Verfahren zur Kommutierunb von Stromrichtern. Es hat sieh als zweckmässig heraus- gestellt, bei Stromrichteranordnungen, die ein- oder mehrphasige Wechselstromnetze mit Gleichstromnetzen kuppeln, die Umfor mung mittels einer Reihe parallel arbeitender Teilstromrichter durchzuführen.
Dabei soll unter einem Teilstromrichter,die Gesamtheit aller derjenigen Entladungsstrecken verstan den werden, die sich in ununterbrochener zyklischer Reihenfolge in ihrer Arbeitsdauer bezw. Brenndauer ablösen. Zum Teilstrom richter selbst gehören noch die damit un- mittelbar zusammenhängenden Transforma- torwicklungen, Drosseln usw.
Die Umfor mung selbst wird nun so durchgeführt, da.ss entweder jede Phase des sekundärseitigen Netzes von einem oder mehreren Teilstrom- riehtern gespeist, oder aber die Kupplung der Netze so ausgeführt wird, dass jeder Phase eines sekundären Netzes zwei Teil- stromrichter so zugeordnet werden, dass :
die einzelnen Teilstromriohter ,gleichzeitig zwei oder mehreren Phasen entsprechen. (Es ent steht beispielsweise die Phase R durch das Zusammenwirken ,der Teilstromrichter A und B, die Phase S durch das Zusammenwirken von B und C usw.) Jeder Teilstromriehter liefert eine Teilspannung, die .erheblich von der Sinusform abweichen kann.
Erst das Zusammenwirken mehrerer Teilspannungen ergibt die erstrebte - im allgemeinen sinus- förmige - Ausgangsspannung. Sollen diese Teilstromriehter eine ihrer Phasenlage nach stufenlos verschiebbare Ausgangspannung liefern, so ist es erforderlich, entweder Ent ladungsstrecken zu verwenden, deren Steue rung es ,gestattet, den Stromfluss beliebig zu regeln, oder aber die nur unvollkommen steuerbaren Entladungsstrecken, deren Gitter eine Entladung zwar zünden,
aber nicht löschen können, mit einer besonderen Kom- mutierungeinrichtung zu versehen.
Die bisher bekannt gewordenen Einrich tungen rüsten jeden Teilstromrichter mit einer getrennten Kommutierungseinrichtung für die Spannungskommutierung aus, die mit den Teilstromrichtern fest verbunden sind.
Gemäss dem Verfahren nach der vor liegenden Erfindung soll jedoch den einzel nen Teilstromrichtern eine Kommutierungs- einrichtung immer nur während der Kom- mutierungszeit zugeschaltet werden. Wäh rend dieser Zeit bildet die Kommutierunga- einrichtung für den Laststrom eine Not brücke.
Der Strom kann dann infolgedessen unabhängig von dem, was während der Kom- mutierungszeit im Teilstromrichter geschieht, in seiner alten Richtung weiter fliessen.
Bei geeigneter Bemessung ist die Kom- mutierungseinrichtung in der Lage, während der Kommutierungszeit den gesamten Last strom zu übernehmen.
Auf diese Weise ergibt sich die Mög lichkeit, bei mindestens aus zwei Teilstrom richtern zusammengesetzten, mit gitter gesteuerten Dampf- oder GasentJadungs- strecken arbeitenden Stromrichteranordnun- gen sämtliche Kommutierungen mit Hilfe einer einzigen Kommutierungseinrichtung vorzunehmen, wobei die Kommutierungen in den einzelnen Teilstromrichtern in perio discher Reihenfolge nacheinander erfolgen können.
Es können folgende Mittel zur Ausfüh rung des Verfahrens dienen, die wahlweise entweder getrennt oder kombiniert angewen det werden können: 1. Unmittelbares Umschalten der Kommu- tierungseinrichtung mit Hilfe von gitter- gesteuerten Entladungsstrecken.
2. Indirektes Umschalten der Kommutie- rungseinrichtung über Zwischentrans formatoren.
3. Transformatorische Aaskopplung der Kommutierungseinrichtung. 4. Gleichzeitiges Kommutieren verschie dener Teilspannungen.
_Xls Kommutierungseinrichtung kann irgend eines der bekannten Mittel, z. B. Kommutie- rangskondensator, Kommutierungsschwing- kreis oder eine an sich bekannte Kommutie- rungsmaschine, Verwendung finden.
Die Erfindung bezieht sich jedoch in erster Linie auf ruhende Kommutierungs- mittel, die aus einem Kondensator oder aus einer Drossel und einem Kondensator be- stehen.
Die nachfolgend beschriebenen Beispiele zeigen verschiedene Anordnungen zur Durch führung des Verfahrens nach der Erfindung.
Fig. 1 stellt einen zweiphasigen Wechsel richter, der das Gleichstromnetz 1 über den Seott-Transformator 2 mit dem Drehstrom netz 8 verbindet, dar. Sind an Stelle des gemeinsamen Kommutierungskondensators 4 und der zugehörigen Umschaltungsentla- dungsstrecken 5, 5', 6 und 6' die beiden ge strichelt gezeichneten Kondensatoren 10 und 10' vorhanden,
so handelt es sich um zwei vollkommen getrennte Wechselrichter, die ins Drehstromnetz mit den Phasenleitungen R, S und T beliebig Wirk- und Blindlast liefern können.
