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Einrichtung zur Regelung von Gleichrichtern Die Erfindung bezieht
sich auf die Regelung von Gleichrichtern, insbesondere Trokkengleichrichtern, mit
Hilfe vormagnetisierter Drosseln. Es ist bereits vorgeschlagen worden, die zur Regelung
dienenden vormagnetisierten Drosselspulen so in die einzelnen Ventilzweige zu schalten,
daß sie bereits durch die in dem Ventilstrom enthaltene Gleichstromkomponente vormagnetisiert
werden. Durch die Erfindung wird für diese Schaltung der Regeldrosseln eine wvsentliche
Ersparnis erzielt, sofern der Gleichrichter in Graetzscher Schaltung angeordnet
ist. Die Anordnung nach der Erfindung bietet außerdem dann große Vorteile, wenn
bei plötzlichen großen Widerstandsverminderungen im Belastungsstromkreis starke
kurzschlußartige Ströme zur Verfügung stehen müssen.
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Gemäß der Erfindung werden bei Graetzschaltung der Ventile des zu
regelnden Gleichrichters je zwei verschiedenen Phasen und verschiedenen Gleichstrompolen
zugeordnete Regeldrosseln auf einem gemeinsamen Eisenkern derart angeordnet, daß
die von den Gleichstromanteilen der Ventilströme hervorgerufenen Erregungen im gleichen
Sinne magnetisierend wirken. Bei einer dreiphasigen Anordnung mit sechs Ventilen
erhält man demgemäß nur drei Kerne mit je zwei Arbeitswicklungen. Für jeden mit
Gleichstrom gespeisten weiteren Vormagnetisierungsstromkreis braucht dann j e Kern
nur eine Erregerwicklung vorgesehen zu werden. Die zu verschiedenen Phasen bzw.
zu verschiedenen Kernen gehörigen Gleichstromwicklungenwerden zweckmäßig hitereinandergeschaltet,
was bei dreiphasiger Anordnung auf eine Dreieckschaltung der Erregerwicklungen hinausläuft.
Das bietet den Vorteil, daß sich die in den Erregerwicklungen noch enthaltenen Oberwellenspannung
en über die den Vormagnetisierungs.strom liefernde Gleichstromquelle bau.
den
speisenden Hilfsgleichrichter kurzschließen können. Die Regelung der Drosseln kann
durch Gegenerregung gegen die von den Ventilgleichströmen herrührende Erregung erfolgen.
Der Regelbereich kann durch eine zusätzliche Vorerregung vergrößert werden. Letztere
ist notwendig, wenn der Gleichrichter auch noch im Leerlauf geregelt werden soll.
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In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Mit UVW sind Anschlüsse des Gleichrichtertransformators an das speisende
Wechselstromnetz bezeichnet. Der Hauptgleichrichter umfaßt sechs Ventile, wobei
die Ventile a, n' an die Phase U, die Ventile v, v' an die Phase V und die Ventile
w, w' an die Phase W angeschlossen sind. Die Ventile n, v, wt, bilden den Pluspol
und die Ventile tu', v', w,' den Minuspol des Gleichstromkreises. Jedem Ventil ist
nun die-Arbeitswicklung einer Regeldrossel vorgeschaltet. Diese Arbeitswicklungen
sind mit 1, t', 2, 2', 3, 3' bezeichnet. Je zwei von ihnen sind auf einem gemeinsamen
Eisenkern angeordnet, und zwar sind diese beiden Wicklungen so ausgewählt, daß sie
zu verschiedenen Phasen und verschiedenen- Gleichstrompolen gehören. Dementsprechend
ist die zur Phase U und dem Pluspol des Gleichstromkreises gehörige Wicklung 1 zusammen
mit der zur Phase WV und dem Minuspol gehörigen Wicklung 3' auf einem gemeinsamen
Kern untergebracht. Das gleiche gilt für die Wicklungen 2 und 1' und' die Wicklungen
3 und 2'. Der Wicklungssinn auf den Kernen ist so gewählt, daß die Gleichstromanteile
der über diese Wicklungen fließenden Ventilströme n der gleichen Richtung auf den
Eisenkern magnetisierend einwirken. Außer den Ventilströmen fließen über die genannten
Drosselwvicklungen noch die Ströme der zur Vorbelastung dienenden Drosselspulen
34.
