Anordnung zur Steuerung von elastischen Umrichtern. Bei Umrichtern, das heisst Einrichtungen zur unmittelbaren Frequenzumformung mit tels gesteuerter Entladungsstrecken, vorzugs weise gittergesteuerter Dampf- oder Gasent- ladungsstrecken, muss man den verschieden artigen Betriebsverhältnissen Rechnung tra gen. Das bedingt im allgemeinen, dass jede Entladungsstrecke in der einen Halbwelle der niederfrequenten Spannung gemäss den Bedingungen des Gleichrichterbetriebes, in der andern Halbwelle der niederfrequenten Spannung gemäss den Bedingungen des Wechselrichterbetriebes zu steuern ist.
Um ein genaues Arbeiten zu erzielen, ist es bei Verwendung gittergesteuerter Entladungs strecken zweckmässig, die Gitterspannung möglichst finit rechteckförmigen Spannungen zu steuern.
Ehe das Wesen der Erfindung erläutert wird, sei kurz das Wichtigste über Umrich ter an Hand der Schaltung nach Fig. 1 ge schildert. Der Umrichter enthält einen Mehr- phasentransfürmator ss mit einer Vieleck wicklung, die an das höherfrequente Dreh stromnetz angeschlossen ist, und mit zwei mit den beiden Gruppen von gittergesteuer ten Dampf- oder Gasentladungsstrecken <B>1'...</B> 3' und 1" . . . 3" verbundenen Sternwicklun gen und einen mit dem niederfrequenten Ein phasennetz verbundenen Transformator 7.
Wie man erkennt, kann man die Entladungs strecken zu einem mehranodigen Entladungs gefäss mit gemeinsamer Kathode zusammen fassen. Die Einrichtung 5 mit den zusätz lichen Entladungsstrecken 4' und 4" möge zunächst ausser Betacht bleiben. Die Steuer bedingungen für die Entladungsstrecken 1'. .. 3' und 1" . . . 3" sollen nunmehr in Ver bindung mit Fig. 2 erläutert werden.
Im obern Teil sind bei Zugrundelegung einer trapezförmigen oder rechteckförmigen Span nungskurve die Steuerverhältnisse für nicht ausgezeichneten Betrieb (vergl. Schweizer Patentschrift Nr. 173 887) angegeben. Man erhält einen Kurvenverlauf G für die nie derfrequente Einphasenspannung. Die schraf fierten Bereiche mit den zugehörigen Ziffern stellen die Zeiten dar, in denen die be treffenden Entladungsstrecken gemäss dem Gleichrichterbetrieb arbeitsbereit gehalten werden.
Die nur einmal gezeichnete Linie K soll das Bezugspotential der Kathode dar stellen, während die Linie 0 ein durch eine Vorspa-nnung geliefertes Potential ist, das für eine Sperrung ausreicht. Im mittleren Teil ist der entsprechende Kurvenverlauf -T' für Wechselrichterbetrieb, gemäss welchem eine in den Entladungsstrecken bestehende Entladung mit Hilfe eines Kommutierungs- kondensators zum Löschen gebracht wird, mit den ähnlichen schraffierten Zeitteilchen für die zweigestrichene Gruppe von Eni- ladungsstrecken dargestellt.
Da nun die Kurvenverläufe G und TV sich spiegelbild lich nicht decken, ergeben sich bekanntlich betriebsmässig innere Kurzschlussströme, die zur Folge haben. dass die Gesamtspannung den Kurvenverlauf E annimmt. Beim starren T?mrichter, bei dem das Frequenzverhältnis konstant ist, lassen sich sämtliche Arbeits bedingungen, insbesondere auch die Kurven form der Gitterspannung, genau festlegen. Beim elastischen Umrichter hingegen, bei dem das Frequenzverhältnis gerade nicht konstant ist, lassen sich die Arbeitsbedin gungen nicht beliebig genau festlegen.
So kann es vorkommen, dass der Nulldurchgang der sekundären, niederfrequenten Spannung und damit das Ende der Gleichrichter- und Wechselrichterimpulse mit dem Ende einer der Impulse beispielsweise für l.' . . . 3' nicht zusammenfällt. Beim elastischen Umrichter- betrieb ergibt sich somit als neue Forderung, dass die Gleichrichter- bezw. Wechselrichter impulse einer Gruppe von Entladungsstrek- ken jederzeit plötzlich aussetzen können.
