DE3881555T2 - Gleichrichtertransformator. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Gleichrichtertransformator und speziell eine Ausgleichsdrosselspule zum Ausgleich eines Laststroms zwischen zwei Phasen während der Kommutierung in einem als Doppelstern geschalteten Gleichrichtertransformator, sowie deren Verbindungen. Ein Gleichrichtertransformator gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist beispielsweise aus der US-A-1 916 161 bekannt.
• Fig. 1 ist ein Schaltbild eines Gleichrichtersystems, das einen bekannten Gleichrichtertransformator in Doppelsternschaltung aufweist. In der Figur hat ein Gleichrichtertransformator 10 als Doppelstern verbundene Sekundärwicklungen, die als ventilseitige Wicklungen 1a, 1b und 1c der u-, v- und w-Phase bzw. als ventilseitige Wicklungen 1d, 1e und 1f der x-, y- und z-Phase bezeichnet sind (wobei eine Primärwicklung des Transformators nicht gezeigt ist). Die ventilseitigen Wicklungen 1a, 1b und 1c haben einen Sternpunktanschluß O&sub1;, und die ventilseitigen Wicklungen 1d, 1e und 1f haben einen Sternpunktanschluß O&sub2;. Die Enden der ventilseitigen Wicklungen 1a, 1b und 1c entgegengesetzt zu dem Sternpunktanschluß O&sub1; sind mit den Anoden von Thyristoren 2a, 2b und 2c verbunden, die als Schaltelemente eines Gleichrichters 20 wirken. Die Enden der ventilseitigen Wicklungen 1d, 1e und 1f entgegengesetzt zu dem Sternpunktanschluß O&sub2; sind mit den Anoden von Thyristoren 2d, 2e und 2f des Gleichrichters 20 verbunden. Eine Ausgleichsdrosselspule 5 (nachstehend als IPR bezeichnet) ist zwischen die Sternpunktanschlüsse O&sub1; und O&sub2; geschaltet, um das Paar von in einem Stern verbundenen ventilseitigen Wicklungsanordnungen 1a bis 1c und 1d bis 1f parallel zu betreiben. Die IPR 5 ist in der Zeichnung durch Wicklungen 5a angedeutet und hat einen Verbindungspunkt 0. Eine fast 6 ist zwischen den Verbindungspunkt 0 der IPR 5 und die Kathoden der Thyristoren 2a bis 2f des Gleichrichters 20 geschaltet. In der Praxis besteht die IPR 5 aus Leitern, die die Sternpunktanschlüsse O&sub1; und O&sub2; mit der Last 6 verbinden und die durch einen ringförmigen Eisenkern in einer vorbestimmten Richtung geführt sind, die der Richtung des Stromflusses entspricht, aber diese Beschreibung entfällt hier. Fig. 2 zeigt die Stromverteilung in dem Gleichrichtertransformator 10 und der IPR 5 in einem Zustand, in dem ein Strom Iu durch die u-Phase und ein Strom Iy durch die y-Phase geht. In dieser Figur sind die Teile, die denen von Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Beschreibung entfällt hier. Die Anschlüsse auf der Sternpunktseite der ventilseitigen Wicklungen 1a bis 1f der u- bis z-Phase sind zur Außenseite des Transformators 10 herausgeführt und sind mit Nu, Nv, Nw, Nx, Ny bzw. Nz bezeichnet.
• Der Betrieb der Ausgleichsdrosselspule wird nachstehend beschrieben. Während die ventilseitige Wicklungsanordnung, die aus den ventilseitigen Wicklungen 1a bis 1c der u- bis w-Phase besteht, und die ventilseitige Wicklungsanordnung, die aus den ventilseitigen Wicklungen 1d bis 1f der x- bis z-Phase besteht, parallel betrieben werden, ändert sich der Magnetfluß (nicht gezeigt), der in dem Eisenkern in der IPR 5 erzeugt wird, so daß er Spannungen an den Sternpunktanschlüssen O&sub1; und O&sub2; auf solche Weise erzeugt, daß die an den u- bis w-Phasen erzeugte Spannung und die