Anordnung zur erzwungenen Kommutierung von Stromrichtern. Es ist bekannt, eine erzwungene Kommu- tierung von Stromrichtern dadurch zu bewir ken, dass zwischen die stromführende Anode und die zur nächsten Übernahme des Stromes bestimmte Anode eine Spannungsquelle ein geschaltet wird, die das Potential der letzte ren Anode über die der ersteren erhöht, und als solche Spannungsquelle eine Kapazität zu verwenden.
Der von dieser Kapazität zu den Anoden zu liefernde Strom schwankt im gro ssen und ganzen proportional zur Belastung des Stromrichters, und falls keine besondere Massnahmen für einen Ausgleich getroffen werden, wird deshalb auch die Spannung der Kapazität hauptsächlich proportional dieser Belastung schwanken. Dies ist im allgemei nen nicht wünschenswert. Die Erfindung be trifft eine Anordnung zur erzwungenen Kommutierung von Stromrichtern bei der die Kommutierungskapazität eine von Bela stungsstrom des Stromrichters im wesent lichen unabhängige gommutierungsspannung liefert.
Eine erzwungene Kommutierung ist so wohl bei Gleichrichtern wie bei Wechselrich tern mit gegebener Spannungskurve am Wechselstromnetz immer dann nötig, wenn in dem Augenblick, wo man den Strom kom mutieren will, das Potential der abzulösen den Anode höher als das Potential der ab lösenden Anode ist. Bei Gleichrichtern ent spricht dies einer Kommutierung vor der Zeitperiode, in der eine spontane Kommutie- rung lediglich durch Freigabe der ablösenden Anode stattfinden kann.
Bei Wechselrichtern ist eine erzwungene Kommutierung dagegen nötig; wenn der Strom im Wechselstromnetz seine Richtung bezw. seine Phase später än dern soll als in der Zeitperiode, in der eine solche Änderung spontan durch Freigabe der ablösenden Anode erfolgen kann.
Verschiedene Ausführungsformen der Er findung sind in der Zeichnung in Fig. .1 bis 7 schematisch dargestellt, In sämtlichen Ausführungsformen be zeichnet 1 das Ventilgefäss des Stromrichters und 10 dessen Kathode. In Fig. 1 hat das Ventilgefäss zwei Hauptanoden 11, 12, die den Strom während je einer Halbperiode füh ren sollen, und die an je eine Hälfte 21, 22 einer Transformatoiwicklung angeschlossen sind, der eine nicht dargestellte einphasige an das Netz angeschlossene Wicklung (Pri märwicklung bei Gleichrichtung, Sekundär wicklung bei Wechselrichtung) entspricht.
Jede Anode ist mit einem Gitter 91 bezw. 92 versehen, mittels welchem sie während ge wisser Zeitabschnitte gesperrt werden kann.
Es ist bekannt, für die Kommutierung des Stromes zwischen den Hauptanoden zu solchen Zeitpunkten, wenn diese Kommutie- rung nicht von selbst vor sich geht, eine so genannte Übergangsanode zu verwenden, die den Strom von der brennenden Anode zu nächst übernimmt und ihn später an die neu zu zündende Anode überlässt. Diese Über gangsanode ist bei mehranodigen Ventilge fässen im allgemeinen in demselben Gefäss wie die Hauptanoden angebracht und ist ge wöhnlich an den Nullpunkt zwischen den Transformatorwicklungen der Hauptanoden über eine besondere Spannungsquelle ange schlossen, die zum Beispiel aus einer Kapa zität bestehen kann.
Diese Kapazität wird dann abwechselnd in geeigneter Weise auf geladen und über die Übergangsanode zu einem geeigneten Zeitpunkt durch die Beein flussung des Gitters dieser Anode entladen. Der Entladungsstrom muss dabei gleich dem Hauptstrom sein, um die Hauptanode ganz von dem Strom zu entlasten, und seine Dauer soll von der Belastung im wesentlichen unab hängig sein, um den Kommutiervorgang im mer in etwa demselben Zeitraum durchzu führen.
Um trotzdem die Ladespannung der Kapazität nahezu unabhängig von der Be lastung zu machen, besteht bei dieser Aus führungsform der Erfindung die Kapazität aus mehreren Kondensatoren 31, 32, 33, 34, die parallel geschaltet sind., und die auf je eine Übergangsanode 41, 42, 43, 44 arbeiten, wobei eine grössere oder kleinere Anzahl von Übergangsanoden je nach der Höhe der Be lastung freigegeben wird.
