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Umformungsanlage mit zwei vorzugsweise über eine Spannungsteilerdrossel
parallel geschalteten Kontaktumformeranordnungen Die Endung betrifft eine Umformungsanlage
mit zwei vorzugsweise über eine Spannungsteilerdrossel parallel geschalteten Kontakttumformeranordnungen
mit verschiedenen synchroneng Wechselspannungssystemenl, denen Spannungsvektoren
zwecks Erzielung einer häherphasigen Welligkeit bei gerader Phasenzahl um die Hälfte
und bei ungerader Phasenzahl um den vierten Teil des Winkels zwischen zwei benachbarten
Spannungsvektoren eines Systems gegeneinander versetzt sind. Bei Umformern, deren
Kontakte z. B. durch einen Synchronmotor im Takt der Wechselspannung angetrieben
werden, muB zur Vermeidung von schädlichem Schaltfeuer besonders sorgfältig darauf
geachtet wer, daß die Kontaktöffnung in die Zeit der stromschwachen Pause fällt,
die in der Nähe des Stromnullwertes auftritt und gegebenenfalls durch in Reihe mit
den Kontakten angeordnete Wirk-, Blind- oder Scheinwiderstände, insbesondere durch
Schaltdrosseln mit beim Nennstromwert hochgesättigten und bei ihrer Entsättigung
in der Nähe des Stromnullwertos eine den Stromverlauf abflachende Verzögerung der
weiteren Stromänderung hervorrufenden Magnetkernen, verlängert werden kann. Bei
wechselnder Belastung ändert sich infolge der verschiedenen Dauer der Kommutierung
die Lage der stromschwachen Pause gegenüber dem Schalttakt. Sind nun die Spannungen
der
beiden parallel geschalteten Umformungsanordnungen auf der Lastseite nicht genau
gleich, so werden dadurch Ausgleichströme verursacht, die die beiden Anordnungen
zusätzlich be- bzw. entlasten. Dadurch wird nicht nur die Höhe der zulässigen Gesamtbelastung
herabgesetzt, sondern es ergeben sich auch bei Leerlauf und Teillast verschiedene
Kommutierungsbedingungen für die beiden Umformeranordnungen, so daß die Gefahr,
daß die Kontaktöffnung wenigstens bei einer der beiden Umformeranordnungen außerhalb
der stromschwachen Pause fällt, besonders groß ist. Die Erfindung beruht auf der
Erkenntnis, daß mit Rücksicht auf diese besonders hohe Empfindlichkeit der Kontaktumformer
gegen zusätzliche Belastung bzw. gegen Ausgleichströme etwaige Unterschiede in der
Höhe der Spannung auf der Lastseite, auch wenn diese Unterschiede an sich sehr klein
sind, nach Möglichkeit noch mehr herabgesetzt oder beseitigt werden müssen. Erfindungsgemäß
werden daher die durch den Aufbau der beiden Umformeranordnungen bedingten Ausgleichströme
zwischen ihnen durch zusätzliche Beeinflussung der Spannung mindestens einer der
beiden Umformeranordnungen vermindert.
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Die erfindunigsgemäße Aufgabenstellungung ihre Lösung werden am Beispiel
einer Drehstrom-Gleichstrom-Umformungsanlage mit zwei parallel geschalteten Kontaktumformern,
von denen jeder mit sechs Schaltstellen und in Reihe damit liegenden Schaltdrosseln
ausgerüstet ist, näher erläutert.
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Um eine Schaltung mit zwölfphasiger Gleichstromwelligkeit bzw. zwölfphasiger
Rückwirkung auf dies speisende bei Anwendung von dreiphasigen Brückenschaltungen
zu erhalten, liegt die Aufgabe vor, zwei derartige Brückensysteme mit je sechsphasiger
Gleichstromwelligkeit mit 30° Phäsenversetzung zu betreiben, wobei dann auf der
Gleichstromseite zur Aufnahme der Oborwellenspannungsdifferenz, die zwischen den
beiden Systemen besteht, die Einschaltung von zwei Glättungsdrosseln oder von einer
Spannungsteilerdrossel (Saugdrossel) erforderlich ist. Die Erläuterungen erstrecken
sich vorzugsweise, auf Schaltungen, in denen eine Spannungsteilerdrossel verwendet
wird.
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Will man bei derartigen zwölfphasigen Schaltungen mit glatten Transformatorwicklungen
auskommen, also keine Zickzackschaltungen zur Phasendrebung verwenden, so, macht
man vorteilhaft von der 30°-Phasenverschiebung Gebrauch, diel zwischen Stern- und
Dreieckschaltung besteht. Man erhält dann z. B. die Schaltungen nach Fig. I oder
2, je nachdem man zwei Primärwicklungen, I i und 12 mit zwei Transformatorkernen
oder nur eine gemeinsame Primärwicklung 13 mit nur einem Kern für beide Svsteme
zusammen verwendet.
