Anordnung zur Gittersteuerung bei von Wechselstrom gespeisten Umformungseinrichtungen mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefässen, bei denen auch die Richtung der erzeugten Stromes gesteuert wird. Bekanntlich kann bei gittergesteuerten Dampf- oder Gäsentladungsgefässen, das heisst gittergesteuerten Entladungsgefässen mit ionisierbarem Medium, das Gitter nur das Einsetzen jedes Entladungsstromes steuern, ist aber auf eine bestehende Entladung ohne Einfluss.
Bei von Wechselstrom gespeisten Umformungseinrichtungen mit gittergesteuer ten Dampf- oder Gasentladungsgefässen, bei denen nicht nur die Grösse und Zeitdauer, sondern auch die Richtung des dem Verbrau cher zugeführten Stromes veränderlich ist, vorzugsweise bei Umrichtern, das heisst Fre- quenzumformern, ergeben sich nun bei Rich tungswechsel Schwierigkeiten hinsichtlich der Gittersteuerung. Das Gitter kann, wie bereits gesagt ist, nur den Beginn der Ent ladung festlegen.
Der Stromverlauf selbst ist aber durch mannigfache andere Um stände, insbesondere durch die Art des Scheinwiderstandes des Verbrauchers, be- stimmt, das heisst bei induktiver Belastung erlischt der Entladungsstrom in einem spä teren Zeitpunkt als bei ohmscher Belastung und bei ohmscher Belastung später als bei kapazitiver Belastung.
Daraus folgt, dass eine Steuerung, die bei ohmscher Belastung einen sicheren Betrieb ermöglicht, bei stark induktiver Belastung keine Betriebssicher heit gewährleistet, da bei Richtungswechsel des gesteuerten Stromes die Möglichkeit be steht, dass vor dem Erlöschen des Stromes in der alten Richtung der Strom in der neuen Richtung einsetzt. Das würde in den meisten Fällen kurzschlussartige Wirkungen zur Folge haben, die im Interesse der Betriebssicherheit zu vermeiden sind.
Die Erfindung gibt nun einen Weg an, der diese Kurzschlussgefahr beseitigt. Erfin dungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Gitterkreise eine zusätzliche, vom erzeug ten Strom abhängige Steuerspannung erhal- ten, die derart bemessen ist, dass bei R.ich- tungswechsel des erzeugten Stromes die Ein leitung der Entladung in den die neue Rich tung liefernden Entladungsgefässen erst er folgt, wenn der Strom in der alten Richtung erloschen ist.
In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Zwei mehrphasige Sekundärwicklungen 1' bis 6' bezw. 1" bis 6" eines Transformators 7, dessen Primärwicklung 8 an ein Drehstrom netz 9 angeschlossen ist, speisen über gitter gesteuerte Dampf- oder Gasentladungsgefässe 13' bis 18' bezw. 13" bis 18" den Belastungs kreis 11. Der von dem eingestrichenen System gelieferte Strom durchfliesst den Widerstand 19', der von dem zweigestri chenen System gelieferte Strom durchfliesst den Widerstand 19".
Die an beiden Wider ständen infolge der durchfliessenden Ströme auftretenden Spannungsabfälle dienen als zu sätzliche Steuerspannung in den entsprechen den Gitterkreisen.
Die Wirkungsweise der in Fig. 1 dar gestellten Steuereinrichtung kann man in fol gender Weise erläutern: Es möge im be trachteten Zeitaugenblick das durch die Gitterspannungen 23' bis 28', beispielsweise mittelst Kommutators oder Transformators, gesteuerte eingestrichene System dem Be lastungskreis 11 einen Strom zuführen.
Die ser erzeugt am Widerstand 19' einen Span nungsabfall, der so bemessen ist, dass er den Gitterkreisen der Entladungsgefässe 13" bis 18" eine solche negative Spannung zuführt, dass das Zünden eines Stromes im zweigestri chenen System solange verhindert wird, wenn auch die eigentlichen Steuerspannun gen 23" bis 28" einen solchen Wert haben, dass ein Strom im zweigestrichenen System fliessen müsste, bis der Strom im eingestri chenen System erloschen ist. Wie ersichtlich ist, wird durch diese Massnahme die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen den beiden Systemen vermieden.
