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Schgltung von zündpunktgesteuerten Stromrichtern Bei der Spannungsregelung
vonr Stromrichtern mittels Zündpunktverschiebiung tritt bekanntlich auf der Wechselstromseiteeine
Verschiebung der Grundwelle des Stromes gegenüber der Grundwelle vier Spannung auf,
so .daß der Leistungsfaktor verschlechtert wird. Um diese Verschlechterung des Leistungsfaktors
.möglichst klein zu machen, sind bereits Stromrichteranordnungen bekanntgeworden,
bei denen mehrere Anodensätze vorhanden sind, die an verschiedene Anzapfungen der
Transformatorwicklung angeschlossen sind und j e für sich gesteuert werden können.
Das Hochregeln der Sp.annun;gerfolgt bei seiner solchen Stromrichteranordnung dann.
in der Weise, daß zunächst nur die an die niedrigste Spannung angeschlossenen Anoden
allmählich hochgesteuert werden und daß dann, sobald diese ihre volle Aussteuerung
ierreicht haben, der an die nächsthöhere Spannungsstufe angeschlossene Anodensatz
allmählich hochgesteuert wird usf.
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Die Erfindung betrifft eine weitere Verbesserung an Stromrichteranordnungen
der genannten Art, bei denen also mehrere ,an verschiedene Spannungen angeschlossene
Anodensätze vorhanden sind. Gemäß der Erfindung wird die Phasenzahl eines an eine
niedrigere Spannung angeschlossenen Anodensatzes kleiner gewählt als,die Phasenzahl
eines an eine höhere bzw. die volle Spannung angeschlossenen Anodensatzes. Außer
einem günstigeren Verlauf des Verschiebungsfaktors (Phasenverschiebung der Grundwelle)
bzw. des Leistungsfaktors in Abhängigkeit von der Gleichspannung wird durch die
Erfindung gegenüber :der bisher bekannten Anordnung eine wesentliche Hierabsetztulg
des Aufwandes erreicht. Nimmt man an, daß die Phasenzahl des an die niedrigere Spannung
angeschlossenen
Anodensatzes die gleiche sei, so ergibt sich gegenüber
der bekannten Anordnung in dem höheren Spannungsregelbeneich eine Verminderung der
Welligkeit, ohne daß der Aufwand hinsichtlich der Anodenzahl im gleichen Verhältnis
steigt. Vor ,allem aber läßt sich die Erfindung auch mit außerordentlich :einfachen
Transformatorschaltungen durchführen, beispielsweise dadurch, daß die Sekundärwicklung
als Gabelschaltung ausgeführt wird, an deren Gabelungspunkte die Anoden des einen
Satzes und an deren freie Wicklungsenden die Anoden des Satzes höchster Spannung
angeschlossen sind. Die verschiedenen Anodensätze können meinem gemeinsamen Entladungsgefäß
angeordnet sein, sie können 'aber auch mit verschiedenen Kathoden zusammenarbeiten.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Abb. z zeigt einen an das Drehstromnetz i angeschlossenen sechsphasigen Stromrichter.
Die Primärwicklung 2 des Stromrichtertransformators ist in Dreieck geschaltet, während
die Sekundärwicklung 3 als sechsphasige Gabelschaltung ausgeführt ist. An 'jeden
Endpunkt der Gabelschaltung sind im vorliegenden Fall zwei Anoden angeschlossen,
die jedoch über ParalleIschaltdrosseln 9 parallel geschaltet sind. Diese an die
Enden der Wicklungen angeschlossenen Anoden bilden zusammen den Anodensatz B. Die
Steuerspannungen für diesen Anodensatz 8 liefert die Steuerspannungsquelle i i.
Außer diesem Anodensatz ist noch ein zweiter, an niedrigerer Spannung liegender
Anodensatz 7 vorgesehen, bei demebenfalls je zwei Anoden über Parallelschaltdrosseln
miteinander verbunden sind. Während aber der Anodensatz 8 sechsphasig gespeist wird,
wird der Anodensatz 7 nur :dreiph:asig gespeist, und zwar- sind seine Anoden an
die Endpunkte 4, 5, 6 des mittleren Dreiphasensterns der Gabelschaltung 3 angeschlossen.
Zur Lieferung der Steuerspannungen für die Gitter des Anodensatzes 7 dient die Steuereinrichtung
i o.
