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Steuereinrichtung zur Tastung von Umrichtern
Zur Erzeugung von Wechselspannungen einer von der Netzfrequenz eines gegebenen Wechselstrom- netzes abweichenden Frequenz mittels eines sogenannten Umrichters ist es vorteilhaft, fremdgeftlhrte
Wechselrichter zu verwenden, die an einem gesteuerten oder ungesteuerten Gleichrichter angeschlossen sein können. Eine derartige Anordnung eines Gleichrichters und eines mit diesem verbundenen Wechselrichters wird als Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis bezeichnet. Als Gleichrichter können beispiels- weise gesteuerte Gasentladungsstromrichter oder Halbleitergleichrichter-Anordnungen verwendet werden.
Ein Prinzipschaltbild einer bekannten Anordnung eines zweipulsigen fremdgeführten Wechselrichters in der Mittelpunktschaltung zeigt Fig. 1. Er besteht aus zwei gesteuerten Gasentladungsröhren 1 und 1', einem Transformator 2 mit einer einphasigen Primärwicklung und einer zweiphasigen Sekundärwicklung in Mittelpunktschaltung, einem Kondensator 3 und einer in die Gleichstromzuleitung des Wechselrichters eingeschalteten Drossel 4. Die Steuerung der Röhren erfolgt durch ein Gittersteuergerät 5, das für die erzeugte Wechselspannung frequenzbestimmend ist. Mittels eines Schalters 6 kann der Wechselrichter an die beispielsweise einem Gleichrichter entnommene Eingangsgleichspannung Ug angeschlossen werden.
Die Wechselspannung des Wechselrichters, die mit Uw bezeichnet ist, kann an der primären Einphasenwicklung des Transformators 2 abgenommen werden.
Nach Schliessen des Schalters 6 wird zunächst diejenige Entladungsröhre, deren Steuergitter gerade eine positive Spannung erteilt ist, stromführend, wobei der Gleichstrom i auftreten soll. Hiebei wird infolge der zwischen der einen sekundären Teilwicklung und der ganzen Sekundärwicklung des Transformators entstehendenSpannungsübersetzung der Kondensator 3 auf eine Spannung bis zum etwa doppelten Betrag der Gleichspannung Ug aufgeladen.
Bei Erscheinen eines positiven Gitterspannungsimpulses des Gittersteuergerätes an der bisher gesperr- ten Entladungsröhre zündet nun auch diese, worauf unter der Wirkung der Kondensatorspannung ein mehr oder weniger steil ansteigender, über beide Entladungsröhren fliessender Kreisstrom j entsteht, dessen Anstieg solange anhält, bis der in der zuerst stromführendenRöhre fliessende Differenzstrom ig - j durch Null geht. Diesen für gewöhnlich sehr kurzen Ablösevorgang der Entladungsröhren bezeichnet man bekanntlich als Kommutierung.
In ähnlicher Weise lösen sich in der Folgezeit die beiden Gasentladungsröhren l. l'abwechselnd in der Zeitfolge der Gitterspannungsimpulse des Gittersteuergerätes ab, wobei während der Dauer des Stromflusses in jeder der beiden Röhren eine vollständige Umladung des Kondensators 3 von positiver zu negativer Spannung oder umgekehrt stattfindet. Die Kurvenform der auf diese Weise entstehenden Wechselspannung wird bekanntlich von der Kapazität des Kondensators 3, der Induktivität der Drossel 4 und der an der Primärwicklung des Transformators 2 anliegenden Belastung bestimmt.
Derartige Umrichter, deren Gleichrichter und Wechselrichter auch mehrpulsig ausgebildet sein können, werden neuerdings in zunehmendem Masse zur Erzeugung eines Wechselstromes netzfremder Frequenz in Hochspannungsleitungen zum Zwecke einer sogenannten Rundsteuerung angewendet. Für eine derartige Steuerung ist es indessen zur Übertragung einer bestimmten Information notwendig, den Wechselstrom und damit den Umrichter impulsmässig zu tasten.
Diese Tastung des Umrichters könnte beispielsweise am Wechselstromausgang des Wechselrichters oder auch im Gleichstromzwischenkreis, also im Gleichstromausgang des Gleichrichters vorgenommen werden.
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Aus der franz. Patentschrift Nr. 1. 193. 184 ist es bekannt, für Rundsteueranlagen zur Erzeugung tonfrequenter Ströme einen Sender zu verwenden, der. einen von einem Gleichrichter gespeisten und von einem Tonfrequenzgenerator mit konstanter Frequenz gesteuerten, aus Gasentladungsgefässen bestehen- den, fremdgesteuerten Wechselrichter enthält, wobei der Gleichrichter aus gittergesteuerten Röhren ge- bildet ist, in deren Gitterkreis ein Impulsgeber vorhanden ist. Der Tastung stehen indessen einige Schwie- rigkeiten entgegen.