Die beiden Wechselrichter enthalten die die Wirkleistung liefernden Entladungsstrecken 7w und 8w bezw. 9w' und 8w' und die die Blindleistung liefernden Entladungsstrecken 7b und,8b bezw. 7b' und 8b', ferner die Drosseln 9 bezw. 9' und die Kondensatoren 1,0 bezw. 10'.
Erfindungs gemäss wird nun an Stelle der beiden ge trennten Kondensatoren 10 und 10', die je für sich die Kommutierung des betreffenden Wechselrichters durchführen, ein ,gemein samer Kondensator 4 verwendet, der über die gittergesteuerten Entladungsstrecken 5, 5' und 6, 6' abwechselnd dem einen oder dem andern Teilstromrichter (Wechselrichter) zu geschaltet wird:
Die Arbeitsweise dieses Kondensators, sowie die Brenndauer der Um- schaltungsentladungsstreoken 5, 5' und 6, 6' gehen aus Fig. 2 hervor. Die Kurven 11 und 11' sind die von den beiden Wechselrichtern erzeugten Teilspannungen, mit Hilfe derer im Scott-Transformator 2 die dreiphasige Wechselspannung erzeugt wird.
Die Kur ven 12a und 1'2b stellen die Spannung und den ,Strom des Kondeneators 4 dar. Über den einzelnen Kurven sind die Offnungszeiten der zugehörigen Entladungsstrecken angegeben, ,d. h. die Zeiten, während der die Gitter die betreffende Entladungsstrecke freigeben, zum Beispiel werden zur Zeit t1 die Gitter .der Entladungs:
strecken <I>7w</I> und<I>7b</I> gesperrt, die der Entladungsstrecken 8w und 8b erhalten eine positive 'Spannung. Gleichzeitig sind die Entladungsstrecken 7w' und 7b' sowie 5 stromdurchlässig. Wie man :den Kurven 12a und 12'b entnehmen kann, ist die Steuerung der Entladungsstrecken 5, 5' und 6, 6' so eingerichtet, dass sich der Kondensator im Laufe der aufeinanderfolgen:
den Kommutie- rung -dauernd umlädt. Der Kondensator liegt infolge der Umschaltung sozusagen an einer Spannung :doppelter Frequenz. Durch eine derartige Mehrfa@chausnutzunig, die mit einer Frequenzvervielfachung verbunden ist, gelingt es, ein und,denselben Kondensator allgemein gesprochen ein und dieselbe Kom- mutierungseinrichtung - ohne wesentliche Vergrösserung :
der Typenleistung für die Kommutierung mehrerer Teilstromrichter nutzbar zu machen.
Das Beispiel der Fig. 1 zeig t die un mittelbare Zu- und Abschaltung des Konden sators 4 über die Entlaclungsstreeken 5, 5' und 6, 6'.
Da .der Kondensatarstrom seine Richtung wechselt, ist es erforderlich, .bei Verwendung von Entladungsstrecken mit eindeutiger Stromdurchlassrichtung, wie dies in Fig. 1 angenommen ist, die Entladungs- strecken gegensinnig parallel zu schalten, :
das heisst Entladungsstrecken verschiedenen Ka- tho,denpotentials zu verwenden. Will man für die Kondensatorumschaltung ein einziges mehranodiges Gefäss verwenden, so kann man den Kondensator 4 an die Sekun- däxwioklung eines Hilfstransformators 13 (Fig. 3) legen, :dessen Primärwicklungen nun über die im Gefäss 14 vereinigten Anoden 5, 5' und 6,,6' zu- und abgeschaltet werden.
:Streuung und magnetische 'Sättigung dieses Transformators sind dabei möglichst gering zu bemessen. Die Öffnungszeiten der ein zelnen Entladungsstrecken bezw. der des Gefässes 14 stimmen mit den in Fig.2 an gegebenen Zeiten überein.
Ausser dem Vor- teil der Zusammenfassung verschiedener Entladungsstrecken zu einem einzigen Ge- fäss 14 bietet,der Hilfstransformator 13 noch die Möglichkeit, den Kondensator 4 ein- seitig zu :erden (Klemme 15 in Eig. 3).
Ausserdem kann man :durch geeignete Wahl der Übersetzung des Transformators 13 die wirtschaftlichste Konden.satorspannung wäh len. Die Zwischenschaltung eines Transfor mators hat allerdings :den Nachteil, @dass nun - sei es vom Netz aus, sei es vom Kondensator 4 her - der Magnetisierunb - strom ,des Transformators 13 mitgeliefert werden muss.
Da jedoch, wie Fig. 2 zeigt, die Transformatorspannung 12 bei der Mehr- faehausnutzung des Kondensators 4 im all- gemeinen nur Frequenzen aufwellst, die höher sind als die Netzfrequenz, so ist der Mag- netisierungsstrom klein und beeinträchtigt nicht :d:aus Arbeiten :
der Kommutäerungsein- richtung.
Die Umschaltung des Kondensators auf die von verschiedenen Teilwechselrichtern ge- lieferten Teilspannungen - in den Beispielen der Fg. 1 bis 3 die zwei Teilspannungen 11. und 11' - wird derart vorgenommen, dass am Kondensator eine ,Spannung höherer Frequenz liegt.
Dieses Ziel kann auch ohne Umschaltung des Kondensators dadurch er reicht werden, dass man .den Kondensator in :geeigneter Weise an die Summe bezw. Diffe renz mehrerer Teilspannungen anschliesst, wie dies im folgenden Beispiel :gezeigt ist.