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Wie sich die in Abb. i dargestellte Anordnung bei der Spannungsregelung
hinsichtlich des Spannungsverlaufs verhält, ist in den Abb.2a bis 2e kurvenmäßig
wiedergegeben. Die Phasenspannungen des sechsphasigen Anodensatzes & sind mit
I bis VI, die Phasenspannungen des dreiphasigen Anodensatzes 7 dagegen mit I', II'
und III' bezeichnet. Man erkennt, daß, abgesehen von der verschiedenen Phasenzahl,
die Phasenspannungen der beiden Anodensätze auch in der Phase gegeneinander verschoben
sind. Beim Hochregeln wird die Anordnung nun zunächst mit dem Anodensatz 7 dreiphasig
betrieben, und die Anoden dieses Satzes werden allmählich bis auf ihre volle Spannung
ausgesteuert. Es ergibt sich dann der Zustand, wie er in Abb. 2 a dargestellt ist,
wobei die stark ausgezogenen Linien die an der Bildung der gleichgerichteten Spannung
beteiligten Kurventeile darstellen. Der Zündverzögerungswinkeli@@2 der zu dem sechsphasigen
System gehörigen Hauptanoden beträgt dabei 9o°; die erzielte Gleichspannung E""
beträgt 5o% der höchsten erzielbaren Gleichspannung.
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Daran anschließend bleibt das dreiphasige Anodensystem voll .ausgesteuert,
und es wird nun das sechsphasige Anodensystem allmählich hochgesteuert. Abb.2b zeigt
den Zustand, bei dem das sechsphasige Anodensystem mit einem Zündverzögerungswinkel
y)2 von 6o° ausgesteuert wird. Die Lichtbogenführung wechselt nunmehr zwischen den
beiden Anodensystemen, und man :erkennt, daß jede Anode des dreiphasigen Anodensystems
in jeder Halbwelle der zugehörigen Spannung zweimal an der Kurvenbildung beteiligt
ist. Die Anodenspannung des Sechsphasensystems verhält sich zur Anoden-
spannung
des Dreiphasensystems wie C 3 = ' -Daraus ergibt sich, daß das Dreiphasensystem
bei voller Aussteuerung eine mittlere Gleichspannung von 5o% der vollen Gleichspannung
liefert. Bei dem Zündverzögerungswinkel im, = 6o°, für den Abb. 21)
gilt, ergibt sich dementsprechend -ein mittlerer Gleichspannungswert von 620,%.
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Abb.2c zeigt dann den Zustand für iP2 = 45° entsprechend einer
mittleren Gleichspannung E"", von 740;o. Bei 87 o'o der vollen Gleichspannung, .das
entspricht einem Zündverzögerungsw-inkely2 von 3o', arbeiten, wie Abb. 2 d zeigt,
nur noch die Anoden. des Sechsphasennetzes. Diese werden dann im Verlauf des weiteren
Hochregelns weiter ausgesteuert, bis schließlich bei dem Zündverzögerungswinkel
ip --. o entsprechend Abb. 2e der Stromrichter wie ein gewöhnlicher ungesteuerter
Sechsphasenstromrichter bei einer erzeugten Gleichspannung E'"1 = i oo 0,'o arbeitet.
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Abb.3 zeigt den Zusammenhang zwischen der Gleichspannung einerseits
und dem cos G, der WirkleistungN," und der BlindleistungNI, andererseits. Es ist
dabei konstanter Gleichstrom angenommen, so daß die Wirkleistung N" proportional
mit der- Gleichspannung ansteigt. Der Verschiebungsfaktor cos T verläuft zwischen
i oo und 87 0;`o der Gleichspannung, d. h. innerhalb des Bereichs, in dem nur der
sechsphasige Anodensatz in Tätigkeit ist, wie bei gewöhnlichen Anlagen geradlinig.
Daß er nicht ganz den Wert i erreicht, liegt an dem Magnetisierungsstrom und der
Streuung des Transformators, der bei der Zeichnung der-Kurven mit berücksichtigt
wurde. Zwischen 87 und 5o% der
vollen Spannung arbeiten beide Anodensätze
gemeinsam, und der Verschiebungsfaktor verschlechtert sich nur noch verhältnismäßig
wenig, um schließlich bei 5o% den günstigsten Wert des reinen Doeiphasien ,etriebies
zu erreichen. Dia unterhalb von 5 o %, der Gleichspannung nur ;noch das Dreiphaseu1,system
mit Teilaussteuerung in Betrieb ist, so verläuft hier der Leistungsfaktor wiederum
geradlinig bis auf den Wert Null. Man verkennt, daß ,der niedrigste Wert des Leistungsfaktors
den Zahlenwert o, 8 nicht unterschreitet. Die Kurve für die Blindleistung Nb besteht
in denjenigen Bereichen, in @denen nur ein Anodensatz arbeitet, in bekannter Weise
aus Kreisbögen, deren Mittelpunkt, wäre de Transformatormagnetisierung und -streuung
nicht berücksichtigt, ün Nullpunkt des Ordinatensystems liegen würde.