Vorliegende Erfindung erstrebt einen elastischen Umrichterbetrieb, der alle betrieb lichen Forderungen möglichst genau erfüllt, und sieht zu diesem Zweck ausser den für Gleich- und Wechselrichterbetrieb vorgese henen Steuereinrichtungen solche für die Kommutierung vor, die einerseits die Gleich Wechselrichtersteuerung zu beliebig wähl barem Zeitpunkt zu beeinflussen gestatten, anderseits jederzeit den Nulldurchgang der niederfrequenten Spannung ermöglichen.
Dies lässt sich zum Beispiel mit Hilfe zweier verschiedener Arten von Entladungs strecken durchführen, nämlich mit Entla dungsstrecken für den Gleich- und Wechsel richterbetrieb und solchen zur Veränderung des Komniutierungsvorganges.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Beispielen näher erläutert werden. Aus Fig. 1. erkennt man, dass in Verbindung mit einem aus Induktivität und Kapazität be stehenden Schwingungskreis zwei gitterge- steuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken 4' und 4" vorgesehen sind, die, den Konimu- tierungsvorga.ng ini Nulldurchgang der se kundären,
niederfrequenten Spannung beein- fltissen. Wie ini einzelnen aus Fig. 2 und 3 zii ersehen ist, wird eine bestimmte Zeit, be vor die Spannung F durch Null durchgeht, entweder die Entladungsstrecke 4' oder 4" freigegeben und damit der Schwingungskreis eingeschaltet. Beispielsweise; mögen eben die Entladungsstrecken 1'. .<B>.3'</B> gemäss dem Gleichrichterbetrieb gearbeitet haben.
Dann übernimmt der Schwingungskreis mittels der Entladungsstrecke 4' die Last (vergl. hierzu die Erläuterungen in der Schweizer Patent schrift Nr. 19929.5) und die zuletzt bren nende Entladungsstrecke der eingestrichenen Gruppe erlischt.
Ist nach dieser Lastüber- na.hnie genügend Zeit verstrichen, so dass auch die zuletzt brennende Entladungs strecke entionisiert ist, wird die Gleichrich- tersteuerung der zweigestrichenen Gruppe und die Wechselrichtersteuerung der einge strichenen Gruppe eingeschaltet und damit die neue Halbwelle der niederfrequenten Spannung erzeugt.
Sobald also die Kommutierungsentla- dungsstrecke 4' eingeschaltet wird, muss die Gleichrichtersteuerung von der eingestriche nen Gruppe weggenommen werden, da nun die Stromlieferung auf den Schwingungs- kreis übergeht.
Gleichzeitig müssen aber auch die oben beschriebenen betriebsmässigen Kurzschlüsse zwischen den beiden Gruppen von Entladungsstrecken unterbunden werden, da sonst der Schwingungskreis nicht in der Lage ist, die Last zu übernehmen. Um dies zu erreichen, werden zugleich mit dem Ein schalten des Schwingungskreises über Ent ladungsstrecke 4' die Wechselrichterimpulse der Entladungsstrecken l", 2" und 3" etwas verschoben, so dass sie mit den Gleichrichter- impulsen von Anode l', 2' und 3' in Phase sind.
Die so entstandenen "Kommutierungs- impulse" der Anoden l", 2" und 3" sind in Fig. 2 angegeben und mit 1"K, 2"K und 3"K bezeichnet.
Beide Gruppen von Entladungsstrecken werden demnach der Reihe nach von drei Arten von Impulsen erregt: Von Gleichrich ter-, Wechselrichter- und Kommutierungs- impulsen. - Fig. 3 zeigt, wie sich die verschie denen Impulsarten der Reihe nach ablösen, und zwar erhält in der Zeit t, bis t2 das ein gestrichene System Gleichrichter-, das zweit gestrichene Wechselrichterimpulse. In der Zeit t2 bis t, ist die Kommutierungsanode 4' zugeschaltet,
für diese Zeit übernimmt also der Schwingkreis 5 (Fig. 1) die Last. Dazu sind für diese Zeit die Gleichrichterimpulse von dem eingestrichenen System wegzuneh men und die Wechselrichterimpulse in die Kommutierungsimpulse 1"K, 2"K, 3"K (Fig. 2) umzuwandeln. Die Steuerung der zweigestrichenen Gruppe ist gegenüber der der eingestrichenen Gruppe um 180 in der Phase verschoben.
Für die Zeit t3 bis t, er hält das eingestrichene System Wechselrich ter- und das zweigestrichene Gleichrichter impulse. In der Zeit t4 bis t, übernimmt die Kommutierungsanode 4" die Last. Für diese Zeit wird daher die Gleichrichtersteuerung von der zweigestrichenen Gruppe weggenom men und die Wechselrichterimpulse der ein- gestrichenen Gruppe zu Kommutierungs- impulsen in der Phase verschoben.