Fg. 4 zeigt einen Wechselrichter, :der das Einphasen-Wechselstromnetz 16 vom Gleich stromnetz 17 aus speist. Beide Netze sind <B>ü</B> -ber den :dreäschenklngen Transformator 18 gekoppelt.
Der oberste Schenkel des Trans- formators trägt die Wicklungen eines Teil- wechselrichters a, dessen zugehörige Teile mit :dem. Index a bezeichnet sind.
Der Mittelschenkel trägt die Wicklungen :eines Teilwechselrichters b (Index b). Im unter- sten Scheniked tritt .der Differenzfluss und in der Wicklung 19 dementsprechend eine der Differenzspannung der beiden obern Schen kel proportionale Spannung -auf.
Somit liegt der Kondensator 20, wirkungsmässig gesehen, an der Differenzspannung dem beiden T@eil- wech-selrichter a und b. Die zur Führung der Wirkleistung dienenden Entladungsstrecken der Teilwech@selrichter a und b sind zum Beispiel in einem gemeinsamen Gefäss 21 ver einigt.
Die der Führung der Blindleietung dienenden Entladungsstrecken des Teil- wechselrichters a befinden sich in dem Ge fäss 22a, die des Teilwechselrichters b im Ge fäss 22b. Gleichstromseitig sind Drosseln 26a und 26b vorgesehen.
Die Nullpunktsentla- dungsstreeken beider Teilwech@selrichter be finden sich im Gefäss 27. Fig. 5 zeigt sche- mati.sch den Verlauf der Spannungen.
Kurve 23a möge die Teilspannung des Wechsel- richtens a, Kurve 23b die dagegen phasen- verschobene Teilspannung des Wechselrich- ters b und Kurve 24 die Summe der beiden Teilspannungen, die im Wechselstromnetz 16 auftritt, darstellen. Kurve 25 ist die Diffe- renzspaunung, die an der Wicklung 19 bezw. am Kondensator herrscht. Die Kurven sind rechteckig gezeichnet.
Durch die Wirkung des Kommutierungskondensators 20 und der Clleichstromdrosseln 26a und 26b (Fig. 4) sind -die Flanken der Kurven in Wirklich keit abgeschrägt, so dass sie trapezähnlich erden. Die Kommutierung eines derartigen Teilwechselriehters ähnelt stark der Kommu- tierung eines normalen einphasigen Wechsel richters mit Kommutierungskondensator und Crleichstromdrosseln.
Es möge zum Beispiel zunächst die Ent- ladungsstrecke 21a brennen. Im Zeitpunkt der Kommuinerung wird die Entladungs strecke 27cä freigegeben. Dadurch wird der Wicklungsteil 29 des obersten Transforma- torschenkels über 26a geschlossen.
Durch die Wirkung des Kondensators 20 kann sich die Spannung in der Wicklung 19 und damit zier zeitliche Mussverlauf (Flussänderung) im untersten Transformatonschenkel nicht plötz lich ändern. Diese bedingt, dass auch im obersten Schenkel die Flussänderung und damit die Spannung aufrechterhalten bleibt.
Die gleiche Spannung tritt mit umgekehrten Vorzeichen an .der Drossel 26a auf. Dadurch wird die Entladungsstrecke 21a zum Er löschen gebracht.
Die an (2$, 29) verblei bende Spannung (Spannung des Konden- sators) bewirkt, dass 21a gegenüber der Ka thode von 21 für die Dauer der Umladung des Kondensators 20 negativ ist, so dass das Gitter von 21a beim Positivwerden von 21a die Sperrung bewirken kann und damit die @Spannung aufrechterhalten bleibt und infolgedessen an der Drossel 26a auftritt.
Während des Kurzschlusses der Wicklung 29 und der Drossel 26a tritt an der Drossel im ersten Augenblick die volle Gleichspan- nung auf, die dann bei ansteigendem Drossel- strom nach Massgabe der Umladung des Kon- densators 20 abklingt.
Um die Rückwirkung der Kommutierung auf den unbeteiligten Teilwechselrichter b klein zu halten, kann man die Kathoden- drossel 26b des Wechselrichters b mit der Drossel 26a des Wechselrichters a in der in Fig. 4 gezeigten Weise koppeln.
Die beiden Wicklungen 26a und 26b sind gegeneinander- geschaltet, so dass normalerweise der Fluss im Eisen der Drossel verschwindet. Tritt der oben betrachtete Kurzschluss in Wick lung 28 bis 29 ein, so steigt der Strom in 26a an und versucht auch den Strom in 26b entsprechend zu erhöhen.
Dieee bewirkt eine Spannungserhöhung im mittleren Schenkel des Transformators, so dass der Fluss in die- sem Schenkel auf keinen Fall abnimmt. Je nach der Kopplung zwischen den Drosseln 26a und 26b ergibt sich eine grössere und eine kleinere Zusatzspannung in der Drossel 26b.
Damit wird die obige Voraussetzung erfüllt und die Rückwirkung oder Kommu- tierung des Wechselrichters a auf den Wechselrichter b kann auf einen beliebig kleinen Wert beschränkt werden.
Fig.6 zeigt als weiteres Beispiel einen dreiphasigen Wechselrichter, dessen Vier- schenkeltransformatar 30 auf dem vierten Schenkel die Wicklung<B>31</B> trägi, die vom 'Summenfluss der drei auf den drei linken Schenkeln angeordneten Teilwechselrichtern durchsetzt wird.
