DE339182C - Verfahren zur Spannungsregelung von Metalldampfgleichrichter-Anlagen mit Hilfe von in den Stromkreis der Anoden eingeschalteten Drosselspulen - Google Patents

Description

In den Anodenstromkreis von Metalldampfgleichrichtern werden vielfach Drosselspulen eingeschaltet, die entweder dazu dienen, das Erlöschen einzelner Lichtbogen im Gleichrich-S ter zu verhüten oder eine gleichmäßige Belastung parallel arbeitender Anoden bzw. Gleichrichter zu erzielen.

Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Drosselspulen einem weiteren Zweck

ίο dienstbar zu machen, nämlich der Spannungsregelung der Gleichrichteranlagen. Im allgemeinen eignen sich diese Drosselspulen nicht gut zur Spannungsregelung des am Gleichrichter liegenden Netzes, da ihre Spannung

is lediglich eine Funktion des Stromes, und zwar des Anodenstromes, ist, welcher ein Teilstrom des dem Gleichrichter entnommenen Hauptstromes ist. Wollte man die Spannungsregelung vom Hauptstrom möglichst unabhängig machen, so müßte man den Einfluß des mit der Belastung veränderlichen Hauptstromes auf den Spannungsabfall durch die Drosselspule dadurch beschränken, daß man "diese derart bemißt, daß sie schon bei kleiner Windungszahl und kleinem Wert des Hauptstromes sich in hochgesättigtem Zustand befindet. In diesem Falle erhielte man für einen relativ großen Strombereich einen nahezu konstanten, der Windungszahl der Drosselspule proportionalen Spannungsabfall, so daß man die Spannung des Gleichrichternetzes durch Änderung der Windungszahl der Drosselspule in gewünschter Weise regeln könnte. Diese Regelung wäre aber aus mehreren Gründen doch nur unvollkommen, da das Abschalten von Windungen nur eine stufen- und stoßweise Regelung der Spannung gestattet und die Unabhängigkeit der Spannung von der Belastung auf dem Wege der Sättigung durch den Hauptstrom selbst nur unvollkommen erreicht werden kann. Wohl liegen hier besonders bei Mehrphasengleichrichtern, bei denen der Anodenstrom den Verlauf gemäß Fig. 1 hat, die Verhältnisse günstiger als bei sinoidalem Verlauf der Stromkurve, weil das augenblickliche Ansteigen des Stromes auf fast seinen Amplitudenwert den Einfluß der Sättigung begünstigt, aber in Wirklichkeit tritt doch unter dem Einfluß der Induktivität des Stromkreises eine gewisse Verflachung der Stromkurve ein, und dadurch wird die Abhängigkeit der abgedrosselten Spannung von dem Belastungsstrom nicht ganz ausgeschaltet.

Gemäß vorliegender Erfindung soll jedoch die Spannungsregelung nicht unter dem Einfluß des Hauptstromes, sondern durch eine von einer konstanten Gleichstromquelle gespeiste zusätzliche Erregerwicklung erfolgen. Hierfür liegen bei diesen durch Wellenstrom gespeisten Drosselspulen die Verhältnisse insofern besonders günstig, als der Wellenstrom nur in · einem Sinne magnetisiert und die. Gleichstromerregung so eingestellt werden kann, daß sie im gleichen Sinne wirkt. Man muß allerdings die Rückwirkung des Wechselstromes auf die Gleichstromerregung durch besondere Mittel beseitigen, z. B. durch Einschalten einer Selbstinduktion in den Gleichstromerreger-

kreis. Während nun im allgemeinen die Einführung einer wechselstromgespeisten Drosselspule mit überlagertem Gleichstromfeld bei Wechselstromanlagen die Aufstellung einer besonderen Gleichstromquelle, also eine Komplikation und Verteuerung der Anlage erforderlich macht, kann diese bei Gleichrichteranlagen entbehrt werden, wenn man erfindungsgemäß die Gleichrichterspannung selbst zu ihrer eigenen Regelung verwendet. Hierin liegt ein besonderer Vorteil der Anwendung dieses Prinzips auf Gleichrichteranlagen.

