Einrichtung zur Umformung von Gleichstrom in Mehrphasenwechselstrom oder umgekehrt mittelst gittergesteuerter Entladungsgefässe. Gegenstand der Erfindung ist eine 'Um formungseinrichtung, bei der die Kommu- tierung, das heisst der Übergang der Ent ladung von einer Entladungsstrecke auf eine andere, bei Verwendung von gitter- gesteuerten Dampf- oder Gasentladungs- gefässen, das heisst Entladungsgefässen mit ionisierbarem Medium, vereinfacht ist.
Bei den bisher vorgeschlagenen Umformungsein richtungen, die Entladungsgefässe mit ioni- sierbarem Medium enthalten, wird während des Kommutierungsvorganges dem Entla dungsgefässe, dessen Entladungsstrom unter brochen werden soll, eine Gegen-ENg zuge- führt. Dies kann man zum Beispiel durch Kapazitäten erreichen.
Die Verwendung von Kapazitäten hat jedoch den Nachteil, dass die Umformungseinrichtung kompliziert und der Aufwand für die Umformungsein- richtung zu gross wird. Gemäss der vorlie genden Erfindung erfolgt die Kommutierung bei der Erzeugung von Mehrphasenwechsel- Strom mittelst der Phasenzahl entsprechender Paare von in Reihe angeordnet an der Gleich spannung liegenden Entladungsgefässen durch zwischen den beiden Entladungsge fässen eines Paares liegende Induktivitäten, die untereinander magnetisch verkettet sind.
Die in Fig. 1 und 2 der Zeichnung dar gestellten mehrphasigen Umformungseinrich tungen enthalten Paare elektrischer Entla dungsgefässe, die einerseits mit den Gleich stromleitungen 10 und anderseits mit dem Mehrphasenstromnetz über eine mehrphasige transformatorische Verkettung 26 mit Mehr phasenwechselstromklemmen<B>927</B> verbunden sind. Bei diesen Anordnungen ist die Zahl der Paare der Entladungsgefässe 28-29.
30-31 und 32-83 gleich der Zahl der Phasen des Wechselstromkreises. Zwischen den Entladungsgefässen jedes Paares liegt eine Wicklung mit Mittelanzapfung (Fig. 2) bezw. mehrere auf verschiedenen Kernen an geordnete Wicklungsteile (Fig. 1).
Die ein- zelnen Wicklungen bezw. Wicklungsteile auf einem gern bilden einen Stromverkettungs- transformator, der, wie noch erläutert wird, die Kommutierung durchführt.
Wenn der Transformator mit Mitteln zum Kompen sieren der Wirkung der Streureaktanz ver sehen ist, erfüllt er die Kommutierungs- bedingungen, das heisst er liefert im ge wünschten Augenblick eine solche Spannung, dass die Entladung in einer vorbestimmten Entladungsstrecke erlischt.
Die einzelnen Wicklungen der mehr- phasigen Verkettung, die im folgenden als Zwischenphasentransformator bezeichnet sein soll, können in verschiedener Weise angeord net werden. So sind in Fig. 1 die je zu einem Paar von Entladungsgefässen gehörenden Wicklungsteile 34, 35, 36 auf verschiedenen Schenkeln eines Kernes 37, das heisst in Zickzackschaltung, angeordnet, während Fig. 2 eine Anordnung zeigt, bei der die Wicklungen 34, 35 und 36 je nur auf einen Schenkel gewickelt sind.
Die Steuerspannung wird den Gittern der Gefässe 28 bis 33 mittelst eines Transforma tors 38 von Wechselstromleitungen 39 zuge führt, die auch mit den Wechselstromleitun gen 27 verknüpft sein können (Fig. 2). Das Arbeiten der Einrichtung wird eingeleitet, indem man zeitweilig die Leitungen 27 an eine mehrphasige Wechselstromquelle legt. Je eine Kapazität 40 ist zwischen die ver schiedenen Phasen 27 geschaltet, um die Wirkung des Magnetisierungsstromes des Transformators 26 zu kompensieren und die Wellenform der Wechselspannung zu verbes sern.
Experimentelle Untersuchungen haben ergeben, dass derZwischenphasentransformator 26 die Kommutierung des umgeformten Stro mes in gleicher Weise bewirken kann wie Kondensatoren. Die Kurven in Fig. 3 sind Kopien von Oszillögrammen, die während des Arbeitens der Einrichtung nach Fig. 2 aufgenommen worden sind.