Durch die Kurvenverläufe der Fig. 2 und 3 ist somit festgelegt, wie die Steuereinrichtung arbeiten muss. Im folgenden wird gezeigt, wie sich dies mit Hilfe zweier verschiedenartiger Gat tungen von Entladungsstrecken durchführen lässt.
Fig. 4 zeigt die eingestrichene Gruppe von Entladungsstrecken nebst der Steuerein richtung für die zu den Anoden 1', 2' und 3' gehörigen Gitter. Zu jedem Gitter der Haupt entladungsstrecken gehört ein Steuerkreis, bestehend aus Gasentladestrecke und Wider stand, z. B. gehört zu Gitter 1' Gasentla- dungsstrecke 10' und Widerstand 11'. Die Gitter dieser Hilfsentladungsstrecken sind negativ vorgespannt und können über die Steuertransformatoren l2', 22' und 32' kurz zeitig positiv zur Kathode gemacht werden.
Ausserdem ist noch ein vierter gesteuerter Röhrenkreis 50', 51' und 52' angeordnet, der an kein Gitter der Hauptentladungsstrecken angeschlossen ist. Die Kathoden der vier Hilfsentladungsstrecken sind durch die vier Kondensatoren K,'... K4 miteinander ver bunden. Wenn das Steuerrohr 10' allein brennt, entsteht im Widerstand 11' ein Span nungsabfall, der das Gitter der Hauptanode 1' positiv gegen die Kathode macht. Steuer rohr 10' gibt somit Anode 1' frei.
Wird an schliessend, durch Erregen des Steuertransfor mators 22' das Gitter des Steuerrohres 20' kurzzeitig positiv, so zündet Rohr 20' und ermöglicht den Entladungseinsatz zur Anode 2 des Hauptgefässes. Durch den Stromstoss, der beim Einschalten von Rohr 20 über Kon densator K,' auf das Rohr 10' gelangt, wird der Strom in Rohr 10' unterbrochen. Bei nicht erregtem Steuertransformator 12' wird durch das Zünden von Rohr 20' das Rohr 10' gelöscht.
Der Steuertransformator 22' gibt durch seinen Impuls nicht nur die Anode 2' frei, sondern nimmt gleichzeitig vom Gitter der Hauptanode 1' die positive Spannung. weg. Werden die Steuertransformatoren 12', 22' und 32' der Reihe nach kurzzeitig erregt, so erhalten die Hauptentladungsstrecken über die Hilfsentladungsstrecken 10', 20' und 30' eine Impulsfolge, wie sie in Fig. 2 darge stellt ist.
Sollen die Impulse der Hauptent- ladungsstrecken plötzlich verschwinden, so wird der Steuertransformator 52' erregt. Es zündet Steuerrohr 50', das über die Konden satoren hi,' <I>. . .</I> K4' die übrigen Steuerrohre zum Erlöschen bringt und damit sämtliche Steuerimpulse: wegnimmt.
Da die Steuer gefässe 10', 20' und 30' an Gleichspannung liegen, sind die Steuerimpulse an keine be stimmte Phasenlage gebunden, das heisst man kann mit der Schaltung sowohl Gleiehrichter- als auch Wechselrichter- und schliesslich Kommutierungsimpulse auf die Gitter der Hauptentladungsstreeken <B>1'.</B> .. 3' geben.
Für die Erregung der Gittertransforma toren der Steuerrohre 10', 20'. . . bedient man sich vorteilhaft einer Anordnung mit Elek tronenröhren, deren Schaltung Fig. 5 zeigt. Mit den Ziffern 12', 22' und 32' sind diesel ben Steuertransformatoren bezeichnet wie in Fig. 4. Diese Transformatoren liegen primär in den Gitterkreisen der Steuerrohre von Fig. 4 und werden sekundär vom Anoden strom der Elektronenröhren 13', 23' und 33' von Fig. 5 durchflossen.
Zur Steuerung der zweigestrichenen Gruppe von Entladungsstrecken gehört eine gleichartig geschaltete Gruppe von gasge füllten Steuerröhren nach Fig. 4, deren Steuertransformatoren 12", 22" und 32" ebenfalls in Fig. 5 angegeben sind. Fig. 5 enthält somit die komplette Steuerung für 'beide Gruppen von Hauptentladungsstrecken.
Die Elektronenröhren 13', 23', 33', 13", ?3", 33" enthalten im Anodenkreis je einen Steuertransfarmator 12 ', 22' usw. und liegen gemeinsam an einer Gleichspannung. Die CTittcr aller Röhren sind über Widerstände R an eine negative Vorspannung gelegt, die so gross ist, dass in den Elektronenröhren kein Strom fliesst. Um die Gitter positiv zu machen, liegen parallel zu den Widerständen R drei in Reihe geschaltete Spannungen, nämlich die Spannung der Sekundärwicklun gen IV., . . .