Die Kondensa-
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teren <SEP> können <SEP> in <SEP> einem <SEP> gewissen <SEP> Verhältnis
<tb> abgestuft <SEP> sein, <SEP> beispielsweise <SEP> wie <SEP> die <SEP> Ge wichte <SEP> eines <SEP> Gewichtssatzes <SEP> oder <SEP> im <SEP> Verhält nis <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 4 <SEP> :
<SEP> 8 <SEP> usw., <SEP> wodurch <SEP> man <SEP> mit <SEP> einer
<tb> verhältnismässig <SEP> geringen <SEP> Anzahl <SEP> Kondensa toren <SEP> eine <SEP> Feinregelung <SEP> innerhalb <SEP> eines <SEP> wei ten <SEP> Bereiches <SEP> erhalten <SEP> kann. <SEP> Die <SEP> Übergangs anoden <SEP> sind <SEP> mit <SEP> Gittern <SEP> 141, <SEP> 142, <SEP> 143, <SEP> 144
<tb> versehen.
<tb> Jeder <SEP> Kondensator <SEP> ist <SEP> in <SEP> an <SEP> sich <SEP> bekann ter <SEP> ZVeise <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Drosselspule <SEP> 131, <SEP> 132,
<tb> 133, <SEP> 134 <SEP> parallelgeschaltet, <SEP> die <SEP> zu <SEP> seiner
<tb> Aufladung <SEP> dient. <SEP> Die <SEP> Wirkungsweise <SEP> des
<tb> Kondensators, <SEP> der <SEP> Drosselspule <SEP> und <SEP> der <SEP> tber gangsanode <SEP> ist <SEP> in <SEP> Fig. <SEP> 1 <SEP> a <SEP> dargestellt.
<SEP> Der
<tb> obere <SEP> Teil <SEP> dieser <SEP> Figur <SEP> zeigt <SEP> den <SEP> Strom <SEP> des
<tb> Kondensators, <SEP> der <SEP> untere <SEP> die <SEP> Spannung <SEP> seines
<tb> untern <SEP> Belages <SEP> gegenüber <SEP> dem <SEP> obern. <SEP> In <SEP> dem
<tb> Augenblick, <SEP> wenn <SEP> eine <SEP> gewisse <SEP> Übergangs anode <SEP> durch <SEP> sein <SEP> Gitter <SEP> freigegeben <SEP> wird,
<tb> hat <SEP> der <SEP> untere <SEP> Belag <SEP> ihres <SEP> Kondensators <SEP> bei spielsweise <SEP> die <SEP> positive <SEP> Spannung <SEP> e"+ <SEP> ge genüber <SEP> der <SEP> obern, <SEP> das <SEP> heisst <SEP> die <SEP> 11bergangs a,node <SEP> hat <SEP> dieselbe <SEP> Spannung <SEP> gegenüber <SEP> dem
<tb> Transformatornullpunkt.
<SEP> Es <SEP> sei <SEP> angenommen,
<tb> dass <SEP> diese <SEP> Spannung <SEP> höher <SEP> als <SEP> die <SEP> augenblielz liehe <SEP> Spannung <SEP> der <SEP> abzulösenden <SEP> Anode <SEP> ist.
<tb> Die <SEP> Übergangsanode <SEP> nimmt <SEP> dann <SEP> den <SEP> Strom
<tb> auf, <SEP> der <SEP> zum <SEP> Beispiel <SEP> den <SEP> Wert <SEP> i, <SEP> -I- <SEP> il <SEP> hat
<tb> (von <SEP> der <SEP> Überlappungszeit <SEP> zwischen <SEP> den <SEP> bei den <SEP> Anoden <SEP> wird <SEP> hier <SEP> abgesehen), <SEP> und <SEP> sobald
<tb> die <SEP> abzulösende <SEP> Anode <SEP> erloschen <SEP> ist, <SEP> wird <SEP> sie
<tb> durch <SEP> ihr <SEP> Gitter <SEP> gesperrt.
<SEP> Der <SEP> Kondensator
<tb> entlädt <SEP> sich <SEP> mit <SEP> dem <SEP> Strom <SEP> i." <SEP> und <SEP> seine
<tb> Spannung <SEP> sinkt <SEP> deshalb <SEP> nach <SEP> dem <SEP> fallenden
<tb> Ast <SEP> der <SEP> Kurve <SEP> im <SEP> untern <SEP> Teil <SEP> der <SEP> Fig. <SEP> la.