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An jede der beiden Sekundärwicklungen 2I und 22 ist eine dreiphasiges
Brückenschaltung an. geschlossen, wobei zwei Gleichstrompole unmittelbar, die anderen
beiden über eine Spannungsteilerdrossel Iy miteinander verbunden sind gemäß Fig.
3. Jedes System hat sechs Schaltstellen I4. Die vorzugsweise mit Abhebekontakten
ausgerüsteten Schaltstellen werden durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten
Synchronmotor gemeinsam angetrieben. Es kann auch für jeden Umformer ein beisonderer
Synchronmotor vorgesehen sein. Zwecks Abflachung des Stromverlaufs in der Nähe des
Stromnullwertes liegen Schaltdrosseln I5 mit beim Nennstromwert hochgesättigten
und gegebenenfalls vormagnetisierten Magnetkernen in Reihe mit den Schaltstellen
I4 und parallel zu den letzteren Nebenpfade I6 mit insbesondere regelbaren Kapazitäten
und Widerständen. Außer den Hauptschaltdrosseln I5 können zur Erleichterung der
Einschaltvorgänge besondere, in der Zeichnung nicht dargestellte Einschaltdrosseln
vorgesehen sein; auch diese können gegebenenfalls vormagnetisiert werden.
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Die Spannungsteileirdrossel arbeitet nur in richtiger Weise, wenn
sie bezüglich der Gleichströme magnetisch entlastet ist, wenn also jede der beiden
Umformeranordnungen den halben Gleichstrom führt. Damit diese Stromverteilung eintritt,
ist es notwendig, daß der Mittelwert der Gleichspannung bei beiden Teilsystemen
gleich groß ist. In der Praxis treten jedoch Fälle ein, wo die Gleichspannungen
verschieden sind, so daß ein Ausgleichstrom zwischen den beiden Teilsystemen fließt,
der das Eisen der Spannungsteileirdrossel magnetisch vorbelastet: a) Die beiden
Wicklungssysteme liefern ungleiche Leerlaufwechselspannungen. Dieser Fäll ist häufig
zu erwarten bei der Schaltung nach Fig. 2 mit gemeinsamer Primärwicklung. Damit
die verketteten Sekundärspannungen beider Systeme gleich groß Werdens, müssen die
Windungszahlen genau im Verhältnis
stehen. Das ist aber bei Kontaktumformern für kleine Spannungen und große Ströme
nur in gewissen Fällen zu enreichen, weil sich hieben infolge der durch die Bauleistung
des Transformators bedingten hohen Windungsspannung oft recht kleine Windungszahlen
ergeben. So muß z. B. ein Umformer für 4oo V Gleichspannung, 8öoo A Gleichstrom
in der Dreieckwicklung sieben, in der Sternwicklung vier Windungen erhalt, womit
von dem Verhältnis
um etwa I % abgewichen wird. Bei anderen, benachbartenn Windungsverhältnissen, z.
B. g : 5 oder 5 : 3, ist die Abweichung noch größer. Das erste genau passende Windungsverhältnis
ist I9 : I I, sodann folgt 26: I5. In diesen beiden Fällen liegen aber die Windungsspannungen
schon außerhalb des wirtschaftlich gut ausführbaren Bereiches der Transformatorauslegung.
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b) Trotz gleicher Leerlaufspannungen liefern die-Systeme., unigleiche
Lastspannungen. Die Ursache hierfür sind ungleiche Spannungsabfälle an beiden Systemen.
Vorwiegend, kommen hier die induktiven Gleichspaniliungsab,fälle-in Frage; die,
dann ungleich werden, wenn dia Streuspannungen der cinzeilnen Sekundärwicklungengegen,ül-)e@r
der,Primärwicklung ungleiche Größe haben. Dieses kann: auch bei genau gleicher Ausführung
der Wicklungsabmessungen bei Hoch:s.tromtransformatoren bereits dürich die
verschieden
große Zusatzstreuung der Schaltverbindungen und Klemmenzuleitungen eintreten.
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c) Trotz gleicher Leerlaufwechselspannungen liefern beide Systeme
nicht nur ungleiche Lastspannungen sondern auch bereits ungleiche Leer laufgleichspannungen.