In diesen Dia grammen geben die Kurven 28' bis 33' den Verlauf der Ströme in den Gefässen 28 bis 33 an, Kurve 29" gibt die an den Haupt elektroden liegende Spannung des Gefässes 29 zu verschiedenen Zeitpunkten an, Kurve 41 stellt die Summe der Kurven 28' und 29' dar, Kurve 42 zeigt die Spannung zwi schen zwei der Klemmen<B>27,</B> Kurve 13 gibt den Strom in einer Phase des Wechselstrom kreises wieder, Kurve 44 gibt den Strom im Gleichstromkreis wieder, Kurve 45 enthält den Erregerstrom und Kurve 46 die Erreger spannung des Transformators 26.
Wie aus den Kurven 28' bis 33' erkenn bar ist, sind in jedem Augenblick vier der Entladungsgefässe 2.8 bis 33 stromführend und zwei nicht stromdurchlässig. Während des Zeitabschnittes ti bis t2 sind es die Ent ladungsgefässe 28 und 31 stromundurchlässig, während des Zeitabschnittes t2 bis t3 sind es die Entladungsgefässe 28 und 33, während des Zeitabschnittes t3 bis t4 sind es die Ent ladungsgefässe 30 und 33 usw.
Der Strom jedes Entladungsgefässes fliesst während zwei Drittel Periode oder 240 . Das Entladungsgefäss 29 überträgt zum Beispiel Strom während des Zeitab schnittes t6 bis tio. Während des Zeitab schnittes to bis tio fliesst der Strom des Ge fässes 29 auch durch die Wicklung 34 und das Gefäss 28. Zur Zeit tio wird das Gefäss 29 einer Gegenspannung unterworfen, wie sie durch die Kurve 29" wiedergegeben ist, und der Strom wird unterbrochen. Danach ver hindert das Gitterpotential des Gefässes 29 während ein Drittel Periode das Zünden des Stromes in diesem Gefäss.
Wir nehmen an, dass die Einrichtung Gleichstrom in Wechselstrom umformt. Dann fliesst der Strom durch die verschiedenen Teile der Einrichtung während des Zeitab schnittes t6 bis t7, so wie es durch die Pfeile in Fig. 2 bezeichnet ist. Es ist zu beachten, dass Strom von der positiven Gleichstrom leitung 10 durch das Gefäss 30 und die obere Hälfte der Wicklung 35 in den Wechsel stromverbraucherkreis fliesst. Vom Wechsel stromverbraucherkreis fliesst dieser Strom zur negativen Gleichstromleitung über die untern Hälften der Wicklungen 34 und 36 und die Entladungsgefässe 29 und 33 zurück.
Wäh rend dieses Zeitabschnittes fliesst auch ein kleiner Strom durch das Entladungsgefäss 28, die Wicklung 34 und das Entladungsgefäss 29, wie es in der Kurve 28' dargestellt ist. Zur Zeit t; zündet der Strom im Gefäss 32 und der Strom im Gefäss 28 wird unter brochen. Die Art und Weise, mit der der umzuformende Strom zwischen den verschie denen Entladungsgefässen wechselt, geht aus den Kurven 28' bis 3:3' hervor.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, nähert sich der Gesamtstrom 41 jedes Paares von Röhren einer Sinuswelle. Die Wechselstromkurven 42 und 43 zeigen, dass diese Wellenform durch die Kapazitäten 40 sinusförmig ge worden ist.
Die beschriebene transformatorische Ver kettung gibt ferner beim Gleichrichterbetrieb die Möglichkeit, Rückzündungen zu verhin dern, und beim Wechselrichterbetrieb, das heisst bei der Gleichstrom-Weehselstrom-Um- formung wie beschrieben, den Vorteil, dass die sonst zur Kommutierung verwendeten Kondensatoren nicht notwendig sind. Da durch wird die Grösse und der Aufwand für die Einrichtung vermindert und ein Arbeiten über einen uneingeschränkten Frequenz bereich gestattet.
Es lässt sich nämlich zei gen, dass, wenn eine Röhre mit negativem Anoden-Potential infolge einer Rückzündung in umgekehrter Richtung leitend wird, die volle Impedanz des Zwischenphasentransfor- mators diesem negativen Strom entgegen wirkt und den Stromfluss. innerhalb eines Bereiches von etwa einem Milliampere hält. Zur selben Zeit wird die Gleichspannung durch diese leitend gewordene Röhre kurzge schlossen und die positive Röhre, welche Strom in der richtigen Richtung führte, wird die negative Röhre auslöschen.
