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Durch Kontaktumformer gespeiste Dreileiteranlage Es besteht noch häufig
das Bedürfnis, als speisende Stromquellen für Gleichstromdreileiteranlagen an Stelle
rotierender Maschinen Gleichrichter zu verwenden. Bei Quecksilberdampfglaichrichtern
tritt dabei jedoch als Nachteil in Erscheinung, daß diese Gleichrichter einen verhältnismäßig
hohen inneren Spannungsabfall haben. Es ist infolgedessen bei Verwendung von Quecksilberdampfgleichrichtern
nicht ratsam, jeder Netzhälfte einen besonderen Speisegleichrichter zuzuordnen,
weil dann in bezug auf die Außenleiter der Gleichstromanlage die beiden Gleichrichter
in Reihe geschaltet wären und der doppelte Wert des an sich schon sehr hohen Spannungsabfalles
in Kauf genommen werden müßte. Diese einfache Schaltung läßt sich jedoch ohne weiteres
anwenden, wenn man an Stelle von Quecksilberdampfgleichrichtern Kontaktgleichrichter
verwendet, wobei diese zweckmäßig mit Schaltdrosseln und gegebenenfalls auch mit
Nebenwegen zu den Kontakten zur Verbesserung der Kommutierung ausgerüstet werden.
Auf eine solche Anlage bezieht sich die Erfindung.
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Nun ist es, um die Spannung, insbesondere die Spannungsaufteilung
zwischen den beiden Netzhälften, an den Verbrauchern konstant
zu
halten, erforderlich, beide Speisestromquellen je für sich zu regeln, da man ja
immer mit einer verschieden hohen Belastung der beiden Netzhälften rechnen muß.
Die Spannungsregelung bei Kontaktumformern kann in Analogie zu der Gittersteuerung
von Ouecksilberdampfgleichrichtern dadurch erfolgen, daß man die Synchronlage der
Schaltzeitpunkte der Kontakte in bezug auf die zugeführte Wechselspannung verschiebt.
Das wird, wenn man auf verwickelte und zur selbsttätigen Regelung wenig geeignete
mechanische Getriebe verzichten will, praktisch meist so durchgeführt, daß man den
Synchronmotor, der die Umformerkontakte antreibt, mit einer zweiachsigen Erregung
ausrüstet, um auf diese Weise mit rein elektrischen Mitteln die Lage des Läuferfeldes
in bezug auf den Läufer verdrehen zu können. In dem Fall der Speisung eines Dreileiternetzes
durch zwei Kontaktumformer würde das für jeden Kontaktumformer einen besonderen
Antriebsmotor erfordern.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, bei Beibehaltung
der Regelung durch rein elektrische Mittel, also unter Ausschluß verstellbarer mechanischer
Getriebe, die Kontakte beider Umformer durch einen gemeinsamen Synchronmotor anzutreiben.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die zur Aufrechterhaltung
der Spannungssymmetrie zwischen den beiden \etzhälften erforderliche Regelung der
Umformerspannungen durch Beeinflussung der Vormagnetisierung ihrer Schaltdrosseln
erfolgt.
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Die Erfindung möge an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden. In. Fig. i ist mit i ein Drehstromnetz bezeichnet, das über
die beiden Kontaktumformer das Dreileitergleichstromnetz speisen soll. Die Außenleiter
dieses Dreileiternetzes sind mit 2 bzw. 2' und der Mittelleiter mit o bezeichnet.
Für die Kontaktumformer ist die Verwendung der bekannten Graetzschaltung angenommen.
Der Einfachheit halber sind die Elemente jedes der beiden Umformer nur für eine
Phase dargestellt. Mit 6 sind die Kontakte des einen und mit 6' die des anderen
Umformers bezeichnet. Zum Antrieb beider Kontaktgruppen dient der gemeinsame Synchronmotor
7. In Reihe mit den Umformerkontakten 6 bzw. 6' liegen die Wicklungen a der Schaltdrosseln
8 bzw. 8'. Gespeist werden die Kontaktumformer durch einen Transformator 3, der
für jeden Umformer eine besondere Sekundärwicklung .a. bzw. q.' hat. Die Wirkungsweise
der Schaltdrosseln beruht bekanntlich darauf, daß sie im Bereich des Stromnulldurchganges
eine nur langsame Änderung des Stromes zulassen, so daß jeweils ein längerer Zeitraum
zur Verfügung steht, innerhalb dessen der zugehörige Kontakt praktisch stromlos
geöffnet werden kann.