Diese an sich von den Quecksilberdampfglelichrichtern her bekannte Erscheinung ist
auf Oberwellen in der speisenden Drehspannung zurückzuführen. Die Oberwellen haben
in den beiden um 3ö° in der Phase gegeneinander verschobenen Sekundärsystemen, in
bezug auf die durch die Schaltzeitpunkte aus den Wechselspannungskurven herausgeschnittenen
Abschnitte, die für den Gleichspannungsmittelwert maßgebend sind, ungleiche Phasenlage,
so daß die zugehörigen Spannungsflächen und damit die Gleichspannungs mittelwerte
in banden Systemen verschiedene Größe aufweisen.
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Diese drei Ursachen können einzeln oder auch in Verbindung miteinander
de Gleichspannungen verschieden machen und damit Veranlassung zu einem Ausgleichgleichstrom
in der Spannungsteilerdrossel I7 geben.
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Die Abhilfe besteht erfindungsgemäß darin, die Gleichspannungen durch
Justierungsarbeiten am Kontaktumformer selber oder durch zusätzliche Einrichtungen
in der Schaltung wieder gleich groß zu machen. i. Justierungsarbeiten am Kontaktumformer
selbst a) Mechanische Abgleichung der Gleichspannungs höhe durch Einstellung verschiedener
Aussteuerungen bei beiden Systemen (verschiedene Lage der Schaltzeitpunkte). Hierzu
muß der zwölfphasige Schaltapparat so eingerichtet sein, daß die Schaltzeitpunkte
der beiden sechsphasigen Teilsysteme relativ zueinander verstellt werden können.
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b) Elektrische Abgleichung des Beginns der Hauptstromübergabe und
damit des Mittelwertes der Gleichspannung durch Einstellung der Einschaltmagnetisierung
(Bein) der Schaltdrosselkerne in verschiedener Höhe bei beiden Systemen. Dieses
kann beispielsweise entweder durch eine Veränderung der Bemessung der Nebenwege
I6 geschehen oder durch eine Veränderung der Vormagnetisierung den Einschaltdrossel,
der Hauptdrossel I5 oder eventueller Hilfsdrosseln oder durch Verwendung sonstiger
Schaltelemente, die von Einfuß auf den Einschaltvorgang sind. Der Umstand, daß die
Einschaltmagnetisierung (Bein) geringer isst als die Sättigungsmagnetisierung (Bs),
hat eine Verzögerung des Beginns des Stromanstieges gegenüber den Einschaltzeitpunkten
und somit eine Verringerung des Aussteueruingsgrades zur Folge. Verschiedene Einstellung
der Höhe der Einschaltmagnetisierung ruft eine verschieden lange Verzögerung des
Stromanstieges und mit hin genau so wie die mechanische Verstellung der Schaltzeitpunkte
einen, Unterschied des Aussteuerungsgrades der beiden Umformeranordnungen hervor.
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Beide Hilfsmittel sind vorzugsweise geeignet für Umformeranlagen,
die eine ungefähr gleichbleibende Gleichspannung liefern sollen. Bei weitgehender
Spannungsregelung sind sie nur bedingt anwendbar; hier kommen eher Maßnahmen in
der Schaltung in Frage, die Ioo%ig bei allen Spannungen wirksam sind.
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2. Maßnahmen in der Schaltung a) Abgleich der Leerlaufwechselspannungen
durch Verwendung eines Zusatztransformators mit einer Primärwicklung I8 und einer
Sekundärwicklung I9 in einem der beiden Teilsysteme gemäß Fig. 4.
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Der Zusatztransformator erhält nur wenige oder gar nur eine einzige
sekundäre Hochstromwindung, die je nach Schaltung eine spannungserhöhende oder spannungserniedrigende
Zusatzspannung liefert. Die Primärwicklung I8 wird zweckmäßig an die zugehörige
Sekundärwicklung 2I des Haupttransformators angeschlossen, damit bei irgendwelchen
Umschaltungen im Haupttransformator, z. B. Stern-Dreieck-Umschaltung, der Prozentsatz
der Zusatzspannung stets der gleiche bleibt.
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Fig. 5 zeigt die sinngemäße Anwendung eines Zusatztransformators bei
einer Polygonschaltung. Die 2o dies Speisetransformators besteht hier auf jedem
Schenkel aus einem größeren Teil 23 und einem mit der Wicklung eines anderen Schenkels
verbundenen kleineren Teil 24. Die Primärwicklung I8 des Zusatztransformators kann
entweder an dem Wicklungsteil 23 oder an dem Wicklungsteil 24 angeschlossen worden.
