CH621443A5 - Rectifier system - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleichrichteranlage mit einem mehrphasigen Gleichrichter, dem ein Siebkondensator nachgeschaltet ist und der von einem mehrphasigen Transformator über wenigstens eine mehrphasige Leitungsgruppe mit Schaltern gespeist wird, von denen ein in einer Leitung liegender Schalter erst nach dem Schliessen eines anderen Schalters in einer anderen Leitung schliessbar ist, aber alle Schalter zugleich abschaltbar sind.

Eine solche bekannte Gleichrichteranlage (DT-PS 2 005 623) wird für Leistungsgleichrichteranlagen, insbesondere für Hochspannungsgleichrichteranlagen für Senderstromversorgungen benötigt. Solche Anlagen dürfen nicht ohne besondere Dämpfungsmassnahmen eingeschaltet werden, weil es sonst zu einem Ladestromstoss durch den Siebkondensator kommt, der nicht nur das Netz erheblich belastet, sondern auch die nur schwach gedämpften Spannungsüberschwingungen auf unzulässige hohe Werte ansteigen lässt. Bei der bekannten Anordnung erfolgt die notwendige Dämpfung dadurch, dass in jeder Phase der zu einem Brückengleichrichter führenden, dreiphasigen Leitungsgruppe Schaltgeräte angeordnet sind, deren Kontakte je Phase zeitlich nacheinander einschaltbar sind.

In Fig. 1 ist ein solcher, gedämpft einschaltbarer, bekannter Gleichrichter dargestellt, wobei jedoch das Schaltbild noch durch einige Elemente ergänzt worden ist, die sich in der Praxis als erforderlich erwiesen haben oder als Kabel- und Transformator-Kapazitäten notgedrungenerweise in Kauf genommen werden müssen. Von einem Mittelspannungsnetz kommend führt eine Leitungsgruppe mit den Leitern r, s, t über einen Leistungsschalter S1 zu den Primärwicklungen R, S, T eines Transformators, dessen Sekundärwicklungen mit X, Y, Z bezeichnet sind. Von dort führen die Leitungen x, y, z einer dreiphasigen Leitungsgruppe über Schalter S2, S3, S4 zu einem Dioden-Brük-kengleichrichter aus den Dioden 1 bis 6. Dem Brückengleichrichter folgen eine Drossel L, ein Siebkondensator C und der Verbraucher R3, wobei dem Brückengleichrichterausgang noch die Reihenschaltung eines Kondensators Cl und eines Widerstandes R1 parallel geschaltet ist, welche Ersatzgrössen sind für die Schutzbeschaltungen, welche für die in Wirklichkeit aus Reihenschaltungen mehrerer Dioden bestehenden Dioden 1 bis 6 zur gleichmässigen Sperrspannungsaufteilung erforderlich sind.

Beim Einschalten der bekannten Anordnung wird zunächst der Leistungsschalter S1 geschlossen und dann folgen zeitlich nacheinander die Schalter S4, S3, S2. Beim Schliessen des Schalters S4 tritt zunächst noch keine Gleichspannung am Brückengleichrichter auf. Beim Schliessen des Schalters S3 ergibt sich eine stationäre Gleichspannung von 67% der Nenngleichspannung, verbunden mit einer doppelt so grossen Einschwingüberspannung. Nach Abklingen des Einschwingvorganges wird der Schalter S2 geschlossen, so dass nun die volle Gleichspannung am Siebkondensator C auftritt, verbunden mit einer kurzzeitigen Überspannung von etwa 30% der Nennspannung.

Es hat sich nun gezeigt, dass diese Schaltungsanordnung noch mit einigen Nachteilen behaftet ist: Hierzu muss auf die Schaltungskapazitäten C3 bis C5 (die resultierend C2 ergeben) der Sekundärwicklungsanordnung X, Y, Z und der Leitungen x, y, z eingegangen werden. Diese Kabel- und Transformatorkapazitäten können von sehr unterschiedlicher Grösse sein, so dass sich an den Sekundärwicklungen bei geöffneten Schaltern

52 bis S4, aber geschlossenem Schalter S1 sehr unterschiedlich hohe Spannungen aufbauen können, die sogar zu Überschlägen im Transformator führen können, beispielsweise wenn vom Netz über den Schalter S1 transiente Überspannungen zugeführt werden. Es hat sich deshalb als notwendig erwiesen, das Potential der Sekundärwicklungsanordnung im Leerlaufzustand festzulegen, um den Transformator zu schützen. Dies kann beispielsweise durch den Widerstand R2 geschehen, der den Schalter S4 überbrückt und einen relativ hohen Widerstandswert haben kann. Dies hat aber den Nachteil, dass die durch die drei Schalter S2 bis S4 ohnehin schon zu aufwendige Anordnung nach Fig. 1 noch teurer wird. Andererseits ist es nicht möglich, den Schalter S4 fortzulassen und durch einen Kurzschluss zu überbrücken, weil sich dann der Siebkondensator C auf eine unerwünscht hohe Spannung aufladen würde.

