-
Elektrische Umformungsanordnung In elektrischen Umformungsanordnungen
können bekanntlich sogenannte Schaltdrosseln, das sind in Reihe mit den Unterbrechungsstellen
liegende Drosseln mit beim Nennstromwert hochgesättigtem Magnetkern, durch dessen
Entsättigung in der Nähe des Stromnullwertes eine stromschwache Pause hervorgerufen
wird, zur Erleichterung der Ein- und Ausschaltvorgänge dienen, und zwar sowohl bei
.Kontaktumformern oder Entladungsstromrichtern als auch in Verbindung mit den Kommutierungseinrichtungen
elektrischer Maschinen. Zwecks Regelung können die Schaltdrosseln mit einer veränderlichen
Vormagnetisierung versehen sein. Auch der wirksame Magnetkernquerschnitt kann zum
gleichen Zweck verändert werden. Gelegentlich können insofern Schwierigkeiten auftreten,
als die eingebauten Schaltdrosseln, die für einen bestimmten Arbeitsbereich bemessen
sind, sich für einen anderen Arbeitsbereich als zu groß erweisen, weil sie eine
stromschwache Pause von .zu langer Dauer erzeugen. Dies hat die nachteilige Folge,
daß z. B. die größtmögliche Belastung der Umformungsanordnung herabgesetzt und ebenso
der größte zu erzielende Leistungsfaktor verringert wird. Insbesondere tritt dieser
störende Umstand bei voller -Aussteuerung, d. h. z. B. bei Gleichrichtern bei größter
Gleichspannung auf. Bei diesem Betriebszustand ist nämlich die Ummagnetisierungszeit
der Schaltdrosseln deswegen besonders groß, weil die Augenblickswerte der Stromwendespannung
bei diesem Betriebszustand gering sind. und daher das bestimmte Spannungszeitintegral,
das zur Ummagnetisierung der Schaltdrosseln erforderlich ist, erst nach verhältnismäßig
langer Zeit erreicht wird. Steuert man z. B. einen Gleichrichter herunter .auf kleine
Gleichspannung, so wachsen die Augenblickswerte der Stromwendespannung, und dementsprechend
nimmt die Ummagnetisierungszeit der Schaltdrossel ab. Um in diesem herabgesteuerten
Betriebszustand ein sicheres Arbeiten der Kontakte zu
gewährleisten,
muß die Ummagnetisierungszeit der Schaltdrosseln, d. h. ihre Stufenlänge, die dein
Produkt aus Sättigungsinduktion; Windungszahl und Eisenquerschnitt proportional
ist, einen bestimmten Wert haben. Eine so ausgelegte Schaltdrossel ist dann, wie
oben erwähnt, für den Betriebsbereich voller Aussteuerung unter Umständen zu groß.
-
Die Erfindung besteht darin, daß bei abnehmender Stromwendespannung
zwecks Verkürzung der von der Stromwendespannung abhängigen Ummagnetisierungszeiten
der Drosseln die wirksame Windungszahl der Drosseln verringert wird oder einen Teil
ihres Magnetquerschnitts umschlingende Windungen kurzgeschlossen werden oder eine
im Sinne der Stromwendespannung wirkende Hilfsspannung während der Ummagnetisierungszeiten
an eine Wicklung der Drosseln g legt oder die im Einschaltaugenblick wirksame e
e - %,?orerregung im Sinne einer Verkürzung der stromschwachen Pause verändert
wird und umgekehrt. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß die Dauer der stromschwachen
Pause in den verschiedenen Betriebsbereichen annähernd gleich lang ist. Die Erfindung
ist von besonderer Bedeutung für die Ausschaltvorgänge in Brückenschaltungen, in
denen nur eine Schaltdrossel für je zwei in Gegentakt arbeitende Unterbrechungsstellen
vorhanden ist, insbesondere in der dreiphasigen Brückenschaltung. In dieser Schaltung
steht für die Stromwendung und Ummagnetisierung der Schaltdrossel nur eine beschränkte
Zeit zur Verfügung, in der dreiphasigen Brückenschaltung z. B. nur eine Zeit, die
einem Winkel von 6oJ elektrisch entspricht. Wird diese Zeit überschritten, so wird
der Betrieb unstabil, oder es bricht die Gleichspannung eines Gleichrichters zusamznen.