<tb> Gleichzeitig <SEP> fliesst <SEP> über <SEP> die <SEP> zum <SEP> Kondensator
<tb> parallelgeschaltete <SEP> Drosselspule <SEP> der <SEP> Strom <SEP> i"
<tb> der <SEP> sieh <SEP> in <SEP> der <SEP> Übergangsanode <SEP> zum <SEP> Konden satorstrom <SEP> addiert. <SEP> Nach <SEP> einer <SEP> gewissen <SEP> Zeit
<tb> t, <SEP> während <SEP> der <SEP> die <SEP> Spannung <SEP> zum <SEP> Beispiel
<tb> bis <SEP> auf <SEP> den <SEP> negativen <SEP> W <SEP> ert <SEP> e.
<SEP> gesunken
<tb> ist, <SEP> wird <SEP> die <SEP> ablösende <SEP> Hauptanode <SEP> durch <SEP> ihr
<tb> Gitter <SEP> freigegeben, <SEP> und <SEP> es <SEP> wird <SEP> vorausgesetzt,
<tb> dass <SEP> das <SEP> Potential <SEP> dieser <SEP> Anode <SEP> dann <SEP> höher
<tb> als <SEP> das <SEP> der <SEP> Übergangsanode <SEP> ist, <SEP> so <SEP> dass <SEP> die
<tb> neue <SEP> Hauptanode <SEP> zu <SEP> arbeiten <SEP> anfängt <SEP> und <SEP> die
<tb> Kommutierung <SEP> also <SEP> beendet <SEP> ist. <SEP> Die <SEP> Über- gangsanode wird dann wieder gesperrt.
Der Strom il wird durch die Drosselspule aufrecht gehalten und muss dann durch den Konden sator in entgegengesetzter Richtung gegen i, fliessen, so dass er den Kondensator wieder nach dem steigenden Ast der Spannungs kurve auflädt.
Wenn nun der Belastungsstrom der Hauptanoden schwankt, mass auch der Über gangsstrom entsprechend schwanken, und es wird dann eine grössere oder kleinere An zahl der Übergangsanoden 41-44 mit ent sprechenden Kondensatoren 31-ä4 und Drosselspulen 131-134 freigegeben.
In dem zu jeder wirksamen Übergangsanode gehören den Stromkreis spielen sich dann die Verhält nisse wie eben beschrieben ab, und bei der selben Spannungsschwankung der Kondensa toren kann dann der Gesamtstrom vom Trans formatornullpunkt über die Übergangsanoden innerhalb weiter Grenzen entsprechend dem Belastungsstrom schwanken. Fig. 2 zeigt einen Stromrichter mit drei Hauptanoden 11, 12, 13 und eine dreiphasige Transformatorwicklung 21, 22, 23.
Eine ge meinsame Übergangsanode 40 ist vorhanden, die bei sämtlichen Kommutierungsverläufen in Wirksamkeit tritt. Die Spannungsquelle dieser Übergangsanode besteht aus einer Ka pazität 30, die in grundsätzlich bekannter Weise parallel zu einer Induktanz 50 arbei tet.
Im Gegensatz zu bekannten Anordnungen, bei denen die Induktanz so gross sein soll, dass sie den Kondensatorstrom während der Auf- und Entladungszeit praktisch konstant hält, soll die Induktanz 50 hier so klein sein, dass sie für die Zündfrequenz der Übergangsanode ("Kommutierfrequenz") oder ein Vielfaches davon in Resonanz mit der Kapazität ist, und zwar trotzdem die Kapazität so gross ist, dass sie bei zulässigem Spannungsabfall eine beträchtlich grössere Elektrizitätsmenge lie fern kann als für die Kommutierung der höchsten zulässigen Stromstärke erforderlich ist.
Die überschüssige Elektrizitätsmenge os zilliert zwischen der Kapazität und der In duktanz 50, so dass die Kapazität auf prak- tisch dieselbe Spannung aufgeladen wird, un abhängig von der durch die Übergangsanode in Anspruch genommenen Elektrizitätsmenge, die von der Belastung abhängt.