Diese Teilwechselrichter er zeugen je drei um 120'> versetzte RechteclL- spannungen, die in Fig. 7 durch die Kurven züge 32, 33 und 34 dargestellt sind.
Die Summe dieser Spannung (Kurve 35) bezw. eine ihr proportionale ,Spannung liegt an den Klemmen .der Wicklung 31 und damit am Kondensator 86 (Fig. 6), der somit mit einer Spannung dreifacher Frequenz arbeitet.
Wie derum kann man, um die Rückwirkung der jeweils kommutierenden Phase auf die :Span, nung der andern Phasen herabzusetzen, die drei Gleichstromdrosseln 37, 8,8 und 3:9 der drei Teilwechselrichter miteinander mag netisch koppeln, so wie das in Fig. 6 an gegeben ist.
In beiden Ausführungsbeispie len der Fig. 4 und 6 können die Wechsel richter sowohl selbstgeführt wie fremd geführt arbeiten und in das Wechselstrom- bezw. Drehstromnetz 16 Blindlast liefern. Durch die Gittersteuerung werden die die Wirkleistung und die zugehörige Blind- leistung führenden Entladungsstrecken (z. B.
die Entladungsstrecken 21a bezw. 21b und die Entladungsstrecken 22a bezw. 2.2b in Fi;g.4 oder die Entladungsstrecken 40 und 41 in Fig. 6) ungefähr gleichzeitig frei gegeben und wieder gesperrt. Die am Kom- mutierungskondensator liegende Differenz spannung wurde in den Fällen :der Fig. 4 und 6 an einer Wicklung abgegriffen, die auf dem Tran:
sformatargchenkel, der vom Differenzfluss durchflossen wird, liegt. Da bei ist die iStreuung zwischen den einzelnen Wicklungen relativ gross. Man kann die Differenzspannung natürlich auch so her stellen, dass man auf den Hauptschenkeln die Teilspannungen an getrennten Wicklun gen abgreift und diese hintereinanderschaltet, so dass an ihren Enden die Differenzspan nung herrscht.
Die Mehrfachausnutzung der Kommutie- rungseinrichtung zufolge gleichzeitigen Kom- mutierens mehrerer Teilspannungen ist im Ausführungsbeispiel Fig. 8 dargestellt. Diese Figur stimmt weitgehend mit Fg. 4 überein.
Im Gegensatz zu Fig. 4 ist nur die Kommu- ti.erungs,dmossel 26 beiden Teilwechselrichtern a und b gemeinsam, dafür sind nun ge trennte Kondensatoren 20a und 20b vor gesehen, die unmittelbar mit den beiden Teil spannungen 28a und 28b .der Fig. 9 arbeiten. Das Wechselstromnetz 16 ist zweiphasig an- genommen, :das heisst die Verbindung der Wicklungen 19a und 19b ist ebenfalls her ausgeführt.
Die vier Nullpunktsentladungs- strecken, die die Nullstücke der Spannungen 218a und b in. Fvg. 9- ergeben, sind wieder im gemeinsamen Gefäss 27 zusammengefasst.
Der Fig. 9, die der Fig. 5 entspricht, ist zu entnehmen, dass die angenähert senkrecht er folgenden Spannungsanstiege ,der Kurven 23a und b zeitlich zusammenfallen. Aus diesem Grunde kann man eine gemeinsame Drossel 26 anordnen,
die zur Zeit der Kommutie- rung die Differenz zwischen der Gleichspan nung 1,7 und der erzeugten Wechselspaunnng 2"8,a und b aufnimmt. Fig. 9 zeigt unten den Verlauf der Gitterspannungen (ausgezo gene Linien), und zwar haben die Gitter- spannungen die Bezeichnung der zugehörigen Entladungsstrecken,
zum Beispiel zeigt Kurve 21a/22a den Verlauf der Gitterspannung der zu den Entladungsstrecken a in Gefäss 21 und 2.2 gehörigen Gitter. Diese beiden Gitter sind in der Zeit t, <I>. . .</I> t, positiv gegenüber der Kathode.
In den bisher angeführten Beispielen wurde gezeigt, wie man die vier angegebenen Mittel zur Mehrfachausnutzung der Kom- mutierungseinrichtung anwendet, wenn die Kommutierungseinrichtung aus Drossel und Kondensator besteht. Das folgende Beispiel (Fig. 1,0) zeigt das gleichzeitige Kommutie ren verschiedener Teilspannungen,
wenn als Kommutierungseinrichtung nur ein Konden sator verwendet wird. Wenn der Laststrom im Wechselstromnetz 16 bei einer Schaltung gemäss Fig.,8 rein. ohmisch oder nur leicht induktiv ist, zum Beispiel den Verlauf ge- mässi den Kurven 412a und b in Fig. 9 in den beiden Phasen hat, so kann zur Zeit t, Wechselrichter a ohne Hilfsmittel kommu tieren,
der Wechselrichter b jedoch nicht. Zur Zeit t2 kann Wechselrichter b kommutieren, Wechselrichter a nicht, zur Zeit 4 ist es wieder umgekehrt usw. In derartigen Fällen kann man den Wechselrichter gemäss Fig. 8 m it einem Kommutierungskondensator 48 entsprechend. der ,Schaltung der Fig. 10 be treiben. Da hierbei ,die Drossel 26 der Fig. 8 fortfällt, kann man die Entladungsstrecken 27 und 22 in einem gemeinsamen Gefäss 44 vereinigen.