Die größte in dieser Schaltung mögliche Belastung im Gleichrichterbetrieb mit sinusförmiger
Wechselspannung berechnet sich z: B. nach einer Formel:
Dabei ist t` die auf den Nennstrom bezogene überlastbarkeit (Ü # Inenrt
= I.",) , F die Kurzschlußspannung des Kommutierungskreises in Hundertsteln
der Nennspannung, a der Steuerwinkel, (,t = :2 c-c f und A ts die
Umznagnetisierungszeit der Schaltdrossel, bezogen auf den Scheitelwert der Stromwendespannung.
Aus der Formel entnimmt man, daß die Überlastbarkeit O mit abnehmendem x um so mehr
abnimmt, je größer die Stufenlänge ts der Schaltdrossel ist.
-
Eine Verringerung dieser Stufenlänge zwecks Erzielung annähernd gleicher
Überiastbarkeit für verschiedene Werte von 2 ist auf verschiedene Weise möglich,
z. B. können hei großem a mehrere, z. B. zwei Drosseln in Reihe geschaltet werden,
wovon bei kleinerem x einzelne kurzgeschlossen «-erden. Es kann auch nur eine Schaltdrossel
Verwendung finden, von deren Eisenquerschnitt ein Teil bei voller Aussteuerung durch
eine besondere Wicklung kurzgeschlossen wird, oder es kann dich, Windungszahl der
Schaltdrossel bei voller Aussteuerung durch <lnzapfuzigen verringert werden.
Schließlich kann auch durch eine zusätzlich eingeführte Hilfsspannung die resultierende
Stromwendespannung verändert bzw. die Ummagnetisierung der Schaltdrossel beschleunigt
werden. Es ist nämlich:
wobei B, die Sättigungsinduktion des Schaltdrosseleisens, w die Windungszahl,
q der Eisenquerschnitt und U der Effektivwert der Stromwendespannung bedeuten.
Eine künstliche Erhöhung von L' verringert also die Stufenlänge der Schaltdrossel.
Eine solche zusätzlich eingeführte Hilfsspannung kann nach Art einer Vormagnetisierung
durch eine Hilfswicklung auf den Schaltdrosseln in dem Stromkreis induziert werden.
Unter Umständen ist es zweckmäßig, als Hilfsspannung nicht eine sinusförznige Spannung,
sondern zeitlich kurz begrenzte Spannungsstöße insbesondere von annähernd rechteckiger
Kurvenforen, anzuwenden, deren Wirkungszeit gerade in die Zeit gelegt wird, in der
die Schaltdrossel sich umsättigt. Bei einer durch Z'eränderung der Einschaltzeitpunkte
verursachten Spannungsregelung kann die etwa mit Hilfe eines Drehtransformators
eingestellte Phasenlage dieser Spannungsstöße beispielsweise mittels elektrischer
oder mechanischer Koppelung der Verstelleinrichtungen automatisch mitgedreht werden.
Die Größe der zusätzlich eingeführten Hilfsspannung kann vom Hauptstrom abhängig
gemacht werden, z. B. dadurch, daß man die Zusatzspannung über gittergesteuerte
Stromtore zuführt, deren Gitter vom Belastungsstrom beeinflußt werden, und zwar
vorzugsweise derart, daß die Zusatzspannung mit wachsender Belastung größer wird.
Ein einfaches Mittel, zeitlich kurz begrenzte Spannungsstöße zu erzeugen, besteht
darin, die Hilfsspannung von einer weiteren sich sättigenden und mittels einer svnchronen
Wechselspannung erregten Hilfsdrossel abzugreifen. Dann'-' ergibt sich die weitere
Möglichkeit, durch #'orznagiietisierung einer solchen Hilfsdrossel Größe und zeitliche
Lage der Zusatzspannung zu beeinflussen.