Die Spannungshaltung des fremdgeführten Wechselrichters ist nämlich an eine bestimmte Belastung gebunden. Bei Fehlen einer Belastung infolge einer Unterbrechung des Wechselstromkreises würde ein un- zulässig hohes Ansteigen der Wechselspannung des Wechselrichters eintreten. Aus diesem Grunde ist in
Verbindung mit der Wegnahme der Wechselstrombelastung die sofortige Einschaltung einer Ersatzlast er- forderlich. Bei einer solchen Umschaltung von der gegebenen Wirklast während der Tastdauer auf eine Er- satzlast während der Tastlücke ist es jedoch nicht zu vermeiden, dass der Wechselrichter vorübergehend mit der Summe der Ströme dieser Belastungen beansprucht ist, was zu einem Kippen des Wechselrichters, also zu einem Aussetzen der Kommutierung führen kann.
Bezüglich der zweiten genannten Möglichkeit, die Tastung des Umrichters im Gleichstromzwischen- kreis vorzunehmen, ist zu bedenken, dass im vorliegenden Falle der Anwendung des Umrichters zur Einspeisung in eine Hochspannungsleitung die Netzwechselspannung als Gegenspannung des Wechselrichters auftritt. Diese Gegenspannung bewirkt, dass die Entladungsröhren des Wechselrichters bei Erscheinen eines positiven Gitterspannungsimpulses bereits zünden, bevor die Gleichspannung mittels des Schalters 6 eingeschaltet worden ist, so dass nach Einschalten dieses Schalters eine Durchzündung einer Röhre eintreten kann, die ordnungsgemäss im Rhytmus des Wechselrichterbetriebes gesperrt sein soll.
Um diese genannten Nachteile zu vermeiden, sieht die Erfindung für die Tastung von Umrichtern, bestehend aus einem Gleichrichter, einem Gleichstromzwischenkreis und einem fremdgeführten Wechselrichter mit gittergesteuerten Gasentladungsröhren und einem zugehörigen Gittersteuergerät, vorzugsweise zum Einspeisen eines Wechselstromes in ein Wechselstromnetz mit einer über der Netzfrequenz liegenden Wechselrichterfrequenz, eine Steuereinrichtung vor, bei welcher zwischen den Gleichstromzuleitungen am Wechselrichtereingang ein elektromagnetisch oder elektronisch wirkendes Relais angeordnet ist,
das bei abgeschalteter Eingangsgleichspannung des Wechselrichters dem Gittersteuergerät eine hohe negative Gittervorspannung und bei Einschaltung der Eingangsgleichspannung des Wechselrichters unmittelbar nach Erscheinen der Eingangsgleichspannung in Abhängigkeit von dieser dem Gittersteuergerät eine niedrige negative Gittervorspannung erteilt, wobei die beiden genannten Gittervorspannungen so bemessen sind, dass nur bei der niedrigen Gittervorspannung die für den Wechselrichterbetrieb erforderliche Einwirkung der Gitterspannungsimpulse des Gittersteuergerätes auf die Gasentladungsröhren des Wechselrichters eintritt.
Ein Beispiel einer derartigen Steuereinrichtung nach der Erfindung ist in dem Schaltbild Fig. 2 wiedergegeben. Die Schaltung besteht beispielsweise aus der schon in Fig. 1 dargestellten Grundschaltung eines zweipulsigen Wechselrichters in der Mittelpunktschaltung.
Zwischen den Gleichstromzuleitungen dieses Wechselrichters ist die Spule 7 eines Gleichscromrelais, das einen Ruhekontakt 7a besitzt, angeschlossen. Durch den im spannungslosen Zustand der Relaisspule 7 bestehenden Kontaktschluss ist der positive Pol einer Hilfsgleichspannungsquelle, die über zwei Spannungsteilerwiderstände 8 und 9 dieGleichspannungen Uund U, herstellt, mit der unteren auf Kathodenpotential liegenden Gleichstromzuleitung des Wechselrichters verbunden. Der negative Pol dieser Hilfsgleichspannungsquelle ist mit dem Gittersteuergerät 5 verbunden. Die Gesamtspannung U 1 + U 2 stellt eine negative Gittervorspannung der Röhren 1 dar, die so hoch bemessen sind, dass die positiven Gitterspannungsimpulse des Gittersteuergerätes 5 steuertechnisch unwirksam bleiben.
Infolgedessen kann auch unter der Wirkung der am Transformator 2 anliegenden Netzwechselspannung keine Zündung der Röhren 1 stattfinden. Die Röhren 1 sind völlig gesperrt.
