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Verfahren zur Steuerung eines zur frequenzelastischen Energieübertragung zwischen einem Mehrphasennetz höherer Frequenz und einem Einphasennetz niederer
Frequenz dienenden Umrichters
Es sind verschiedene Verfahren zur Steuerung von frequenzelastischen, zur Energieübertragung zwischen einem Mehrphasennetz höherer Frequenz und einem Einphasennetz niederer Frequenz dienenden Umrichtern bekannt. Besondere Bedeutung besitzen Umrichter ohne Energiespeicher, die im Prinzip aus zwei in Gegentaktschaltung arbeitenden, mit gesteuerten Entladungsgefässen aufgebauten Stromrichterschaltungen bestehen, die im Takt der Frequenz des Einphasennetzes abwechselnd im Gleichrichter- und Wechselrichterbetrieb gesteuert werden.
Es wurde auch bereits ein solcher Umrichter in Vorschlag gebracht, bei dem zur Erzielung einer stufenlosen Einstellbarkeit von Frequenz und Phasenlage der Einphasenspannung der Zundzeitpunkt der jeweils ersten im Wechselrichterbetrieb arbeitenden Anode zwischen maximaler Aussteuerung im Wechselrichterbereich und maximaler Aussteuerung im Gleichrichterbereich kontinuierlich verschiebbar ist, während die Aussteuerung der übrigen Anoden unverändert bleibt.
Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung frequenzelastischer Umrichter, u. zw. besonders auf solche, bei denen mehrere Gruppen von zwei in Gegentaktschaltung arbeitenden p-phasigen Stromrichteranordnungen so zu einer Umrichtereinheit zusammengefasst sind, dass sich insgesamt eine n. p-phasige Ruck- wirkung ergibt, wenn n die Zahl der Gruppen mit gegeneinander phasenverschobenen Anodenspannungen bedeutet.
Die Stromrichteranordnungen können dabei aus einanodigen oder mehranodigen gesteuerten Entladungsgefässen oder sonstigen steuerbaren Ventilstreckeh bestehen, wobei mehrere Ventilstrecken parallel oder in Reihe geschaltet sein können.
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B.Steuerungseinrichtung für Umrichter der oben genannten Art, welche die zu stellenden Anforderung ei dadurch verwirklicht, dass aus den beiden, durch den Umrichter gekuppelten Wechselstromnetzen Zeitmarken hergeleitet werden" die in gleichmässigenzeitintervallen über die Netzperioden verteilt sind, und die einmal die für den Umrichterbetrieb in Frage kommenden Zündzeitpunkte bei den.
verschiedenen Aussteuerungen der einzelnen Anoden, und zum andern die Zeitbereich, in denen diese Aussteuerungen wirksam werden sollen, festlegen, wobei zur Zusammenfassung der Zeitmarken beider Netze und zur Umwandlung in die erforderlichen, den Zeitbereichen verschiedener Aussteuerung entsprechenden Grössen elektrische Netzwerke, wie Flip-Flop-Geräten, Koinzidenzglieder und Speicheranordnungen, Verwendung finden.
Als Zeitmarken können z. B. Spannungsimpulse dienen, die in hochgesättigten Übertragern jeweils beim Flussnulldurchgang erzeugt werden. Unter Flip-Flop-Geräten werden Kippscnaltungen mit zwsi di- finierten Betriebszuständen, sogenannte bistabile Multivibratoren, verstanden, während ein Koinzidenzglied ein Netzwerk mit zwei getrennten Eingängen ist, das nur dann eine Ausgangsgrösse gibt, wenn an beiden Eingängen gleichzeitig eine Steuergrösse ansteht.
Eine solche Steuerungseinrichtung gestattet es, die starkstromseitig möglichen optimalen Eigenschaf- ten eines Umrichtungsprinzips zu realisieren und lässt sich bei sinngemässer Abwandlung auch für ähnlich gelagerte Aufgaben der Stromrichtertechnik einsetzen, z. B. zur Steuerung eines Stromrichtermotors, einer Stromrichter-Kaskade, sowie von Stromrichterschaltungen einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertra- gungseinrichtung.