Es kann empfehlenswert sein, den untern Belag der Kapazität 30 mit der Kathodenseite über eine grosse Induktanz 51 zu verbinden und gleichzeitig in den Schwingungskreis einen Sperrkondensator 6 einzuführen, der verhin dert, dass ein Gleichstrom durch die Induk- tanzen strömt, der jedoch so gross ist, dass er die Resonanzschwingungen nicht nennens wert beeinflusst. In dieser Weise erhält der untere Belag der Kapazität ein mittleres Po tential nahe demjenigen der Kathode,
was sich als vorteilhaft für den richtigen Auf- und Entladungsverlauf erwiesen hat, indem die mittlere Spannung zwischen den Belägen der Kapazität etwa gleich der Gleichspan nung des Stromrichters -wird.
In Fig. 3 ist die Stromrichterschaltung der gewöhnlich als doppelt dreiphasig be- zeichneten Art mit sechs Hauptanoden 11 bis 16, zwei dreiphasigen Transformatorsternen 21 bis 23, und 24 bis 26 und einem zwischen die Nullpunkte dieser Sterne eingeschalteten Stromsauger 27. Zwei Übergangsanoden 45, 46 sind vorhanden, eine für jeden Drei phasenstern.
Diese Übergangsanoden werden von einem Resonanzkreis 30, 50, 51 gespeist, welcher in der Hauptsache dieselben Eigen schaften wie der in Fig. 2 beschriebene Reso nanzkreis besitzt, obgleich die Induktanz in einen konstanten Teil 50 und einen dazu parallel geschalteten, durch eine sättigende Gleichstromwicklung 52 regelbaren Teil 51 aufgeteilt ist. Die Gleichstromwicklung kann von einem Strom durchflossen werden,
der den Unterschied zwischen einem konstanten Strom und dem Belastungsstrom oder einem dazu proportionalen Strom darstellt, so dass die gesamte Induktanz des Schwingungs kreises bei steigender Belastung steigt und dadurch der Neigung zu einer Erhöhung der Frequenz entgegenwirkt, die die Folge der mit der steigenden Belastung erhöhten Dämp fung des Schwingungskreises wird. Die Spei sung der Übergangsanoden von dem Reso- nanzkreis erfolgt über einen Transformator 28 mit zwei Wicklungen. In diesem Falle ist kein Sperrkondensator erforderlich.
Fig. 4 zeigt einen sechsphasigen Strom richter mit sechs Anoden 1.1 bis 16, Transfor- matorwicklungen 21 bis 26 und einem zwi schen zwei Dreiphasennullpunkten einge schalteten Spannungsteiler 29, der hier je doch nicht als Stromsauger wirkt, da die Kommutierung immer von dem einen Stern zum andern erfolgt.
In dieser Aus führungsform sind keine Übergangsano den da, sondern die erzwungene Kommu- tierung erfolgt statt dessen unmittelbar durch Zusatzspannungen, die zwischen den beiden Dreiphasennullpunkten von dem aus einer Kapazität 30 und einer konstanten und einer regelbaren Induktanz 50 bezw. 51 be stehenden Resonanzkreis erzeugt werden. Die Induktanz 51 kann durch eine Wicklung 52 in derselben Weise wie in Fig. 3 geregelt werden. Die beiden Induktanzen liegen hier in Reihe.
In Fig. 5 und 6 kommen Übergangs anoden wieder vor. Die Fig. 5 zeigt einen Stromrichter mit zwei Hauptanoden 11, 12, einer 'C?bergangsanode 40 und einem einpha sigen Transformator mit den Wicklungsteilen 21, 22. Die Kapazität 30 für die Speisung der Übergangsanode hat einen zweiten Ent ladungskreis, der eine Induktanz 5 3 und eine besondere Ventilstrecke 70 enthält, so dass er nach der Entladung gesperrt wird. Dieser Entladungskreis tritt in Wirkung, sobald der Strom durch die Übergangsanode nicht den Höchstwert erreicht.
Die Ladung erfolgt dann über eine Induktanz 54 und eine andere Ventilstrecke 71, deren Anode an die Ka thode des Hauptventilgefä.sses angeschlossen ist. Mit genau der dargestellten Schaltung eignet sich dieser Stromrichter besonders zum Arbeiten mit voller Herabsteuerung der Spannung beispielsweise als Phasenkompen- sator eines Wechselstromnetzes mit kurzge schlossener Gleichstromseite, aber durch den Anschluss der Anode der Ventilstrecke 71 an einen Punkt andern Potentials, der beispiels- weise durch einen Hilfsgleichrichter geschaf fen wird, kann die Schaltung bei irgend wel cher Gleichspannung befriedigend arbeiten.