-
Wendet man die Erfindung auf Schaltdrosseln an, «-elche zur Entlastung
der Kontakte
beim Einschalten dienen, so vermeidet man dadurch
die mit einer übermäßigen Verzögerung des Stromanstiegs nach dem Einschalten verbundene
Herabsteuerung des Umformers um einen Winkel a, welcher der auf den Einschaltvorgang
folgenden stromschwachen Pause entspricht und die größte vom Umformer, z. B. vom
Gleichrichter, zu liefernde Gleichspannung verringert und damit die volle Ausnutzung
verhindert bzw. den Leistungsfaktor der Anlage verringert. Die Verkürzung der stromschwachen
Pause einer Einschaltdrossel kann durch die gleichen Mittel erzielt werden, wie
sie für die Hauptschaltdrossel erwähnt worden sind. Bei. der Einschaltdrossel ist
es besonders einfach, eine verringerte Stufenlänge durch Änderung der Vormagnetisierung
des Magnetkerns zu erzielen. Aber auch hier kann es zweckmäßig sein, den Magnetkern
aus -zwei Teilen aufzubauen, wovon der eine so bemessen ist, daß er für sich allein
bei voller Aussteuerung gerade einen ausreichenden Schutz der Kontakte beim Einschalten
gewährleistet, während die beiden Teile zusammen bei herabgesteuertem Betriebszustand,
d. h. bei großen Augenblickswerten der Stromwendespännung, gerade -ausreichen. Das
Unwirksammacheneines Teiles der Einschaltdrosselkerne wie auch der Hauptschaltdrosseln
kann durch automatisch vom Betriebszustand des Umformers abhängige Mittel erfolgen.
So können z. B. die Schaltdrosseln durch einen Teil des Belastungsstromes vorerregt
werden, oder das Gerät zur Regelung des Vorerregungsstromes kann mit einem Gerät
zur Verstellung des Steuerwinkels des Antriebs der Kontakte mechanisch gekuppelt
werden. Die Erfindung kann auch angewendet werden bei Umformern, welche mit veränderlicher
speisender Spannung betrieben werden.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
15 ist der .Kern der Hauptschaltdrossel, 18 und ig sind zwei Einschaltkerne, welche
mit der Hauptschaltdrossel zusammengewickelt sind. Die Hauptwicklung 1d. umschließt
alle drei Kerne. Die Wicklung 2o bildet die Vorerregung des Hauptkerns, die Wicklungen
21 und 22 die Torerregung der Einschaltkerne. Die Wicklung 17 liegt im Kreise des
Löschkondensators 16. Bei großem Steuerwinkel wird 2i und 22 mit einem solchen Strom
vorerregt, daß im Augenblick der Schließung des Kontaktes 13 die Magnetisierung
der Kerne 18 und ig gerade dem im Leiter 1i, 12 entstehenden Hauptstrom entgegengesetzt
ist. Beim Steuerwinkel a = 0 wird nur eine der Wicklungen 21 oder 22 durch einen
solchen Strom vorerregt, z. B. die Wicklung 2i; die andere dagegen, z. B. die Wicklung
22, wird so vorerregt, daß ihr Kern ig im Augenblick des Schließens des Kontaktes
13 bereits in Richtung- des im Leiter i i, 12 neu entstehenden Stroms gesättigt
ist. Um die Ummagnetisierungszeit des Hauptkerns 15 bei kleinem Steuerwinkel zu
verringern, kann der Wicklung 2o bei kleinem Steuerwinkel eine zusätzliche Spannung
aufgedrückt werden, die z. B. in gleichem Sinne wirkt wie die zu dieser Zeit an
der Hauptwicklung 1q. wirksame natürliche Stromwendespannung.