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Verfahren zum Abschalten von mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden
Umrichtern.
Es ist bereits bei mit gittergesteuerten Entladungsstreeken, insbesondere mit gittergesteueiten Dampf-oder Gasentladungsstreeken, arbeitenden Umrichtern vorgeschlagen worden, das An-und Abschalten mittels der Gittersteuerung vorzunehmen. Arbeitet ein Umrichter allein auf ein Verbrauchernetz, so ergeben sich, gleichgültig ob Entladungsstreeken mit im wesentlichen reiner Elektronenentladung oder mit im wesentlichen liehtbogenförmiger Entladung verwendet werden, keine betriebliehen Schwierigkeiten.
Arbeitet jedoch ein Umrichter-u. zw. wenigstens zeitweilig-zusammen mit andern Energiequellen auf ein Verbrauchernetz, so zeigt sich. dass man bei mit gittergesteueiten Dampf-oder Gasentladungsstreeken arbeitenden Umrichtern besondere Vorsieht walten lassen muss. Erlindungsgemäss erfolgt das Abschalten bei solchen Umrichtern, bei denen der einen Halbwelle des durchfliessenden Wechselstromes die eine Gruppe von Entladungsstrecken, der andern Halbwelle des durehtliessenden Wechselstromes die andere Gruppe von Entladungsstrecken zugeordnet ist, in der Weise, dass die nicht stromführende Gruppe von Entladungsstreeken sofort gesperrt wird und die stromführende Gruppe von Entladungsstrecken derart beeinflusst wird,
dass die Sperrung erst bei Nulldurchgang des Stromes wirksam wird.
Zunächst sollen die betrieblichen Schwierigkeiten, von denen die Erfindung ausgeht, an Hand der Fig. 1 der Zeichnung erläutert werden. Dabei ist angenommen, dass ein Umrichter mit den mehr-
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die Kuppelleitung eine Induktivität 12, die zur Verringerung der Stromoberwellen dient, eingeschaltet ist. Bei einer Abschaltung des des Umrichters, durch Einschaltung einer gemeinsamen zusätzlichen
Sperrspannung in die Gitterkreise, sind zwei Fälle zu beachten :
1. Die Abschaltung wird in einem Augenblick vorgenommen, wo die gerade brennende Anode den
Strom i regulär zu Null führt. Es möge in dem in Fig. 2 dargestellten Zeitpunkt 130 oder kurz davor abgeschaltet werden. Dann brennt die Anode. 3" in diesem Augenblick ; sie brennt bis zum Nulldurchgang des Stromes bei t30.
Die bei t30 normalerweise beginnende Anode *)"wird aber nicht mehr leitend, denn sämtliche Gitter weisen jetzt Sperrpotential auf.
2. Die Abschaltung wird in einem andern Augenblick vorgenommen. Dann wird die zuletzt brennende Anode so lange weiterbrennen, bis der Strom über die Kuppelleitung den Wert Null erreicht.
Wann dieser Zeitpunkt eintritt, hängt davon ab, welchen Wert der gelieferte Strom im Augenblick des
Abschaltens hat, wie gross die Induktivität der Kuppelleitung ist, welche Zeitkonstante im Stromkreis für das Abklingen der in dieser Induktivität gespeicherten magnetischen Energie in Frage kommt, wie hoch die zu der zuletzt brennenden Anode gehörige Teilspannung ist und ob im Gleichrichter-oder im
Wechselrichterbetrieb der zuletzt brennenden Anode abgeschaltet wird. Die letzte Anode kann somit nach dem Abschalten des Umrichters noch eine unerwünscht lange Zeit brennen.
Im Sinne vorliegender Erfindung erfolgt das Abschalten des Umrichters gemäss Fall 1 derart, dass die Sperrung bei der stromführenden Gruppe von Entladungsstreeken erst bei Nulldurchgang des
Stromes wirksam wird. Von den verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten sei zunächst die erwähnt,
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dass in Fig. 1 beispielsweise an den Stellen und B je ein Entladungsgefäss oder an der Stelle C zwei gegensinnig parallelgeschaltete Gefässe mit eindeutiger Stromdurchlassrichtung vorgesehen werden.
Die Gitter dieser Gefässe erhalten zu einem beliebigen Zeitpunkt Sperrpotential. Das gerade stromführende Gefäss brennt bis zum Ende der Stromhalbwelle ; ein Weiterbrennen ist jedoch nicht möglich, weder des einen noch des andern mehranodigen Gefässes. Diese von den Hauptströmen durchflossenen Zusatzgefässe
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riegelungssteuerung durchführen.
