DE962541C - Anordnung zur Speisung von Gleichstromkreisen ueber Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz mit Hilfe eines Stufenumspanners - Google Patents

Description

• Anordnung zur Speisung von Gleichstromkreisen über Gleichrichter aus einem Wediselstromnetz mit Hilfe eines Stufenumspanners Es ist bekannt, Gleichstromkreise, die mit regelbarer Spannung betrieben werden, sollen, z. B. Gleichstrommotoren, aus dem Wechselstromnetz mit Hilfe von regelbaren. Umspannern zu speisen. Ein, vollkommenes Mittel, das eine stufenlose Regelung der Spannung ermöglicht, ist der Doppeddrehumspanner oder auch der Einfachdrehumspanner in Verbindung mit einer festen Spannung, zu der die Spannung des Einfachdrehumspanners unter beliebigem Winkel zugefügt werden kann. Die Lösung ist aber sehr teuer, auch die Verluste sind hoch., so daß man, gewöhnlich andere Wege geht. Einfacher und billiger ist es, die Spannung mit Hilfe von Stufenumspannern zu regeln. Doch macht es hierbei Schwierigkeiten, unter Last unterbrechungsfrei von einer Stufe auf die andere überzuschalten. Man benötigt dafür unter Umständen besondere Lastschalter, wodurch die Anordnung betrieblich schwierig und aufwendig wird. Man kann zwar die Spannung auch mit Hilfe von Gittersteuerung regeln, doch ist dabei auftretende große Blindleistung ein großer Nachteil und häufig völlig untragbar.
• Die Erfindung zeigt nun:, wie man die Spannung auf der Gleichstromseme über ungesteuerte Gleichrichter (insbesondere Trockengleichrichter) mit Hilfe von Stufenumspannern und ohne Lastschalter unter Last regeln kann. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß an Stelle eines zum Anschluß an. die Anzapfungen. einer Phase bestimmten und für den vollen. Strom bemessenen Gleichrichterzweiges deren zwei für den halben Strom bemessene und gleichstromseitig parallel geschaltete Gleichrichterzweige vorgesehen. sind, die unabhängig- voneinander sowohl auf die gleiche Anzapfung am Umspanner als auch auf die benachbarten Anzapfungen geschaltet werden können. Sind beide Zweige mit Hilfe von Schaltern oder Schützen auf die gleiche Anzapfung geschaltet, so sind die zugehörigen. Gleichrichterzweige auch auf der Wechselstromseite parallel geschaltet, und jeder Zweig übernimmt den halben Gesamtstrom. Wird ein Zweig abgeschaltet, so übernimmt der andere den vollen Strom. Der erste Zweig kann nun mit Hilfe eines Stufenschalters auf die nächst höhere Anzapfung geschaltet werden und übernimmt nun den vollen Strom, während der zweite, auf die tiefere Anzapfung geschaltete, Zweig stromlos wird.
• Ein Kurzschlußstrom wird durch die dazwischenliegenden Gleichrichterelemente verhindert. Nunmehr kann auch der zweite Zweig auf die höhere Anzapfung geschaltet werden, so daß sich beide Gleichrichterzweige und die zugehörigen. Stufenschalter bzw. Schütze wieder in den Gesamtstrom teilen. Eine Vergrößerung des Gleichrichters selbst ist hierbei nicht erforderlich. Es genügt, wenn jede Phase aus zwei Parallelzweigen. besteht, die abwechselnd von einer Anzapfung auf die andere geschaltet werden und von denen jede nur beim Überschalten den vollen; Strom führen, muß.
