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Anordnung zur unmittelbaren Freguenzumformung von mehrphasigen Wechselströmen
mit Hilfe gesetzmäßig gezündeter Gas- oder Dampfentladungsstrecken Es sind bereits
die mannigfaltigsten Verfahren und Anordnungen vorgeschlagen worden, um mit Hilfe
von Entladungsstrecken, insbesondere gesteuerter Entladungsstrecken, einen Wechselstrom
gegebener Frequenz in solchen anderer Frequenz umzuformen. Bei diesen Anlagen wird
meistens die Erzeugung eines Wechselstromes bestimmter Kurvenform, und zwar eines
sinusförmigen Wechselstromes gefordert. Zur Erreichung dieses Zieles sind verschiedenartige
Vorschläge gemacht worden. Ein Vorschlag geht beispielsweise dahin, den Steuergittern
eine Steuerspannung aufzudrücken, deren Frequenz gleich der Summe oder Differenz
der Frequenzen der beiden Wechselstromnetze ist. Dieser Vorschlag hat mit anderen
den V&-teil gemeinsam, daß bei derart gesteuerten Umrichtern keine besonders
bemessenen und gewickelten Transformatoren benötigt werden, zeigt jedoch den Nachteil,
daß zur Erreichung des angestrebten Zieles, nämlich die Erzeugung eines Wechselstromes
gewünschter Kurvenform, insbesondere Sinusform, sowohl eine Zündung als auch eine
Löschung der Arbeitsentladungen in den einzelnen Entladungsstrecken notwendig ist.
Dieses Verfahren läßt sich deshalb nur bei Verwendung von gittergesteuerten Hochvakuumentladungsgefäßen
ausführen. Zwar hat man nun auch bereits mancherlei Anordnungen zum willkürlichen
Löschen von Gasentladungen vorgeschlagen, doch weisen diese alle mehr oder weniger
große Nachteile bei ihrer praktischen Anwendung auf. Beispielsweise ist es mit Schwierigkeiten
verbunden, bei den vorgenannten Umrichtern eine Löschung der einzelnen Arbeitsentladungen
durch Absenken der den einzelnen Entladungsstrecken aufgedrückten Speisespannungen
unterhalb der Brennspannung mit Hilfe von Kondensatorentladungen zu bewerkstelligen,
da durch derartige zusätzliche Schaltungen einerseits die an sich schon verwickelten
Steuerschaltungen für Umrichter weitgehendst kompliziert und unübersichtlich würden
und andererseits eine ungünstige Beeinflussung der Speisewechselströme im höherfrequenten
Netz zu befürchten ist. Man hat nun ferner gefunden, daß eine willkürliche Löschung
von Gasentladungen durch Aufdrücken einer hohen negativen Spannung auf ein Steuergitter
möglich ist.
Durch eine solche Anordnung geht jedoch ein wesentlicher
Vorteil der Steuerung von Strötuen hoher Stromstärke und hoher Spannungen mit Hilfe
gesteuerter Gasentladungen; nämlich die Möglichkeit der Regelung der=' artiger Ströme
mit kleinen Steuerenergien verlören, so daß auch diese kaum praktisch verwirklicht
werden kann. Es läßt sich jedoch auch die zur Löschung erforderliche, einem Steuergitter
aufgedrückte Energie auf ein wirtschaftlich tragbares Maß zurückführen, wenn man
das Steuergitter an einer bevorzugten Stelle in der Entladungsstrecke anordnet,
nämlich in unmittelbarer Nähe der Anode innerhalb des Anodendunkelraumes. Die praktische
Ausführung dieser Anordnung zeigt jedoch im Daü.erbetrieb ebenfalls sehr große Schwierigkeiten,
da Voraussetzung einer einwandfreien Betriebsweise dieser Löschanordnung die Innehaltung
eines einmal festgelegten Abstandes des Gitters von der Anode ist. Infolge der hohen
Temperatur der Anoden treten jedoch allzu leicht Verwerfungen der Gitterflächen
auf, so daß die vollkommene Steuerfähigkeit des Gitters, nämlich den Zündpunkt -und
den Löschpunkt einer Gasentladung willkürlich zu bestimmen, verlorengeht.