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Die Regelung, die hier selbsttätig in Abhängigkeit von dem Gleichstrom
und der Gleichspannung erfolgt, wird durch die Gegenerregungswicklungen 4,.5 und
6 bewirkt. Jede dieser drei Wicklungen gehört zu einem Eisenkern. Um den Regelbereich
zu vergrößern, insbesondere um eine Regelung auch bei, Leerlauf zu ermöglichen,
ist außerdem auf jedem Eisenkern noch eine Vormagnetisierungswicklung 7, 8, 9 vorgesehen.
Zur Erhöhung der Regelempfindlichkeit wirkt die Regelgröße auf die Erregerströme
beider Wicklungen ein, und zwar sog, daß gleichzeitig mit einer Erhöhung der Gegenerregung
die Vorerregung wird.
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Die Gegenerregungswicklungen 4, 5 und 6 sind ebenso wie die Vorerregungswvicklingen
7, 8 und 9 hintereinandergeschaltet und erhalten ihren Erregergleichstrom aus dem
Hilfsgleichrichter 1o. Zur Speisung der Vorerregungswicklungen 7, 8 und 9 dient
sinngemäß der Hilfsgleichrichter i i. Der Hilfsgleichrich ter 1o wird aus der Transformatorwicklung
14 mit Wechselstrom gespeist, wobei zur Regelung der Größe dieses Wechselstromes
eine ebenfalls vormagnetisierte Hilfsdrossel dient, deren Arbeitswicklung mit 12
bezeichnet ist. Die Wicklungen 15 sind die Vormagnetisierungswicklungen dieser Hilfsdrossel,
die mit den Vormagnetisierungswicklungen 17 eines im Hauptwechselstromkreis liegenden
Stromwandlers in Reihe beschaltet sind, der dem Hilfsgleichrichter 1 1 wechselstroniseitig
vorgeschaltet ist. Im Wechselstromkreis des Hilfsgleichrichters 1 1 liegt außerdem
noch die Transformatorwicklung 13', um zu erreichen, daß eine Regelung des dem Hilfsgleichrichter
1 1 zugeführten Wechselstromes auch dann noch möglich ist, wenn der Primärstrom
in der Stromwandlerwicklung 13, das ist der dem Hauptgleichrichter zugeführte Wechselstrom,
sehr klein wird.
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Ein Anwachsen des Erregergleichstromes in den Wicklungen 15 und 17
hat zur Folge, daß der Gleichstrom in den Gegenerregungswicklungen 4, 5 und 6 infolge
Sinkens der Induktivität der Wicklung 12 ebenfalls ansteigt. Die an den Sekundärwicklungen
13' des Stromwandlers entstehende Spannung wird dagegen durch ein Anwachsen des
Vormagnetisierungsstromes herabgesetzt, so daß der Gleichstrom in den Vorerregungswicklungen7,
8 und 9 der Hauptdrosseln sinkt. Das Umgekehrte tritt bei Kleinerwerden des Gleichstromes
in den Wicklungen 15 und 17 auf. so daß der Gegenerregerstrom und derVorerregerstrom
der Hauptdrosseln gegensinnig geregelt werden.
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Die Größe des Erregerstromes in den Wicklungen 15 und 17 hängt in
erster Linie von der Ausgangsspannung des Hauptgleichrichters ab. Zu diesem Zweck
ist ein Spannungsteiler 26 vorgesehen, an dem eine dieser Ausgan;gs.s.pannu'ng proportionale
Regelspannung abgegriffen wird. Die Regelung erfolgt dabei in normalen Belastangsibereichien
auf konstante Spannung. Erst wenn der Belastungsstrom eine gewisse Größe überschreitet,
wird eine zusätzliche Regelspannung eingeführt, die an dem Meßwiderstand 25 abgegriffen
wird. Die Ventile 35 und 36 sorgen dafür, d:aß von den beiden Regelspannungen stets
nur die größere zur Wirkung kommt. Eine dritte Regelspannung, die von der Ändierungsges:ch@vindigkeit
der Ausga-ngsspannung ab:h:ängt und die die Aufgabe hat, die Zeitverzögerung des
Steue:rkreis:es herabzusetzen, wird an dem Widerstand 2,9 in den Steuerkreis eingeführt.
Zu diesem Zweck ist der Widerstand 29 über den Stromwandler -28 in den Stromkreis
eines an der Aus,angsspannung
liegenden Kondensators 27 eingeschaltet.