• Einige Ausführungsbeispiele lassen den Erfindungsgedanken besser erkennen. In Fig. i bedeutet i einen Gleichstrommotor, dessen Feld aus einem einphasigen Wechselstromnetz :2 über einen Gleichrichter 3 und einen Regelwiderstand 4 erregt wird. Der Ankerkreis wird über den Gleichrichter 5 mit den sechs Gleichrichterelementen 6, 7, 8, 9, io und i i und den Stufenumspanner 12 ebenfalls aus dem Netz :2 gespeist. Der Umspanner hat fünf Anzapfungen 13, 14, 15, 16 und 17, auf denen zwei miteinander gekuppelte Stufenwähler 18 und i9 mit Hilfe einer Wandermutter 2o und einer Schraubenspindel 21 entlang bewegt werden können. Die Spindel kann durch den Verstellmotor 22 in der einen, oder anderen Richtung angetrieben werden. Normalerweise wird der Gleichrichter 5 in Grätzschaltung nur mit vier Wegen ausgeführt. Hier weist er dagegen sechs Wege auf. Der Wechselstromansehluß der linken Gleichrichtersäule mit den Elementen 6 und 9 ist zu dem unteren Ende des Sparumspanners bzw. an die eine Netzphase geführt. Der Wechselstromanschluß der mittleren, Säule mit dem. Gleichrichterelementen 7 und. io führt zu dem oberen Stufenwähler i9, und der Wechselstromanschluß der rechten Gleichrichtersäule mit den Gleichrichterelementen 8 und i i ist mit dem unteren Stufenwähler 18 verbunden. In der dargestellten Stellung der Wandmutter 2o stehen beide Stufenwähler auf der gleichen Anzapfung 16, und der Gesamtstrom verteilt sich je zur Hälfte auf die mittlere und rechte Säule. Zurück fließt der Strom über die linke Säule. Verläßt nun der Stufenwähler i9 die Anzapfung 16, so wird er zunächst stromlos, und der Stufenwähler 18 muß den vollen Strom übernehmen. In dem Augeüblick, in dem der Stufenwähler i9 auf die Anzapfung 17 aufläuft, übernimmt er den ganzen Strom, und derStufenwähler 18 wird stromlos. Ein Kurzschlußstrom zwischen den Anzapfungen 17 und 16 wird durch die Gleichrichterelemente 7, 8, io und i i verhindert. Rückt nun der Stufenwähler 18 auf die Anzapfung 17 nach, so führt jeder der beiden Stufenwähler wieder den halben Strom.
• Wenn die Stufung durch die Anzapfungen am Umspanner i2 zu grob ist, kann man durch Feldregelung am Regler 4 beliebige Feinstufigkeit erreichen. Man kann den Regler 4 auch durch einen selbsttätigen Regler betätigen, der beispielsweise auf gleichbleibende Drehzahl z. B. bei einer Papiermaschine regelt. Man kann hierbei die Anordnung so treffen, daß dieser Regler in den beiden Endlagen selbsttätig die Grobstufen weiterschaltet, indem etwa der Verstellmotor 22 über den Umschalter 40 im einen oder andern Sinn zugeschaltet wird und so lange läuft, bis der Feinregler wieder genügenden Arbeitsbereich aufweist.
• In Fig. 2 ist der Erfindungsgedanke auf eine dreiphasige Speisung des Gleichrichters 5 angewendet. An Stelle von sechs Wegen in normaler Drehstrom-Graetzschaltung erhält man hier zwölf Wege für den halben Strom, so daß der Gesamtaufwand wieder der gleiche bleibt. Der Verstellmotor 22 betätigt in diesem Fall die Wandermuttern 2o von allen drei Phasen.
• DieSchaltleistung der Stufenwähler 18 und i9 ist an sich sehr gering, weil einmal der Kurzschlußstrom zwischen zwei benachbarten Umspanneranzapfungen sich nicht ausbilden kann und daher auch keine Überschaltwiderstände benötigt werden, die einen zusätzlichen Spannungsabfall durch den Laststrom zur Folge haben. Man kann aber auch die geringe, noch verbleibende Schaltleistung von den Stufenwählern fernhalten, wenn man. noch je ein besonderes Schaltschütz 23 und 24 in den Stromkreis eines jeden Stufenwählers zinfügt.