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Die Schaltdrosseln haben aber nun weiterhin noch die Eigenschaft,
daß sie beim Schließen des Kontaktes der ablösenden Phase ebenfalls einen Zeitraum
geringer Änderungsgeschwindigkeit des Stromes schaffen. so daß der Vorgang der eigentlichen
Stromühernahme von der einen Phase zur anderen gegenüber dem Schließungszeitpunkt
des ablösenden Kontaktes nach .Maßgabe dieses Zeitraumes verzögert wird. Diese Erscheinung
kann man zur Spannungsregelung ausnutzen, indem man durch Vormagnetisierung der
Schaltdrosseln die Länge dieser Zeitspanne geringer Stromänderungsgeschwindigkeit
mehr oder weniger ausdehnt.
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In Fig. i haben die Schaltdrosseln 8 bzw. 8' außer den mit den Schaltkontakten
in Reihe liegenden Arbeitswicklungen a zunächst noch je eine weitere Wicklung c,
die zur Vormagnetisierung dient und von einem Strom durchflossen ist, der dem Belastungsstrom
der betreffenden Netzhälfte proportional ist. Zu diesem Zweck sind die Wicklungen
c in Reihe miteinander an einen in dem zugehörigen Außenleiter :2 bzw. 2' liegenden
Meßwiderstand 9 bzw. g' angeschlossen. Nun kann man durch das Aufbringen einer @ormagnetisierung
auf die Schaltdrosseln die Gleichspannung des Umformers im wesentlichen nur herabsetzen,
nicht dagegen auch erhöhen. Wenn die Vormagnetisierung Null ist, entspricht die
Spannung angenähert dem durch die Synchronlage der Schaltzeitpunkte bestimmten Aussteuerungsgrad.
Andererseits erfordert aber die Spannungshaltung an den Verbrauchern, daß die Umformerspannung
oder, genauer gesagt, die Gleich-E:\IK des Umformers mit zunehmendem Belastungsstrom
um den Wert der Spannungsabfälle im Umformer selbst und gegebenenfalls auch in den
Netzleitungen heraufgesetzt wird. Um das zu ermöglichen, ist auf jeder der Schaltdrosseln
noch eine weitere -#Iormagnetisierungswicklung b angeordnet, die konstant erregt
wird. Die hierzu benötigte konstante Gleichspannung wird einer besonderen Spannungsquelle
i i entnommen, die beispielsweise aus einem an das Drehstromnetz i angeschlossenen
magnetischen Spannungsgleichhalter und einem Hilfsgleichrichter bestehen kann. Wäre
die Spannung, die das Drehstromnetz i liefert, absolut konstant, würde es also nur
darauf ankommen, die durch die Belastung hervorgerufenen inneren Spannungsabfälle
bzw. die Spannungsabfälle auf den Leitungen auszuregeln, so müßte man den Strom
in den Wicklungen b so einstellen, daß
die durch ihn hervorgerufene
Vormagnetisierung, wäre sie allein vorhanden, die Umformerspannung um daß Maß des
gesamten bei Vollast auftretenden Spannungsabfalles herabsetzt. Um bei Leerlauf
auf der Gleichstromseite der Umformer die Sollspannung zu bekommen, müßte man in
diesem Fall den Transformator so auslegen, daß die Umformer bei nicht vormagnetisierten
Schaltdrosseln eine um diesen Betrag der Spannungsabfälle zu hohe Spannung liefern.
Dann erhält man bei Leerlauf, bei dem die Vormagnetisierungswicklungen b allein
wirksam sind, an den Gleichstromklemmen die Sollspannung. Mit wachsender Belastung
wirkt nun die Vormagnetisierung der Wicklungen c der von den Wicklungen b herrührenden
Vormagnetisierung entgegen, und zwar wären die Wicklungen c bzw. die Meßwiderstände
9, 9' so zu bemessen, daß sich bei Vollast die Wicklungen c und b hinsichtlich ihrer
vormagnetisierenden Wirkung gerade aufheben.