Es ist demnach Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Spannungsregelung von Metalldampfgleichrichteranlagen mit Hilfe von in den Stromkreis der Anoden eingeschalteten Drosselspulen, nach welchem jede Drosselspule außer durch· den Anodenstrom durch eine Gleichstromspannung im gleichen Sinne wie vom Anodenstrom erregt wird und die Regelung der Gleichrichterspannung durch Regelung dieser Gleichstromerregung erfolgt. Vorteilhaft ist es bei dieser Regelung, wenn die Drosselspulen schon bei relativ kleinen Anodenströmen ihrem Sättigungszustand nahe sind. In Fig. 2 bedeutet F die Feldkurve der Drosselspule, AWa die erregenden Amperewindungen durch den Anodenstrom. Für einen bestimmten Strom und eine bestimmte Windungszahl Z₁ der Drosselspule sei AWa = 0 a. Dieser Amperewindungszahl entspräche das Feld .F₁, und die in der Drosselspule induzierte E. M. K. ist proportional dem Ausdruck F₁ ■ Z₁. Erzeugt man nun durch eine konstante Gleich-Stromerregung AW_g das Gleichstromfeld Fg- in der Drosselspule, so wird beim Hinzutreten der Amperewindung AWa das resultierende Feld wegen der Sättigung den Wert F₁ nur unwesentlich übersteigen, und es wird das dem Wert/4TTg-+ AWa= oa! entsprechende Feld Fg- + Fi' nahezu = F₁ sein, wobei die in der Drosselspule induzierte E. M. K. nur noch dem Ausdruck Fv · Z₁ entspricht. Durch das Hinzutreten einer relativ kleinen Gleichstromerregung ist also eine ganz erhebliche Änderung der Drosselspannung bewirkt und damit die Gesamtspannung geregelt worden. Die Zunahme des Anodenstromes ist wegen der hohen Sättigung auf die Spannungsverhältnisse ohne wesentlichen Einfluß.

In Fig. 3 ist eine für Einphasenstrom geeignete Anordnung dargestellt, an der das Verfahren erläutert werden soll. Es bedeutet T einen Einphasentransformator mit der Primärwicklung P und der Sekundärwicklung S. Von den Klemmen I und II der Sekundärwicklung werden die dem Gleichrichter G zugeführten Anodenströme abgenommen. Diese fließen über die Wicklungen Z^₁ und Za, der Drosselspulen D₁ und D₂ zu den Anoden A₁ und A₂ des Gleichrichters G, dessen Kathode K den +-Leiter des Gleichstromnetzes N speist,

während der Leiter dieses Netzes mit dem

Mittelpunkt der Sekundärwicklung 5 in leitender Verbindung steht. Die beiden Drossel- 6g spulen D₁ und D₂ werden nun erfindungsgemäß auch von je einer Wicklung Zg₁ bzw. Zg₂ erregt, welche vom Netz N über die Selbstinduktion L und den Regulierwiderstand R in Hintereinanderschaltung gespeist werden, und welche die Drosselspulen im gleichen Sinne wie Z_Al und Z_A„ erregen. Um nun die Spannung der Gleichrichter und demnach auch die des Netzes N zu regeln, wird der Kontakt C des Regulierwiderstandes R in dem gewünschten Sinne verstellt. Die Drossefspulenspannung wird dadurch erhöht oder erniedrigt, und da sie mit der Transformatorspannung in Reihe geschaltet ist, wird die Netzspannung entsprechend erniedrigt oder erhöht.

Bei Verwendung einer besonderen Drosselspule für jede Anode haftet diesem Verfahren noch der große Nachteil an, daß die Drosselspulen relativ groß ausfallen, weil nur während eines Bruchteiles einer Periode der Anodenstrom fließt. Eine bedeutend bessere Ausnutzung der Drosselspule erhält man, wenn man den Anoden verschiedener Phasen gruppenweise je eine Drosselspule zuordnet, wobei es vorteilhaft ist, wenn die Phasen jeder Gruppe zeitlich gleichen Abstand haben. Das Verfahren besteht dann darin, daß die je einer Drosselspule zugeordneten Sekundärphasen eines den Gleichrichter speisenden Transformators in Gruppen von mindestens zwei Phasen die Drosselspule in gleichem Sinne erregen, und daß gleichzeitig die Drosselspulen durch einen Gleichstrom in demselben Sinne wie durch Anodenstrom erregt werden und die Regelung der Gleichrichterspannung durch Regelung dieser Gleichstromerregung erfolgt.

