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Verfahren zur Prüfung von Ionenventilen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung von lonenventilen, vorzugsweise für hohe Leistungen, wobei der Prüfling als eines der Ventile in einen Wechselrichter eingesetzt wird.
Bei Prüfung von Ionenventilen hat man bisher gewöhnlich einen Gleichrichter und einen Wechselrich- ter verwendet, wobei die Leistung von einem Wechselstromnetz über den Gleichrichter und Wechselrich- ter und zurück zum Netz geführt wurde.
Bei der letzten Entwicklung in der Stromrichtertechnik, die zu immer grösseren Leistungen und damit immer grösseren Einheiten und dadurch auch immer grösseren Ionenventilen führt, erfordert die Prüfung von grossen Ventilen ein sehr starkes Netz, was bei den allergrössten Einheiten schwer zu erreichen sein kann, wo die Ionenventile hergestellt werden, ganz abgesehen davon, dass die Prüfung gewöhnlich mit einer Drei-Pulsgruppe ausgeführt wird, die auch auf einem starken Netz störende Belastungsoberwellen erzeugt.
Diese Schwierigkeit ist durch die Erfindung vermieden, bei der die lonenventile derart geprüft werden, dass der Prüfling als eines der Ventile in einen Wechselrichter eingesetzt wird, der an einen Schwingungskreis angeschlossen und von einer Gleichspannungsquelle, deren Spannung wenigstens eine Grössenordnung kleiner als die Nennspannung des Prüflings ist, mit einem Gleichstrom gespeist wird, der dem
Nennstrom des Prüflings entspricht, und der Schwingungskreis so bemessen ist, dass die Amplitude der Schwingungsspannung bei einer Wechselrichterfrequenz, die der Eigenfrequenz des Schwingungskreises entspricht, die gewünschte Prüfspannung übersteigt.
Der Wechselrichter kann zweckmässig ein Einweg-, Zweipuls-Wechselrichter sein, bei dem beide Ventile Prüflinge sind. Da der Wechselrichter keine Leistung abgibt, sondern mit der im Schwingungskreis oszillierenden Energie arbeitet, wird die Prüfausrüstung nur die Leistung aufnehmen, die die Verluste decken soll, und da keine Leistung zum Netz zurückgeführt wird, wird dieses auch nicht mit unerwünschten Oberwellen belastet, und die Frequenz des Wechselrichters kann unabhängig von dei Frequenz des Netzes gewählt werden.
Dies bedeutet, dass die Prüffrequenz wesentlich höher als die konventionelle Netzfrequenz gewählt werden kann, und da die Prüfung von lonenventilen auf Grund des zufälligen Auftretens der Ventilfehler eine recht lange Zeit umfassen muss, kann durch die gesteigerte Frequenz ein beträchtlicher Zeitgewinn erreicht werden.
Wie oben gesagt, wird der Wechselrichter von einer Gleichspannungsquelle mit einem Gleichstrom gespeist, der dem Nennstrom der Prüfventile entspricht, welche Gleichspannung wenigstens eine Grössenordnung kleiner als die Nennspannung der Prüfventile ist. Da die Gleichspannungsquelle indessen nur eine Leistung abgeben soll, die den Verlusten in der Ausrüstung entspricht, kann die Gleichspannung verhältnismässig niedrig sein und in der Regel mehrere Zehn-Potenzen unter der genannten Nennspannung liegen.
Die Erfindung soll im übrigen unter Hinweis auf die Zeichnung näher beschrieben werden, in der Fig. l eine Ausrüstung zur Prüfung von lonenventilen für hohe Leistungen nach dem Prinzip der Erfindung zeigt, während die folgenden Figuren Spannungs- und Stromverhältnisse über den verschiedenen Komponenten in der Ausrüstung zeigen.
Fig. l zeigt einen Einweg-Zweispulwechselrichter 4, der zwei Ionenventile 8 und 9 und eine Saugdrossel 7 umfasst. An sich kann jede beliebige Form eines Wechselrichters für den Zweck verwendet wer-
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den, aber durch Benutzen eines Einwegstromrichters wird erreicht, dass die Kathoden der Ventile auf Nullpotential liegen können. Da der Wechselrichter keine Leistung abgeben soll, kann der Wechselstromtransformator in diesem Falle sich auf die gezeigte Saugdrossel 7 beschränken. Im Kommutierungskreis zwischen den beiden Ionenventilen 8 und 9 ist ein Schwingungskondensator eingesetzt, in diesem Falle aus Symmetriegründen in zwei Kondensatoren 10 und 11 aufgeteilt, und eine Kommutierungsdrossel 12.