TV- eines Drehst.romtransforma- tors mit der Primärwicklung TV,'. die ihrer seits über den Drehregler D vom Drehstrom- netz RST gespeist wird:
ferner die Span- nrrng am Widerstand R, bezw. ii_, die über den Transformator A vom Einphasennetz UT' geliefert wird und drittens die Spannung am Widerstand R3 bezw. R4, die über die Elek- t'ronenröhren b'', und<B>8,</B> dem Gleichstromnetz entnommen wird. Jedes Gitter der Röhren 13', 23' usw. ist mit zwei Transformator wieklungen des Drehstromtransformators verbunden.
Die Spannung dieser TransfGr- matorwicklungen ist um<B>180'</B> in der Phase verschoben, z. B. liegt am Gitter der Ent ladungsstrecke 13' die Phase R von Wick lung W, und die negative Phase R von Wicklung W;,.
Damit diese an dasselbe Git ter angeschlossenen Transformatorwicklun- gen keinen Kurzschluss ergeben, sind nicht bezifferte Trockengleichrichter dazwischen- geschaltet. Die Spannungen der Wicklungen W;;
und W, sind grösser als die Spannungen der Wicklungen<I>W</I>und W4. Sind die Span nungen an den beiden Widerständen R, und RNull, so ergibt sich zum Beispiel für die Gitterspannung der Entladungsstrecke 13' die Kurve LT gemäss Fig. 6, die sich aus der Aneinanderreihung der gleichgerichteten Spannungen von Wicklung W@ Phase<I>R</I> und Wicklung T4'.; Phase R zusammensetzt.
Die Halbwelle TV, ist, wie bereits erwähnt, etwas grösser als die Halbwelle W.@.
Kurve 1 in Fig. 6 zeigt den Anodenstrom der Entladungsstrecke 13'. Sobald die Git terspannung (T einen bestimmten Wert Ua überschreitet, setzt der Anodenstrom steil ein. Der rasche Stromanstieg des Anodenstromes überträgt sich über den Steuertransformator 12 auf das Gitter des Steuerrohres 10' (Fig. 4), das durch diesen Impuls zum Zünden kommt.
Wenn Rohr 10' einmal ge zündet hat, wird es durch den Steuertrans formator 12' nicht mehr beeinflusst. Infolge dessen hat bei gezündetem Rohr 10' die ab steigende Flanke des Anodenstromes 1 gemäss Fig. 6 keinen Einfluss auf Rohr 10' mehr. In Fig. 6 ist ferner die Anodenspannung ZTit der Anode 1' des Hauptgefässes angegeben. Dadurch, dass die Spannung W3 grösser ist als die Spannung W." wird der Anstieg des Stromes I in der Phase verschoben.
Wie ein Vergleich mit Fig. 2 zeigt, ergeben die durch 'WI hervorgerufenen Stromstücke 11 die Gleichrichterimpulse und die durch W3 her vorgerufenen Impulse I die Wechselrichter impulse für Anode 1'.
Um zu erreichen, dass Anode 1' während der positiven Halbwelle der Einphasenspannung nur die Gleichrich- terimpulse, während der negativen Halbwelle nur die Wechselrichterimpulse erhält, ist in Reihe zu den Wicklungen W2 <B>...</B> W5 des Drehstromtransformators die am Widerstand B1 bezw. Ii, liegende Spannung geschaltet.
Diese Spannung entspricht den verschiedenen Halbwellen der Einphasenspannung und be wirkt, dass die Anode 1' im Takt der Ein phasenspannung abwechselnd entweder nur die Gleichrichter- oder nur die Wechselrich- terimpulse erhält.
Die an den Entladungsstrecken 18', 10' und 1' dargestellten Verhältnisse gelten sinn gemäss auch für die übrigen einander zuge ordneten Entladungsstrecken. Fig. 5 zeigt, wie diese einzelnen Entladungsstrecken zu verschiedenen Gruppen zusammengefasst wer den, die gemeinsam durch die negative Span nung an den Widerständen R1 bezw. B2 ab wechselnd ausgeschaltet werden.
Die dritte Spannung, an der die Gitter der Elektronenröhren M', 23' usw. liegen, dient dazu, vor dem Nulldurchgang der Spannung Ul=T die Gleichrichterimpulse weg zunehmen und die Wechselrichterimpulse in der Phase nacheilend zu verschieben, das heisst aus den Wecbselrichterimpulsen Kom- mutierungsimpulse zu machen.