Infolge dieser beiden Vorgänge wird das Potential in der negativen Röhre sofort posi tiv, und die Rückzündung wird automatisch am Entstehen verhindert, im Gegensatz zu den üblichen Anordnungen, wo der kleinste Rückstrom sofort in eine Rückzündung über geht, sobalt eine Impedanz in seinem Weg fehlt. Infolge der mehrphasigen Verkettung der Wicklungen 34, 35, 36 wird im Fluss des Kernes 37 im wesentlichen keine Gleich stromkomponente vorhanden sein, und der Wechselfluss dieses Kernes ist viel kleiner als im Falle einer Umformung von Gleich strom in einphasigen Wechselstrom. Der Transformator 26 arbeitet also wie ein ge wöhnlicher Transformator.
Besonders günstig ist die Wicklungsanordnung gemäss Fig. 1.
Da in jedem gegebenen Augenblick vier der Entladungsgefässe Strom führen, sind vier der sechs Halbspulenabschnitte der Wicklungen 34, 35 und 36 gleichzeitig stromleitend, und der Transformator 26 arbeitet abgesehen von der Gleichstrommag- netisierung sehr ähnlich wie ein Autotrans formator, Transformator 26 wird daher für ungefähr<B>50%</B> der gVA der Wechselstrom belastung bemessen.
Für das Arbeiten der Einrichtung hat es sich als zweckmässig herausgestellt, dass die Induktivität der Wicklungen 34, 35 und 36 pro Halbspulen abschnitt grösser als die doppelte Induktivität einer Phase der Wechselstrombelastung zu nehmen ist.
Man kann auch mehrere Umformungsein- richtungen in Reihe geschaltet an die Klem men der Gleichspannung legen. Dies ist bei spielsweise in Fig. 4 dargestellt. Das Gleich stromnetz 10 speist über die beiden Gruppen von Entladungsgefässen 28' bis 33' bezw. 28" bis 33" und die Zwischenphasentransforma- toren 26' bezw. 26" die beiden Mehrphasen netze 27' bezw. <B>27".</B> Die Schaltung jeder aus sechs Entladungsgefässen und einem Zwischenphasentransformator bestehenden Gruppe entspricht dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2.
Die Gittersteuerung der Entla dungsgefässe ist zwecks Vereinfachung fort gelassen. Sie kann in an sich bekannter Weise geschehen, zum Beispiel Gittertrans formators, wobei die dem Gitter jeder Ent ladungsstrecke zugeführte Wechselspannung einer fremden Wechselstromquelle oder auch der erzeugten Wechselspannung, gegebenen falls mit Phasenverschiebung, entnommen sein kann. Jedoch besteht die Möglichkeit. die Gitterkreise auch in anderer Weise zu erregen, zum Beispiel mittelst Kommutators.
Die Arbeitsweise jeder Gruppe ist bereits weiter oben eingehend beschrieben. Zur Er höhung der Betriebssicherheit kann man in eine der Gleichstromleitungen eine Drossel spule einfügen, jedoch ist die Einfügung der Drosselspule keine notwendige Massnahme.
Die Steuerung jeder Gruppe kann mit verschiedener Frequenz erfolgen. Aber es ist ebenso möglich, dass alle in Reihe geschalteten Gruppen mit derselben Frequenz und insbe sondere gleichphasig gesteuert werden. Man kann dann die in jeder Gruppe erzeugten Mehrphasenströme einem einzigen Mehr phasennetz durch Transformatoren zuführen.
Die Reihenschaltung ist jedoch nicht auf die eine Ausführungsform beschränkt. Bei spielsweise kann sie auch bei Umformungs einrichtungen nach Fig. 1 angewendet wer den. Ebenso können auch Mittel vorgesehen sein, die bei abnormen Verhältnissen, zum Beispiel Kurzschlüssen, den Gittern der ein zelnen Entladungsgefässe eine negative Span nung. zuführen.
Zum Ausgleich von Ungleichmässigkeiten bei der Spannungsunterteilung auf die ein zelnen Gruppen kann man zweckmässig parallel zu jeder Gruppe, das heisst zwischen die Anoden von 28', 30', 32' und die Ka thoden von 29', 31', 33' und zwischen die Anoden von 28", 30", 32" und die Kathoden von 29", 31", 33" je eine entsprechend ge wählte Kapazität 50' bezw. 50" schalten, wo durch die sich aus den Erdkapazitäten jeder Gruppe ergebende ungleichmässige Span nungsverteilung behoben wird. Dabei können die Kapazitäten gross gegen die Erdkapazi- täten jeder Gruppe sein.
Sie können aber auch so bemessen sein, dass die ungleich mässige Spannungsunterteilung auf die ein zelnen Gruppen wenigstens annähernd besei- tigt ist.