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Mit einer Konstanz der Drehstromnetzspannung kann allerdings meist
nicht gerechnet werden. Es muß der Regelung vielmehr die Möglichkeit eines Schwankens
der Drehstromnetzspannung innerhalb bestimmter Grenzen zugrunde gelegt werden. Um
diese Netzspannungsschwankungen auszuregeln, sind auf den Schaltdrosseln schließlich
noch die Wicklungen d angeordnet. Diese Wicklungen werden in Abhängigkeit von der
Abweichung der Drehstromnetzspannung von ihrem Sollwert erregt, und zwar je nach
der Richtung der Abweichung ebenfalls mit positivem oder negativem Stromvorzeichen.
Das Zusammenwirken aller drei Vormagnetisierungswicklungen ist in Fig. 2 in Form
eines Schaubildes näher dargestellt. Es sind dort die Spannungen U in Abhängigkeit
von dem Belastungsstrom J des Umformers aufgetragen. Uk möge derjenige Sollwert
sein, auf dem die Gleichspannung des Umformers konstant gehalten werden soll. Um
zunächst die inneren Spannungsabfälle A Ui, die von dem Belastungsstrom hervorgerufen
werden, auszuregeln, muß die EMK des Umformers in Abhängigkeit von dem Belastungsstrom
J nach der Kennlinie Uk -I- A Ui verlaufen. Das wird, wie schon erwähnt, durch einekonstante
Erregung der Wicklungen b und die ihr entgegenwirkende, vom Belastungsstrom abhängige
Erregung der Wicklungen c erreicht. Der Transformator wird nun so ausgelegt, daß
bei dem zu erwartenden Kleinstwert der Drehstromnetzspannung und bei nicht vor-.magnetisierten
Schaltdrosseln der Umformer eine Leerlaufgleichspannung liefern würde, die um den
Betrag der inneren Spannungsabfälle bei Vollast höher ist als die Sollspannung Uk.
Diese Spannung ist in Fig. 2. mit U( m1" bezeichnet. Wenn die Drehstromnetzspannung
ihren Normalwert hat, ergibt sich demzufolge die Umformerleerlaufspannung Uonorm
und beim Höchstwert der Drehstromnetzspannung die Leerlaufspannung Uo ,.x.
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Die konstante Erregung der Vormagnetisierungswicklungen b wird nun
so eingestellt, daß durch sie, wenn sie allein wirksam ist, die Umformerspannung
um den Wert der Spannungsabfälle bei Vollast und um den halben Betrag der durch
die größtmögliche Schwankung der Drehstromnetzspannung bedingten Gleichspannungsänderung
herabgesetzt wird. Dieser Gesamtbetrag, um den die Spannung durch die Wirkung der
Wicklungen b herabgesetzt wird, ist in Fig. 2 durch den nach unten gerichteten Pfeil
A Ub versinnbildlicht. Dieser Spannungsherabsetzung entgegen wirkt die von
dem Belastungsstrom J abhängige und von den Wicklungen c herrührende Spannungsänderung
@ U, die ebenfalls durch einen Pfeil dargestellt wird. A U, ist bei jedem
Belastungsstrom seinem Absolutwert nach gleich dem zugehörigen inneren Spannungsabfall
/\ Ui. Die Wicklungen d bewirken, wenn die Drehstromnetzspannung ihren Normalwert
hat, überhaupt keine zusätzliche Vormagnetisierung. Beim Kleinstwert der Drehstromnetzspannung
tritt dagegen eine Spannungserhöhung A Udmi" und beim Größtwert der Drehstromnetzspannung
eine Spannungsherabsetzung AU d"ax auf. Beim Kleinstwert der Drehstromnetzspannung
wird also die Spannungsherabsetzung A Ub zum Teil wieder aufgehoben, während sich
bei maximaler Drehstromnetzspannung die Spannungsherabsetzung A Ud ""x
zu
ihr addiert. Auf diese Weise wird erreicht, daß die T-Tmformer-EMK der
Kennlinie Uh -I- A Ui folgt und die Umformerklemmenspannung auf dem Wert Uk konstant
bleibt, auch dann, wenn die Drehstromnetzspannung innerhalb der berücksichtigten
Grenzen schwankt.
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DurchEinfügen einesZwischengliedes bzw. eines weiteren Steuerreglers
ist es möglich, die drei auf den Schaltdrosseln angebrachten Vormagnetisierungswicklungen
zu einer einzigen Spule zusammenzufassen, ohne daß an der Wirkung etwas geändert
wird: