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Anordnung zur Verbesserung des Betriebes von Umformungseinrichtungen
mit gesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken Es ist bekannt, bei kondensatorerregten
Wechselrichtern dadurch die Wechselspannung bei Laständerungen in bestimmten Grenzen
zu halten, daß der der Wechselstromseite parallel geschaltete Kondensator in seiner
Größe veränderbar ist. Diese Veränderung erfolgt bei der bekannten Anordnung durch
lastabhängige Zu- und Abschaltung von Teilkondensatoren mit Hilfe von Relais. Die
Erfindung bezieht sich dagegen auf Stromrichteranordnungen, bei denen zusätzliche
synchrongesteuerte Kommutierungseinrichtungen mit Kondensatoren zur Gleichstromseite
der Stromrichteranordnung parallel geschaltet sind und bei denen bei jeder Zwangskommutierung
der Gleichstrom kurzzeitig in voller Höhe auf die Kondensatoren übergeht. Bei derartigen
Anordnungen hängt nun die jeweilige Arbeitszeit der Zwangskommutierungseinrichtungen
stark von der Höhe des Gleichstromes ab. Beim praktischen Betrieb von Gleich- und
Wechselstromrichtern mit Konimutierungseinrichtungen kann es aber vorkommen, daß
die Stromstärken in weiten Grenzen veränderbar sein müssen. Bemißt man die Kondensatoren
für die größten vorhandenen Stromstrecken, so ist zwar für den ganzen Regelbereich
die ordnungsgemäße Zwangskommutierung gewährleistet, jedoch wird bei kleineren Strömen
die Zeit immer größer, während der die Kondensatoren Strom führen. In dieser Zeit
sind sämtliche Hauptentladungsstrecken stromlos, so daß die Ausnutzung von Entladungsstrecken
und
Stromrichtertransformatoren, wenn die Kapazitäten größer als notwendig sind, immer
schlechter wird.
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Die Erfindung betrifft nun Anordnungen zur Verbesserung des Betriebes
von Umformungseinrichtungen mit Dampf- oder Gasentladungsstrecken, die mit synchron
gesteuerten Kommutierungseinrichtungen mit Kondensatoren, die zeitweilig den gesamten
Betriebsstrom führen, und Umlädeeinrichtungen für diese Kondensatoren versehen sind.
Nach der Erfindung sind zur Ermöglichung einer weitgehenden Regelung der Höhe des
Gleichstromes mehrere vollständige Kommutierungseinrichtungen vorgesehen, und in
Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Stromrichteranordnungen arbeiten jeweils
nur eine oder mehrere Kommutierungseinrichtungen parallel.
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In der Fig. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
bei dem die Zu- und Abschaltung der zusätzlichen Kommutierungseinrichtung in Abhängigkeit
von des Höhe des Betriebsgleichstromes erfolgt. In einer bekannten Stromrichteranordnung
mit den stromrichterseitigen Transformatorphasenwicklungen 1, 2 und 3 sind Hauptentladungsstrecken
i1, 12 und 13 angeordnet, deren Kathoden im Punkt x miteinander verbunden und über
die Glättungsdrossel4 an den einen Pol des Gleichstromnetzes geführt sind, dessen
anderer Pol an den Transformatorsternpunkt y angeschlossen ist. Zwischen den Punkten
x und y ist in bekannter Weise eine Kommutierungseinrichtung angeordnet, die aus
der Hilfsentladungsstrecke 14, dem Kommutierungskondensator 15 und der Umladedrossel
16 besteht sowie aus der Steueranordnung 17, 18, 19
für die
Hilfsentladungsstrecke 14. Die Drossel 16 ist so auf die Größe des Kondensators
15 abgestimmt, daß die Umladeschwingung gerade jeweils während der Arbeitsdauer
einer Hauptent-Ladungsstrecke richtig beendet ist. Nach-der Erfindung ist nun zwischen
den Punkten x und y noch eine weitere vollständige Kommutierungseinrichtung angeordnet.
Die Schaltungselemente dieser zusätzlichen Kommutierungseinrichtung tragen die gleichen
Bezugszeichen wie diejenigen der ersten Kommutierungseinrichtung, jedoch jeweils
mit dem Zusatz a. Der Gitterkreis der Hilfsent-Ladungsstrecke 14a enthält zusätzlich
den im Hauptgleichstrornkreis liegenden Widerstand 5, während die Gitterwechselspannung
vorteilhaft der für die Entladungsstrecke 14 ohnehin vorhandenen Steuereinrichtung
i8 entnommen wird.
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Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. i sei für Wechselrichterbetrieb
an Hand der Fig. 2 erläutert. In der Fig. 2 geben u1, lt. und lt, den zeitlichen
Verlauf der Spannung an den Phasenwicklungen 1, 2 und 3 und die dick gezeichnete
Kurve lt, den Verlauf der Spannung des Punktes x, jeweils gegen den Transformatorsternpunkty
gemessen, an. Die Kurve zoll zeigt den Verlauf der Spannung zwischen Anode und Kathode
der Hauptentladungsstrecke i i. Vor dem Zeitpunkt t1 führt die Entladungsstrecke
i i Strom. Im Zeitpunkt t1 wird die Entladungsstrecke 14 freigegeben, und der Gleichstrom
geht auf die Kommutierungsein-` richtung über, die Entladungsstrecke i i wird stromlos.
Nun erfolgt die Umladung des Kondensators, dessen Spannung sich infolge des konstanten
Gleichstromes annähernd geradlinig ändert. Im Zeitpunkt t2 wird die Anodenspannung
der soeben gelöschten Entladungsstrecke i i wieder positiv, diese würde erneut zünden,
wenn die Zeit t2 ti kleiner ist als ihre Freiwerdezeit. Dadurch würde eine Störung
auftreten. Mit steigendem Gleichstrom wird nun unter sonst gleichen Bedingungen
die Zeit t2 t1 geringer, da die Umladung des Kondensators in kürzerer Zeit erfolgt.
Wird nun eine gewisse Gleichstromstärke überschritten, so kompensiert der Spannungsabfall
an dem Widerstand 5 einen Teil der durch die Batterie 17a dem Gitter der Röhre i4a
erteilten negativen Vorspannung, so daß nunmehr auch die Entladungsstrecke 14a gleichzeitig
mit der Entladungsstrecke 14 freigegeben wird und damit die zweite Kommutierungseinrichtung
parallel mit der ersten arbeitet. Gegebenenfalls ist der Spannungsabfall bei kleinem
Widerstand 5 zu verstärken. Die Umladedrossel 16a ist ebenfalls auf die Kapazität
i5a abgeglichen, so daß nunmehr die Umladung beider Kodensatoren jeweils in der
Arbeitszeit der Hauptentladungsstrecken richtig erfolgt.
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In Abänderung der Anordnung nach Fig. i ist es auch möglich, die Gitterkreise
der beiden Hilf sentladungsstrecken 14 und i4a voneinander völlig getrennt auszubilden
und z. B. die Steuerwechselspannungen (Anordnung 18) verschiedenen Sekundärwicklungen
eines -gemeinsamen Steuertransformators zu entnehmen. Sollen mehr als eine zusätzliche
Kommutierungseinrichtung verwendet werden, so können diese in gleicher Weise angeordnet
und ihre Gitterkreise derart abgeglichen werden, daß sie in vorbestimmter Reihenfolge
bei weiterem Anwachsen der Stromstärke selbsttätig in Betrieb genommen werden. Dabei
kann berücksichtigt werden, daß die Freiwerdezeiten der Entladungsstrecken i i bis
13 mit steigendem Strom ebenfalls zunehmen. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß
die Zuschaltung gleicher Kommutierungseinrichtungen bei immer geringeren Stromabnahmen
erfolgt, oder daß bei gleichen Stromstufen stets eine Kommutierungseinrichtung mit
größerem Kondensator und dementsprechend kleinerer Umladedrossel fortlaufend hinzugeschaltet
wird.
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Die Wirkungsweise der Anordnung wurde für den Wechselrichterbetrieb
beschrieben. Sie ist aber in gleicher Weise auch für Gleichrichterbetrieb anwendbar,
wie ohne weiteres aus dem Schaltbild zu ersehen ist.
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Einer im folgenden näher beschriebenen Weiterbildung der Erfindung
liegt der Gedanke zugrunde, die Zu- bzw. Abschaltung der zusätzlichen Kommutierungseinrichtungen
nicht von der Höhe des Gleichstromes, sondern unmittelbar von der Zeit t. -t. abhängig
zu machen. In der Fig. 3 ist als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eine
Anordnung dargestellt, mit deren Hilfe eine
Erfassung der Zeit t2
t1 möglich ist. Der von der Transformatorwicklung gespeisten Hauptentladungsstrecke
i i ist über Widerstände 21 und 22, deren Größe von den Betriebsspannungen der Anlage
abhängig ist, eine dampf- oder gasgefüllte Hilfsentladungsstrecke 2o gegensinnig
parallel geschaltet. Diese Hilfsentladungsstrecke wird in der Zeit t1 freigegeben,
etwa indem ihr Gitterkreis in geeigneter Weise mit den Gitterkreisen der Entladungsstrecken
14 bzw. iq.a gekuppelt ist bzw. ein Teil der zu den Entladungsstrecken 14 bzw. 14a
gehörigen Steuerspannungen zur Steuerung der Hilfsentladungsstrecke 2o verwendet
wird. Bis zum Zeitpunkt t2 hat die Hilfsentladungsstrecke 2o positive Anodenspannung
und führt daher, unter Vernachlässigung ihrer Brennspannung, von t1 bis t2 Strom.
Benutzt man die Spannung am Widerstand 21 zur Gittersteuerung einer von der Batterie
24 gespeisten Hochvakuumröhre23, die bei derGitterspannung Null keinen Strom führt,
aber schon bei geringen positiven Gitterspannungen im Sättigungsgebiet arbeitet,
so ist deren mittlererAnodenstrom ein Maß für die Zeit t,-ti und kann zur Auslösung
der Zu- bzw. Abschaltung der zusätzlichen Kommutierungseinrichtung herangezogen
werden. Das kann z. B. dadurch geschehen, daß im Anodenkreis dieser Hochvakuumröbre
23 ein Relais (Wicklung 25) angeordnet ist, das bei Unterschreiten eines vorbestimmten
Anodenstromes abfällt und dabei die zusätzliche Kommutierungseinrichtung einschaltet,
indem z. B. in an sich bekannter Weise die Steuerwechselspannung der Entladungsstrecke
1411 über die Relaiskontakte an das Gitter der Entladungsstrecke gelegt wird oder
ein vorher bestehender Kurzschluß für die Gitterwechselspannung aufgehoben wird
oder eine sperrende hohe negative Gittergleichspannung der Entladungsstrecke 14a
abgeschaltet wird. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, zwei Relais zu verwenden,
um Abfall- und Ansprechstromstärke getrennt regeln zu können. Gegebenenfalls ist
der Anodenstrom der Hochv akuumröhre 23 durch eine Verstärkervorrichtung zu verstärken.
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Werden mehrere zusätzliche Kommutierungseinrichtungenverwendet,die
in einerbestimmten Reihenfolge inBetrieb genommen werden sollen, so können hierzu
mehrere Relais in den Anodenkreis der Hochvakuumröhre eingefügt werden, von denen
immer das eine den Stromkreis für das folgende durch Übergreifkontakte vorbereitet.
Diese gegenseitige Vorbereitung ist erforderlich, weil durch Hinzuschalten einer
Kommutierungseinrichtung sofort die Zeit t2-ti wieder größer wird und erst bei weiterem
Steigen des Gleichstromes und damit erneutem Absinken der Zeit t2-ti die nächste
zusätzliche Kommutierungseinrichtung in Betrieb genommen werden soll. An Stelle
von Relais kann auch ein Widerstand in den Anodenkreis der Hochvakuumröhre 23 eingefügt
werden und der an ihm auftretende Spannungsabfall zur Gittersteuerung weiterer Hilfsentladungsstrecken,
die z. B. die oben angegebenen Schaltmaßnahmen in den Gitterkreisen der zusätzlichen
Kommutierungseinrichtungen bewirken, verwendet werden. Auch hier besteht durch entsprechende
Bemessung der Schaltkreise die Möglichkeit, die mit wachsendem Betriebsstrom zunehmende
Freiwerdezeit der Hauptentladungsstrecken zu berücksichtigen. Das kann beispielsweise
dadurch geschehen, daß bei Kommutierungseinrichtungen mit gleich großen Kondensatoren
jedes folgende Relais stets einen. höheren Abfallstrom aufweist. Es ist auch eine
Verbindung der oben beschriebenen, rein stromabhängigen Steuerung mit der Steuerung
in Abhängigkeit von der Zeit t2 t1 möglich, etwa indem der Spannungsabfall an dem
Widerstand 5 und der Spannungsabfall an dem Widerstand im Anodenkreis der Hochvakuumröhre
23 zusammen die Zu- bzw. Abschaltung der weiterenKommutierungseittrichtungen bewirken.
Im allgemeinen wird es genügen, die Hilfseinrichtung zur Erfassung der Zeit t2-ti
in einer einzigen Phase des Hauptstromrichte.rs anzuordnen. Bei sehr raschen Stromänderungen
kann es aber zweckmäßig sein, derartige Einrichtungen in mehreren Phasen vorzusehen.