Dies soll anhand von Fig. 2 erläutert werden. Hier sind diejenigen Bauelemente aus Fig. 1 herausgezeichnet, die bei kurzgeschlossenem Schalter S4 aber geöffneten Schaltern S2 und

53 für die Aufladung des Siebkondensators C mitverantwortlich sind. Es ist ersichtlich, dass die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 - abgesehen von dem Widerstand R1 - einer Spannungs-verdopplungsschaltung nach Villard entspricht, so dass sich der Siebkondensator C in Abhängigkeit von der Grösse des Kondensators C2 mehr oder weniger schnell auf die doppelte Spannung auflädt, die als Spitzenspannung an der Transformatorwicklung Z liegt. R2 ist für die Zeit der Aufladung von untergeordneter Bedeutung, da dieser im Verhältnis zum Wechselstromwiderstand von C2 viel zu niederohmig ist.

Wegen all dieser Nachteile der bekannten Gleichrichteranordnung ist es Aufgabe der Erfindung, wenigstens den Aufwand für einen der sehr teuren Schalter zwischen dem Transformator und dem Gleichrichter zu vermindern.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass nur in zwei Leitungen einer dreiphasigen Leitungsgruppe je ein Schalter vorgesehen ist und parallel zum Siebkondensator ein Gleichstrompfad mit einem Kontakt angeordnet ist, wobei die

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Schalter und der Kontakt derart zusammenwirken, dass der Dioden zu verwenden.

Kontakt schliessbar ist, wenn die beiden Schalter geöffnet wer- Anhand der restlichen Figuren werden nun zwei Ausfüh-den. Auf diese Weise ist es möglich, das Potential der Sekundär- rungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben, wicklungsanordnung des Transformators über die nicht mit Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem beim Schal-

einem Schalter versehene Leitung der Leitungsgruppe festzule- s tungsaufbau von Fig. 1 ausgegangen ist, während gen, ohne dass sich der Siebkondensator während der Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für höhere Gleichspannun-

Abschaltdauer der beiden Schalter aufladen kann. Denn dessen gen darstellt.

Aufladung wird durch den zusätzlichen Strompfad über den Fig. 5 dient zur Erläuterung von Fig. 4 ebenso wie Fig. 2 die

Kontakt verhindert. Durch den zusätzlichen Strompfad wird Fig. 1 erläutern sollte.

ein teuerer Schalter in der Leitungsgruppe zwischen der 10 Wegen der starken Ähnlichkeit der Fig. 3 und 1 braucht im Sekundärwicklungsanordnung und dem Gleichrichter einge- Zusammenhang mit Fig. 3 nur auf die Unterschiede eingegan-spart, der sonst als Vakuumschalter ausgebildet sein müsste, gen zu werden. In Fig. 3 sind zur Verbesserung der Übersichtwährend für den Kontakt im zusätzlichen Strompfad lediglich lichkeit die an sich ebenfalls vorhandenen Kapazitäten C2 bis eine Ausführung gewählt zu werden braucht, die ungefähr nur C5 fortgelassen. Statt dessen sind Überspannungsabieiter Sil Vs eines teueren Vakuumschalters kostet. 15 bis Si3 zwischen den Leitungen x, y, z eingezeichnet, die auch

Noch grössere Vorteile ergeben sich dann, wenn für höhere bei bekannten Anordnungen erforderlich sind und zur AufGleichspannungen und Leistungen bei Zugrundelegung des nähme der Energie der Streuinduktivitäten des Transformators Standes der Technik noch teurere und grössere Schalter als beim Auftrennen eines Kurzschlusses durch die Schalter S2 Vakuumschalter benötigt würden, wie es beispielsweise dann und S3 dienen. Ein derartiger Kurzschluss tritt auf, wenn in der der Fall ist, wenn der Verbraucher R nicht mehr ein bisher übli- 20 durch den Widerstand R3 symbolisierten Senderstufe Röhren-cher Anoden-B-modulierter Sender ist, bei dem der Modulator Überschläge betriebsmässig auftreten.

