetzenden Anoden so stark erhöhen, j daß der Strom in diesen Anoden sofort | wieder entstehen müßte. Damit ist gezeigt, I daß diese Spule einmal als Anodendrosselspule richtig wirkt, d. h. daß sie je eine Anode der einen Gruppe des einen Systems zum gleichzeitigen Arbeiten mit einer Anode der gleichen Gruppe des anderen Systems zwingt.

Die Spule arbeitet aber auch unter allen Umständen gleichzeitig als Saugdrosselspule, sowohl wenn nur eines der beiden Systeme allein arbeitet, als auch wenn beide Systeme gleich belastet' sind. Daß dies auch bei gleicher Belastung der beiden Systeme der Fall ist, ist eine Folge der beschriebenen Wicklungsverteilung auf den drei Schenkeln der Saugdrosselspule. Diese bedingt auch bei Gleichheit der Belastung beider Systeme einen WechselfLuß, der der Differenzspannung der beiden phasenverschobenen dreiphasigen Gruppen jedes Systems entspricht und welcher ganz im Eisen der Drosselspule verläuft. Es kann somit auch jedes der beiden Systeme für sich außer Betrieb gesetzt werden, ohne daß damit die Wirkung der Drosselspule als Saugdrossel gestört wird.

Die in der Abb. 1 dargestellte Schaltung ist nicht die einzig mögliche. Die Abb. 2 bis 4, in welchen dieselben Bezeichnungen verwendet sind wie in Abb. 1, zeigen beispielsweise drei weitere Schaltungen der Drosselspule, welche in der gleichen Weise wirken. Sie unterscheiden sich von der in Abb. ι dargestellten Schaltung dadurch, daß in Abb. 2 und Abb. 4 die gleichgerichteten Ströme aller vier Gruppen (nicht nur der beiden zu einem System gehörigen) sämtliche Schenkel der Saugdrosselspule im gleichen Sinn erregen und daß in Abb. 3 und 4 die von ./_x nach /₂ und von f_s nach f_i fließenden Magnetisierungsströme der dreifachen Frequenz nicht auf den beiden äußeren Schenkeln, sondern nur auf einem (dem mittleren) Schenkel sich entgegenwirken.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch :

   Schaltung für Metalldampfgleichrichteranlagen mit zwei parallel geschalteten phasengleichen und symmetrischen 2n-phasigen Gleichrichter-Systemen, deren jedes von zwei symmetrischen n-phasigen Gruppen (n > 3) von Transformatorsekundärwicklungen in Sternschaltung gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullpunkte der Sekundärwicklungen durch eine mindestens dreischenklige Saugdrosselspule verbunden sind, deren einzelne Schenkel mindestens zwei Wicklungen tragen, die zu gleichen Teilen den beiden 2n-phasigen Systemen zugeordnet und derart gewickelt und geschaltet sind, daß die aus den Nullpunkten desselben Systems fließenden gleichgerichteten Ströme sämtliche Schenkel der Saugdrosselspule im gleichen Sinn erregen und daß der magnetische Fluß der zu irgendeiner Gruppe gehörigen Wicklungen mit den Wicklungen der gleichphasigen Gruppe des anderen Systems nur- zum ■ Teil verkettet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.