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Die resultierende Regelspannung wird der Vormagnetisierungswicklung
reines Konstantstromglledes 23 zugeführt, welches mit reinem zweiten Konstantstromglied
24 in Reihe an der Wechselspannung liegt. Beide sind auf die gleiche Stromstärke
eingestellt, so daß sich bei geringen Änderungem der Vormagnetisierung des Gliedes
23 an diesem eine starke Spannungsänderung ergibt. Diese Spannungsänderung wird
übler den Hilfsgleichrichter 20 dem Widerstand 19 zugeführt und die an diesem auftretende
Spannung mit reiner konstanten Spannung, die an dren Widerstand 2 1 erzeugt wird,
verglichen. Die konstante Spannung am Widerstand 2 1 wird dadurch erzeugt, daß dieser
Widerstand über einen Hilfsgleichrichter 22 und einen Stromwandler 34 rin den die
Glieder 23 und 24 enthaltenden Konstantsiromkreis eingeschaltet ist. Von der Differenz
zwischen deri Spannurgen an den Widerständen . 1 9 und 21 hängt dann der Strom in
den Vormagnetisierungswicklungen 15 und 17 ab. Durch die gewählte Schaltung wird
eine außerordentlich empfindliche Regelung erzielt.
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Der Regelvorgang verläuft demgemäß folgendermaßen: Steigt beispielsweise
die Ausgangsspannung des Hauptgleichrichters, so steigt die Vormagnetisierung des
Konstantstromgliedes 23, und die an diesem abgegriffene Wechselspannung erfährt
eine starkeAbsenkung. Infolgedessen steigt auch der Strom in den Wicklungen 15 und
17, so daß der Strom in den Gegenerregungswicklungen 4, 5 und 6 größer, der in den
Vorerregungswicklungen 7, 8 und 9 dagegen kleiner wird. Die resultierende Vormagnetisierung
der Drosseln r, 1', 2, 2', 3, 3' wird also geschwächt, so daß die Ausgangsspannung
wieder herabberegel t wird.
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Es blieb bisher noch unerwvähnt, daß mit Hilfe einer zweiten Sekumdärwicklung
des Stromwandlers 28 eine der bzw. -abgäbe des Kondensators 27 proportionale Spannung
auch in den Stromkreis der Gegenerregurngswicklungen 4, 5 und 6 reingeführt wird.
Das hat den Zweck, auch noch die Zeitkonstante des Ausgangskreises der als magnetischer
Verstärker wirkenden vormagnetisierten Drossel 12 herabzusetzen, um etwa hierdurch
bedingte Überregelungen zu vermeiden.
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Bei der bei dem Ausführungsbeispiel angewendeten Regelung mit Gegenerregung
der Hauptdrosseln besteht die Gefahr, daß das resultierende Gleichfeld in den Hauptregeldrosseln
ein Vörzeichen umkehrt, was auch eine Umkehrung des Regelsinnes bedeuten würde.
Um das zu vermeiden, wird durch die Widerstände 30, 3 1 und 32 ein Abbid des jeweils
varhandenen Gleichfeldes erzeugt und hierdurch ein zusätzlicher Regeleinfluß, der
eine Vorzeichenumkehr des Gleichfeldes verhindert, zur Wirkung gebracht. Der Widerstand
3o wird von dem Gegenerregerstrom durchflossen und liefert demgemäß eine Spannung,
die der Gegenerregung proportional ist. Entsprechend liefert der vom dem Vorerregerstrom
durchflossene Widerstand 3 1 eine der Vorerregung proportionale Spannung. An dem
Widerstand 32 tritt schließlich eine Spannungauf, die der durch die Ventilströme
hervorgerufenen Gleichstromerregung proportional ist., In den Stromkreis der auf
der Drossel 12 und dem Stromwandler 13 angeordnete Erregerwicklungen 16 und 18 werden
nun diese drei Spannungen so eingeführt, daß sich die von dem Ventilstrom und die
von den Vormagnetisseruntgswicklungen 7, 8 und 9 herrührenden Spannungen addieren
und sich die von dem Gegenerregerstrom herrührende Spannung davon abzieht. Ein Ventil
33 sorgt dafür, da,ß ein Strom in den Wicklungen 16 und 18 nur dann fließen kann,
wenn die von dem Gegenerregerstrom herrührende Spannung an dem Widerstand 3o die
Summe der Spannungen an den Widerständen 31 und 32 überwiegt, was bet geeigneter
Bemessung der Widerstände ein Zeichen dafür ist, daß die resultierende Erregung
der Hauptdrosseln einen bestimmten Kleinstwert unterschritten hatbzw. im Begriff
ist, ihr Vorzeichen umzukehren. Ist dies der Fall, so wird die Vormagnetisierung
sowohl des Stromwandlers 13, 13' als auch der Regeldrossel 12 geschwächt, was nach
dem oben Gesagten zur Folge hat, daß der Gegenerregerstrom verkleinert, der Vorerregerstrom
dagegen vergrößert wird. Eine Umkehr des Regelsinnes kann also nicht eintreten.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. z. Es handelt
sich bei dieser Schaltung ebenfalls. darum, bis zu einer gewissen Belastungsgrenze
zunächst die Spannung und bei Erreichung dieser Grenzte dien Strom konstant zu halten.