an den x- bis z-Phasen erzeugte Spannung ausgeglichen sind. Insbesondere wird zwischen die Sternpunktanschlüsse O&sub1; und O&sub2;an den beiden Enden der IPR 5 eine Spannung angelegt, die der Differenz zwischen der Spannung der u- bis w-Phasen und derjenigen der x- bis z-Phasen entspricht (Fig. 2 zeigt die Ströme, die in den u- und y-Phasen fließen). In bezug auf den Verbindungspunkt 0 wird eine Spannung, die der halben Differenz zwischen den Spannungen der u- bis w-Phasen und der x- bis z-Phasen entspricht, zwischen den Sternpunktanschluß O&sub1; und den Verbindungspunkt 0 bzw. zwischen den Sternpunktanschluß O&sub2; und den Verbindungspunkt 0 angelegt. Infolgedessen wird das Potential zwischen dem Verbindungspunkt 0 und den u- bis w-Phasen gleich dem Potential zwischen dem Verbindungspunkt 0 und den x- bis z-Phasen, so daß das Paar von Drehstrom- Gleichrichtern parallel betrieben werden kann.
• Bei dem bekannten Gleichrichtertransformator sind, um die IPR (Ausgleichsdrosselspule) mit dem Transformator zu verbinden, die Sternpunktanschlüsse, die einzeln aus den ventilseitigen Wicklungen herausgeführt sind, miteinander außerhalb des Transformatorkessels verbunden, um einen gemeinsamen Verbindungspunkt zu bilden, und dieser gemeinsame Verbindungspunkt ist dann mit einem Leiter der IPR verbunden, wie es Fig. 2 zeigt. In diesem Fall muß jedoch eine Kupferschiene, die einen sehr hohen Gleichstrom leitet, außerhalb des Transformatorkessels gehandhabt werden. Das macht die Verbindung der Kupferschiene mit dem Transformator und weiter mit dem Gleichrichter kompliziert, und es wird sehr viel Platz benötigt. Außerdem kann zwar die IPR in den Transformatorkessel eingebaut werden, aber in einem solchen Fall wird viel Platz benötigt, um einen gemeinsamen Verbindungspunkt der einzeln herausgeführten Sternpunkte der ventilseitigen Wicklungsleiter in dem Transformatorkessel zu bilden. Auch das ist sehr schwer durchzuführen wegen der durch den großen Strom verursachten induktiven Erwärmung.
• Im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme des Stands der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Gleichrichtertransformator anzugeben, bei dem die Notwendigkeit der Verbindung einer IPR außerhalb des Transformatorkessels nicht gegeben ist und der eine einfache Verbindung zwischen dem Transformator und der IPR gewährleistet.
• Zu diesem Zweck wird durch die vorliegende Erfindung ein Gleichrichtertransformator gemäß dem Patentanspruch 1 angegeben.
• Die IPR gemäß der Erfindung hat eine Sekundärwicklung, die den Laststrom halbiert, der zwei ventilseitigen Wicklungen in dem Paar von ventilseitigen Wicklungsanordnungen, die die Sekundärwicklungen des Transformators sind, zuzuführen ist. In der IPR sind die Sekundärwicklungen in Reihe geschaltet, um einen geschlossenen Stromkreis zu bilden, so daß ein Kreisstrom durch die Sekundärwicklungen fließt, um die durch die jeweiligen Primärwicklungen erzeugte Durchflutung auszugleichen.
• Fig. 1 ist ein Schaltbild eines Gleichrichtersystems, in das ein bekannter Gleichrichtertransformator eingebaut ist;
• Fig. 2 zeigt die Stromverteilung in einer Ausgleichsdrosselspule und dem Gleichrichtertransformator von Fig. 1;
• Fig. 3 ist ein Schaltbild eines Gleichrichtersystems, in dem eine Ausführungsform eines Gleichrichtertransformators gemäß der Erfindung vorgesehen ist;
