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Verfahren zur Steuerung von Ionenventilen mit Übergangsanode.
Bei zur Stromrichtung dienenden lonenventilen ist es bekannt, eine nicht von selbst vor sich gehende Kommutierung mit Hilfe einer sogenannten Übergangsanode durchzuführen, die bei der Freigabe unter einem höheren Potential steht als die abtretende Hauptanode, deren Potential aber schnell derart verändert wird, dass es unterhalb desjenigen der antretenden Hauptanode zu liegen kommt. Es ist auch bekannt, als Stromquelle für die Übergangsanode einen Kondensator zu verwenden. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung derartiger lonenventile, das es ermöglichen soll, dass der Kondensator ohne besondere Hilfsmittel immer wieder hinreichend aufgeladen wird.
Dieses Verfahren besteht in einer solchen Gittersteuerung für die Hauptanoden, dass die antretende Hauptanode nicht, wie man erwarten sollte, sofort bereit ist, den Strom zu übernehmen, wenn das Potential der Übergangsanode unter das ihrige gesunken ist, sondern noch eine Weile gesperrt bleibt, so dass die Übergangsanode den Kondensator weiter entladen muss. Hiedurch wird sein Umladen auf die richtige Spannung in einfacher Weise ermöglicht. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt dieses Umladen mit Hilfe einer zum Kondensator parallelgeschalteten Induktanz, die so gross ist, dass der sie durchfliessende Strom immer dieselbe Richtung hat.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 1 und 3-5 der Zeichnung schematisch dargestellt, während Fig. 2 ein entsprechendes Zeitdiagramm zeigt.
In Fig. 1 sind die Hauptanoden mit 5 und 6, die zugehörigen Gitter mit 25 und 26, die Über- gangsanode mit 4, der sie speisende Kondensator mit 7, die Kathode mit 13, dite Belastung im Gleichstromkreis mit 1, die Ausgleichdrosselspule mit 14 und die Wicklungen des Transformators mit 15, 16, 11 bezeichnet. Eine zum Kondensator 7 parallelgeschaltete Drosselspule ist mit 10 bezeichnet. Die beabsichtigte Arbeitsweise ist in Fig. 2 dargestellt. Der obere Teil des dort gezeichneten Zeitdiagrammes zeigt den Strom des Kondensators, der untere Teil die Spannung seines unteren Belages gegen den oberen.
Der untere Kondensatorbelag hat hier im Zeitpunkte der Freigabe der Übergangsanode die positive Spannung +. Sieht man von der sehr kurz währenden Zeit ab, in der sowohl die abzulösende Hauptanode als auch die Übergangsanode wirksam ist, so beginnt der Kondensator unmittelbar sich durch einen Strom i7 zu entladen, welcher der Differenz zwischen dem durch die Drosselspule 14 annähernd konstant gehaltenen Belastungsstrom und dein ebenfalls annähernd konstanten Strom durch die Drosselspule 10 gleich ist.
Durch entsprechende Einstellung der Gitterspannung für die antretende Hauptanode macht man nun die Entladezeit tu für den Kondensator so lang, dass sein unterer Belag eine negative Spannung e ?- erhält, deren Absolutwert den Wert der ursprünglichen Spannung "7+ mit Rücksicht auf die Verluste etwas übersteigt. Danach lässt man die andere Hauptanode den Strom übernehmen, so dass die Übergangsanode 4 wieder stromlos wird.
Die zum Kondensator parallelgeschaltete Drosselspule 10 soll so bemessen sein, dass sich der sie durchfliessende Strom während einer Periode nicht nennenswert ändert. Sie führt somit die ganze Zeit einen Strom vom Wert o ! n der Richtung zur Übergangsanode. Während der Zeit ist der Strom in der Anode gleich der Summe des Stromes dieser Drosselspule und des Entladestromes i7 des Kondensators. Wenn der Strom durch die Übergangsanode aufhört, dann wird der Strom durch die Drosselspule gezwungen, den Weg durch den Kondensator zu nehmen und diesen mit positiver Spannung am unteren Belag aufzuladen, so dass die Anfangslage wiederhergestellt wird.
Anstatt das von der Übergangsanode abgewendete Ende der Drosselspule 10 unmittelbar an den oberen Belag des Kondensators 7 bzw. an den Transformatornullpunkt anzuschliessen, wie in
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Fig. 1 gezeigt ist, kann man es auch an einen Punkt höheren Potentials anschliessen, wodurch der Mittelwert der in Fig. 2 dargestellten Kondensatorspannung ein entsprechend erhöhtes Potential erhält, d. h. die Übergangsanode muss nicht ein so stark negatives Potential annehmen, sie kann vielmehr in gewissen Fällen sogar positiv bleiben. Besonders bei mehrphasigen Stromrichtern, die mit geringer Aussteuerung arbeiten, braucht das Potential der Übergangsanode im allgemeinen für die Kommutierung selbst nicht negativ zu werden und es ist dann erwünscht, dass der negative Wert auch für die Ladung der Stromquelle nicht benötigt wird.
Allgemein kann gesagt werden, dass dann. wenn man die Entladung der Übergangsanode nur so weit treibt, dass ihr mittleres Potential etwas niedriger wird als das mittlere Potential des hinteren, von der Anode abgewendeten Endes der Ladedrosselspule, die Ladung keine zusätzliche Stromquelle oder Ventilstreeke erfordert, sondern von selbst erfolgt. Der Anschlusspunkt des hinteren Drosselspulenendes kann die Kathode selbst oder ein Punkt zwischen dieser und dem Transformatornullpunkt sein, falls ein solcher Punkt zugänglich ist.
Um die Entladung im gewünschten Augenblick zu unterbrechen, kann man gegebenenfalls das Gitterpotential der übernehmenden Hauptanode vom Potential der Übergangsanode direkt abhängig machen, beispielsweise indem man die Kondensatorspannung durch einen Transformator umkehrt, einer geeigneten Grundspannung überlagert und auf die Gitter aufdrückt.
Um den Kondensator 7 der Übergangsanode ohne Zuhilfenahme einer besonderen Ventilstrecke aufzuladen, kann man auch die in Fig. 3 dargestellte Schaltung des Kondensators verwenden, die auch den Vorteil bietet, dass sie für die unabhängige Kommutierung zweier durch eine Saugdrossel verbundener Gleichrichtergruppen verwendet werden kann, weshalb sie in der Anwendung auf solche dargestellt ist. Der Gleichrichter kann an einem Drehstromnetz angeschlossen sein und ist in zwei Dreiphasengruppen mit getrennten, durch eine Saugdrossel 40 verbundenen Nullpunkten aufgeteilt.
Mit den beiden Gruppennullpunkten sind durch Transformatorwicklungen 41, 42 zwei Übergangsanoden 43, 44 verbunden. Eine dritte Wicklung 45 des Transformators ist an den Kondensator 7 angeschlossen. Die Ströme der beiden Übergangsanoden laden hiebei den Kondensator abwechselnd in beiden Richtungen auf und ab, weshalb für seine erneute Ladung keine besondere Drosselspule nötig ist. Der Kondensator kann auch in zwei Einheiten aufgeteilt werden, die mit je einer Transformatorwicklung direkt verbunden sein können. Durch die transformatorisehe Schaltung wird es möglich, die Kondensatorspannung unabhängig von der Stromrichterspannung zu wählen.
Die Schaltung ermöglicht die Verwendung zweier getrennter Nullpunkte, setzt diese aber nicht voraus, da die beiden Wicklungen 41 und 42 ebensogut auch an einen gemeinsamen Nullpunkt angeschlossen werden können.
Die beiden in den Fig. 1 und 3 dargestellten Anordnungen zur Speisung der Übergangsanode sind sowohl für Wechselrichtung und Frequenzumrichtung als auch für Gleichrichtung verwendbar. Sie wirken zufriedenstellend, solange der Stromrichter stetig arbeitet. Da sie aber beide einen stabilen Zustand voraussetzen, können sie z. B. beim Ausbleiben einer Zündung ausser Wirkung fallen.
Eine Anordnung, bei der diese unerwünschte Wirkung nicht eintritt, zeigt Fig. 4. Sie ist für
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der Fig. 1. Die Anode einer Sperrzelle 12 ist an die bei Gleichrichtern im Verhältnis zum Transformatornullpunkt positive Kathode oder allgemein an die Kathodenseite der Ausgleichdrossel des Gleichstromkreises angeschlossen. Der untere Belag des Kondensators wird von der Kathode her positiv geladen, wenn die Sperrzelle 12 freigegeben wird. Durch die Drosselspule 10 wird diese Ladung auf einen Wert getrieben, der höher ist als die konstante Gleichspannung. Beim Freigeben der Übergangsanode 4 entlädt sich der Kondensator wie gewöhnlich über sie. Die Sperrzelle kann bei transformatorischer Verbindung mit der Übergangsanode auch einen Teil des Hauptgefässes bilden.
Bei Stromrichtern mit mehreren durch eine. Saugdrossel verbundenen Nullpunkten kann man auch die in Fig. 5 dargestellte Schaltung benutzen, die dort in Anwendung auf einen Gleichrichter veranschaulicht, aber auch für Wechselrichter anwendbar ist. Ebenso wie die Ausführungsform nach Fig. 3 weist auch die nach Fig. 5 zwei Dreiphasengruppen auf, die durch eine Saugdrossel 40 verbunden sind, zwischen deren Nullpunkt und der Kathode sich die Gleichstrombelastung 1 und die Ausgleichdrossel 14 befinden. Die Saugdrossel ist mit zwei Sekundärwicklungen 47, 48 versehen, die zwischen den positiven Belag des Kondensators 7 und die Übergangsanoden 43 bzw. 44 geschaltet sind, während
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ist.
Die Ladung des Kondensators erfolgt hier wie bei der Anordnung nach Fig. 4 über einen besonderen Ventilkreis mit einer Sperrzelle 12 und einer Drosselspule 10 und findet sechsmal während jeder Periode statt. Gegenüber der Anordnung nach Fig. 3 bietet die Schaltung nach Fig. 5 den Vorteil, dass bei einer gegebenenfalls entstehenden Unsymmetrie zwischen den beiden Dreiphasengruppen keine Schrägmagnetisierung durch die Wicklungen 47, 48 entstehen kann. Wird diese Schaltung auf einen Stromrichter angewendet, der in drei durch eine dreiphasige Drosselspule verbundene Zweiphasengruppen aufgeteilt ist, dann beträgt der Kondensatorstrom nur zwei Drittel jenes Stromes, der bei der dargestellten Ausführungsform erforderlich ist, weshalb diese Schaltung in gewissen Fällen empfehlenswert ist.