Dies ge schieht dadurch, dass der Spannung U" gemäss Fig. 6 noch eine zusätzliche negative Span- ,jung IT, aufgedrückt wird, wie in Fig. 7 angegeben ist. Durch die Zusatzspannung U, rücken die Halbwellen der Wechselspannung W2 so stark ins Negative, dass sie keinen Anodenstrom 1 auslösen.
Die Halbwellen W3 rücken ebenfalls ins Negative und erzeugen einen Strom IK, der gegenüber dem in Fig. 6 in der Phase verschoben ist. VZ wird so ein gestellt, dass der Anstieg von ZK, hervorgeru fen durch 11'", dieselbe Phasenlage zur Hauptspannung LTa, hat, wie vorher die Gleiehrichterimpulse von Halbwelle W=. Durch die Zusatzspannung U, gelingt es so mit,
einerseits die Gleichrichterimpulse zum Verschwinden zu bringen und anderseits die Wechselrichterimpulse so in der Phase zu verschieben, dass sie zu Kommutierungs- impulsen geworden sind.
Um die Zusatzspannung UZ an den Wi derständen B3 und B4 herzustellen, sind die Widerstände mit den Elektronenröhren S, und 8, in Reihe geschaltet. Die Elektronen röhren werden mittels Gitter gesteuert, deren Steuerspannung von der sinusförmigen Ein phasenspannung UTr abgenommen wird.
Da gegenüber UIT eine bestimmte Phasenvor- eilung erforderlich ist, liegt der Steuertrans formator B an einer Brücke, gebildet aus Widerstand B$ und Kondensator C$. Die sinusförmige Steuerspannung würde an sich einen Anodenstrom bedingen, der den posi tiven Sinuswellen der Einphazenspannung entsprechen würde.
Um diese Halbwellen mehr der Rechteckform anzupassen, liegen die Sekundärwicklungen des Steuertransfor mators B über hochohmige Widerstände B, und B6 an den Gittern der Röhren S, und 8.,. Sobald der Transformator B den Gittern ge genüber der Kathode eine bestimmte schwach negative bezw. positive Spannung gibt, be ginnt ein kräftiger Gitterstrom zu fliessen, der verhindert, dass die Gitter zu stark posi tiv werden.
Fig. 8 zeigt die Einphasenspannung U, und dazu phasenrichtig den Verlauf der Spannungen an den Widerständen B,, R2, B" und B" sowie den resultierenden Spannungs verlauf an B,_ und B3 bezw. B2 und B4. Durch das Ansteigen von U$,3 bezw. <B>UR,
</B> wer den die Gleichrichterimpulse von den Steuer röhren gemäss Fig. 4 weggenommen. Es ge nügt aber nicht, nur die Gitter der Steuer rohre negativ zu machen. Vielmehr müssen die Steuerrohre, die die Gleichrichterimpulse dem Hauptgefäss übermitteln, selbst er löschen. Um diese Rohre zum Löschen zu bringen, wird gleichzeitig mit dem Anstei gen von UR, bezw. UR" das Steuerrohr 50' bezw. 50" gezündet.
Durch das Zünden von 50' bezw. 50" wird, wie oben beschrieben, das vorher brennende Rohr, das den Gleich richterimpuls an das Hauptgefäss übermit- telte, gelöscht.
t m beim Anstieg von Uit, bezw. Ljx, gleichzeitig die Entladungsstrecke 50' bezw. 50" zünden zu können, liegt paral lel zum Widerstand R3 bezw. R., ein Steuer transformator E bezw. F, dessen Sekundär wicklung 52' bezw. 5?" beim Einsetzen des Anocenstromes von S, bezw. S2 das Steuer rohr 50' bezw. 50" zum Zünden bringt.
Fig. 3 zeigt die Zeiten, zu denen die Kommutierungsanoden 4' bezw. 4" frei7u- geben sind. Der Beginn der Freigabe fällt zusammen mit dem Anstieg von UR;, bezw. URI. Aus diesem Grunde werden die Gitter der gasgefüllten Steuerrohre 40' und 40", die die Anoden 4' bezw. 4" einschalten, ebenfalls mittels der Steuertransformatoren E und F gesteuert.
Die Steuerrohre 40' und Oll" lie gen nicht, wie die übrigen Hilfsentladungs- strecken gemäss Fig. 4 an Gleichspannung, sondern an der Einphasenspannung l'l'. Da durch wird in einfacher Weise erreicht, dass die Impulse dieser Steuerrohre von selbst. erlöschen. Die Impulse haben die in Fig. 3 gezeichnete Form 4' und 4".