Zur Erläuterung diene Fig. 4, welche sich auf ein Dreiphasensystem bezieht. Es bedeutet N_w ein Dreiphasennetz, T einen Trans- . formator mit der Primärwicklung P und der sechsphasigen Sekundärwicklung S. Die Klemmen der sechs Phasen sind mit I, I', II, II', III, III' bezeichnet. Von ihnen führen Leitungen über die Erregerwicklungen Za₁, Za₁; Z_An, ZA_n; Za₁R, Zaxu; der Drosselspulen D₁, D₂, D₃ zu den Anoden Aj, Aj>, Aq Ar; Am, Am· des Gleichrichters G, dessen Kathode mit dem +-Leiter des Gleichstromnetzes N_e in Verbindung steht. Der —Leiter des Netzes N_g ist mit dem Nullpunkt ο der Sekundärwicklung S verbunden. Von den Erregerwicklungen Z_Al, Za^ ■ · · · liegen

Zai und Zai' auf der Drosselspule D₁ und erregen diese im? gleichen Sinne, -.

ZyIj₁ und Za# auf der Drosselspule D₂ und erregen diese im gleichen Sinne,

ZyI₁₁₁ und ZyI₁₁₁/ auf der Drosselspule D₃ und erregen diese im gleichen Sinne.

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Die Drosselspulen D₁, D₂, D₃ sind demnach je einer Gruppe von zwei Sekundärphasen zugeordnet, deren Vektoren um i8o° gegeneinander versetzt sind. Zur Regelung der Spannung tragen die Drosselspulen noch die Gleichstromerregerwicklungen Z_Bv Zb₁ und Zb₃, welche hintereinandergeschaltet sind und über die Selbstinduktion L und den Regulierwiderstand 2? an die Gleichstromspannung der Anlage gelegt

to sind. Die Gleichstromerregung soll im gleichen Sinne wie die Erregung, durch die Anodenströme magnetisieren. Durch Betätigung des Regulierwiderstandes R wird die Gleichrichternetzspannung demnach geregelt.

Das beschriebene Verfahren gestattet auch in einfacher Weise eine Compoundierung der Gleichrichterspannung, wenn man die Drosselspulen außer von der Gleichstromspannung auch von dem Hauptstrom des Gleichrichters ebenfalls in dem gleichen Sinne wie vom Anodenstrom erregt. Es kommt dies einer selbsttätigen Vergrößerung der Gleichstromvorerregung der Drosselspulen in Abhängigkeit vom Hauptstrom gleich, so daß bei hoher Sättigung der Drosselspulen die induzierte E. M. K. der Drosselspulen mit zunehmender Belastung abnimmt. Dadurch nimmt aber die Gleichrichterspannung in entsprechender Weise zu, und die Vergrößerung des Spannungsabfalles wird durch die Compoundierung wieder ausgeglichen.

Eine Compoundierung wird durch Mg. 5a erläutert, welche aber noch in anderer Weise sich von dem Beispiel der Fig. 4 unterscheidet. Während nämlich in Fig. 4 jeder Anodenstrom einer Phasengruppe eine auf der zugehörigen Drosselspule befindliche Erregerspule durchfließt, ist in Fig. 5a auf jeder Drosselspule nur eine einzige Erregerspule für die Anodenströme vorhanden, welche also die zeitlich nicht zusammenfallenden Anodenströme der betreffenden Gruppe führt. Diese Vereinfachung wird dadurch erreicht, daß jede Sekundärphasengruppe einen -besonderen NuIlpunkt erhält und diese Gruppennullpunkte über je eine Erregerwicklung der zugeordneten Drosselspulen zu dem gemeinsamen Nullpunkt des Sekundärsystems verbunden werden. In Fig. 5 a bedeutet also ·

N_n, ein Dreiphasennetz,

T einen Transformator mit .der Primärwicklung P und der sechsphasigen Sekundärwicklung 5.