und die Hochfrequenzendstufe gleichstrommässig parallel Der wesentliche Unterschied gegenüber Fig. 1 besteht nun geschaltet sind, sondern ein nach dem Pulsdauermodulations- aber darin, dass der Schalter S4 (und der Widerstand R2) entfal-Verfahren arbeitender Grosssender, bei dem der Modulator len ist, während ein zusätzlicher Strompfad parallel zum Siebund die Hochfrequenzendstufe gleichstrommässig in Serie 25 kondensator C vorhanden ist, bestehend aus dem Widerstand geschaltet sind. Dann können Gleichspannungen in der Gros- R4 und dem Kontakt mit Schaltmitteln S5. Die Wirkungsweise senordnung von 30 kV benötigt werden, die zur Dämpfung von dieser Anordnung ist prinzipiell die gleiche wie diejenige der Überschwingungen stufenweise ein- und beispielsweise bei Anordnung nach Fig. 4, in welcher die Anordnung nach Fig. 3 Röhrenüberschlägen oder beim Ausschalten des Senders auf mit enthalten ist.

einen Schlag abzuschalten sind. Der Transformator müsste 30 In Fig. 4 sind zwei dreiphasige Brückengleichrichter aus hierfür für eine höhere Sekundärspannung ausgelegt werden, den Dioden (oder Dioden-Reihenschaltungen, vorzugsweise jedoch stösst diese Erhöhung an eine Grenze, weil nämlich auf von Avalanche-Dioden) 1 bis 6 und 7 bis 12 in Reihe geschaltet, dem Markt nur Vakuumschalter bis zu einer maximalen Schalt- Die Speisung des unteren Brückengleichrichters erfolgt wie in Spannung von 15 kVe[f erhältlich sind. Diese Grenze besteht Fig. 3, wobei jedoch wie in Fig. 1 die resultierende Sternpunkts-dem ersten Anschein nach auch für die erfindungsgemässe 35 kapazität C2 mit eingezeichnet ist. Der obere Brückengleich-Gleichrichteranlage, kann aber einer vorteilhaften Weiterbil- richter wird über eine Leitungsgruppe aus den Leitungen u, v, dung der Erfindung entsprechend dadurch überwunden wer- w und Schalter S6 und S7 in zwei dieser Leitungen von einer den, dass der Gleichrichter aus der Reihenschaltung bevorzugt Dreieck-Sekundärwicklung U, V, W des Trafos gespeist, dessen zweier Brückengleichrichter besteht, die über je eine Leitungs- Primärwicklungsanordnung 13 z. B. ebenfalls im Dreieck gruppe von je einer dreiphasigen Sekundärwicklungsanord- 40 geschaltet ist und über den Schalter S1 und die Leitungen r, s, t nung des Transformators gespeist werden, und nur in jeweils ebenso gespeist wird wie der Transformator in den Fig. 1 und 3. zwei Leitungen der Leitungsgruppen je ein Schalter vorgese- Durch die Reihenschaltung einer Stern- und einer Dreiecks-hen ist. Bei der Reihenschaltung zweier Brückengleichrichter wicklungsanordnung gleicher Aussenleiterspannung auf der kann auf diese Weise gegenüber bisher eine doppelt so hohe Sekundärseite verringert sich die Brummspannung (von Spitze Gleichspannung erzeugt werden, wobei nur vier Schalter zwi- 45 zu Spitze gemessen) von 13 auf 3,4% der Gleichspannung.

sehen den beiden Sekundärwicklungsanordnungen und den Gleichzeitig können dadurch neuerliche Forderungen von Gleichstromrichtern und ein Kontakt in dem zusätzlichen Elektrizitätswerken erfüllt werden, den Oberwellenstromanteil

Strompfad benötigt werden. im Mittelspannungsnetz r, s, t klein zu halten.