• Fig. 4 zeigt die Stromverteilung in dem Gleichrichtertransformator von Fig. 3, der eine Ausgleichsdrosselspule aufweist;
• Fig. 5 zeigt den Aufbau der Ausgleichsdrosselspule gemäß der Erfindung; und
• Fig. 6 zeigt den Gesamtaufbau des Gleichrichtersystems, in das der Gleichrichtertransformator nach der Erfindung eingebaut ist.
• Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• Fig. 3 ist ein Schaltbild eines Gleichrichtersystems, das einen Gleichrichtertransformator gemäß der Erfindung aufweist. Es ist zu beachten, daß in der nachstehenden Beschreibung ein Gleichrichtertransformator 10a definiert ist als einer, in den eine Ausgleichsdrosselspule 50 (nachstehend als eine IPR bezeichnet) eingebaut ist, und ein Bereich des Gleichrichtertransformators 10a, der die Ausgleichsdrosselspule 50 ausschließt, wird als Transformator bezeichnet. Der Gleichrichtertransformator 10a hat Sekundärwicklungen (die Primärwicklungen des Gleichrichtertransformators 10a sind hier nicht gezeigt), die aus ventilseitigen Wicklungen 1a, 1b und 1c der u-, v- und w-Phase und ventilseitigen Wicklungen 1d, 1e und 1f der x-, y- und z-Phase bestehen, wobei die ventilseitigen Wicklungen 1a bis 1c und 1d bis 1f jeweils in einem Stern geschaltet sind, ohne einen Nullpunkt zu bilden.
• Der Gleichrichtertransformator 10a weist ferner die IPR 50 auf. Die IPR 50 hat Primärwicklungen 51a, 51b, 51c und Sekundärwicklungen 52a, 52b und 52c, die jeweils den Primärwicklungen 51a, 51b bzw. 51c entsprechen (der praktische Aufbau der IPR 50 ist in Fig. 5 gezeigt). Die Primärwicklungen 51a, 51b und 51c sind zwischen die nullpunktseitigen Enden der ventilseitigen Wicklungen 1a und 1d, zwischen die nullpunktseitigen Enden der ventilseitigen Wicklungen 1b und 1e bzw. zwischen die nullpunktseitigen Enden der ventilseitigen Wicklungen 1c und 1f geschaltet. Jedes Paar von Primärwicklungen 51a, 51b und 51c hat einen Nullpunkt 0. Diese Nullpunkte 0 der Primärwicklungen sind miteinander verbunden, um einen gemeinsamen Verbindungspunkt zu bilden. Die Sekundärwicklungen 52a, 52b und 52c sind induktiv mit den ersten Wicklungen 51a, 51b bzw. 51c gekoppelt und parallelgeschaltet, um geschlossene Stromkreise zu bilden.
• Ein Gleichrichter 20 ist von dem gleichen Typ, wie er in Fig. 1 gezeigt ist. Eine Last 6 ist zwischen die Kathoden von Thyristoren 2a bis 2f und den gemeinsamen Verbindungspunkt 0 der IPR 50 geschaltet. Fig. 4 zeigt die Stromverteilung in dem Gleichrichtertransformator 10a, der die IPR 50 aufweist, und zwar in einem Zustand, in dem Ströme Iu und Iy durch die u-Phase bzw. die y-Phase fließen.
• In Fig. 4 sind Teile, die denen von Fig. 3 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um den Strom zu zeigen, der in der Schaltung fließt, die durch die Sekundärwicklungen 52a und 52b der IPR 50 gebildet wird.
• Fig. 5 zeigt den Aufbau der IPR 50. In der Praxis besteht jede der Primärwicklungen 51a, 51b oder 51c in der IPR 50 (siehe Fig. 3, 4) aus einem Paar von Leitern, die mit beiden. Enden einer der ventilseitigen Wicklungen 1a bis 1f verbunden sind, die jeweils in Fig. 5 gezeigt sind, und das Paar von Leitern ist zweimal in entgegengesetzter Richtung durch entsprechende Eisenkerne 53a, 53b oder 53c geführt. Die Sekundärwicklungen 52a bis 52c sind jeweils um die Eisenkerne 53a, 53b und 53c gewickelt und sind miteinander parallelgeschaltet, um einen geschlossenen Stromkreis zu bilden.