• In den Ausführungsbeispielen nach Fig. i und 2 sind die Stufenschalter für den durch den. Gleichstromkreis vorgeschriebenen Strom bemessen. Man kann sich davon. unabhängig machen, wenn man. zwischen Stufenumspanner und Gleichrichter noch Zwischenumspanner schaltet. In Fig. 3 ist dies dargestellt. Zwischen Stufenumspanner 12 und Gleichrichter 5 (es ist nur eine Phase der Anordnung nach Fig. 2 gezeichnet) sind die beiden Zwischenumspan.ner 25 und 26 geschaltet. Ihre Zweitwicklungen sind an die entsprechenden Säulen des Gleichrichters 5 angeschlossen. Damit die Stufenwähler nicht die Erregerleistung der Umspanner 25 und 26 zu schalten haben, sind noch Kondensatoren 27 und 28 parallel zu den Zwischenumspannern angeordnet.
• In Fig. 4 ist schließlich der Erfindungsgedanke noch auf ein elektrisches Schienenfahrzeug angewendet, das aus der Fahrleitung 42 mit einphasigern Wechselstrom normaler Frequenz gespeist wird. Der Fahrzeugumspanner i2 liegt mit einer Erstwicklung am Fahrdraht. Von der mit Anzapfungen versehenen Zweitwicklung wird die Spannung mit Hilfe der beiden Stufenschalter 18 und i9 abgenommen. 29 und 3o bedeuten die beiden Fahrmotoren, deren Ankerkreise über die beidem. Gleichrichter 31 und 32 und deren Erregerkreise über die beiden Gleichrichter 33 und 34 gespeist werden. Die mittleren Säulen der Gleichrichter 31 und 32 sind in Parallelschaltung an den Stufenschalter 18 und ebenso die rechten Säulen an den Stufenschalter i9 angeschlossen. Die Wechselstromanschlüsse der linken Säulen der Gleichrichter 31, 32 sind an die Erstwicklung der Umspanner 35 und 36 angeschlossen,, die demnach stets einen dem vollen Ankerstrom des zugehörigen Motors verhältnisgleichen Wechselstrom führen, der über die Zweitwicklung und die mittlere und rechte Säule der Gleichrichter 33 und 34 gleichgerichtet der Erregerwicklung der Motoren 29 und 30 zugeführt wird. 37 und 38 bedeuten. schließlich noch zwei Umspanner, deren. Erstwicklungen mit der Drosselspule 39 in Reihe geschaltet sind und deren Zweitwicklungen über die linke und rechte Säule der Gleichrichter 33 und 34 die Erregerwicklung der Motoren 29 und 30 mit einem lastunabhängigen Strom speisen. Die beiden Erregerströme werden hierbei algebraisch überlagert, doch können sie ebenso auch geometrisch überlagert werden..
• Bei Verwendung von Trockengleichrichtern kann. der Ankerkreis der Motoren 29 und 3o nur motorisch arbeiten. Verwendet man. an ihrer Stelle Gefäßgleichrichter, z. B. einanodige Gefäße, so kann man auch generatorisch arbeiten. Die Gefäße sind dabei voll ausgesteuert, so daß keine unerwünschte Blindleistung auftritt. Auch hier werden die beiden Stufenschalter 18 und i9 abwechselnd stromlos, und zwar der jeweils an höherem Potential liegende. Will man nicht generatorisch auf das Netz zurückarbeiten, so genügen Bremswiderstände im Ankerkreis der Motoren, die normalerweise kurzgeschlossen sind und beim Bremsen freigegeben werden.