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Die in Abh. i dargestellte Schaltung. hat noch den Vorteil, daß ein
normaler S@echsphasentransformator in Gabelschaltung ohne besondere Anzapfungen
verwendet werden kann. Es ist nur ein. 9- bzw. i8ano,diges Stromrichtergefäßerforderlich,
und der Transformator braucht nur neun sekundäre Durchführungen anstatt zwölf bei
den bisher bekannten Schaltungen zu besitzen.. Ein großer Vorteil besteht weiterhin
darin, daß die Welligkeit" b,ei Teilaussteuerung sehr viel geringer wird. Aus diesem
Grunde können die Glättungsdrosseln wesentlich kleiner ausgeführt werden. Da überdies
keine Saugdrosseln benötigt werden, so, ist der Aufwand b.ei dieser Schaltung sehr
gering.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Abb. q. Die an
das Netz i angeschlossene Primärwicklung 2 des Transformators .ist ebenfalls in
Dreieck geschaltet, während -die Sekundärwicklung 3 aus einem Sechsphasenstern besteht,
von dem drei Phasen mit Anzapfungen I", II" und III" versehen sind. Es sind hier
drei dreiphasige Anodensysteme vorhanden, die nacheinander ausgesteuert werden,
und zwar ist außer dem an die genannten Anzapfunggen angeschlossenen Anodensystem
ein zweites System an .die Wicklungsenden I, II, III und ;ein drittes an die Wicklungsenden
I', II', III' angeschlossen. Die beiden letztgenannten Anodensysteme sind also an
Spannungen gleicher Höhe angeschlossen, die jedoch in der Phase um 6o° gegeneinander
verschoben sind. Zur Steuerung der drei Anodensysteme dienen die Steuerapparate
12, 13 und 1q..
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Die Wirkungsweise @dieser Schaltung ist kurvenmäßig in den Abb. 5a
bis 5,e .dargestellt. Abb.5a zeigt wiederum den Zustand, bei dem nur das Anodensystem
niedrigster Spannung I", II", III" voll ausgesteuert ist, während die beiden anderen
Anodensysteme noch gesperrt sind. Nimmt man einmal ian, daß die Anzapfungen so gelegt
sind, daß die Anodenspannung dieses Anodensatzes 67010
der Anodenspannung
der beiden anderen Anodensätze beträgt, so hergibt sich bei diesem Steuerzustand
eine mittlere Gleichspannung E.. von 57,7%.
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Beim. weiteren Hochregeln wird nun das Anodensystem I, II, III .ausgesteuert.
Zwischen diesem Anodensystem und dem an die Anzapfungen angeschlossenen Anodensystem
wechselt nunmehr .also die Lichtbogenführung. Diesen Zustand zeigt Abb.5b, wobei
eine Zündverzögerung von 6o° für das Anodensystem I, II, III angenommen ist. Die
mittlere Gleichspannung beträgt dabei 70%. Steuert man das zweite Anodensystem noch
weiter aus, so kommt man schließlich @entsprechend Abb. 5 c bei einer mittleren
Gle%chspannung von 87,50/0 auf eine Spannungskurve, die einem unsymmetrischen
Sechsph.asensystem entspricht. Von nun ,ab wird auch das dritte Anodensystem I',
II', III' ausgesteuert, und @es ergibt sich dann ein Kurvenverlauf, wie ihn Abb.
5Ü für eine mittlere Gleichspannung von 92% zeigt. Bei voller Aussteuerung ergänzen
sich ,die beiden Anodensätze höherer Spannung zu einem Sechsphasensystem, wie @es
in-Abb. 5 e dargestellt ist.
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Den Verlauf des Verschiebungsfaktors cos p, der WirkleistungN, und
der BlindleistungNv in Abhängigkeit von ,der Gleichspannung zeigt für dieses Ausführungsbeispiel
Abb.6. Von i oo bis 87,50/0 der vollen Gleichspannung sind alle drei Anoidensysteme
in, Tätigkeit, während von 87,5 bis 57,7% nur das Anodensystem mit der niedrigen
Spannung und das eine der Anodensysteme mit der höheren. Spannung in Betrieb sind.
Der ungünstigste Leistungsfaktor wird bei dem Steuerzustand erreicht, wie ihn die
Abb.5,c zeigt. Von 57,70/0 der Gleichspannung an abwärts verläuft dann der
Leistungsfaktor wieder geradlinig, wie das unter der Voraussetzung konstanten Gleichstromes
bei jedem normalen gesteuerten Stromrichter der Fall ist. Man erkennt, daß sowohl
der Verschiebungsfaktor als auch die Blindleistung, insbesondere in den Bereichen
höherer Gleichspannung, einen außerordentlich günstigen Verlauf zeigt.
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Die Anwendung der Erfindung ist in allen Fällen vorteilhaft; in :denen
@es wesentlich auf die Regelbarken des Stromrichters ankommt. Ein besonders bevorzugtes
Anwendungsgebiet ist die Regelung von Motoren, beispielsweise von Walzwerksmotoren,
die auch zum Zwecke der Nutzbremsung ,gelegentlich Leistung in das Drehstromnetz
zwrückliefern. In diesen Fällen kann die erfindungsgemäße Schaltung auch für die
Stromrichter einer Kreuzschaltung angewendet werden.