Eine Anordnung gemäss Fig. 4 besitzt noch den Nachteil, dass die Kathoden der Steuerstrecken in ihrem Potential dauernden Sprüngen unterworfen sind; nehmen diese Kathoden doch beim Brennen der Ent ladungsstrecke fast das volle positive Poten tial an, während sie nach der Löschung der Entladung das negative Potential der Span nungsquelle erhalten. Da.
die Steuergitter der Hilfsentladungsstrecken auch im Zustand nach der Löschung der Entladungsstrecke sperrfähig sein müssen, so bedeutet dies, dass entweder für jedes Rohr gesondert, einzel schaltbare Vorspannungsquellen vorhanden sein müssen, oder, da dies elektrisch nicht durchführbar ist, da-ss die umschaltbare Vor spannungsquelle mit einem Pol an dem nega tiven Pol der Speisespannungsgleiehstrom- quelle angeschlossen wird.
Dabei tritt aber, sofern die Entladungsstrecke sich im Betrieb befindet und das Gitter dann elektrisch das Potential der Anoden annimmt, am Gitter widerstand ein Spannungsabfall auf, der grösser ist als die Betriebsgleichspannung der Hilfsentladungsstreeke. Dieser grosse Span nungsabfall kann zu unerwünscht grossen Steuerströmen führen und die Steuerung er schweren.
Ausserdem ist, wie der Fig. 4 zii entnehmen ist, die Brennzeit der Hilfsent- ladungsstrecke gleich der Arbeitsbereitschaft der Hauptentladungsstrecke; ein Verfahren, das man etwa als Arbeitsstromverfahren be zeichnen könnte.
Versagt daher bei einer Hilfsentladungsstrecke die Sperrung mit Hilfe der Gittersteuerung, so tritt eine dauernde Arbeitsbereitschaft aller Hauptent- ladungsstrecken einer Gruppe ein, die zu unzulässigen Brenndauern und Überströmen führen kann.
Sollen nun auch den Gittern der Hauptentladungsstrecken Steuerungs impulse längerer Zeitdauer (derartige Fälle können zum Beispiel bei der Sperrung der Entladungsstrecken im Rückzündungsfalle auftreten), deren zeitliche Dauer grösser als eine höherfrequente Halbwelle ist, zugeführt werden, so bereitet das zufolge der induk tiven Kopplung der Hilfsentladungsstrecken 10' bis 50' mit Vorsteuerung über die Trans formatoren 12' bis 52' Schwierigkeiten.
In Fig. 9 ist eine Anordnung angegeben, die die erwähnten Nachteile vermeidet, es also gestattet, das Potential der Kathoden der Hilfsentladungsstrecken eindeutig festzu legen.
Wie aus der Fig. 9 ferner ersichtlich wird, gelingt es auch, das bei der Steuerung nach der Fig. 4 eintretende sogenannte Ar beitsstromverfahren in ein Ruhestromverfah- ren umzuwandeln, so dass die Sperrzeit der Hilfsentfädungsstrecken gleich der Arbeits bereitschaft der Hauptentladungsstrecken wird.
Die Hilfsentladungsstrecken werden nun so gesteuert, dass beispielsweise bei einer dreiphasigen Anordnung jede Steuerentla- dungsstrecke während 120 gelöscht ist und während der übrigen 940 brennt, das heisst, dass stets nur eine Entladungsstrecke gelöscht ist, die beiden andern aber gleichzeitig bren nen. Bei n-phasigen Steuerkurven müssen stets (n-1) Entladungsstrecken gleichzeitig brennen.
Die Brennzeit einer Steuerstrecke beträgt dann
EMI0007.0002
Die Kopplung der Hilfsentladungsstrek- ken 10' bis 50' mit der Vorsteuerung, so wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, erfolgt nunmehr auf galvanischem Wege.
Die Steuerbedingung für die regelmässige zyklische Aufeinanderfolge der Impulse for dert im n-phasigen System, dass das jeweils zündende Rohr nur ein einziges von den n-1 übrigen, gerade brennenden Rohren löscht. Zur Erfüllung dieser Forderung kann man die Kommutierungseinrichtung oder die Steuerung der Hilfsentladungsstrecken oder beide heranziehen.
Will man die Steuer strecken mit negativer Vorspannung betrei ben und die Zündung lediglich durch kurze positive Spannungsstösse bewirken, dann muss man beispielsweise durch Vorschalten von Trockengleichrichtern vor die zwischen die Anode der einzelnen Entladungsstrecken ge schalteten Löschkondensatoren und durch entsprechende Bemessung der letzteren dafür sorgen, dass beim Zünden einer Steuerstrecke immer nur die im Zyklus nachfolgende ge löscht wird. Die Bedingung aber, dass die Impulse für die Umrichterstrecken beliebig zu- und abgeschaltet und. ebenso in der.