Bei Prüfung von mehreren Ionenventilen können beide Ventile 8 und 9 Prüfventile sein, während es im übrigen bedeutungslos für die Wirkungsweise der ganzen Ausrüstung ist, inwieweit eines oder beide Ventile Prüfventile sind.
Der Wechselrichter wird von einer Gleichspannungsquelle in der Form eines Gleichtichters 2 gespeist, der von einem Gleichrichtertransformator 1 gespeist ist. Zur Glättung des Gleichstromes vom Gleichrichter 2 ist eine Glättungsdrossel 5 und ein Glättungskondensator 6 eingesetzt worden. Ferner ist der Wechselrichter mit einem Steuergerät 19 von bekanntem Typ versehen.
Der für die Anordnung erforderliche Schwingungskreis besteht aus einer Schwingungsdrossel 3 und den beiden früher genannten Schwingungskondensatoren 10 und 11. Darüber hinaus bilden die letztgenannten Kondensatoren zusammen mit der vorhergenannten Kommutierungsdrossel auch einen Schwingungskreis.
Um die Wirkungsweise zu erklären, ist beispielsweise vorausgesetzt, dass das lonenventil 8 leitend und das Ionenventil 9 gesperrt ist, wobei der Gleichstrom vom Gleichrichter 2 durch die Schwingungsdrossel 3 fliesst und sich an der Saugdrossel in zwei Teile teilt, die auf Grund der Wirkung der Saugdrossel gleich gross werden, und von denen der eine von der Saugdrossel direkt zur Anode des Ventils 8 fliesst, während der andere aber die Kondensatoren 10 und 11 und die Kommutierungsdrossel 12 fliesst, ehe er zur Anode im Ventil 8 fliesst. Hiebei werden die Kondensatoren 10 und 11 geladen. Zu einem gewissen Zeitpunkt, ehe die Kondensatoren voll geladen sind, bekommt das Ventil 9 einen Zündimpuls, wobei ein Kommutierungsstrom in dem das Ventil 9, Ventil 8, die Kondensatoren 10 und 11 und die Kommutierungsdrossel 12 umfassenden Kommutierungskreis anwächst.
Die Kommutierungsdrossel 12 ist angeordnet wor- den, um das Derivat des Kommutierungsstromes auf einen gewünschten Wert zu beschränken, weshalb es oft zweckmässig ist, die Kommutierungsdrossel veränderlich zu machen. Die Zündung des Ventils 9 bringt also mit sich, dass der Strom in den drei Komponenten, den Kondensatoren 10 und 11 und der Kommutierungsdrossel 12, umgekehrt wird.
Um die weitere Wirkungsweise der Ausrüstung zu erklären, wird auf Fig. 2 hingewiesen, die den Strom in der Schwingungsdrossel 3 zeigt. Wenn die Schwingungsdrossel und der Schwingungskondensator unendlich gross wären, würde dieser Strom konstant werden, wie an der Kurve 11 gezeigt ist. Während dies theoretisch unmöglich ist, kann man sagen, dass es auch aus praktischen Gründen wünschenswert ist, die Schwingungsdrossel und den chwingungskondensator so klein wie möglich und dadurch so billig wie möglich zu machen, oder mit andern Worten : eine möglichst hohe Eigenfrequenz des Schwingungskreises, der aus Schwingungsdrossel und Schwingungskondensator besteht, zu haben, um bei diesen zwei Komponenten Kosten zu sparen, die bei Ionenventilen für hohe Leistungen auf jeden Fall recht hoch sein müssen.
Um eine Auffassung darüber zu bekommen, wie klein die genannten Komponenten gemacht werden können, denkt man sich, dass der Wechselrichter mit einer der Eigenfrequenz des Schwingungskreises entsprechenden Frequenz arbeitet. Dies larde bedeuten, dass die Kommutierung zu dem Zeitpunkt erfolgt, wo der Kondensator 10 und 11 volle Ladung erreicht hat und der Strom im Kondensator somit auf Null gesunken ist. Dies bedeutet, dass die Kommutierung bei Nullstrom und dadurch momentan erfolgen wird.