Als Beispiel wird im folgenden die Anwendung des Erfindungsgedankens auf die Steuerungseinrichtung für eineumrichteranordnung beschrieben, bei der zur Erzielung einer stufenlosen Einstellbarkeit von Frequenz und Phase der Umrichter-Einphasenspannung der Zündzeitpunkt der jeweils ersten im Wechselrich- terbetrieb arbeitendenAnode zwischen maximaler Aussteuerung im Wechselrichterbereich und maximaler Aussteuerung im Gleichrichterbereich koncinuierlich verschiebbar ist, während die Aussteuerung der übrigen Anoden unverändert bleibt.
Bei dieser Beschreibung wird ein neuartiger Weg zur Erreichung der kontinuierlichen Verschiebung des Zündzeitpunkte der ersten im Wechselrichterbetrieb arbeitenden Anode gezeigt und darüberhinaus ein neues Verfahren zur Durchführung des Überganges vonwechselrichterbereich auf Gleichrichterbereich angegeben. Beide Lösungen sind gleichfalls Gegenstand dieser Erfindung.
In der Fig. 1 sind die Spannungsvorläufe eines aus zwei dreiphasigen Stromrichteranordnungen beste- henden Umrichters inAbhängigkeit von der Zeit dargestellt. Die Ausgangsspannung der Stromrichteranord nung I ist dabei durch einen ausgezogenen und diejenigen der Stromrichteranordnung II durch einen aus Kreuzen bestehenden Linienzug dargestellt. Der oberhalb der Null-Linie liegende Teil des Diagramms kennzeichnet einen Betriebszustand, in welchem die Stromrichteranordnung I als Gleichrichter und die Stromrichteranordnung II als Wechselrichter arbeitet. Der unterhalb der Null-Linie liegende Teil des Diagramms bezieht sich auf den umgekehrten Betriebszustand.
Ein besonderes Problem stellt die Beherrschung der sogenannten Kreisströme dar, die innerhalb des durch die in Gegentaktschaltung verbundenen Stromrichteranordnungen gebildeten Stromkreises immer dann entstehen, wenn die Spannung der jeweils als Gleichrichter arbeitenden Entladestrecke grösser ist als die Spannung der gleichzeitig als Wechselrichter arbeitenden Anode. Im Wechselrichterbetrieb muss bekanntlich jede Anode zu einem Zeitpunkt zünden, in welchem ihre Spannung gegenüber der Kathode grösser ist als die Spannung derjenigen Anode, die sie in der Stromführung ablösen soll, d. h. die Zündung muss mit einem gewissen zeitlichen"Respektabstand'vor dem Schnittpunkt der Kennlinien der Anodenspannungen erfolgen.
Trotz Steuerung auf gleiche Mittelwerte von Gleichrichterspannung undWechsel- richterspannung treten kurzzeitig zwischen Gleichrichter und Wechselrichter Spannungsunterschiede auf, welche impulsartige Kreisströme zur Folge haben. Diese Kreisströme können durch Drosselspulen auf unschädliche Werte begrenzt werden, unter der Bedingung, dass das Zeitintegral des Überschusses der Gleichrichterspannung über die Wechselrichterspannung nicht grösser ist als das Zeitintegral des Überschusses der Wechselrichterspannung über die Gleichrichterspannung. Wird diese Bedingung nicht eingehalten, so entsteht in der Kreisstrommasche ein Gleichspannungsanteil und der Kreisstrom steigt unzuträglich an.
In der Darstellung der Fig. 1 bedeutet die genannte Bedingung für die Vermeidung eines Gleichspannungsgliedes in der Kreisstrommasche, dass die an den vollen Spannungszeitflächen bei natürlicher Ano- denbrenndauer fehlenden schraffierten Flächen Fl niemals grösser sein dürfen als die Flächen F. Findet die erste Zündung einer Anode der Stromrichteranordnung I nach dem Übergang vom Gleichrichterbetrieb in den Wechselrichterbetrieb in einem Zeitpunkt statt, bei dem gerade der erwähnte Respektabstand eingehalten ist, nämlich im Punkt tl, so macht die Einhaltung der Bedingung, dass F. nicht grösser als F sein darf, keine Schwierigkeit. Der Übergang der Stromrichteranordnung II in den Gleichrichterbetrieb kann z. B. - wie Fig. 1 zeigt-im Zeitpunkt tz erfolgen.