Die von der Spannung und die: von dem Strom abhängige Steuerspannung wirken beide
auf ein und denselben Regelstromkreis, woibici Ventile dafür sorgen, daß .stets
nur diejenige Steuerspannung zur Wirkung gelangt, die gerade die ,größere ist. Die
stromabhängige Steuerspannung wird mit Hilfe vom Stnomwundlern 41 erzeugt, deren
Primärwicklungen 42 1111-mittelbar in der Wechsielstrommleitung dies Haupitgleichrlchtters
liegen und denen Sekundärwicklungen 43 über eineu Gleichrichter 45 an dem einstellbaren
Widerstand 46 einen Spannungsabfall erzeugen. Zur besseren Konstanthaltung
des
Stromes werden die Stromwandler 41 noch mittels der an die Ausgangsklemmen angeschlossenen
Wicklungen 44 in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung vormagnetisiert. Die spannungsabhängige
Steuerspannung wird über den Sollwerteinsteller 47 unmittelbar dem Ausgangskreis
des Hauptgleichrichters entnommen.
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Die beiden Steuerspannungen wirken nun über Hilfsventile q48 und 49,
die immer nur die größere Steuerspannung zur Wirkung kommen lassen, auf die Vormagnsetisierungswicklung
54' eines Konstantstromgliedes 50' ein, welches aus der Parallelschaltung einer
vormagnetisierten Drossel 52' mit einem Kondensator 53' besteht. Dieses Kosnstantstromglied
ist in Reihe geschaltet mit einem zweiten Konstantstromglied 5o, das ebenfalls aus
einer Parallelschaltung einer vormagnetisierten Drossel 5a mit einem Kondensator
53 besteht. Die beiden Konstantstramglieder 50 und 50' sind hintereinansdergeschaltet
und beide auf denn gleichen Stromwert reingestellt. Die Vormagnetisierungswicklungen
54 des Gliedces 5 0 werden über einen Hilfsgleichrichter 58 aus dem magnetischen
Spannungsgleichhalter 57 konstant serregt. Schon einte ganz geringfügige Änderung
des Vormagnetisierungsstromes in den Wicklungen 5d4' des Gliedces 5o' ruft an dem
Glied 5o' eine starke Spannungsänderung hervor. Da die Summe der Spannungen beider
Glieder 5o und 50' wegen ihrer Reihenschaltung konstant ist, so muß sich naturgemäß
die Spannung an dem Glied 5o gegenläufig mit der an dem Glied 5o' ändern.
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Diese gegenläufige Änderung der Spannungen an den Gliedern 5o und
5o' wird nun dazu benutzt, um den Erregerstrom der Hauptregeldrosseln 1, a, 3, 1',
a', 3' zu beeinflussen. Dabei erfolgt die Regelung der Hauptregeldrossseln hier
so, daß nur eine zusätzliche Erregung zu der vorn den Ventilströmen des Haupstgleichrichters
herrührenden Erregung benutzt wird, die aber bei einer bestimmten Größe des Regeleinflusses
ihr Vorzeichen umlehr t. Sie wirkt also unterhalb dieser Grenze der von den Hauptventilströmen
herrührenden Erregung entgegen, unterstützt sie jedoch oberhalb der genannten Grenze.
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Auf jedem Kern der Hauptregeldrossel sind zu diesem Zweck zwei Zusatzerregerwicklungen
37, 37' bzw. 38, 38' bzw. 39, 39' angebraccht. Sämtliche Erregerwicklungen sind
dabei hintereinander in ein und dienselben Stromkreis eingeschaltet, und zwar derart,
daß dise in ihnen induzierten Wechselspannungen die Summe Null ergeben. Daß für
jeden Kern nicht nur eine Erregerwicklung vorgesehen ist, sondern deren zwei, z.