Der Strom in der Schwingungsdrossel 3 würde dabei das bei der Kurve 12 in Fig. 2 angegebene Aussehen erhalten.
Für die Prüfung von lonenventilen würde ein solches Verfahren ohne Interesse sein, da Kommutierung bei Nullstrom die günstigsten Arbeitsverhältnisse für Ionenventile angibt und deshalb keine Fehler bei den Ionenventilen anzeigen würde. Soll die Ventilprüfung irgendeinen Wert haben, so muss das Stromderivat am Ende der Kommutierung einen Wert erreichen, der nicht den entsprechenden Wert der Prüfventile im praktischen Betrieb unterschreitet, weshalb die Schwingungsdrossel und Schwingungskondensator so gross sein müssen, dass die Eigenfrequenz des Schwingungskreises die erwünschte Prüffrequenz unterschreitet.
Der Strom in der Schwingungsdrossel muss deshalb das bei 13 in Fig. 2 gezeigte Aussehen haben, wo der kleinste Wert I bei Kommutierung so gross ist, dass die Kommutierungszeit mit dem gewünschten Stromderivat von der Grössenordnung 10¯4Sekunden wird.
Um die Wirkungsweise der Anordnung weiter zu erklären, wird auf Fig. 3 verwiesen, die die Spannung über den Kondensatoren 10 und 11 zeigt. Diese Spannung ist aus zwei sinusförmigen Spannungen E und E mit verschiedenenFrequenzen zusammengesetzt. Die Bereiche a-b, c-d und e-f repräsentieren hiebei die Kommutierungsbereiche, während die Bereiche b-c, d-e usw. die Perioden zwischen den Kommutierun-
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dadurchd. h. eine Spannung, die der maximalen Spannung des Prüfventils entspricht, muss die Impedanz des Schwingungskondensators bei der Resonanzfrequenz des Schwingungskreises grösser sein als das Verhältnis zwischen der maximalen Spannung und dem Mittelstrom des Prüfventils.
Die Steuerung des Wechselrichters erfolgt, wie vorher genannt, mit Hilfe eines Gittersteuergerä-. tes 19 von bekanntem Typ. Dieses Steuergerät kann im Verhältnis zur Ausrüstung ganz getrennt und mit eigener Bezugsspannung und eigenem Steuerimpulsgeber angeordnet sein, aber in einer Schaltung wie
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tretenden Spannungsvariationen erhalten zu lassen, weshalb in Fig. 1 ein im Gleichstromzuleiter zur Schwingungsdrossel eingesetzter Messtransduktor 17 gezeigt ist und ein Spannungstransformator 18, der über Zwischenanzapfungen der Saugdrossel, wie in Fig. l gezeigt, oder über den Kondensator angeschlossen sein kann. Die Ausgangsgrössen für diese Messgeräte können zweckmässig für Steuerung des Gittersteuergerätes 19 verwendet werden.
Für Begrenzung der Derivate der über einer erlöschenden Ventilstrecke auftretenden Sprungspannung können die Ventilstrecken zweckmässig mit einem Dämpfungskreis parallelgeschaltet sein, wie in Fig. 1 angedeutet ist, der einen Kondensator 13 bzw. 15 und einen Widerstand 14 bzw. 16 umfasst.
In Fig. l ist der Schwingungskondensator mit vollen Linien, angeschlossen an Aussenanzapfungen der Saugdrossel, gezeichnet. Er kann jedoch auch an Zwischenanzapfungen angeschlossen werden, wie mit gestreckten Linien angedeutet ist. Die Saugdrossel arbeitet dann als spargeschalteter Transformator, und die Impedanzen im Kommutierungskreis müssen der damit eingeführten Übersetzung angepasst werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Prüfung von lonenvenülen, vorzugsweise für hohe Leistungen, wobei der Prüfling als eines der Ventile in einen Wechselrichter eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel- richter an einen Schwingungskreis angeschlossen ist und von einer Gleichspannungsquelle, deren Spannung wenigstens eine Grössenordnung kleiner als die Nennspannung des Prüflings ist, mit einem Gleichstrom gespeist wird, der dem Nennstrom des Prüflings entspricht, und der Schwingungskreis so bemessen ist, dass die Amplitude der Schwingungsspannung bei einer Wechselrichterfrequenz, die der Eigenfrequenz des
Schwingungskreises entspricht, die gewünschte Prüfspannung übersteigt.