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Erfolgt nun aber bei einer Verschiebung der Phasenlage der Einsphasenspannung gegenüber der Phasenlage der Spannungen des Mehrphasennetzes die erste Zündung dieser Anode im Wechselrichterbetrieb zu einem früheren Zeitpunkt, beispielsweise im Punkt t.. so müsste-um die Entstehung eines Gleichspannungsgliedes in der Kreisstrommasche zu verhindern,-die Zündung der entsprechenden Anode der Stromrichteranordnung I im Gleichrichterbetrieb um den gleichen Betrag verzögert werden, also im Punkt erfolgen. Die beiden Zeitflächen der Spannungsdifferenz wären zwar dann gleich, aber unter Umständen wesentlich grösser als die normalerweise, d. h. ausserhalb der Umsteuerung, auftretenden, in Fig. 1 schraffiert dargestellten Spannungszeitflächen.
Die Kreisstromdrosseln mussten deswegen grösser ausgelegt sein und ausserdem würde in der Umrichterausgangsspannung durch die zusätzliche Zündverzögerung einer Gleichrichteranode eine starke Verzerrung auftreten. Demgegenüber kann nach einem in der Erfindung beschriebenen Verfahren die Entstehung eines Gleichspannungsgliedes in der Gleichstrommasche vorteilhaft dadurch verhindert werden, dass die Umsteuerung der Stromrichteranordnung II in den Gleichrichterbetrieb erst zu einem späteren Zeitpunkt als t2 vorgenommen wird. Hiebei sind dann zeitweilig beide Stromrichteranordnungen als Wechselrichter ausgesteuert, ein Kreisstrom kann dann nicht fliessen. Bei reiner Widerstandsbelastung des Umrichters führt dies allerdings zu einer Lücke im Umrichterstrom und entsprechend auch in der Umrichter-Einphasenspannung.
Da jedoch Umrichter der in Rede stehenden Art in erster Linie zur Speisung von Wechselstrombahnen in Frage kommen, wobei eine reine Widerstandsbelastung praktisch nicht vorkommt, so ist die gleichzeitige Aussteuerung beider Stromrichterhälften in Wechselrichterbetrieb zur Zeit des Spannungs-Nulldurchganges zulässig, sofern sie auf eine hinreichend kurze Zeitdauer beschränkt bleibt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Umrichter der eingangs erwähnten Art so zu steuern, dass der Übergang der Stromrichteranordnungen vom Wechselrichter-in Gleichrichterbetrieb so erfolgt, dass einerseits die Entstehung eines Gleichspannungsgliedes in der Kreisstrommasche sicher verhindert wird, und dass anderseits der Bereich gleichzeitiger Wechselrichteraussteuerung beider Stromrichteranordnun- gen und damit die Stromlücke bei reiner Wirkbelastung so klein wie möglich gehalten wird.
Die Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass die den Übergang einer Stromrichteranordnung vom Wechselrichter- auf Gleichrichterbetrieb vornehmende Anode mit einem ZUndverzögerungswinkel gezündet wird, der gleich der Anodenteilung (natürliche Anodenbrenndauer im normalenGleichrichterbetrieb) vermindert um den Respektabstand ist, wobei immer diejenige Anode den Übergang vom Wechselrichter- auf Gleichrichterbetrieb vornimmt, bei der der so definierte Zündzeit-
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Zündzeitpunktdern btromrichteranordnung ist, die den Übergang vom Gleichrichter- Wechselrichterbetrieb vornimmt.
Die Aussteuerung der einen, den Übergang auf Gleichrichterbetrieb vornehmenden Anode, mit einem Zündverzögerungswinkel gleich der Anodenteilung, vermindert um den Respektabstand, wird im folgenden als"Nullaussteuerung"bezeichnet.