Phase umgeschaltet werden können, lässt sich nur bei gleichzeitiger Beeinflussung der Steuer impulse der Steuerstrecken, also durch Kom bination mit dem folgenden .Verfahren erfül len. Die Steuerung der Steuerstrecken er folgt entsprechend der Kommutierungsbedin- gung in einem n-phasigen System sowohl bei der zyklischen Aufeinanderfolge, als auch bei allen Impulsumschaltungen hinsichtlich der Phase so, dass bei jeder Zündung alle Steuerstrecken ausser der, die gerade gelöscht werden soll, positives Gitterpotential haben.
Zur Erfüllung der Forderung der belie bigen Zu- und Abschaltbarkeit, sowie der Umschaltbarkeit hinsichtlich dem Phasen wird eine zusätzliche, in die Kommutierung mit einbezogene Hilfsentladungsstrecke vorgese hen und so beschrieben, dass sie während des Arbeitens der den Hauptentladungsstrecken zugeordneten Steuerstrecken dauernd brennt und während der geforderten Abschaltzeit für die Impulse der betreffenden Gruppe er-.
loschen ist, wobei sie durch Zündung der letzten nicht brennenden Steuerstrecke ge löscht wird und schliesslich am Ende der Ab schaltperiode zündet und dadurch die dann "fällige" Steuerstrecke löscht.
Die Steuerung der Entladungsstrecken er folgt dabei derart, dass zum Beispiel zur Ab schaltung der Impulse die Gitter aller Steuer entladungsstrecken positiv gemacht werden und gleichzeitig durch Anlegen einer Sperr spannung die zusätzliche Hilfsentladungs- strecke gelöscht wird. Während der Ab schaltdauer brennen dann sämtliche Steuer- entladungsstreeken. Beim Wiedereinschalten der Impulse wird durch Zündung der zu sätzlichen Hilfsentladungsstrecke diejenige Steuerstrecke gelöscht; deren zugehörige Um richter-Hauptentladungsstrecke als nächste freigegeben werden soll.
Vorteilhaft macht es sich bemerkbar, dass mangelnde Sperrfähigkeit eines Gitters einer Steuerstrecke nur zum Brennen aller Steuer strecken und damit höchstens zum Abschal ten einer Umrichterhälfte führen kann, nie aber zu Überströmen.
Will man zur Erfüllung der Steuer bedingungen den Kommutierungskreis und die Steuerung gemeinsam heranziehen, so kann man bei kurzzeitigen Spannungsstössen auf die Gitter der Steuerstrecken die zykli sche Reihenfolge im Arbeiten der Gefässe durch Polygonschaltung der Löschkondensa toren mit vorgeschalteten Gleichrichtern er reichen. Zum Ausschalten der Impulse er halten alle Gitter der Steuerstrecken positive Spannung.
Zum Aus- und Wiedereinschalten der Impulse ist ein Löschrohr vorgesehen, das jedoch durch eine getrennte Entladungs strecke löschbar sein muss und auf Grund stärkerer Belastung mit einer Sternschaltung von Kondensatoren jedes andere Rohr zwar löschen kann, aber von keiner der Steuer strecken beeinflussbar ist.
Fig. 9 zeigt eine dreiphasige Steuer gruppe für die Steuerung der entsprechenden Entladungsstrecken im Llmriclitergefäss 6. Die Steuerstrecken 10', 20' und 30' sind mit den vorgeschalteten Steuerwiderständen 11, 21 und 31 in Parallelschaltung an die Gleich spannungsquelle angeschlossen. Das Poten tial der Steuereinrichtung gegenüber der Ka thode des Hauptgefässes 6 wird vermittels eines einstellbaren Potentiometers 60 einge stellt. Die Steuergitter des Gefässes 6 sind ,jeweils zwischen der Anode der zugehörigen Steuerstrecke und dem zugehörigen Steuer widerstand angeschlossen.
Parallel zu den Steuerstrecken liegt an der Gleichspannungs- quelle über einen Strombegrenzungswider- stand 51 eine weitere Hilfsentladungsstrecke 50', mittels derer die An- und Abschaltung sämtlicher Impulse der betreffenden Gruppe bewirkt werden kann. Um beim Zünden einer Steuerstrecke stets eine andere löschen zu können, sind Kommutierungskondensat:o- ren k.,' bis 1-;' vorgesehen, über welche die Steuerstrecken 10', 20' und 30' mit samt der Hilfsentladungsstreeke 50' im Ring geschal tet sind.