Die Gitterspannungen haben dann den Verlauf der gestrichelten Linien in Fig.9. Die Wirkung des Kondensators 43 ist folgende: Knapp vor dem Zeitpunkt t,, zur Zeit t,' werden die Entladungsetrecken 21a und<I>22a</I> des Wechselrichters <I>a</I> frei gegeben. Die Kommutierung findet ohne Hilfsmittel statt. Hierbei nimmt die Span nung in der Wicklung 19a stark zu.
Da der j@rechselrichter b seine Spannung beibehält, tritt am Kondensator 43 eine Umladung auf, deren Geschwindigkeit von der Grösse der Streuung -des Transformators 18 abhängt. Der Ladestromstoss des Kondensators ver grössert den Strom in der Wicklung 19a und verringert den ,Strom in der Wicklung 19b, so dass dort sogar die Stromrichtung sich umkehrt.
Somit gibt Wechselrichter a kurz zeitig so viel Last ab, dass er auch die Phase b speist und darüber hinaus noch einen gewissen Überschuss über den Wechselrich <I>ter b</I> ins Gleichstromnetz zurückliefert. Die ser Stromrichtungswechsel in b bedingt, dass die Entladungsstrecke 21b' erlischt und die Entladungsstrecke 22b' zündet.
Zur Zeit t, ist die Entladungsstrecke '21b' entnonisiert. Werden nun die Nullpunktentladunge- strecken 27b und 27b' geöffnet, so kann bei umgekehrter Energierichtung auch der Wechselrichter b kommutieren.
Der Konden sator 43 dient somit dazu, in den beiden Wechselrichtern a und b der Reihe nach eine derartige Energierichtung sicherzustellen, dass eine sogenannte "natürliche" Kommutierung möglich wird. Der Kondensator 43 kann auch auf der Primärseite zwischen den Punk ten P, und P2 oder an andern entsprechenden Punkten angeschlossen werden.
Die folgenden Beispiele sollen zeigen, wie die verschiedenen Mittel zur Mehrfachaus nutzung .der Kommutierungminrichtung an gewendet werden, wenn ein gesteuerter Schwingkreis als Kommutierungseinriehtung benutzt wird. Anhand der an sich bekannten einfachen Wechselrichterschaltung (Fig.l.l) soll zunächst einmal die Arbeitsweise dieses gesteuerten Schwingkreises beschrieben wer den.
Der Wechselrichter mit den gitter- gesteuerten Entladungsstrecken 3 und 4 für die Wirkleistung und den unter Umständen urgesteuerten Entladungsstrecken 5 und 6 für die Blindleistung speist aus dem Gleich stromnetz 1 über Transformator 2 das Wechselstromnetz 7.
Die Kommutierung wird durch den (Schwingkreis 14, 15 bewirkt, der mittels der Entladungsstrecken 1ü und 17 gesteuert wird. Fig. 12 zeigt die Strom- und Spannungskurven. Die vom Wechsel- richter erzeugte Wechselspannung 8 hat an genähert rechteckförmigen Verlauf.
Zum Laststrom 11 addieren sich die durch die Umladung des Kondensators 14 hinzukom menden Stromstücke 18, so dass der Wechsel- richter zur Zeit der Kommutierung immer Energie ins Gleichstromnetz 1 zurückliefert. Durch die Steuerung der Entladungsstrecken 16, 17 kann die zeitliche Lage der 3trom- stücke 18 und damit -die Lage der Span nun.gskommutierun,g beliebig verschoben wer den.
Die Steuerung geht folgendermassen vor sich: Die Gitter der Entladungsstrecken 3 und 4 werden im Takt der Wechselspannung geöffnet und geschlossen,
das heisst während der positiven Halbwelle der Wechselspan nung 8 ist zum Beispiel die Entladungs strecke 3 freigegeben und die Entladungs strecke 4 gesperrt. Während der negativen Halbwelle ist 4 offen und 3 gesperrt. Es wird somit zur Zeit T9 das Rohr 4 frei gegeben;
in der Zeit (T2--T,) sind die Ent ladungsstrecken 16 und 17 gesperrt, das heisst der Schwingkreis 14, 15 ist abgeschaltet. Zur Zeit T2 wird das Gitter der Entladungs strecke 16 geöffnet. Dadurch kommt der positive Stoss des Schwingkreisstromee 18 zustande.
Da zur Zeit T, der Schwingkreis strom 18 seine Richtung ändern will, die Entladungsstrecke 17 jedoch gesperrt ist, setzt der Schwingkreisstrom aus, so lange, bis zur Zeit T6 das Rohr 17 ,geöffnet wird.
Die Grösse der Schwingkreisstromstösse hängt ab von der Voreilung (Ts-T2), d. h. um wie viel früher das Öffnen der Kommutierungs- entladungsstrecken 16 bezw.17 vor dem Öffnen der Wirkleistungsentladungssüecken 3 bezw. 4 erfolgt.
Fig.13 zeigt, wie die Form,der Kom- mutierungsstromstösse bei zeitlich verschie dener Öffnung :der Entladungsstrecken 16 bezw. 17 vor den Hauptentladungsstrecken sich ändert.
Verändert man somit durch die Gittersteuerung ,die Voreilzeiten (T3-T2 bezw. T,-T" Fig. 12), so kann man damit die Grösse der Kommutierungsstromstösse regeln.