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steuerung dieser Anode) der Übergang der Stromrichteranordnung II vom Wechselrichter- auf Gleichrich- terbetrieb erfolgen. Dieser Übergang bleibt auch dann im Zeitpunkt t2 bestehen, wenn der Zündzeitpunkt. der erstgenannten Anode der Stromrichteranordnung I kontinuierlich von t4 gegen t verschoben wird.
Wie ersichtlich, wird dann die Bedingung, dass die Sparinungszeitfläche F, nicht grösser sein darf als die Fläche F, stets eingehalten.
Lediglich zur Einhaltung dieser Bedingung könnte der Übergang der Stromrichteranordnung Il in den Gleichrichterbetrieb auch später erfolgen als im Zeitpunkt t2, jedoch würde dies nachdem früher Gesagten eine Vergrösserung des Bereichs gleichzeitiger Wechselrichteraussieuerung beider Stromrichteranordnungen bedeuten. Dieser Bereich ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Fall nahezu Null.
Erfolgt nun - wie im Beispiel der Fig. 2 dargestellt-die erste Zündung der Stromrichteranordnung 1
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eine Anodenteilung später erfolgen, als im Beispiel der Fig. l, also hier zum Zeitpunkt t, denn dieser Zeitpunkt entspricht der maximal zulässigen Wechselrichteraussteuerung der jetzt den Übergang vom Gleichrichter- in den Wechselrichterbetrieb vornehmenden Anode der Stromrichteranordnung I.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Beispiele beziehen sich auf 3-phasigenBetrieb der einzeinen
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einer Umrichtung von Drehstrom 50 Hz in Einpbasenstrom 16 2/3 Hz einem Winkel von zirka 450. bezogen auf Einphasenfrequenz entspricht.
MitRücksicht auf die Oberwellen in beidenNetzen wird man jedoch stets eine Anordnung wählen, die
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einenUmrichterbetriebeinzelnen Stromrichteranordnungen für sich dreiphasig arbeiten können. Werden z. B.-wie bereits vorge" schlagen wurde-mehrere Umrichtergruppen mit in der Phasenlage gegeneinander geschwenkten Anoden- spannungeninReihegeschaltet, so lässt sich ohne Schwierigkeit eine 12- oder auch 24-phasige Betriebs-
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richteranordnungen maximal nur noch zirka 150 bzw. 100 ;
für die in der Praxis des Bahnbetriebes vorkom- mendenPhasenwinkel zwischenStrom und Spannung ist damit ein lückenloserstromverlauf sichergestellt.
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pschwenkt sind, zu einer Umrichtereinheit zusammengefügt, so ergibt sich insgesamt eine n. p-phasige Arbeitsweise. Soll auch jetzt erreicht werden, dass beim Übergang von Gleichrichter-auf Wechselrichterbe- trieb jeweils nur eine einzige Anode der gesamten Umrichtereinheit mit Teilaussteuerung betrieben wird, was für den frequenzelzstischen Betrieb ausreicht und mit Rücksicht auf den Leistungsfaktor im Mehrpha-
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gesamten Bereich zwischen maximaler Gleichrichteraussteuerung und maximaler Wechselrichteraus- steuerung durchlaufen.
Daran anschliessend wird die in ihrer Phasenlage benachbarte und einer ändern Umrichtergruppe angehörende Anode durchgesteuert, so dass sich insgesamt eine lückenlose Überdeckung der ganzen Periode durch die p. n Anoden einer Umrichterhälfte ergibt.
Für die Verwirklichung des geschilderten Verfahrens zurSteuerung einsssfrequenzelastischenUmricl1- ters ist eine Steuerungseinrichtung erforderlich, die in Abhängigkeit von einem aus der zu bildenden Einphasenspannung hergeleiteten Umsteuerbefehl einen ständigen Wechsel der Anodenzlindzeitpunkte zwischen maximaler Gleichrichteraussteuerung und maximaler Wechselrichteraussteuerung bewirkt. Daneben muss im Bereich des Überganges vom Gleichrichter-in den Wechselrichterbetrieb eine kontinuierliche, veränderbare Teilaussteuerung und im Bereich des Überganges vom Wechselrichter-auf Gleichrichterbetrieb eine sprunghafte, von Anode zu Anode wechselnde Null-Aussteuerung bewirkt werden.