Dabei ist es zur Verminderung der Brummspannung am Die Serienschaltung des Widerstandes RIO und des Kon-

Ausgang der Gleichrichter zweckmässig, wenn eine Sekundär- 50 densators CIO (der für eine Gleichspannung von 28 kV und wicklungsanordnung im Stern und eine im Dreieck bei unter- einen Gleichstrom von 40 Ampere beispielsweise eine Kapazi-einander gleicher Aussenleiterspannung geschaltet ist. Die tät von 2 (iF haben kann) leistet für die obere Brückenschaltung

Brummspannung vermindert sich dadurch gegenüber der das gleiche wie die auch in Fig. 3 erscheinenden Elemente R1,

bekannten Anordnung auf ungefähr ein Viertel, was sich auf Cl ; sie vermindern nämlich zum Schutz der Avalanche-Dioden den Störspannungsabstand des Verbrauchers (z. B. Sender) 55 die Spannungsänderungsgeschwindigkeit beim Abschalten des günstig auswirkt. Gleichrichterstromes. Die Potentialfestlegung bei den Sekun-

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie därwicklungen erfolgt über die Leitungen w, z und die Dioden für einen Gleichrichter die Verwendung von Reihenschaltun- 9,12,3,6, die Drossel L, den Widerstand R4 und den Kontakt gen von Avalanche-Dioden gestattet. Dabei muss nicht wie bei S5, wenn letzterer bei geöffneten Schaltern S2, S3, S6, S7 anderen Dioden jeder Avalanche-Diode einzeln eine Schutzbe- 60 geschlossen ist.

Schaltung zur gleichmässigen Sperrspannungsaufteilung parai- Bei geschlossenem Schalter S1 werden nach dem öffnen lei geschaltet sein, sondern es genügt, wenn dem Gleichrichter des Kontaktes S5 die Schalter S6, S7, S2 und S3 in z. B. dieser als Ganzes eine Reihenschaltung wenigstens eines Widerstan- Reihenfolge zeitlich nacheinander geschlossen, wobei zunächst des und eines Kondensators parallel geschaltet ist zur Vermin- eine Ausgangsspannung von Ve, dann von Vi, 5A und schliesslich derung der Spannungsänderungsgeschwindigkeit beim Aus- 65 Vi der maximalen Gleichspannung am Ausgang der Reihenschalten zum Schutz der Avalanche-Dioden. Es ist daher erst- Schaltung beider Brückengleichrichter auftritt. Durch die mais möglich geworden, auch für sehr hohe Spannungen und Sechsphasenschaltung mit Hilfe der beiden Sekundärwick-Leistungen in Verbindung mit Vakuumschaltern Avalanche- lungsanordnungen sind die Spannungssprünge am Ausgang der

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Gleichrichter beim nacheinander folgenden Schliessen der Schalter S6, S7, S2, S3 kleiner, als wenn nur ein einziger dreiphasiger Brückengleichrichter verwendet würde, und durch geeignete Wahl der Siebkettenresonanz kann das Überschwingen am Siebkondensator C auch bei Leerlauf (d. h. wenn der s Widerstand R3 unterbrochen ist, beispielsweise beim Vorheizen der Röhren eines Senders) äusserst gering gehalten werden. Eine andere, auch sehr günstige Reihenfolge würde sich in der Schalterfolge S3, S7, S2, S6 mit einem Ausgangsspannungsanstieg von %, Vi, Ve, Vi der Betriebsspannung ergeben, was i o einen unter Umständen geringeren Überschwinger beim Einschalten ergibt. Für einen 1,3-MW-Gleichrichter nach Fig. 4 konnte erreicht werden, dass auch im Leerlauf keine Überschwinger messbar waren.

Die Bedämpfungsglieder Rl, Cl, RIO, CIO (die Kondensato- 15 ren haben für 28 kV/40 Ampère eine Grössenordnung von p.F) schützen den Hochspannungsgleichrichter gegen Überspannen beim Einschalten der Vakuumschalter S2, S3, S6, S7. In diesem Fall bildet die resultierende Streuinduktivität der sekundären Dreieckwicklung des Transformators, der Widerstand RIO 20 und der Kondensator CIO sowie die resultierende Streuinduktivität der sekundären Sternwicklung, der Widerstand Rl und der Kondensator Cl jeweils einen aperiodisch gedämpften Kreis. Beim Ausschalten reduzieren diese RC-Glieder den momentanen Spannungssprung und die Kondensatoren ver- 25 mindern die Spannungsänderungsgeschwindigkeit (du/dt) zum Schutz der Avalanche-Gleichrichter, die insgesamt den Hochspannungsgleichrichter aus den beiden Brückengleichrichtern bilden.