In Fig.2 ist ein anderes Ausführiings- beispiel der Erfindung dargestellt. Die mehr- phasige Sekundärwicklung 1 bis 6 eines Transformators 7 speist über Paare gegen sinnig parallelgeschalteter Entladungsgefässe 1.3', 13", 14', 14" usw. den Belastungskreis 11. Diese Schaltung ist bekanntlich vorteil hafter als die Schaltung nach Fig. 1, da sie eine bessere Ausnutzung des Transformators 7 ermöglicht.
Die zusätzliche Steuerspan nung, die den einzelnen Gitterkreisen zu geführt wird, wird mittelst einer vom Be lastungsstrom durchflossenen Spule 30 be wirkt, die induktiv mit den Wicklungen 33', 33" usw. bis 38', 38" gekoppelt ist. Wie leicht zu erkennen ist, besteht die Möglich keit, mehrere dieser Wicklungen zusammen zufassen. Beispielsweise können die Wick lungen 33' bis 38' zu einer einzigen Wick lung zusammengefasst werden.
Zur Einstellung der richtigen Phasenlage der zusätzlichen Steuerspannung wird man Scheinwiderstände 20 bezw. 21 vorsehen, wie es in den Fig.3 und 4 beispielsweise für die Steuerung des Entladungsgefässes 13' ge zeigt ist. In dem einen Falle handelt es sich um einen Reihenwiderstand 20, im andern Falle um einen Parallelwiderstand 21. Unter Umständen wird man eine Kombination von Reihen- und Parallelwiderständen anwenden.
Damit die zusätzliche Steuerspannung für den gesamten Belastungsbereich keinen grossen Schwankungen unterliegt und ins besondere für kleine Belastungsströme noch ausreichend ist, empfiehlt sich die Anwen dung von stromabhängigen Scheinwiderstän den, beispielsweise Eisenwasserstoffwider- ständen und gesättigten Eisendrosseln. Man kann diese stromabhängigen Scheinwider stände sowohl in den Belastungskreis (für 19), als auch in den Gitterkreis (für 20 bezw. 21) einfügen und dadurch eine geeig nete Bemessung der Zusatzspannung er reichen.
Ferner kann es zweckmässig sein, auch gesteuerte oder ungesteuerte Ventile anzu wenden. Da die erforderliche Gitterleistung verschwindend klein ist, sind diese, für die Steuerung benötigten Ventile im Gegensatz zu den Entladungsgefässen, die den Be- lastungsstrom führen, für kleine Leistung zu bemessen.
Eine zweckmässige Weiterbildung des Er- findullgsgedankens ergibt sich, wenn man den Spannungsabfall an vom Belastungs strom durchflossenen Dampf- oder Gas entladungsgefässen als zusätzliche Steuer spannung verwendet. Dies ist in Fig. 5 dar gestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unter scheidet sich von dem in Fig. 1 dadurch, dass die Widerstände 19' und 19" durch Dampf- oder Gasentladungsgefässe 19"' und 191V er setzt sind.
Der Vorteil, den Entladungs gefässe mit ionisierbarem Medium bieten, be steht darin, dass der Spannungsabfall zwi schen Anode und Kathode nahezu unab hängig von der Grösse des durchfliessenden Stromes und konstant ist. Der Spannungs abfall tritt aber nur auf, solange Strom fliesst. Somit ist die geforderte Steuerbedin gung erfüllt.
Damit in der Sperrzeit der Entladungs gefässe 13' bis 18' bezw. 1.3" bis 18" nicht ein Teil der Sperrspannung auf das Gefäss 19"' bezw. 191V entfällt, ist es. zweckmässig, einen Widerstand 22,1; bezw. 221 parallel zum Gefäss l9"' bezw. 191V anzuordnen, wie es in Fig.6 angegeben ist. Dadurch wird erreicht, dass Anode und Kathode des Ge fässes 19"' bezw. 191V in der Sperrzeit glei ches Potential haben.
Die Grösse des Wider standes ist dabei so zu wählen, dass er klein bleibt gegen die Scheinwiderstände der Ka pazitäten der Apparateteile. Ferner kann man auch in Reihe mit dem Dampf- bezw. Gasentladungsgefäss 19"' bezw. 191V einen Nx=eiteren -\Viderstand 22#T bezw. 22I an ordnen (vergl. Fig. 6).
Was für ein Dampf- bezw. Gasentla,dungs- gefäss jeweils zu nehmen ist, hängt von den Bedinguzlgen. des betreffenden Frequenz- wandlers ab. Bei kleinen Leistungen und Spannungen (etwa bis 500 Volt) werden Ent ladungsgefässe mit etwa 10 bis 15 Volt Span nungsabfall in Frage kommen. Bei grossen Leistungen und hohen Spannungen (etwa 3 kV und mehr) wird man Entladungsgefässe mit 30 Volt Spannungsabfall und mehr an- wenden. Es wird ferner bemerkt, dass man durch die Ausbildung des Steuergitters, das heisst seinen Durchgriff, die gewünschte Steuerwirkung erreichen kann.