Die Realisierung lässt sich auf digitalerBasis durchKombinationenvon elektrischenNetzwerkenauf ver- schiedene Weise erreichen. Im folgenden ist als Beispiel eine von mehreren möglichen Ausführungsfor- men einer Steuerungseinrichtung für das im vorstehenden erläuterte Umrichtungsprinzip dargestellt. Hiebei wird die Steuerung nur einer Entladungsstrecke beschrieben, die einem aus dreiphasigen Stromrichteranordnungen aufgebauten Umrichter angehört.
Aus dem Mehrphasennetz werden, in gleichen Winkelgraden über die Periode verteilt, Spannungsimpulse konstanter Phasenlage nach einem der bekannten Verfahren. erzeugt. Der zeitliche Abstand zweier
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netzes dar, sie haben einen festen Bezug zu den Anodenspannungen und legen die verschiedenen mögli - chen Zündzeitpunkte jeder Anode fest, u. zw. die für maximale Gleichrichteraussteuerung, maximale Wechselrichteraussteuerung und Nullaussteuerung beim Übergang vom Wechselrichter- zum Gleichrichterbetrieb.
Aus dem Einphasennetz, oder - falls der Umrichter im Alleinbetrieb arbeiten soll-aus einer Taktgebermaschine wird eine Steuerwechselspannung entnommen. Diese ist in Fig. 3 im Linienzug a dargestellt. In einem Impulserzeuger 1 werden aus dieser Spannung schmale Spannungsimpulse im Nulldurchgang erzeugt (Linienzug b). Diese Impulse werden einem Flip-Flop-Gerät 2 zugeführt. Der positiv gezeichnet Steuerimpuls bewirkt das Umkippen in den einen, der negativ gezeichnete Steuerimpuls bewirkt das Umkippen in den andern Betriebszustand dieses Gerätes. Die Ausgangsspannung des Flip-FlopGerätes ist eine pulsierende Rechteckspannung (Linienzug c). Solche pulsierende Rechteckspannungen werden in der Folge als Spannungsblöcke bezeichnet.
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Zur Verwirklichung des hier zen Grunde gelegten Umrichtungsprinzips muss erreicht werden, dass der Übergang vom Zeitabschnitt Gleicnrichterbetrieb auf den Zeitabschnitt Wechselrichterbetrieb kontinuierlich mit der Steuerwechsels. 2annung in der Phasenlage wandert, während der ungekehrte Übergang vom ZeitabschnittWechselrichterbetrieb auf Zeitabschnitt Gleichrichterbetrieb dem kontinuierlichen Wandern derPhasenlage derSteuerwechselspannung sprunghaft nachfolgt, u. zw. unter Zwischenschaltung des Zeitabschnittes"Nullaussteuerung". Dieser Phasensprung hat dabei die Grösse der Anodenteilung einer Stromrichteranordnung.
Um diesen Effekt zu erreichen, werden drei um 1200 versetzte Zeitmarken des Drehstromnetzes ausgewählt, u. zw. solche, die bezogen auf den natürlichen Kommutierungspunkt der zuge- hörigen Anode bei -600, bei +600 und bei 1800 stehen (Linienzug e). Diese Impulse sowie derSpannungsblock (Linienzug c) werden einem Koinzidenzglied 4 zugeführt, das nur dann eine Ausgangsspannung abgibt, wenn an beiden Eingängen gleichzeitig eine Steuerspannung ansteht ; es werden also die ankommenden Impulse nur in dem Zeitraum des Spannungsblockes des Linienzuges c weitergegeben, wie Linienzug f zeigt.
Diese Impulse werden einem weiteren Flip-Flop-Gerät 5 zugeleitet. Als Ruckholimpuls dient hier der negative Impuls des Linienzuges b. Die Ausgangsspannung der Flip-Flop-Stufe 5 ist eine pulsierende Recht- eckspannung, deren vordere Flanke stets mit einem der 3 Impulse des Mehrphasennetzes und die rückwär- tige Flanke mit dem negativenimpuls des Einphasennetzes zusammenfällt. DieserSpannungsblock (Linien- zug g) legt nun die Betriebsart, der zugehörigen Anode fest ; anstehende Spannung bedeutet Gleichrichterbetrieb, keine Spannung bedeutet Wechselrichterbetrieb.