Der Erfindungsgedanke kann aber auch bei andern Steuerungen zur Anwendung kommen, beispielsweise bei solchen, bei denen in den Gitterkreisen der Hauptentladungsstreeken gittergesteuerte Hilfs- entladungsgefässe mit ionisierbarem Medium vorgesehen sind. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn diese Hilfsentladungsgefässe stromabhängig derart gesteuert werden, dass bei Richtungswechsel des erzeugten Stromes die Einleitung der Entladung durch die Gittersteuerung in den die neue Richtung liefernden Hauptentladungsstrecken erst erfolgt, wenn der Strom in der alten Richtung erloschen ist.
Ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Hilfsentladungsgefässe Hf und H" in der vorgenannten Art gesteuert werden, zeigt Fig. 3 der Zeichnung. Die in den beiden Sekundärwicklungen des Wandlers 30 erzeugte Spannung wird in die Gitterkreise der Hilfsgefässe H'und R"eingefügt und steuert diese derart, dass das zweigestrichene System gesperrt ist, solange 1 arbeitet, und umgekehrt (die Sperrung besteht darin, dass die Steuerkontakte 85' und 2. 3" keine Freigabespannung mehr den Hauptgefässen zuführen können).
Die am Widerstand ; 30,.,' auftretende Steuerspannung und die Vorspannungen H/und Ha'sind derart
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erfolgt in der Weise, dass die Schalter 29'und 29"geöffnet werden, wodurch die negative Vorspannung H2' bzw. H2" wirksam wird. Das Hilfsgefäss, das vom Wandler her in diesem Augenblick negative Spannung erhält, kann bei Nullwerden des Stromes nicht mehr leitend werden und das zugehörige System von Hauptentladungsstrecken freigeben. Das andere Hilfsgefäss hält das zugehörige System noch betriebsbereit. Vom Stromnulldurchgang an ist es ebenfalls und damit auch das zugehörige System von Hauptentladungsstrecken gesperrt.
Es wird noch bemerkt, dass die Anordnung bezüglich der Schalter 29'und 29"nicht wesentlich ist. Man kann auch die Schaltung derart durchbilden (vgl. Fig. 4), dass während des normalen Betriebes die Schalter geeöffnet sind und infolgedessen die Spannung H2'unwirksam ist. Erst durch das willkürlich oder selbsttätige Einlegen des Schalters 29'wird die Spannung H2'wirksam und hat die Abschaltung des Umrichters zur Folge.
Der Erfindungsgedanke kann auch in anderer Weise praktisch durchgeführt werden. Verwendet man nämlich mehranodige Gefässe mit je einer Queeksilberkathode, so kann man darauf verzichten, den Abschaltvorgang durch Beeinflussung der Gittersteuerung, wie kurz zuvor beschrieben ist, durchzuführen. Gemäss der Weiterbildung der Erfindung kann man dann, wenn das ordnungsmässige Wirken der Gittersteuerung nur bei unterhaltener Kathodenemission gewährleistet ist, das Abschalten des Umrichters dadurch bewirken, dass der die Kathodenemission unterhaltende Hilfsbogenkreis unterbrochen wird.
Vorzugsweise hat der Erfindungsgedanke Bedeutung bei solchen Umrichtern, bei denen jede Halbwelle des Stromes von mehranodigen Entladungsgefässen geführt wird, die keinen gemeinsamen Entladungsraum haben. Hiezu gehören, wenn man nur Umrichter betrachtet, die Drehstrom unmittelbar in Einphasenstrom umformen, der Umrichter mit zwei mehranodigen Gefässen, bei dem die Kathode des einen Gefässes mit dem Sternpunkt der an das andere Gefäss angeschlossenen mehrphasigen Transformatorwicklung verbunden ist, und der Umrichter mit zwei mehranodigen Gefässen mit einem Sekundärtransformator, bei dem die Mittelanzapfung der von den Entladungsströmen durehilossenen Wicklung mit dem Sternpunkt der mehrphasigen Wicklung des Primärtransformators verbunden ist.
Grundsätzlich ist der Erfindungsgedanke auch bei der bekannten Umrichtersehaltung anwendbar, bei der sämtliche Entladungsstrecken in einem einzigen mehranodigen Gefäss zusammengefasst sind und die Kathode an die Mittelanzapfung der von den Entladungsströmen durchflossenen Wicklung des Sekundärtransformators angeschlossen ist. In diesem Fall erreicht zwar bei normalem Betrieb auch der durch die Kathode fliessende Nutzstrom nach Ablauf von je 180 den Wert Null, aber nur auf einen sehr kurzen Augenblick,
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gewährleistet ist.