Ähnlich wie schon im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert, 30 sind bei der Realisierung der Schaltung nach Fig. 4 die Kabel-und Schaltungskapazitäten gegen Erdpotential und untereinander bei geöffneten Vakuumschaltern S2, S3, S6, S7 und geschlossenem Schalter S1 von wesentlicher Bedeutung. Wie sich aus Fig. 4 leicht erkennen lässt, bilden die Kabelkapazitäten C6 bis C8 einen kapazitiven Stern; an C6 liegt die Sternpunktspannung. Bei der unteren Sekundärwicklungsanordnung hingegen liegt die Sternpunktspannung an C2 (Ersatzgrösse für C3,4,5) (vgl. Fig. 1 und 2). Da jeweils eine Phase (w, z) mit den Brückengleichrichtern fest verbunden ist, ergeben sich im • Leerlauf, d. h. bei geöffneten Vakuumschaltern, wobei gleichzeitig dafür gesorgt ist, dass durch den Lastwiderstand R3 praktisch keine Belastung erfolgt, zwei aufgestockte Verdopplerschaltungen nach Villard, wie in Fig. 5 unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen wie in den übrigen Figuren angedeutet. Die erste Verdopplerschaltung wird durch die Teile Z, C2 (Ersatzgrösse für C3-5), 6,3, Rl, Cl und die zweite durch die Teile U...W (Ersatzgrösse für die einphasig gegen Erdpotential betriebene Sekundärwicklungsanordnung U, V, W), C6...8 (Ersatzgrösse für C6 bis C8), 6,3,12,9, CIO, RIO, Rl, Cl gebildet. Am Siebkondensator C entsteht daher als Summenspannung aus den Spannungen an CIO und Cl als Ausgangsleerlaufgleichspannung langsam ein Wert, der dem vierfachen Spitzenwert der Sternspannung entspricht. Dies wird aber durch den Kontakt S5 im Gleichstrompfad R4-S5 verhindert, der immer dann geschlossen wird, wenn die Vakuumschalter S2, S3, S6, S7 geöffnet werden. Auf diese Weise können durch das gegensinnige Schalten des Kontaktes S5 und der Vakuumschalter bei der Anordnung nach Fig. 4 sogar zwei Vakuumschalter eingespart werden, während nur ein Kontakt S5 erforderlich ist.

Von besonderem Vorteil bei der Erfindung ist es, dass ein zusätzlicher Strompfad R4-S5 mit einem willkürlich schliessba-ren Kontakt S5 zur Entladung der Siebmittel L, C beim Ausschalten ohnehin benötigt wird, so dass bei der Erfindung als einziger Mehraufwand den viel grösseren Einsparungen für das Entfallen von Vakuumschaltern lediglich Schaltmittel zur Zwangssteuerung des Kontaktes S5 gegensinnig zur Steuerung der Schalter S2, S3, S6, S7 gegenüber stehen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

621443 PATENTANSPRÜCHE

1. Gleichrichteranlage mit einem mehrphasigen Gleichrichter, dem ein Siebkondensator nachgeschaltet ist und der von einem mehrphasigen Transformator über wenigstens eine mehrphasige Leitungsgruppe mit Schaltern gespeist wird, von denen ein in einer Leitung liegender Schalter erst nach dem Schliessen eines anderen Schalters in einer anderen Leitung schliessbar ist, aber alle Schalter zugleich abschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass nur in zwei Leitungen (x, y) einer dreiphasigen Leitungsgruppe je ein Schalter (S2, S3) vorgesehen ist und parallel zum Siebkondensator (C) ein Gleichstrompfad mit einem Kontakt (S5) angeordnet ist, wobei die Schalter (S2, S3) und der Kontakt (S5) derart zusammenwirken, dass der Kontakt (S5) schliessbar ist, wenn die beiden Schalter (S2, S3) geöffnet werden.

2. Gleichrichteranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Reihenschaltung zweier Brückengleichrichter enthält, die über je eine Leitungsgruppe (x, y, z; u, v, w) von je einer dreiphasigen Sekundärwicklungsanordnung (X, Y, Z; U, V, W) des Transformators gespeist werden, und nur in jeweils zwei Leitungen (x, y; u, v) der Leitungsgruppen je ein Schalter (S2, S3; S6, S7) vorgesehen ist.

3. Gleichrichteranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei elektrisch voneinander getrennte, dreiphasige Sekundärwicklungsanordnungen (X, Y, Z; U, V, W) vorgesehen sind, von denen eine im Stern und die andere im Dreieck geschaltet ist.

4. Gleichrichteranlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Brückengleichrichter (1 bis 6; 7 bis 12) Reihenschaltungen von Avalanche-Dioden enthält.

5. Gleichrichteranlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brückengleichrichter als Ganzes eine Reihenschaltung wenigstens eines Widerstandes (R1 bzw. RIO) und eines Kondensators (Cl bzw. CIO) parallel geschaltet ist.