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Diese vorgenannten Nachteile werden bei Anordnungen zur unmittelbaren
Umformung eines Wechselstromes gegebener Frequenz in solchen anderer Frequenz mit
Hilfe gesteuerter . Gas- oder Damp£entladungsstrecken erfindungsgemäß dadurch vermieden,
daß die einzelnen Entladungsstrecken mit zur Zündung und Löschung dienenden Mehrfachsteuergitteranordnungen
versehen sind und die gewünschte Kurvenform, insbesondere Sinusform, des zu erzeugenden
Wechselstromes dadurch erzielt wird, daß die den Entladungsstrecken zugeführten
Ströme durch die Mehrfachsteuergitteranordnungen gesetzmäßig gezündet und gelöscht
werden. Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei eine Gitteranordnung erwiesen,
die aus einem Doppelgitter besteht. Derartige Gitteranordnungen sind vorteilhaft
so ausgebildet, daß die Gitterstäbe bzw. -drahte einer Gitterfläche zu denen der
nächsten so angeordnet sind, :daß sie sich überdecken. Ebenso überdecken sich auch
die Gitteröffnungen der beiden Gitterflächen. Der Abstand der Gitterflächen voneinander
ist vorteilhaft gleich oder kleiner als die Maschenweite der einzelnen Gitterfläche,
wobei dieser letztere Abstand so zu bemessen ist, daß sich die infolge der negativen
Ladung des Gitters um .die einzelnen Gitterstäbe bildenden positiven Ionenschichten
überschneiden: Vorzugsweise wird man den Abstand der einzelnen - Gitterstäbe jeder
Gitterfläche kleiner als die mittlere freie Weglänge der Ionen wählen. Sämtliche
Gitterflächen können elektrisch miteinander verbunden werden, so daß es lediglich
er-..forderlich ist, eine Steuerleitung an die Gitter 'lteranzüführen. Durch eine
im gewünschten Takt schwingende Steuerwechselspannung i.lcahn also sowohl eine Zündung
als auch eine Löschung der Gasentladung erzielt werden. Das bedeutet aber, daß durch
den Gegenstand der Erfindung eine Umrichtersteuerung bedeutend vereinfacht wird
und hierdurch mancherlei Störungsquellen von vornherein ausgeschieden werden: Ein
besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß es in einfacher
und Betriebssicherer, Weise möglich ist; die gewünschte Kurvenform zu erhalten.
Nimmt man beispielsweise an, daß eine genau sinusförmige Spannung- erzielt werden
soll, so hat man durch die Anordnung wach der Erfindung die Möglichkeit, nicht nur
auf dem aufsteigenden Ast der Sinuskurve, sondern in gleicherweise auch auf dem
abfallenden Ast die Unterschiede der einzelnen Phasenspannungen, welche zur Bildung
der Sinuskurve beitragen, von .der Sinuskürve möglichst klein zu halten. Würde man
nämlich nur ein Steuergitter vorsehen, welches zwar eine Zündung, aber keine Löschung
des Lichtbogens bewirken kann, wenn der Strom noch fließt; so würde der Unterschied
zwischen den Teilen der Phasenspannungen, aus denen die Sinuskurve gebildet wird,
gegenüber der Sinuskurve auf den, absteigenden Ast derselben sehr groß werden. Außerdem
erreicht man durch die Anordnung nach der Erfindung, daß ein guter Leistungsfaktor
erzielt wird.
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An Stelle der vorgenannten Gitterkonstruktion lassen sich auch die
übrigen Mehrfachgitteranordnungen für Umrichterentladungsstrecken verwenden.
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Der durch die Erfindung erzielbare technische Fortschritt sei an Hand
der Fig: i und 2 der Zeichnung näher erläutert. In Fig. i bedeuten die schwach ausgezogenen
Kurventeile die Speisespannungen der Entladungsstrecken und die stark: ausgezogene
Zackenkurve die von der Umrichteränlage abgegebene Spannung. Es ist ohne weiteres
ersichtlich, daß Zündverzögerungswinkel und Abweichungen von der Sinusform erheblich
größer auf dem abfallenden als auf dem ansteigenden Kurvenast der Zackenkurve sind.
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Die Erfindung gelangt bei Umrichteranlägen zu wesentlich höheren Werten
des mittleren Austeuerungsgrades bzw. des primären Verschiebungsfaktors und zu einer
innigeren Angleichung der Umrichterausgangsspannung an die gewünschte, insbesondere
Sinusform. Sie erreicht dies, indem- sie innerhalb =der einzelnen Entladungsstrecken
zünd- und löschfähige
Mehrfachsteuergitteranordnungen vorsieht
und mit ihrer Hilfe die Entladungsstreckenströme nach einer bestimmten Gesetzinäßigkeit
sowohl zündet als auch löscht.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung nach der Erfindung ist aus der Fig.2
der Zeichnung zu ersehen. Infolge der betriebssicheren Löschfähigkeit der Mehrfachsteuergitter
können diejenigen Entladungsstrecken, deren Stromführung zur Ausbildung des abfallenden
Kurvenastes der Umrichterausgangsspannung führt, auch auf den ansteigenden Kurvenästen
der sie speisenden Wechselspannungen gezündet werden. Die Wirkung einer solchen
Betriebsweise führt nach Fig.2 zu nacheilenden Zündwinkeln auf dem aufsteigenden
und zu voreilenden Zündwinkeln auf dem abfallenden Ast der Urnrichterausgangsspannung.
Der mittlere Aussteuerungsgrad wie auch der primäre Verschiebungsfaktor des Umrichters
können hiernach dem Werte i auf stärkste angenähert werden. Außerdem sind, gemessen
an der Fig. i, die rechtsseitigenAbweichungen von der Sinusform wesentlich verringert.