Die Verbindungsstelle der Spannungsteilerwiderstände 8 und 9 ist über einen hochohmigen Widerstand 10 fest mit der unteren Gleichstromzuleitung des Wechselrichters verbunden.
Die Gleichspannung U, ist auf Grund der Auslegung der Spannungsteilerwiderstände 8 und 9 so bemessen, dass, sofern sie allein als Gittervorspannung der Röhren 1 wirksam ist, die für den Wechselrichterbetrieb erforderliche Steuerung durch die positiven Gitterspannungsimpulse eintritt.
Wird nun der Wechselrichter, beispielsweise durch Schliessen des Schalters 6, getastet, so wird mit Erscheinen der Gleichspannung Ug am Wechselrichter die Relaisspule 7 stromführend und der Ruhekontakt 7a geöffnet. Damit wird die Gleichspannung IJ als Gittervorspannung abgetrennt. Der positive Pol der Gleichspannung U legt sich nun über den Widerstand 10 an die untereGleichstromzuleitung desWechsel-
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richters, womit die Gleichspannung U 2 allein als Gittervorspannung wirksam wird. Mit Rücksicht auf die getroffene Bemessung von U werden die Gitterspannungsimpulse des Gittersteuergerätes wirksam, womit der Wechselrichter unter Zustandekommen des Gleichstromes ig in Funktion tritt.
Die Steuereinrichtung ermöglicht mithin ein beliebiges Tasten des Wechselrichters und damit des ganzen Umrichters, ohne dass durch den Tastvorgang eine anormale Veränderung der Höhe oder der Kur- venform der Wechselspannung oder die Entstehung einer Kippgefahr des Wechselrichters eintritt. Ebenso ist eine vorzeitige Zündung der Gasentladungsröhren unter der Wirkung der am Transformator anliegenden
Netzwechselspannung vollständig unterbunden.
Die Ausbildung der Steuereinrichtung nach der Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungs- beispiel beschränkt.
Abgesehen davon, dass die Aufschaltung der Gleichspannung Ug auf den Wechselrichter nicht nur mittels eines Schalters oder Schützes 6, sondern auch mittels der Steuerung eines gegebenenfalls gitterge- steuerten Gleichrichters, der die Gleichspannungsquelle des Wechselrichters bildet, bewirkt werden kann, kann die mit dem Tastvorgang veränderliche Gittervorspannung des Gittersteuergerätes des Wechselrich- ters auf sehr verschiedene Weise geändert werden. So kann an Stelle des elektromagnetisch wirkenden Re- lais 7 ein mit einer Hochvakuumröhre oder mit einem Transistor bestücktes elektronisches Relais verwen- det werden.
Ebenso kann die Anordnung der Gittervorspannungen Ul und U z sowie der Widerstände auf mannigfache Weise abgeändert sein, ferner kann zu dem gleichen beabsichtigten Zweck an Stelle eines
Ruhekontaktes des Relais in einer andern Schaltung ein Arbeitskontakt verwendet werden. Bei allen sol- chen möglichen Anordnungen kommt es nur darauf an, dem Gittersteuergerät 5 bei spannungslosem Re- lais 7 eine hohe und bei Erscheinen der Gleichspannung Ug an dem Relais 7 dem Gittersteuergerät eine erniedrigte Gittervorspannung zu erteilen.
Ebenso ist die Anwendung der Erfindung nicht auf zweipulsige Wechselrichter beschränkt, sondern auch auf höherpulsige Wechselrichter anwendbar.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Steuereinrichtung zur Tastung von Umrichtern, bestehend aus einem Gleichrichter, einem Gleichstromzwischenkreis und einem fremdgeführten Wechselrichter mit gittergesteuerten Gasentladungsröhren und einem zugehörigen Gittersteuergerät, vorzugsweise zum Einspeisen eines Wechselstromes in ein Wechselstromnetz mit einer über der Netzfrequenz liegenden Wechselrichtfrequenz, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Gleichstromzuleitungen am Wechselrichtereingang ein elektromagnetisch oder elektronisch wirkendes Relais (7) angeordnet ist, das bei abgeschalteter Eingangsgleichspannung des Wechselrichters dem Gittersteuergerät (5)
eine hohe negative Gittervorspannung und bei Einschaltung der Eingangsgleichspannung des Wechselrichters unmittelbar nach Erscheinen der Eingangsgleichspannung in Abhängigkeit von dieser dem Gittersteuergerät eine niedrige negative Gittervorspannung erteilt, wobei die beiden genannten Gittervorspannungen so bemessen sind, dass nur bei der niedrigen Gittervorspannung die für den Wechselrichterbetrieb erforderliche Einwirkung der Gitterspannungsimpulse des Gittersteuergerätes auf die Gasentladungsröhren (1, 1') des Wechselrichters eintritt.