Von den sechs Phasen bilden die Phasen I, F eine Gruppe mit dem Nullpunkt O₁, II, II' eine Gruppe mit dem Nullpunkt O₂ und III, ΙΙΓ eine Gruppe mit dem Nullpunkt O₃. Von diesen NullpunktenO₁, o₂undo₃ gehen Leitungen über die Erregerwicklungen Za₁, Za., und Za₃, welche auf je einer Drosselspule liegen, zu dem gemeinsamen Nullpunkt ο des Sekundärsystems.

Von 0 aus geht die Verbindungsleitung zum —Leiter des Gleichstromnetzes Ng- über die hintereinandergeschalteten Hauptstromerregerspulen Zh₁, Zh,, und Zh.,, welche die Drosselspulen im gleichen Sinne magnetisieren wie Za₁, Za., bzw. Za₃- Die Drosselspulen tragen aber außerdem noch die Gleichstromerregerwicklungen Zb₁, Zb., und Zß₃, welche ebenfalls Gleichstromfelder in dem gleichen Sinne wie Za₁, Za_% bzw. Za₃ erzeugen. Die hintereinandergeschalteten Gleichstromerregerspulen Zb₁, Zb., und Zb₃ sind an die Gleichrichterspannung angeschlossen, und in diesen Stromkreis ist zur Dämpfung der Selbstinduktion L und zur Regulierung der Regulierwiderstand R eingeschaltet. Auch die Compoundierung ist durch den regelbaren Widerstand w einstellbar gemacht. An Stelle der magnetisch getrennten drei Drosselspulen D₁, D₂ und D₃ der Fig. 5a kann man für die Anodenströme auch einen gemeinsamen Eisenkern gemäß Fig. 5b verwenden, wenn man einen vierten Schenkel vorsieht, auf welchem die Gleichstromerregerspulen Zb und Zh sitzen, welche beide im gleichen Sinne magnetisieren wie die auf den drei parallelen Schenkeln sitzenden Erregerspulen Za₁, Za, und Z^₃- Die Zahl der Erregerspulen ist hier geringer, der magnetische Aufbau aber weniger einfach.

Beim Mehrphasensystem ist noch eine weitere Vereinfachung möglich, wenn man die Zahl der verwendeten Drosselspulen dadurch herabsetzt, daß man die Zahl der Sekundärphasen pro Gruppe möglichst groß, die Zahl der Gruppen also möglichst klein wählt. Wenn man die Zahl der Sekundärphasen in zyklischer Folge numeriert, so ergibt sich das Minimum an Gruppen, wenn man die geradzahligen Phasen zu einer Gruppe, die ungeradzahligen Phasen zu einer zweiten Gruppe zusammenfaßt. (Das Zusammenfassen aller Phasen zu einer einzigen Gruppe scheidet aus, weil dann die Erregerspule für den Anodenstrom nicht von Wellenstrom, wie es zur Spannungsregelung notwendig ist, sondern von einem Gleichstrom durchflossen würde.) Den beiden so gebildeten Gruppen wird nun je eine Drosselspule zugeordnet, wie es die Fig. 6 und 7 zeigen. In jeder Gruppe ist der zeitliehe Abstand benachbarter Phasen der gleiche, so daß die Wellenströme den einzelnen Erregerspulen einen regulären periodischen Verlauf aufweisen (s. Fig. 6 a).