Fig. 6 zeigt eine der Fig. 4 im wesent lichen analoge Schaltung, jedoch mit der Ab änderung, dass die Kapazität 30 transforma- torisch sowohl an zwei Übergangsanoden 41, 42, wie an zwei Hilfsventilstrecken für die ergänzende Entladung angeschlossen ist, wel che zwei Hilfsventilstrecken mit ihren Ano den 72, 73 in dem Hauptgefäss angeordnet sind. Dies ist deshalb möglich, weil ihr Potential infolge der transformatorischen Anschlusses von den Potentialverhältnis sen im Hauptkreis unabhängig ist.
Im übri gen ist der Hauptstromrichter sechsanodig und dreiphasig mit Stromsauger 27 aus gebildet und die Schaltung dieser Teile ana log der Fig. 3. Die Hilfsventilstrecken 72, 73 für die ergänzende Entladung sind je an dem Ende einer Wicklung des Transforma tors 28 angeschlossen, deren Nullpunkt über eine Gleiehspannungsquelle 74 und eine In duktanz 55 an die Kathode angeschlossen ist. Die Gleichspannungsquelle ist eigentlich nur bei niedriger Belastung notwendig.
Bei ver hältnismässig hoher Belastung kann man im mer, nachdem die betreffende Hilfsanode 72 oder 73 nach wesentlicher Umladung der Ka pazität 30 erloschen ist, die Übergangsanode genügend lange weiter brennen lassen, um die Überladung zu bewirken, die zur Dek- kung der Verluste der betreffenden Strom kreise erforderlich ist. Bei sehr niedriger Be lastung kann der Strom in der Übergangs anode hierzu ungenügend werden, und es kann deshalb notwendig werden, die Brenn- zeit der Anoden 72, 73 durch die Einführung der Gleichspannungsquelle 74 zu verlängern.
Die Anoden 72, 73 arbeiten zusammen mit letzterer als ein Wechselrichter, aber dieser kann auch durch einen Umrichter ersetzt wer den, der von einer Weehselspannungsquelle primär gespeist wird. Eine derartige Ausfüh rungsform zeigt Fig. 7, die gegenüber Fig. 6 auch die hiervon unabhängige Abänderung zeigt, dass die mittelbare Kommutierung über eine Übergangsstrecke durch eine unmittel- bare erzwungene Kommutierung ersetzt wor den ist.
Der Stromrichter nach Fig. 7 ist sechs- anodig mit den Transformatorwicklungen in zwei Dreiphasengruppen 21 bis 23 und 24 bis 26 unterteilt, die durch eine spannungstei lende Transformatorwicklung 29 verbunden sind, aber wie sonst bei unmittelbar erzwun gener Kommutierung durch Zusatzspannun gen im Nullpunkt, dient die Wicklung 29 nicht als Stromsauger, sondern statt dessen zur Erzeugung der Zusatzspannungen, die von dem einen Dreiphasenstern zum andern kommutieren,
so dass der Stromrichter sechs phasig arbeitet. Diese Spannungen werden mittelst der Kapazität 30 erzeugt, die trans- formatorisch durch die Wicklungen 35, 36 über die Hilfsanoden 75 bis 78 aufgeladen und entladen wird. Die primäre Quelle dieser Ladung und Entladung besteht aus einem Wechselstrom, der den Klemmen 80 zuge führt wird und über die Anoden 75 bis 78 und den Transformator 81 auf die Eigen frequenz des Kondensatorkreises umgerichtet wird. Hierdurch werden die Verluste im Schwingungskreis sowie der Energiebedarf der Wicklung 29 gedeckt.
Man kann die Sache vielleicht am einfachsten derart an schauen, dass die Spannung des vom Trans formator 81 und von den Anoden 75 bis 78 zusammen gebildeten Gleichrichters sich zur Spannung auf den Aussenpolen der mit der Induktanz 55 verbundenen Transformator wicklung 36 addiert und dadurch dasselbe Ergebnis wie die Gleichstromquelle 74 in Fig. 6 ergibt, welche die Spannung an der Mitte der entsprechenden Wicklung erhöht, nämlich so dass die Brennzeit der gelegentlich brennenden Anode so viel verlängert wird, wie für die Ladung der Kapazität 30 auf die volle Spannung erforderlich ist.