B. die Wicklungen 37 und 37', hat seinen Grund darin, daß die Summe der Wechselspannungen,
die in der Gesamtzahl der Erregerwicklungen des betreffenden Kernes induziert werden,
auf zwei Spulen verteilt werden soll, um die Isolation zu erleichtern.
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Zur Speisung des gemeinsamen Erregerstromkreises der Hauptregeldrosseln
sind vier Hilfsgleichrichter 59, 6o, 59', 6o' vorgesehen. Jeder dieser Hilfsgleichrichter
liegt wechselstromseitig an einer besonderen Sekundärwicklung einsec der Konstantstromglieder
5o bzw. 5o'. So liegt der Hilfsgleichrichter 59 an der Wicklung 56 des Gliedes 5o
und der Hilfsgleichrichter 6o' an der Wicklung 55' des Gliedes 5o'. Dem Hilfsgleichrichter
6o' ist gleichstromseitig ein Vorbelastungswiderstand 61' zugeordnet; dabei sind
die beiden Gleichrichter 59 und 6o', die nach dem oben Gesagten in ihrer Spannung
gegensinnig geregelt werden, mit entgegengesetztem Durchlaßsinn bintereinander in
den gemeinsamen Erregerstromkreis der Hauptregeldrosseln eingeschaltet. Unter ihrer
Einwirkung fließt infolgedessen in diesem Erregerkreis nur dann Strom, wenn die
Gleichspannung des Gleichrichters 59 diejenige des Gleichrichters 6o' überwiegt.
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In analoger Weisse isst auch das andere Gleichrichterpaar 59' und
6o geschaltet. Der Gleichrichter 59' wird aus der Sekundärwicklung 56' des Gliedes
5o' und der Gleichrichter 6o aus der Sekundärwicklung 55 des Gliedes 5o gespeist.
Letzterer ist außerdem durch den Widerstand 61 vorbelastet. Auch dieses Gleichrichterpaar
ist in Hintereinanderschaltung mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung an den gemeinsamen
Erregerstromkreis der Hauptregeldrosseln angeschlossen, was durch eine einpolige
Verbindung der Gleichrichter 59 und 6o bzw. 6o' und 59' erreicht ist. Das Gleichrichterpaar
59', 6o kann nur dann einen Strom durch den Erregerstromkreis treiben, wenn die
Spannung an 59' größer ist als die an 6o. Dieser Strom hat aber die `eiitgegen.-gesetzte
Richtung wie derjenige Strom, der unter der Einwirkung der Gleichrichter -59 und
6o' zustande kommen kann. Da sich aber andererseits die Spannung an dem Gleichrichter
59 gleichsinnig mit der an dem Gleichrichter 6o und die Spannung an dem Gleichrichter
59 gleichsinnig mit der an. dem Gleichrichter 6o' ändert, so, nimmt bei einer Spannungsänderung
der von dem einen Paar gelieferte Strom zu, der Strom des. anderen Paares dagegen
ab. Bei einer bestimmten Spannungsverte:ilung auf die Glieder 50 und 50' muß daher
der Strom in den Erregerwicklungen: 37 bis 39 und 37' bis. 39' seine Richtung umkehren.
Es genügt, wie schon gesagt, eine ganz geringe Änderung des vom, der Verbrausch
erspannüng bzw. dem Verbraucherstrom
abhängigen Vormagnetisierungsstromes
für das Glied 5o' dazu, um starke gegenläufige Spannungsänderungen an den Gliedern
5o und 5o' und damit eine erhebliche Änderung des Erregerstromes der Hauptregeldrosseln
hervorzurufen. Erwähnt sei noch, daß Vorbelastungsdrosseln 34 für die Hauptregeldrosseln
vormagnetisiert sind, um einen steileren Verlauf der Abhängigkeit ihrer Spannung
von dem aufgenommenen Wechselstrom zu erzielen. Bei den Spannungsschwankungen, die
an den Vorbelastungsdrosseln bei wechselndem Verbraucherstrom infolge des Spannungsabfalles
an dem Hauptgleichrichter zustande kommen, ändert sich dann der von ihnen aufgenommene
Strom nur verhältnismäßig wenig.