Die durch die Kurve 18 dargestell- ten Kommutierungsstromstösse müssen in jedem Falle grösser sein als der Augenblicks wert des Laststromes zur Zeit der Kommu- tierung. Da der Kommutierungsstrom bei plötzlichem Ändern der Voreilzeiten (T3 TZ bezw. T,-T") sich nicht plötzlich, sondern allmählich auf :
die in Fig.13 angegebenen stationären Werte einschaukelt, empfiehlt es sich, den Kommutierungsstrom immer ge nügend .grösser als den jeweiligen Laststrom zu machen, damit nicht bei plötzlicher Last zunahme die Kommutierung vereitelt wird. In den Zeiten (T2 T" T,-T,) usw. ist :der Schwingkreis abgeschaltet.
Bei mehrphasigen Wechselrichtern könnte somit :der Schwing kreis in der Zwischenzeit auf die andern Phasen umgeschaltet werden, entweder un- mittelbar entsprechend Fig. 1 oder indirekt mittels eines Hilfstransformators entspre chend Fig. 3.
Diese Ausführung sei anhand von Fig. 14 beschrieben, in der ein derartiger dreiphasiger Wechselrichter, :der sich aus drei einphasigen Wechsalrichtern nach Fig.11 zusammensetzt, dargestellt ist.
Die den Ent ladungsstrecken der Fig. 11 entsprechenden Anoden der Phase R haben dieselben Ziffern wie in Fig. 11, zum Beispiel entspricht die Entladungsstrecke 3 in Fig. 14 der der Lie ferung von Wirkleistung dienenden Ent ladungsstrecke 3 in Fig. 11 usw. Die Ent- ladungsstrecken der Phase S sind mit 3', 4' usw., die Anoden :der Phase T mit 3", 4" usw. bezeichnet.
Gegenüber der einphasigen An ordnung ist der Verteilertransformator 19, ,der den Schwingkreisstrom den einzelnen Phasen zuführt, neu hinzugekommen. Die erzeugten Phasenspannungen sind, wie beim Einphaseuwechselrichter, Rechteckspannun- gen (Kurve 8, Fig. 12).
Die verkettete Drel1- stromspannung, die infolge der sekundär- seitigen -Sternschaltung des Drehstromtrans- formators 20 entsteht, ist dementsprechend die Differenz von zwei Rechtecks.pannungen, wie sie in Fig. 15 angegeben sind,
wobei UR bezw. US jeweils sie in einer Phase der Transformatorsekundärwieklun:g erzeugte Spannung darstellt. Durch Hintereinander- schalten derartiger phasenverschobener Recht eckspannungen gelingt es, als resultierende Wechselspannung Treppenkurven zu erhal ten, die sich weitgehend :der :Sinusform nähern.
Die in Fig.16 dargestellte Anord nung zeigt einen einphasigen, ebenfalls mit einem Schwingkreis als Kommutierungsein- richtung versehenen Wechselrichter mit ab gestuften Teilspannungen, dessen Schaltung im übrigen dem einphasigen Wechselrichter der Fig. 11 entspricht. Die von diesem er zeugte Wechselspannung, die sich der Sinusform schon recht gut anschmiegt, ist in Fig. 17 :dargestellt.
Ist an Stelle eines Gleichstromnetzes ein mehrphasiges Wechselstromnetz gegeben, so braucht man @diesen mehrphasigen We-cUsel- strom nur gleichzurichten und diesen Gleich strom den soeben beschriebenen Wechselrich tern zuzuführen.
In bekannter Weise kann man dabei das .Gleichstromzwischennetz unterdrücken und erhält so die unmittelbar arbeitenden Umrichter. Fig.18 zeigt zum Beispiel einen Umrichter, -der dem Wechsel richter nach Fig. 11 entspricht. Hierbei wird lediglich abweichend von Fig. 11 :
der Schwingkreis 14, 15 nichtdirekt, sondern unter Zwischenschaltung eines 11ilfstranafor- mators mittels der Entladungsstrecken 28, 29 zu- und abgeschaltet.
In Fig. 18 ist 20 das speisende Drehstromnetz, welches über die Entladungsstrecke 21 mit den sechs Hauptentladungsstrecken 2'2 bis 27 ein bei- spielsweise niederfrequentes Einphasennetz 30 speist.
Im Umriehtergefäss 21 sind ausserdem noch zwei Kommutierungsentla- duugsstrecken 28 und 29 angeordnet, :durch die der Kommutierungsschwingkreis 14, 1:5 transformatorisch für die beiden Phasen der l"inphasensekundärseite umgeschaltet werden kann.
In Fig. 19 ist die erzeugte Einphasen spannung dargestellt. Wie ein Vergleich der Kurve 8 der Fig. 12 zeigt, erhalten wir für den Schwingkreis praktisch dieselben Ver hältnisse wie beim einphasigen Wechsel richter (Fig.ll), nur dass jetzt die Recht eckspannung eine durch die Orleichrichtung des Drehstromes bedingte Welligkeit auf weist.
Die Fig.19 zeigt ferner noch den Zusatzstrom des Kommutierungsschwing- kreises 14, 15. Die einzelnen Stromstösse in positiver hezw. negativer Richtung Sind mit 28 ben@@. 29 bezeichnet, entsprechend den Entla.dungsstreeken 2<B><U>8</U></B> und 29 der Fig. 18, über die die entsprechenden Stromstösse fliessen.
Strom und Spannung auf der Ein phasenseite, sowie der Strom des Kommu- tierungssehwingkreises stimmen weitgehend mit dem Verlauf der Kurven der Fig. 12 für den Wechselrichter überein.