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Die Leistung des Zusatztransformators, ist im Vergleich zum Haupttransformator
sehr gering. Sie beträgt beim Windungsverhältnis 7 : 4 nur etwa I %, bei g : 5 etwa
4 %. Der Zusatztransformator kann also unter Umständen als kleiner Lufttransfornator
unmittelbar in den Zug der Verbindungsleitungen vom Haupttransformator zu den Schaltdrosseln
eingefügt werden. Bei dieser geringen Größe wird die Ausführung eines Zusatztransformators
unter Verwendung der Schaltung nach Fig.2 billiger als den Übergang auf die Schaltung
nach Fig. I mit zwei getrennten Kernen in einem Ölkessel oder gar zwei getrennten
Transformatorem halber Leistung, zu dem man sonst mit Rücksicht auf die Forderung
nach gleichen Sekundärspannungen gezwungen sein würde; Wichtig ist auch noch insbesondere
bei Kontaktumformern, da,ß die Schaltung nach Fig, z, deren weitgehende Anwendung
durch den: Zusatztransformator ermöglicht wird', bezogen auf ein Sekundärsystem
nur etwa die halbe Streuspannung besitzt gegenüber der, Schaltung nach Fig. i mit
getrennten Kernen; infolged essen lassen sich mit der Schaltung nach Fig. 2 höhere
Grenzgleichströme erreichen als. mit Bier Schaltung nach Fig. i.
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Besonders vorteilhaft läßt sich der Zusatztransformator verwenden,
wenn; man seine Primärwicklung regelbar macht, beispielsweise wie in. Fig. 4 dargestellt.
Man schafft sich dann sozusagen eine regelbare Zusatzwindung zum Haupttransformator.
Der Zus atztransTormator bietet dann die
Möglichkeit, auch den Einfluß
primärer Spannungsoberwellen auf die Stromverteilung zu beseitigen, wobei die richtige
Einstellung auch bei veränderlichem Oberwellcngehalt der Primärspannung betriebsmäßig
jeweils so vorgenommen werden kann, daß der Ausgleichstrom zwischen den beiden Systemen
verschwindet oder eine gewünschte Größe nicht überschreitet. Der Zusatztransformator
beseitigt also ohne weiteres die obcnerwähnten Störungsursachen a) und c).
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Zur Vereinfachung des Aufbaues der Anlage und zur Verbesserung der
Kühlung kann der Zusatztransformator mit in den Ölkessel des Haupttransformators
eingebaut werden.
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b) Zur Herstellung gleicher induktiver Spannungsabfälle bietet sich
das Mitteil, die Streuspannüng der Wicklung mit dem geringeren Betrag durch zusätzliche
Induktivitäten auf den Betrag der Wicklung mit der höheren Streuung zu bringen.
Anstatt besondere Drosselspulen hierfür zu verwenden, kann man auch die Luftinduktivität
der beiden Schaladrosselsätze verschieden groß ausführen. Bei Verwendung eines Zusatztransformators
nach a) wird man zweckmäßig so vorgehen, daß man den Zusatztransformator in die
Leitungen desjenigen Wicklungssystems einfügt, das die kleinere Streuung besitzt.
Unter Umständen wird dann die Streuung des Zusatztransformators in Verbindung mit
der vermehrten Induktivität der Verbindungsleitungen bereits ausreichen, die Gesamtstreuungen
gleichzumachen. Dabei muß man natürlich, sofern, beispielsweise gerade das System
mit der höheren Wechselspannung zufällig die kleinere Streuung besitzt, den Zusatzaransformator
so schalten, daß er eine negative Zusatzspannung liefert; in diesem Fall kann der
Zusatztransformator auch in der sogenannten Sparschaltung betrieben werden.
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Bei Anlagen, die mit im wesentlichen konstantem Gleichstrom betrieben
werden, kann man die Wirkung der verschieden großen Streuspannungen auch durch den
Zusatztransformator mit ausgleichen. Jodloch ist dieser Ausgleich immer nur für
einen einzigen Belastungsstrom genau richtig; dieses Verfahren ist also für Kontaktumformer
mit starkwechselnder Belastung nur bedingt anwendbar.
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In sinngemäßer Übertragung lassen sich dien Erfindungsgedanken auch
auf Schaltungen mit anderer Phasenzahl anwenden. Sie sind auch nicht auf die sogenannten
Brückenschaltungen beschränkt, sondern haben auch für Sternpunktschaltungen Gültigkeit.
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Die erfindungsgemäßen Hilfsmittel können auch bei Anlagen, die keine
Spannungsteilerdrossel verwenden,dazu benutzt werden, die Lastaufteilung auf parallel
arbeitende Teilsysteme zu beeinflussen, um Ausgleichströme zu vermeiden.