• Der Betrieb der IPR wird nachstehend beschrieben. Wenn ein Strom von der u-Phase zu der y-Phase kommutiert wird, fließt der gesamte Laststrom durch die Primärwicklungen 51a und 51b für die u- und y-Phasen in der IPR 50, wie es Fig. 4 zeigt. Das verursacht das Fließen eines Kreisstroms I2 durch die Sekundärwicklungen 52a und 52b für die u- und y-Phasen in der IPR 50, wobei die Größe des Kreisstroms der Durchflutung (Amperewindungszahl) der Primärwicklungen 51a und 51b entspricht. Wenn der Laststrom der u-Phase in der IPR 50 auf mehr als den der y-Phase ansteigt, steigt auch der Strom, der durch die Sekundärwicklung 52a der u-Phase der IPR 50 fließt, entsprechend seiner Durchflutung an.
• Die Sekundärwicklung 52a der u-Phase ist jedoch mit der Sekundärwicklung 52b der y-Phase derart in Reihe geschaltet, daß sie einen geschlossenen Stromkreis bilden. Daher fließt der höhere Strom, der durch die Sekundärwicklung 52a der u-Phase fließt, auch in die Sekundärwicklung 52b der y-Phase, so daß wiederum die Stromstärke des Primärstroms erhöht wird, der durch die Primärwicklung 51b der y-Phase fließen soll, d. h. des Laststroms, der in die Primärwicklung 51b der y-Phase fließen soll. Das entspricht einer Verringerung des Laststroms für die u-Phase und führt zu einem Stromfluß gleich dem halben Gesamtlaststrom durch jede der u- und y-Phasen.
• Fig. 6 zeigt den Gesamtaufbau eines Gleichrichtersystems, das den Gleichrichtertransformator gemäß der Erfindung aufweist. Das Gleichrichtersystem umfaßt den Gleichrichtertransformator 10a, einen Transformatorkessel 100, eine Spule 1, die aus einer Primärwicklung (einer netzseitigen Wicklung) und einer Sekundärwicklung (einer ventilseitigen Wicklung) besteht, einen Eisenkern 101, um den die Spule 1 gewickelt ist, eine Isolatorscheibe 102 zur Abschirmung der Magnetfelder, die von den Oberflächen der Wicklungen streuen, eine Kupferschiene 103, die Kupferbänder 104 miteinander verbindet, die IPR 50, ein Epoxid-Kupferblech-Anschlußteil 105, ein Gleichrichtergehäuse 20a, das in Strichlinien angedeutet ist, und einen Gleichrichter (nicht gezeigt).
• Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform hat jede Phase der IPR ihren eigenen Eisenkern 53a, 53b oder 53c. Es kann aber auch ein gemeinsamer Eisenkern anstelle der Eisenkerne 53a bis 53c verwendet werden, um die Größe der IPR herabzusetzen. Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die IPR in den Transformatorkessel eingebaut. Sie kann aber auch mit gleicher Wirkung ebenso wie beim Stand der Technik außerhalb des Transformatorkessels vorgesehen sein.
• Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß bei dem Gleichrichtertransformator gemäß der Erfindung eine Verbindung der Sternpunkte der Doppelsternverbindung nicht erforderlich ist, und zwar wegen des Verteilungseffekts, der durch die Sekundärwicklungen der IPR gegeben ist. Daher ist es im Gegensatz zu der Dreiphasenverbindung nach dem Stand der Technik nicht notwendig, eine große Stromschiene zu handhaben, und die drei Phasen sind mit einer kleinen Strom- - schiene verbunden. Infolgedessen kann die Schaltungskonfiguration des Gleichrichtersystems, das den Gleichrichtertransformator und den Gleichrichter aufweist, vereinfacht werden. Ferner ermöglicht der Einbau der IPR in den Gleichrichtertransformator eine Verringerung der Größe der Gleichrichtervorrichtung.