Will man die Welligkeit der erzeugten Einphasenspannung glätten, so kann man mehrere Umrichter gemäss Fig. 18 hinterein- anderschalten, wobei die einzelnen Um richterspannungen gegeneinander so phasen- verschoben sind, dass sich die einzelnen Ober wellen gegenseitig aufheben.
Fig.20 zeigt als Ausführungsbeispiel die Schaltung von drei derart hintereinandergeschalteten Um richtern, die genau wie der dreiphasige Wechselrichter nur einen einzigen gemein samen Kommutierungsschwingkreis benöti gen. Fig.21 zeigt, wie die Einphasenspan- nungskurve U, <I>1-</I> U.,> + U, verbessert wird.
Die angeführten Beispiele zeigen die vielseitige Anwendung der Kommutierungs- einrichtung bei Umrichter- wie bei Wechsel riehterschaltungen. In allen Fällen, in denen eine Zwangskommutierung erforderlich ist. lässt sieh der gesteuerte Schwingkreis ver wenden.
Insbesondere möge hervorgehoben werden, dass man von einer ,Spannung füh renden Entladungsstrecke auf eine Stern- punktentladungsstreeke kommutieren kann, wie dies das Ausführungsbeispiel Fig. 22 für den sekundärseitig einphasigen Umrichter zeigt. Die Schaltung stimmt bis auf die Sternpunktentladungestrecken 31 und 32 mit der Schaltung Fig. 18 überein.
Die erzeugte Spannung (Fis. 23) enthält ausser der posi tiven und der negativen, gleichgerichteten Spannung Nullstücke, die dadurch erzeugt werden, dass die Nullpunktentladungsstrecken 31 und 32 brennen. Durch das Einfügen der Sternpunktentladungsstrecken ist die er zeugte Spannung des einphasigen Umrichters der :Sinusform mehr angenähert.
Wendet man nun auch beim Umrichter eine aus einem gesteuerten Schwingkreis be- stehende Kommutierungseinrichtung an, so erhält man den Umrichter .gemäss Fig. 24,
der dem Wechselrichtender Fig. 4 entspricht. Das Drehstromnetz 33 ist über den Dreh stromtransformator 34 und das für beide Teilumrichter mit den beiden Gruppen von Entladungsstrecken a und b gemeinsame Gefäss 35, über die beiden gekoppelten Ka- thodendrosseln 36a und b und über den dreischenkligen Einphasentransformator 37 mit dem Einphasennetz 38 gekuppelt.
Der Einphasentransformator 38 trägt auf dem obersten Schenkel die Primär- und Sekun därwicklungen des Teilumrichters a, auf dem mittleren Schenkel die des Teilumrieh- ters b und auf dem untersten Schenkel die Wicklung 39, die den Kondensator 40 mit der Differenzspannung der beiden Teil umrichter speist. Fig. 25 zeigt den Ver lauf der beiden Teilspannungen 42a und 42b,
sowie der Differenzspannung 412k. Die Kurvers 412a und b entsprechen den Kurven, 23a und b in Fig. 5; die Kurve 42e stellt die Differenzspannung dar, ent sprechend der Kurve 25 in Fig. 5. Die der Kurve 25 der Fig. 5 entsprechenden iStücke der Differenzspannung 42c sind schraffiert.
Dazwischen enthält .die Kurve 42e noch Spannungsstücke, die sich aus der Wellig keit der aus dem Drehstromnetz gleichgerich teten 'Spannungen ergeben. Diese Stücke sind für die Kommutierung ohne Belang. Damit durch diese Stücke kein unnötiger Konden- satorstrom hervorgerufen wird, kann der Kondensator 40 über die gegensinnig parallel- geschalteten,
gesteuerten Dampf- oder Gas- enbladungs!strecken 41a und b an die Wicklung 39 angeschlossen sein, die ihn in der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgernden Kommutierungen abschaltet. Die Kurven der Fig. 25 sind, ebenso wie die vorhergehenden, idealisiert. Insbesondere ist die bekannte Verformung,
die durch die zwischen Gleich- und Wechselrichter fliessenden KurzsGhluss- ströme bewirkt wird, vernachlässigt. <B>Auch</B> die Flanken der Teilspannungen, sowie die der Kondensatorspannung sind in Wirklich keit nicht senkrecht, sondern leicht an- gesohrägt.
Die verschiedenen Mittel zur Mehrfach ausnutzung der Kommutierungseinrichtung lassen sich, wie bereits gesagt, auch kombi nieren. Zum. Beispiel zeigt Fig. 26 die Kom bination des ersten und dritten Mittels. Es mögen beispielsweise zwei Umrichter in der .Schaltung nach Fig. 24 nebeneinander arbei ten, deren Einphasengpannungen um 90 gegeneinander versetzt sind.
Dann kann man die 'Spannungskurven der beiden Um richter so einrichten"dass die einzelnen Kom- mutierungsvorgänge in beinahe regelmässigen Abständen aufeinander folgen. Ist der Kon densator 40 umschaltbar angeordnet, so kann er die Kommutierungen beider Umrichter der Reihe nach bewältigen. Fig. 2,6 zeigt eine -derartige Anordnung zur Kondensator umschaltung.