Bei Frequenzumformungseinriehtungen, bei denen der Verbraucherkreis über Paare gegensinnig parallel geschalteter Entladungs gefässe aus dem Primärnetz gespeist wird (vergl. Fig. 2), kann man die in den Fig. 5 und 6 angegebene Massnahme in einer etwas abgeänderten Weise anwenden, indem näm lich jeder Gruppe von Entladungsgefässen 1.3' bis 18' bezw. 13" bis 18" ein gitter gesteuertes Entladungsgefäss mit ionisier- barem Medium vorgeschaltet ist und der Spannungsabfall an dem einen Entladungs gefäss, zum Beispiel 19"', als Sperrspannung dem Gitterkreis des andern Entladungs gefässes,
das heisst 191V, bezw. umgekehrt zugeführt wird. Eine entsprechende Anordnung ist in Fig. 7 veranschaulicht. Fliesst zum Beispiel Strom durch die zweigestrichene Gruppe und somit auch durch das Entladungsgefäss 191V, so dient der Spannungsabfall am Entladungs gefäss 191j', der bekanntlich von dem durch fliessenden Strom nahezu unabhängig und konstant ist, zur Sperrung des Entladungs gefässes 19"' und damit auch der eingestri chenen Gruppe. Die Sperrung bleibt solange bestehen, bis der Strom in der zweigestri chenen Gruppe erloschen ist.
Nach dem Er löschen des Stromes im Entladungsgefäss 191V wird das Entladungsgefäss 19"' frei gegeben, so dass die neue Halbwelle durch das eingestrichene System geliefert werden kann. Während der Zeit, in der die ein gestrichene Gruppe und damit auch das Ent ladungsgefäss 19"' leitend ist, wird nun der Spannungsabfall am Entladungsgefäss 19"' in den Gitterkreis als negative Sperrspan nung eingeführt, so dass vor Erlöschen des Stromes im Entladungsgefäss 19"' das Gefäss 191V nicht leitend werden kann. Wie ohne weiteres zu ersehen ist, steuern sich die bei den Gefässe gegenseitig, so dass stets höch stens nur eines der Gefässe leitend ist.
Wie bei den Anordnungen gemäss Fig. 5 und 6, so empfiehlt es sich, auch bei An ordnungen gemäss Fig. 7 Widerstände 20, 22 @ ur)d 221T' zur Festlegung der Potentiale vorzusehen. Ebenso können auch in den Gitterkreisen Widerstände 22,# und 2211v zur Begrenzung des Gitterstromes vorgesehen sein. Ferner empfiehlt es sich, die Wider stände so zu bemessen, dass 22.',v gross gegen 20 ist.
Der Widerstand 20 muss dabei aber immer noch so gross sein, dass ein Strom fluss durch ein Gefäss der eingestrichenen Gruppe, durch den Widerstand 20 und durch ein Gefäss der zweigestrichenen Gruppe prak tisch nicht bestehen kann.
Man kann nun die in den Fig. 5 und 7 dargestellten Anordnungen etwas modifi zieren und dadurch eine Entlastung der Ent ladungsgefässe 19"' und 191V, sowie eine Verringerung des durch die Einfügung der Entladungsgefässe 19"' und 191V bedingten Verlustes. Dies gelingt durch Anwendung von Stromverzweigungsanordnungen, bei denen die Entladungsgefässe 19"' und 191V nur einen verhältnismässig kleinen Teil des Ge- samtentladungsstromes (etwa 5 bis<B>10%)</B> führen.
Vorzugsweise wird dies durch Strom teilerdrosseln erreicht, bei denen beide Wick lungsteile mit verschiedenen Windungszahleli versehen sind.
Eine Stromteileranordnung ist im Prinzip in Fig. 8 veranschaulicht, bei der der Strom teiler mit zwei verschieden bemessenen Teil wicklungen 40' und 40" versehen ist. In den Stromkreis der Teilwicklung mit der grö sseren Windungszahl ist das Entladungsgefäss 19"' oder eine entsprechende Zahl von in Reihe geschalteten Entladungsgefässen ge schaltet, deren Spannungsabfall man in die Gitterkreise der Hauptentladungsgefässe ein führen will. Die Wirkungsweise der Strom verzweigung ist derart, dass der grösste Teil des Stromes durch den Wicklungsteil 40' mit der kleineren Windungszahl geht.