Die vorgeschlagene einfache Abschaltungsmöglichkeit beruht darauf, dass der Entionisierungsvorgang nach Erlöschen des Kathodenfleckes in ausserordentlich kurzer Zeit abläuft, u. zw. in etwa Viooo Sekunde, und dass unter Zugrundelegung je eines mehranodigen Gefässes für jede der beiden Halbwellen des Stromes der Nutzstrom in jedem Gefäss periodisch den Wert Null erreicht. Dabei ist, wenn man von instabilen Betriebszuständen absieht, der Abschaltvorgang derart, dass der Erregerlichtbogenkreis unterbrochen wird und das noch Nutzstrom führende Entladungsgefäss zunächst noch weiterbrennt, bis der Nutzstrom den Wert Null erreicht.
In vorteilhafter Weise kann man den Abschaltvorgang durch Beeinflussung der Emission der Queeksilberkathode derart vornehmen, dass man den magnetischen Zustand des die Erregeranoden speisenden Hilfstransformators ändert. Dies möge an Hand des in der Fig. 5 der Zeichnung dargestellten
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Ausführungsbeispieles erläutert werden. Mit dem Drehstromnetz 101 wird eine Umformungseinrichtung verbunden, von welcher in der Zeichnung nur das die eine Halbwelle des Wechselstromes führende
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und den Hilfstransformator 108 aus dem Drehstromnetz gespeist. Auf dem Erregertransformator 108 ist ausser der Primärwicklung 109 und der Sekundärwicklung 110 eine dritte Wicklung 111 vorgesehen, die beim Abschalten an eine Gleichspannung gelegt wird.
Um bei eintretender Gleichstromsättigung ein Verbrennen des Erregertransformators zu verhindern, müssen im Primärkreis Widerstände oder Drosseln 112 zur Strombegrenzung vorgesehen sein. Die Gleichstromwicklung ist im Normalbetrieb stromlos. Als praktisch trägheitsloser Schalter kann eine gittergesteuerte Entladungsstrecke 114 benutzt werden, die von Hand oder selbsttätig, beispielsweise in Abhängigkeit von der Belastung des Entladungsgefässes 103, durch die Gittersteuerung eingeschaltet wird. Im Augenblick der Einschaltung des Gleichstromes wird der Erregertransformator so stark gesättigt, dass die sekundärseitig induzierte Spannung infolge der primärseitigen Strombegrenzung sehr klein wird, so dass sie nicht mehr ausreicht um die Erregerlichtbögen aufrechtzuerhalten.
Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, den für die Speisung der Erregeranoden dienenden Hilfstransformator so auszubilden, dass der beim Einschalten der Gleichstromwicklung entstehende Spannungstoss in allen Sekundärwicklungen so gerichtet ist, dass eine negative Spannungsspitze an die Erregeranoden gelangt. Auf diese Weise wird die Löschung der brennenden Erregerlichtbögen bedeutend erleichtert, und die nachfolgende Sättigung hat dann in erster Linie nur ein Wiederzünden der Erreger- lichtbogen zu verhindern. Zu diesem Zweck muss die Vormagnetisierungswicklung mit einer derartigen Polarität an die Gleichstromquelle angeschlossen werden, dass die erzeugten Spannungsstösse die gewünschte Richtung besitzen.
Ausserdem muss für jede, eine Erregeranode speisende Wicklung des Erregertransformators ein getrennter magnetischer Weg vorgesehen sein, weil sonst der Gleichstromeinschaltstoss
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erreicht, wobei für jede Erregeranode bzw. jede Erregerphase (wobei auch um 1800 versetzte Phasen als gesonderte Phasen zu behandeln sind) ein Transformator vorzusehen ist, bei denen sämtliche Gleichstromwicklungen in Reihe geschaltet sind. Zweckmässig ist auch die Anordnung eines Erregertransformators mit freiem magnetischem Rückschluss für den Fluss der Gleichstromwicklung, wie er in dem durch Fig. 6 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel für zweiphasige Erregung gezeigt ist.
Auf die in der Fig. 6 enthaltenen Elemente noch näher einzugehen, erübrigt sich, da sämtliche Bezugsziffern mit denen der Fig. 5 übereinstimmen und die Wirkungsweise im übrigen bereits beschrieben und verständlich ist.
Die Vermehrung der Kosten durch die primärseitigen Vorsatzdrosseln können dadurch vermindert werden, dass die sekundärseitigen Erregerdrosseln entsprechend kleiner bemessen und ihre Funktionen teilweise den Primärdrosseln übertragen werden.
Die mit der beschriebenen Einrichtung erzielte Abschaltung besitzt also einerseits den Vorzug, ohne jede Verzögerung anzusprechen, anderseits ist sie insofern günstig, als sie den Strom in seinem natürlichen Verlauf nicht stört, dass also keine Aussehaltüberspannungen auftreten können.
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