Beim Verschieben der Phasenlage der Steuerspannung wird die vordere Flanke des Spannungsblockes (Umschaltbefehl auf Gleichrichterbetrieb) in Sprüngen um 1200, die rückwärtige Flanke (Umschaltbefehl auf Wechselrichterbetrieb) dagegen konti- nuierlich wandern.
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Bei dem im Beispiel angenommenen 24-phasigen Umrichter und einer maximal zulässigen Gleich- richteraussteuerung bei 150 Zündverzögerung stehen die beiden Impulse also bei 0 und 150. bezogen auf den natürlichen Kommrtierungspunkt (Linienzug h). Diese Impulse werden einem Flip-Flop-Gerät 7 zugeleitet, das hieraus einen Spannungsblock von 150 Breite formt (Linienzug i).
In dem nachgeschaltetenKoinzidenzglied 8 wird überprüft, ob dieser Spannungsblock als Gleichrichteraussteuerung für die zugehörige Anode wirksam werden darf. Als zweite Steuerspannung wird hiezu dem Koinzidenzglieds die Ausgangsspannung des Flip-Flop-Gerätes 5 zugeführt, u. zw. die Spannung des Gegentaktausganges, d. h. bei Wechselrichterbetrieb steht Spannung an, bei Gleichrichterbetrieb ist keine Spannung vorhanden (Linienzug k). Die Ausgangsspannung des Koinzidenzgliedes 8 ist im Linienzug 1 dargestellt, u. zw. wird in dem gewählten Beispiel der ergste 150-Block gesperrt, der zweite wird teilweise, u. zw. mit einer Breite von zirka 8 durchgelassen, und der dritte Block wird ganz weitergegeben.
Diese Spannung wird einem Speicherglied 9 zugeführt, das die Aufgabe hat, den Wechselrichter-Zündwinkel sowie den Zeitpunkt der Zwischenkommutierung festzulegen und an die Steuervorrichtung weiterzugeben.
Nach dem früherGesagten muss der Zündzeitpunkt der den Übergang vom Gleichrichter-auf Wechsellichterbetrieb übernehmenden Anode gegenläufig zur Verschiebungsrichtung des Umsteuerbefehls verscho en werden, was erfindungsgemäss durch Zwischenschaltung eines Speichergliedes erreicht wird.
Der in der Steuerung, die dieser Beschreibung zu Grunde liegt, vorgesehene magnetische Speicher 9 besteht aus einer gleichstromvormagnetisierten Ringkerndrossel und einem Schaltglied (z. B. Transistor).
Durch dieGleichstromvormagnetisieiung ist die Drossel, deren Kern eine angenähert rechteckige Magnetsierungsschleife besitzt, gesättigt. Beim Auftreten des Spannungsblockes am Speicher legt das Schaltglied eine konstante Gleichspannung an eine zweite Wicklung der Drossel, u. zw. gegensinnig zu der bestehenden Vormagnetisierung. Je nach Blockbreite erreicht die Drossel dadurch einen bestimmten Grad der Ma- gnetisierung. Mit Ende des Spannungsblockes unterbricht das Schaltglied den Magnetisierungsstrom und damit die Aufladung des Speicners. Die hiebei induzierte Drosselspannung bewirkt in einer dritten Wicklung einen Strom, der den Drosselkem rückmagnetisiert, d. h. den Speicher entlädt.
Die während der Rückmagnetisierung an dieser Wicklung auftretende Spannung wird über Ventile abgenommen und dient als Ausgangsgrösse des Speichers. Der Zeitpunkt der Beendigung des Rückmagnetisierungsvorganges legt den Zündzeitpunkt der Anode fest. Die Drossel ist so ausgelegt, dass bei einem in voller Breite von 150 ankommenden Spannungsblock die Rückmagnetisierung den Zeitraum zwischen maximaler Gleichrichteraussteuerung und maximalerWechselrichteraussteuerung in Anspruch nimmt, d. h. in unserem Beispiel bei einem Zündverzögerungswinkel von 1650 beendet ist.