In dieser Teilwicklung wird nun ein solcher Fluss er zeugt, dass in der Wicklung 40" mit der grö sseren Windungszahl eine solche Spannung entsteht, dass ein den Windungszahlen und den verschieden grossen Spannungsabfällen entsprechender Strom durch sie hindurch fliesst. Man erkennt, da.ss in dieser Anord nung das Entladungsgefäss 19"', an dessen Klemmen man die gewünschte Spannung ab nehmen kann, für einen viel kleineren Strom bemessen und dementsprechend die Verluste in der Anordnung bedeutend verringert wer den können.
Fig. 9 zeigt die Anwendung dieses Aus führungsbeispiels bei einer vollständigen Schaltung. Abwechselnd arbeitet die eine und die andere Sekundärwicklung des Trans formators 7 auf das Verbrauchernetz 11. Die jeweils leitende Gefässgruppe sperrt mittelst der Stromteileranordnung die andere Ge fässgruppe, so dass diese solange nicht leitend werden kann, bis die andere Gruppe er loschen ist.
Man kann nun den im ersten Teil der Beschreibung ausgesprochenen Erfindungs gedanken noch in anderer Weise weiter bilden. Bekanntlich erlangt nach dem Er löschen des Entladungsstromes in einem gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungs- gefäss das Gitter noch nicht sofort seine Steuerwirkung (Sperrwirkung), sondern erst nach Beendigung des Entionisierungsvor- ganges im Entladungsraum.
Es bestände demnach - vorzugsweise gilt dies für höher- frequente Umformungen (mehr als 100 Hz) trotz der angegebenen Massnahmen die Ge fahr des Wiedereinsetzens der Entladung in der nunmehr gesperrt gehaltenen Gruppe von Entladungsgefässen. Gemäss einer Weiter bildung werden nun in die Gitterkreise der zunächst noch gesperrt gehaltenen Gruppe von Entladungsgefässen Schaltmittel mit einer derart bemessenen Zeitverzögerung ein gefügt, dass diese Gruppe erst leitend wird. wenn der Entionisierungsvorgang in der zu letzt leitenden Gruppe praktisch beendet ist. Vorzugsweise kommen hierfür Kondensator_ kreise mit entsprechend bemessener Zeitkon stante zur Anwendung.
In Fig.10 der Zeichnung ist die Mass nahme an einem Ausführungsbeispiel erläu- tert, bei dem die einzelnen, die Umformung bewirkenden Entladungsgefässe 13', 13" bis 18', 18<B>"</B> im wesentlichen gegensinnig parallel geschaltet sind. Zur Durchführung der Sper rung im Sinne des Erfindungsgedankens die nen zwei gittergesteuerte Dampfentladungs- gefässe l.9"' und 191'V, und zwar dient der Spannungsabfall am Entladungsgefäss 19"' zur Sperrung des Entladungsgefässes 191V und umgekehrt der Spannungsabfall am Ent ladungsgefäss 191V zur Sperrung des Ent ladungsgefässes 19"'.
Es sind nun ferner zwei Kondensatorkreise vorgesehen, die eine Ka pazität 22% bezw. 221 und einen ohmschen Widerstand 22p bezw. 22P enthalten. Diese beiden Kondensatorkreise sind so bemessen, dass nach dem Erlöschen des Entladungs gefässes 19"' das Entladungsgefäss 191V nicht sofort freigegeben wird, sondern mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung, und zwar wird diese Verzögerung so gewählt, dass der Entionisierungsvorgang in den Entladungs gefässen der vorhergehenden Gruppe prak tisch beendet ist.
Da der Entionisierungsvorgang sowohl von der Konstruktion der an der Umformung beteiligten Entladungsgefässe, als auch von der Grösse des Entladungsstromes abhängt und mitunter eine Dauer von 10-3 Sekunden erreichen kann, so empfiehlt es sich, der Be messung der Zeitkonstanten der Verzöge rungselemente die ungünstigsten Verhält nisse, das heisst die Höchstbelastung, zugrunde zu legen.
Es wird noch bemerkt, dass die in Fig. 10 veranschaulichte Massnahme nicht nur bei einer Anordnung nach Fig. 7 anwendbar ist, sondern auch bei den übrigen Ausführungs möglichkeiten.