In Fig. 6 bedeutet wieder N_w ein Dreiphasennetz,

T einen Dreiphasentransformator mit der Primärwicklung P und den beiden Sekundärwicklungsgruppen S₁ und S₂, von denen S₁ die Phasen I, II, III, S₂ dagegen die Phasen I', II' und III' enthält. Die Phasen der Gruppe S₁ besitzen den Nullpunkt O₁, die der Gruppe S₂

den Nullpunkt o₂. Der Gruppe S₁ ist die Drosselspule D₁, der Gruppe S₂ die Drosselspule Z)₂ zugeordnet. Während nun die Außenklemmen der Sekundärphasen mit den Anoden des Gleichrichters G verbunden sind, sind die Nullpunkte O₁ und o₂ über die Erregerspulen Z^₁ bzw. Z4, zu dem gemeinsamen Nullpunkt 0 des Sekundärsystems zusammengeführt. Der Nullpunkt ο ist mit dem —Leiter des Gleich-Stromnetzes über die hintereinandergeschalteten Hauptstromerregerspulen Zh₁ und Z/j, verbunden. Die Gleichstromerregerspulen Zb₁ und Zb^ sind wieder in der bisher beschriebenen Art an die Spannung des Gleichrichters angeschlossen und gestatten die Regelung dieser Spannung mit Hilfe des Regulierwiderstandes R. Auf den Drosselspulen D₁ und D₂ sind aber noch je eine weitere Spule Z_Cl bzw. Z_c, angedeutet, weiche aufeinandergeschaltet

ao sind und eine elektrische Verkettung der Drosselspulen darstellen. Sie dienen dazu, die Spannung an den Elektroden des Gleichrichters derart zu beeinflussen, daß eine ungleiche Stromverteilung auf die beiden Gruppen und ein Erlöschen des Lichtbogens einer Phase vermieden wird.

In T?ig. 7 schließlich besitzen die beiden Gruppen S₁ und S₂ nur den gemeinsamen Nullpunkt o, aber es sind wie vorher den Phasen I, II, III und Γ, Π', ΙΙΓ die Drosselspulen D₁ bzw. D₂ zugeordnet, welche in diesem Falle je drei gleichsinnig wirkende Erregerspulen für die Anodenströme tragen. In diesem Falle ist es gemäß Fig; 7 möglich, den beiden Drosselspulen eine gemeinsame Gleichstromerregerspule zu geben, in welcher sich die von denAnodenströmeninduziertenE.M.Ke. nahezu aufheben. Bei dem b:schriebenen Regelungsverfahren spielt die frühzeitige Sättigung der Drosselspulen eine wichtige Rolle, da durch diese ein ungewollter Einfluß des Hauptstromes auf die einregulierte Spannung des Gleichstromnetzes im großen Belastungsbereich vermieden wird.

Claims (7)

1. Patent-Ansprüche:

   r. Verfahren zur Spannungsregelung von Metalldampfgleichrichter-Anlagen mit Hilfe von in den Stromkreis der Anoden eingeschalteten Drosselspulen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Drosselspule außer durch den Anodenstrom durch einen Gleichstrom im gleichen Sinne wie vom Anodenstrom erregt wird, und daß die Spannungsregelung des am Gleichrichter liegenden Netzes durch Regelung dieser Gleichstromerregung erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichstromerregerspannung die Spannung des Gleichrichters selbst beuutzt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Gleichstromerregung an Drosselspulen erfolgt, welche sich schon bei relativ kleinen Erregerströmen im Zustand hoher Sättigung befinden.
4. 4. Verfahren- nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Gruppen von mindestens zwei Phasen je einer Drosselspule zugeordneten Sekundärphasen eines den Gleichrichter speisenden Transformators jede Drosselspule in gleichem Sinne erregen, daß gleichzeitig jede Drosselspule durch eine Gleichstromspannung in ebendemselben Sinne erregt wird, und daß die Regelung der Gleichrichterspannung durch Regelung dieser Gleichstromerregung erfolgt.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Gleichstromerregung an verschiedenen Phasengruppen zugehörigen Drosselspulen erfolgt, welche elektrisch miteinander verkettet sind,
6. 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die je einer Gruppe angehörenden Sekundärphasen einen gemeinsamen Nullpunkt erhalten, und daß der jedem dieser Nullpunkte zufließende Strom goals Erregerstrom für die Anodenstromerregung der zugehörigen Drosselspule verwendet wird.
7. 7. Verfahren zur Spannungsregelung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Anodenstrom- und der regelbaren Gleichstromerregung noch eine mit diesen Erregungen im gleichen Sinne wirkende Erregung durch den Gleichrichterhauptstrom verwendet wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.