Trifft ein Spannungsblock geringerer Breite auf den
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Speicher, so ist auch die Rlickmagnetisierung entsprechend früher beendet und es wird für die Anode ein entsprechend frtillerer Zündzeitpunitt, d. h. eine Zwischenkommutierung bestimmt. Durch diese Anordnung wird also auf eiufacheWeise die t1rforderliche Gegenläufigkeit der Verscbiebungsrichtungen des Umsteuerbefehls und des Zündzeitpunkte der den Übergang auf Wechselrichterbetrieb übernehmenden Anode erreicht. Da der die Magnetisierung der Drossel bewirkende Spannungsblock erfindungsgemäss eine Breite
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eine und nur eine Anode eine Zwischenkommutierung ausführt.
Dem Speicher nachgeschaltet ist ein weiteres Schaltglied 10. Ihm werden die Ausgangsspannung des Speichers und ausserdem auf direktem Wege die 150-Spannungsblöcke des Flip-Flop-Gerätes 7 zugeführt.
Die Ausgangsspannung dieses Schaltgliedes, Linienzug n, legt nunmehr endgültig die Zündzeitpunkte für die zugehörige Anode fest, u. zw. bestimmen jeweils die rückwärtigen Flanken der Spannungsblöcke den
Zündzeitpunkt.
Die Steuerungseinrichtung hat darüberhinaus aber noch das Kommando für die Nullaussteuerung beim Übergang vom Wechselrichter-auf Gleichrichterbetrieb zu geben. Es wircl aher die Zeitmarke 1050 des Drehstromnetzes zusammen mit der Ausgangsspannung derFlip-Flop-Stufe 5 einenweiterenKoinzidenzglied 12 zugeleitet, so dass nur bei Kommando "Gleichrichterbetrieb" der Impuls weitergegeben wird.
Steht nun bereits vom Schaltglied 10 Kommando zur Gleichrichtersteuerung an, so wie es im Beispiel der Fig. 3 der Fall ist, dann kann der 105 -Impuls nicht wirksam werden. Anders dagegen, wenn sich die Steuerspannung in der Phase so weit verschiebt, dass der Umsteuerbefehl auf Gleichrichterbetrieb erst mit dem Impuls +600 gegeben wird. Dann wird nämlich der 150-Block nicht mehr durchgelassen und der 1050-Impuls wird wirksam.
Die Ausgangsspannungen des Scb altgliedes 10 sowie des Koinzidenzgliedes 12 gehen dem Gittersteuergerät 13 zu, das hieraus rechteckige Gitterimpulse erzeugt und dem Gitter der zugehörigen Entladungsstrecke zuleitet (Linienzug q).
Eine Vervollkommnung der hier beschriebenen Umrichtersteuerung durch Einfügung einer Stromkompoundierung im Wechselrichterbetrieb ist weiterer Gegenstand dieser Erfindung. Der Blindstromverbrauch eines frequenzelastischenumrichters der beschriebenen Art ist nicht nur von der Teilaussteuerung der jeweils einen, den Übergang auf Wechselrichterbetrieb übernehmenden Anode. sondern in weit stär- keremMasse von der Aussteuerung der übrigen Anoden der Umrichtereinheit abhängig, d. h. also von der gleichbleibenden Zündverzögerung im Gleichrichterbetrieb und Zündverfrühung im Wechselrichterbetrieb (P. espektabstand).
Nun ist bekanntlich der notwendige Respektabstand von dem jeweiligen Belastungsstrom des Wechselrichters abhängig, da die (in den Fig. 1 und 2 nicht berücksichtigte) für den Übergang des Stromes von einer Anode zur nächsten erforderliche Zeit (Kommutierungszeit) mit der Stromstärke anwächst. Nach der Erfindung kann dieser Umstand zu einer zusätzlichen Verringerung des Blindleistungbedarfs des Gleichrichters in der Weise ausgenutzt werden, dass der Zündverfrühungswinkel des Wech selrichters mit wachsendem Belastungsstrom vergrössert wird, u. zw. annähernd um ebensoviel wie die Kommutierungszeit mit dem Belastungsstrom zunimmt. Ist z.