Claims (7)

1. PATENTANSPROCHE: i. Anordnung zur Speisung von Gleichstromkreisen über Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz mit Hilfe eines ein- oder mehrphasigen Stufenumspanners, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenumspanner je Phase zwei bei der Regelung abwechselnd betätigte Stufenwähler besitzt, und daß diese Stufenwähler mit gesonderten Gleichrichterelementen der Gleichrichteranordnung verbunden sind, die auf der Gleichstromseite des Gleichrichters einander parallel geschaltet sind.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, wobei der Gleichrichter aus ein- oder mehranodigen Quecksilberdampfgleichrichtern besteht, dadurch gekennzeichnet, daß für die einzelnen Phasen des Gleichrichters je zwei Anoden vorgesehen, sind, von denen die eine mit dem einen. Stufenwähler der zugeordneten Umspanner-Phase, die andere mit dem zweiten verbunden ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichteranordnung aus Trockengleichrichtern aufgebaut ist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch i oder 3, wobei eine einphasige Wechselspannung den Gleichstromkreis speist, dadurch gekennzeichnet, daß zu den beiden auf der Gleichstromseite parallel geschalteten Zweigen einer Graetzschaltung von Gleichrichterelementen ein dritter Zweig solcher Elemente gleichstromseitig parallel geschaltet ist und daß von diesen drei Zweigen zwei je an einen Stufenwähler we:chselstromseitig angeschlossen sind.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Stufenwähler angeschlossenen Zweige der Graetzschaltung gegenüber dem nicht an die Stufenwähler angeschlossenen Zweig nur für den halben Strom bemessen sind.
6. 6. Anordnung nach Anspruch i oder 3, wobei der Gleichstromkreis von einem dreiphasigen. Stufenumspanner gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei auf de,- Gleichstromseite parallel geschaltete und für den halben Betriebsstrom bemessene Gleichrichteranordnungen, in Drehstrom-Graetzschaltung vorgesehen sind und die einander an den einzelnen Phasen entsprechenden Wechselstromanschlüsse der beiden, Graetzschaltungen je an einen Stufenwähler einer Transformatorphase angeschlossen sind.
7. 7. Anordnung nach Anspruch i, wobei der Gleichstromkreis in der Drehzahl oder in der Spannung oder im Strom zu regelnde Gleichstrommaschinen speist, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Regelung am Stufenumspanner zur Erhöhung der Feinstufigkeit noch eine Feldregelung an der elektrischen Maschine vorgesehen ist, zweckmäßig derart, daß der Feldregler in. seinen, beiden Endlagen selbsttätig einen Motor für die Betätigung der Grabstufen am Stufenumspanner einschaltet. B. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Verminderung der Schaltleistung der beiden Stufenwähler in den Stromkreis jedes Stufenwählers noch je ein besonderes Schaltschütz eingeschaltet ist. 9. Anordnung nach Anspruch i, dadurch ge kennzeichnet, daß die Stufenwähler mit den zugehörigen. Wechselstromanschlüssen der Gleichrichteranordnun,g über Zwischenumspanner verbunden sind, wobei der Blindleistungsbedarf der Zwischenumspanner zweckmäßig durch parallel geschaltete Kondensatoren kompensiert ist. io. Anordnung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, da.8 zum generatorischen Rückarbeiten des Gleichstromkreises auf das Wechselstromnetz die Gleichrichter mit Gittersteuerung ausgerüstet sind. 1 i. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, da.B die Stufenwähler als zwei miteinander gekuppelte und an Anzapfungen des Umspanners anschließbare Stufenschalter ausgebildet sind. r2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichn.et, daB die Stufenwähler als Schütze ausgebildet sind, durch deren Steuerung die Schützkontakte an die Anzapfungen des Umspanners gelegt werden.. 13. Anordnung nach Anspruch i zum Betrieb von. elektrischen. Fmlirzeugen aus dem insbesonr dere einphasigen. Wechselstromnetz, dadurch gekennzeichnet, daB die Fahrmotoren als Gleichstrommotoren ausgeführt sind, deren Ankerkreise über je einen jedem Motor zugeordneten Gleichrichtersatz mit Parallelschaltung auf der Wechselstromseite von einem gemeinsamen Stufenumspanner und in zwei unabhängig voneinander schaltbaren Kreisen gespeist werden und deren Erregerkreise in je einer einzigen Erregerwicklung über Gleichrichter mit einem lastunabhängigen und einem lastabhängigen. Strom gespeist werden., wobei der lastabhängige Erregerstromanteil jeweils dem vollen, aus dem Wechselstromkreis entnommenen Ankerstrom des zugehörigen, Motors entspricht.