Durch entsprechende Steuerung und ge gebenenfalls durch unsymmetrische Bemes sung der einzelnen Kondensatoren lässt sieh stets erreichen, da.ss betriebsmässig die drei Steuerstrecken einander zyklisch ablösen, während die Entladungsstrecke 50' dauernd brennt, dass bei gelöschter Entladungsstrecke 50' die drei Steuerstrecken sämtlich leitend sind, und dass durch die Einleitung der Ent ladung in der Strecke 50' die im Arbeits zyklus folgende Steuerstrecke gelöscht wird.
Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel finit im Grunde gleichartiger Schaltung. Ledig lich die Kommutierungskondensatoren k," bis k,li' sind in Stern angeordnet und dabei mög lichst gleich bemessen, wenigstens für die Kommutierung der Steuerstrecken unterein ander. Der Kondensator k<B>,</B>' kann bei dieser Schaltung auch ganz weggelassen werden, ohne dass an der Arbeitsweise etwas geändert wird.
Eine weitere Ausführungsmöglichkeit bietet die Vereinigung von im Vieleck bezw. in Stern geschalteten Kommutierungskonden- satoren, wobei zum Beispiel Kondensatoren k,' bis k3' zwischen den Anoden der Steuer strecken 10' bis 30' zur betriebsmässigen Steuerung vorgesehen sind, während weitere Kondensatoren k1" bis k;," jeweils zwischen den Anoden der Steuerstrecken 10' bis 30' und der Anode der Entladungsstrecke 50' zur Steuerung der Gesamtimpulse vorgesehen sind.
Bei einer derartigen Schaltung können ferner, wie oben schon erwähnt wurde, gleichrichtende Elemente, z. B. Trocken gleichrichter, jeweils in Reihe mit den in Dreieck geschalteten Kondensatoren k1' bis k.; vorgesehen sein, uin die zyklische Folge der Steuerstrecken in jedem Falle sicherzu stellen.
Zur Darstellung der Arbeitsweise der Einrichtung nach Fig. 9 möge Fig. I L die nen. Die Kurven alo, (12o, a9" und a,o stellen jeweils den Verlauf der Anodenspannung an den Entladungsstrecken 10' bis 50' dar, wäh rend die Kurven g1" , g#"o, g5" den Verlauf der Steuerimpulse angeben.
Durch die Steue rung der Entladungsstrecke 50' wird bei spielsweise eine Sperrung der LTmriehter- gruppe während der Zeit T bewirkt. Im A.ttgenblick t, wird die Steuerstrecke 10' ver möge ihrer Gittersteuerung gelöscht, die ini Arbeitszyklus "fällig" ist.
Der Augenblick t1 (Ende der Sperrperiode) braucht nicht. mit dem Beginn der normalen Arbeitsperiode der Entladungsstrecke 10' zusammenzufallen, er kann auch später liegen, so dass dann die erste löschende Entladungsstrecke (.im Bei spiel Entladungsstrecke 10') nur für eine entsprechend kürzere Zeit gelöscht bleibt. Wie die Kurven zeigen, löschen zwar in be stimmten Zeitpunkten stets alle zwei Steuer strecken zur gleichen Zeit für einen kurzen Augenblick, da sämtliche Entladungsstrecken von der gerade zündenden Entladungsstrecke her das Löschpotential über die Löschkon- densatoren aufgedrückt wird.
Beachtet man aber, dass das Potential der Kathode des I'm- richtergefässes 6 etwa nach der Geraden ek verläuft, wie sie in Fig. 11 bei Kurve a._o eingezeichnet ist, und dass die dargestellten Kurven alo, a,_o, a"", in bezug auf diese Gerade ek nichts anderes darstellen als den. Verlauf der entsprechenden Gitterimpulse der Haupt entladungsstrecken, so erkennt man,
dass diese an sich nicht beabsichtigte kurzzeitige Löschung nur eine zusätzlich negative Git- terspannungsspitze zur Folge hat, die jedoch die Steuerung nicht nachteilig beeinflusst. Dieses Ausführungsbeispiel erlaubt es somit, eine sichere und einfache, rein elektrisch arbeitende Steuerung vorzusehen, ohne dass die Nachteile der in Fig. 4 vorgeschlagenen Steuerung in Kauf genommen zu werden brauchen.
Durch die Erfindung wird also erreicht, dass die normalen Steuerbedingungen für Gleichrichter- und Wechselrichterbetrieb si chergestellt werden und ausserdem in jedem gewünschten Zeitpunkt die niederfrequente Wechselspannung durch Null gehen kann, das heisst die Erfindung ermöglicht eine ste tige Veränderung des Nulldurchganges der niederfrequenten Spannung.