B. bei Leerlauf ein Respektabstand von 150 ausreichend und beträgt die Kommutierungszeit bei vollem Belastungsstrom ebenfalls. 150, so ist bei einer Zunahm e der Belastung von Null auf Vollast der Respektabstand von 150 auf 300 zu vergrössern, wobei die Kommutierung in dem Intervall von 300 bis 150 stattfindet, also 150 vor dem Schnittpunkt der Anodenspannungen beendet ist.
Die Einflussgrösse einer solchen Stromkompoundierung - die am einfachsten über einen Stromwandler gewonnen werden kann-kann z. B. direkt in den Gittersteuersatz eingeführt werden. Die Vorverschiebung der Wechselrichterimpulse lässt sich durch eine Vertikalsteuerung der Gittersteuervorrichtung erreichen, wobei die Summe aus einer konstanten, dem Mehrphasennetz entnommenen Hilfswechselspannung und der Bürdenspannung des Einphasenstromwandlers einer Gleichspannung gegengeschaltet wird. Durch geeignete Wahl dieser Spannungen kann erreicht werden. dass mit wachsendem Einphasenstrom eine zeitliche Vorverlagerung des Nullaurchganges der aus den drei Hilfsspannungen resultierenden Summenspannungen und damit des Gitterzündimpulses um den erforderlichen Winkel bewirkt wird.
Hiebei wird durch die konstante Hilfswechselspannung die notwendige Abhängigkeit des Verschiebungswinkels von dem Belastungsstrom entsprechend einer cos-Funktion erreicht. Durch Ventile, die für jede Umrichterhälfte nur Stromhalbwellenwirksam werden lassen, ist dabei sichergestellt, dass nur die Wechselrichter-Gitterimpulse der gerade stromführenden Umrichterhälfte von der Stromkompoundierung beeinflusst werden.
Eine Stromkompoundierung des Wechselrichters lässt sich'natürlich auch an anderer Stelle in die Umrichtersteuerung einführen und es sind andere Verfahren als eine Vertikalsteuerung möglich, ohne dass
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dadurch das Prinzip der Erfindung geändert wurde. Auch lässt sich das Verfahren mit Vorteil auf Gegen- tak-und Kreuzschaltungeii der allgemeinen Stromrichtertechnik anwenden.
FUr die einwandfreie Verwirklichung der beschriebenen Steuerfunktion sind praktisch träghe1tslos ar- beitende Steuerungsorgane erforderlich. Hiefür eignen sich u. a. Hochvakuum-Elektronenröhren. Zur Erreichung einer hohen Betriebssicherheit und langen Lebensdauer der Steuerungseinrichtung sowie zur Verminderung des Platzbedarfes werden als Steuerungsorgane Transistoren in an sich bekannten Grundschaltungen bevorzugt. Hiebei finden die Transistoren nur als Schaltglieder Verwendung, so dass Kennlinien- änderungen ab Folge von Alterungserscheinungen und Temperaturabhängigkeiten ohne Einfluss bleiben.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zurSteuerung eines zur frequenzelastischenEnergieubertragung zwischen einem Mehrpha-
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mit gegeneinander phasenverschobenen Anodenspannungen bedeuteL, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Grundlage digitaler Steuerverfahren aus den beiden durch den Umrichter gekuppelten Wechselstromnetzen Zeitmarken hergeleitet werden, die je in gleichmässigen Zeitintervallen aber die Netzperioden beider Netze verteilt sind, und die einmal die für den Umrichterbetrieb in Frage kommenden Zilndzeitpunkte bei den verschiedenen Aussteuerungen der einzelnen Anoden, und zum andern die Zeitbereich, in de- nen diese Aussteuerungen wirksam werden sollen, festlegen, wobei zur Zusammenfassung der Zeitmarken beider Netze und zur Umwandlung in die erforderlichen,
den Zeitbereichen verschiedener Aussteuerung entsprechenden Grössen elektrische Netzwerke, wie Flip-Flop-Geräte, Koinzidenzglieder und Speicheranordnungen, Verwendung finden.