Die Einphasentransformatoren der beiden Umrichter sind wie in Fig. 24 mit 37 und 37' bezeichnet. Die Differenzspan nung tritt jeweils an der Wicklung 39 bezw. 39' auf. Der Kondensator 40 kann nun ent weder über,die Entladungsstrecke 41a bezw. b an :die Wicklung 3,9 oder über die Ent ladungsgefässe 41a' bezw. b' an die Wick lung 39' angeschaltet werden.
Oft ist es erwünscht, die Grösse der in der Kommutierungseinrichtung vorhandenen Glieder bei steigender Last zu verändern. Auch diese Möglichkeit lässt sich bei den beschriebenen Beispielen unschwer durch führen.
Beispielsweise kann in einer An ordnung nach Fig. 26 parallel zu dem Kon densator 40 noch ein weiterer Kondensator liegen, der über getrennte Entladungsstrecken an die einzelnen 'Iiransfarmaforwicklungen so angeschlossen werden kann, dass@ die Kom- mutierung je nach den Lastverhältnissen mit dem einen oder mit dem andern oder mit beiden zugleich durchgeführt werden kann.
Daher ist .es möglich, dass durch ent sprechende Gittersteuerung dieser Hilfs- entladungsstrecken die Höhe des Kommu- tierungsstromes bezw. der Kommutierungs- spannung en wechselnden Lastverhältnissen angepasst wird.
Will man bei den Umrichtern das vierte Mittel zur Mehrfachausnutzung der Kom- mutierungseinrichtung benutzen, so muss man dafür sorgen; dass die Sprünge der Um- riehterteilspannungen, die auf ein- bezw. mehrphasiges Ausgangsnetz arbeiten, zeitlich zusammenfallen;
dann kann man die den Wechselrichterschaltungen Fig. 8 und 10 ent sprechenden Umrichterschaltungendurch- führen. Fig. 27 zeigt beispielsweise einen dem Wechselrichter Fig.10 entsprechenden Umrichter, der nur mit den Kondensatoren 43 und 43' die Kommutierung durchführt.
Da hierbei die Kommutierungsdrossel fort fällt, ist es möglich, sämtliche Entlastungs strecken beider Teilumricbter in einem ein zigen Gefäss 44 zusammenzufassen. Auf diese Art wird somit das Drehstromnetz 45 über die beiden Teilumrichter mit den Transfor- matorsternpunktentladungsstrecken 46a und a' bezw. 46b und b' mit dem Einphasen- netz 16
verbunden.
Bisher wurde angenommen, dass die Um richter treppenförmige 'Spannungen liefern, die weitgehend denen des Wechselrichters verwandt sind (vergl. z. B. Kurven 42a und b der Pig. 25 mit den Kurven 23a und b der Fig. 5). Dies ist jedoch in keiner Weise erforderlich. Die Umrichter können auch aus dem Spannungsbild des Primär netzes beliebige Kurvenstücke herausschnei den.
Beispielsweise kann man in der Um- richterscUaltung nach Fig. 27 auch die bei .den Teilspanungen 47a und b der Fig. 28 erzeugen, die im Einphasennetz 16 die iesul- tierende Spannung 4-8 ergeben. Hierbei ist die Frequenz des Einphasennetzes 16 .genau gleich einem Drittel der Frequenz des Dreh- stromnetzes 45, ferner lässt sich die Phasen lage der Einphasenspannung nur sprunghaft ändern.
Da der Spannungssprung der beiden Teilspannungen zur selben Zeit, z. B. Zeit punkt T" stattfindet, lassen sich diese Teil spannungen mit einem einzigen Kondensator 43 (bezw. 43') kommutieren. Die Kommu- tierung geht dann folgendermassen vor sich: Nehmen wir an, dass zur Zeit T, Gleich richterbetrieb sei, dass somit die Spannung 47ca kommutieren kann.
Dann lässt man zu nächst 47a kommutieren und sorgt dafür, dass die nach der Kommutierung sprunghaft er höhte Spannung 47a kurzzeitig die ganze Einphasenlast übernimmt und darüber hin aus noch eine kleine Restenergie über das System b mit der Spannung 4'7b ins Dreh stromnetz zurückschickt.
Auf diese Art wird System b kurzzeitig als Wechsel- riclater betrieben, trotzdem das Einphasen- netz Energie aufnimmt. Bei Wechselriehter- l-etrieb lässt sich dann die Kommutierune von 47b zur Zeit T, durchführen.
Ist zur Zeit T, Wechselrichterbetrieb statt Gleich- richterbetrieb, so lässt man gerade umgekehrt zuerst<I>47b</I> kommutieren. Die Spannung<I>47b</I> bricht dabei plötzlich zusammen und nimmt nicht nur die vom Einphasennetz zurÜck- gelieferte Energie auf, sondern schluckt auch noch eine gewisse Energie vom System a, das dabei in Gleichrichterbetrieb übergeht und nun kommutieren kann.
Zur Durchfüh- rung der soeben beschriebenen Möglichkeit sind in Fi.g. 27 zwei Kondensatoren 43 und 43' vorgesehen, die den kurzzeitigen Energie austausch zwischen den Systemen a und b im Augenblick der Kommutierung ermögli chen.
In der Schaltung Fig.27 kann man die Einphasenspannung des Umrichters bei elastischem Betrieb sprunghaft um je 20 elektrische Grade in der Phase verschieben. Dieser Phasensprung lässt sich in bekannter Weise durch Vermehrung der Zahl der Entladungsstrecken oder durch Schwer punktsverlagerung (Ausbildung einer un- symmetrischen Kurvenform) beliebig ver kleinern.