Claims (5)

1. Gleichrichtertransformator (10a), um einem Gleichrichter (20) einen vorbestimmten Wechselstrom zuzuführen, wobei der Gleichrichtertransformator folgendes aufweist:

- einen Transformator, der Primärwicklungen und Sekundärwicklungen (1a bis 1f) hat, die in einem Doppelstern verbunden sind,

- eine Ausgleichsdrosselspule (50), die einen gemeinsamen Verbindungspunkt (0) hat,

- wobei der Gleichrichter (20) eine Vielzahl von Anoden und eine Kathode hat,

- und eine Last (6), die zwischen die Kathode des Gleichrichters (20) und den gemeinsamen Verbindungspunkt (0) der Ausgleichsdrosselspule (50) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten ventilseitigen Wicklungen (1a, 1b, 1c) der Sekundärwicklungen (1a bis 1f) und die zweiten ventilseitigen Wicklungen (1d, 1e, 1f) der Sekundärwicklungen (1a bis 1f) jeweils in einem Stern geschaltet sind, ohne einen Nullpunkt zu bilden,

- daß die Ausgleichsdrosselspule (50) Primärwicklungen (51a, 51b, 51c) und Sekundärwicklungen (52a, 52b, 52c) aufweist,

- daß jede der Primärwicklungen (51a, 51b, 51c) der Ausgleichsdrosselspule (50) aus einem Paar von Leitern besteht, die jeweils zwischen die nullpunktseitigen Enden von Paaren (1a, 1d; 1b, 1e; 1c, 1f) der ersten und zweiten ventilseitigen Wicklungen der Sekundärwicklungen (1a bis 1f) geschaltet sind,

- daß jedes der Paare von Primärwicklungen (51a, 51b, 51c) der Ausgleichsdrosselspule (50) einen Nullpunkt hat, wobei diese Nullpunkte miteinander verbunden sind, um den gemeinsamen Verbindungspunkt (0) zu bilden,

- daß die Sekundärwicklungen (52a, 52b, 52c) der Ausgleichsdrosselspule (50) miteinander parallelgeschaltet sind, um einen geschlossenen Stromkreis zu bilden, wobei die Primärwicklungen (51a, 51b, 51c) und die Sekundärwicklungen (52a, 52b, 52c) der Ausgleichsdrosselspule (50) jeweils induktiv miteinander gekoppelt sind,

- und daß die Ausgleichsdrosselspule (50) drei Eisenkerne (53a, 53b, 53c) aufweist, die für die einzelnen Phasen vorgesehen sind, wobei die jeweiligen Primärwicklungen (51a, 51b, 51c) und Sekundärwicklungen (52a, 52b, 52c) einem der Eisenkerne zugeordnet sind.

2. Gleichrichtertransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter der Primärwicklungen (51a, 51b, 51c) der Ausgleichsdrosselspule (50) durch die entsprechenden Eisenkerne (53a, 53b, 53c) verlaufen, während deren Sekundärwicklungen (52a, 52b, 52c) um die entsprechenden Eisenkerne (53a, 53b, 53c) herumgewickelt sind.

3. Gleichrichtertransformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Eisenkerne (53a, 53b, 53c) der Ausgleichsdrosselspule (50) als ein gemeinsamer Eisenkern gebildet sind.

4. Gleichrichtersystem, das einen Gleichrichtertransformator (10a), einen Transformatorkessel (100), eine Spule (1), die eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung hat, und einen Eisenkern (101), um den die Spule (1) herumgewickelt ist, aufweist, gekennzeichnet durch einen Gleichrichtertransformator (10a) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ausgleichsdrosselspule (50) des Gleichrichtertransformators (10a) in den Transformatorkessel (100) eingebaut ist, der den Gleichrichtertransformator (10a) enthält.

5. Gleichrichtersystem, das einen Gleichrichtertransformator (10a), einen Transformatorkessel (100), eine Spule (1), die eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung hat, und einen Eisenkern (101), um den die Spule (1) herumgewickelt ist, aufweist, gekennzeichnet durch einen Gleichrichtertransformator (10a) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ausgleichsdrosselspule (50) des Gleichrichtertransformators (10a) außerhalb des Transformatorkessels (100) vorgesehen ist, der den Gleichrichtertransformator (10a) enthält.