Anordnung zum Kommutieren bei Umformungseinrielitungen mit gesteuerten Entladungsstrecken. Die Erfindung bezieht sich auf Umfor- inungseinrichtungen mit gesteuerten Ent ladungsstrecken, für die vorzugsweise git- termesteuerte Dampf- oder Gasentla:dungs- gefässe Verwendung finden. Bekanntlich kann man mittelst -,esteuerter Entladungs strecken Wechselstrom in Gleichstrom um formen (Gleichrichter), Gleichstrom in Wechselstrom umformen (Wechselrichter) und Wechselstrom in Wechselstrom (Um richter) umformen.
Der nachstehend @ be schriebene Erfindungsgedanke soll vorzugs weise bei Gleichrichtern und Wechselrich tern angewendet werden.
Es sind bereits zahlreiche Anordnungen bekannt geworden, die Entladungsstrecken 'zur Energielieferung zwischen Gleichstrom- und Wechselstromkreisen verwenden. Diese verschiedenen Anordnungen unterliegen<B>je-</B> doch gewissen Beschränkungen in bezug auf ,die Steuerung des Leistungsfaktors des Wechselstromnetzes. Wenn beispielsweise.
Energie von einem Gleichstromnetz an ein Wechselstromnetz durch eine solche Anord nung geliefert wird, so ist es bisher unmög lich gewesen, eine stark induktive Belastung ohne die Verwendung einer sehr grossen Ka pazität zu speisen, die mit dem Wechsel stromkreis verknüpft ist und zur Kompen sation des nacheilenden Laststromes diente. Diese Beschränkung ergibt sich aus dem Um stand, dass es bisher nicht möglich war, einen Strom von einem Entladungsweg mit niedri gerer Gegen-EMK auf einen Entladungsweg mit höherer Gegen-EMK zu kommutieren.
Infolgedessen war es bisher notwendig, die Überführung des Laststromes von einem Entladungsweg auf einen andern dann vor zunehmen, wenn die Gegen-EMK des We ges, der die folgende Röhre enthält, kleiner ist als die des zuletzt stromführenden Weges. In ähnlicher Weise ist es bei der Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom häufig erwünscht, die Spannung des Gleichstrom kreises zu steuern, indem man die Phase der Gitterwechselspannung in bezug auf die Anodenwechselspannung im nacheilenden Sinne verstellt.
Das bewirkt einen nach eilenden Leistungsfaktor im Weehselstrom- iietz. Bis jetzt war es nicht möglich, den Belastungsstrom von einem Entladungsgefäss mit höherem Anodenpotential zu einem mit niedrigeremAnodenpotenhal zu kommutieren, das heisst, es war nicht möglich, den Be lastungsstrom von einem Entladungsweg mit niedrigerer Gegen-EMK zu einem mit höhe rer Gegen-EMK zu überführen; deshalb war der Belastungsstrom einer solchen Umfor mungseinrichtung stets wenigstens etwas nacheilend.
Gegenstand -der Erfindung ist eine An ordnung zum Kommutieren bei Umformungs einrichtungen mit gesteuerten Entladungs strecken, vorzugsweise gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefässen, bei wel cher Mittel vorgesehen sind, die es ermög lichen, den Kommutierungsvorgang in jedem gewünschten Augenblick einer Wechsel- stromp:eriode stattfinden zu lassen.
Dadurch ergeben sich verschiedene betriebliche Vor teile, indem nämlich der Wechselstromkreis bei jedem beliebigen Leistungsfaktor arbei ten kann. Insbesondere wird es dadurch ermöglicht, .einen Wechselrichter zu betrei ben, der einen stark induktiven Verbraucher speist. Anderseits ermöglich die Erfindung; die erzeugte Gleichspannung bei Gleichrich tern in :der gewünschten Weise zu steuern und gleichzeitig dem Wechselstromkreis einen voreilenden Leistungsfaktor zu geben.
In der Zeichnung .sind mehrere Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die verschiedene Lösungswege angeben.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungs beispiel betrifft eine Einrichtung zur Um formung von Gleichstrom in Einphasenwech- selstrom oder umgekehrt. Das Gleichstrom netz 10 und .das Einphasennetz 11 sind über einen Transformator 12 und die gitter gesteuerten Entladungsgefässe 14 und 15 ge- kuppelt. Ferner ist in den einen Gleich stromleiter eine Drosselspule 13 eingefügt. Zwei Kommutierungskondensatoren 16' und 16" sind in Reihe zwischen die Anoden kreise der beiden Gefässe 14 und 15 geschal tet.
Die Steuergitter der beiden Gefässe sinl über die Sekundärwicklung eines Gitter transformators 18 und einen Strombegren- zungswiderstand 19 mit den Kathoden ver bunden. Die Primärwicklung es Gitter transformators wird von einer Anordnung zum Verstellen der Phase gespeist, beispiels weise von einem Drehtransformator 20, der einen mehrphasigen, vom Netz 21 gespeisten Ständer und einer Läuferwicklung 22 ent hält. Es kann wünschenswert sein, einen ge sättigten Transformator 23 vorzusehen, oder den Gittertransformator 18 zu sättigen, wo durch man eine Gitterwechselspannung .spit zer Wellenform erhält, die für viele Steue rungszwecke vorteilhaft ist.
Damit das Po tential der Verbindung der beiden Kapazi täten 16' und 16" periodisch geändert wer den kann, ist die Verbindungsleitung über einen Kommutator 24 mit den Kathoden der Gefässe 14 und 15 und einer Gleichstrom quelle 25 mit parallel geschaltetem Konden sator 26 verbunden. Die Kommutatoranord- nung 24 enthält ein leitendes Segment 27 und Bürsten 28, die den eben genannten Stromkreis einmal während jeder Umdre hung des Kemmutators schliessen. Angetrie ben wird der Kommutator durch einen Syn chronmotor 29, der vom Wechselstromkreis 1.1 gespeist wird.
Zur Einstellung der ge nauen Phasenlage zwischen Kommutator 24 und Synchronmotor 29 ist ein besonderes Verstellorgan 30 vorgesehen.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist nachstehend beschrieben, wobei vorausgesetzt ist, dass die Anordnung als Gleichricht#,i, arbeitet. Wie bereits eingangs festgestellt wurde, war es bisher nicht möglich, den Strom zwischen .den Gefässen 14 und 15 zu kommutieren, wenn nicht das Anodenpoten tial der nachfolgenden Röhre grösser war als das der vorhergehenden Röhre. Dabei wird der Strom ein wenig nach dem Wechsel der Polarität des Anodenpotentials kommutiert, so dass der Strom ein. wenig nacheilt.
Wenn die Kommutierung .des Stromes weiter ver zögert -wird. damit die Spannung des Gleich stromkreises verringert wird, wird der Wech selstrom eine noch grössere naebeilende Pha- senversehiebung in bezug auf die Wechsel spannung erfahren. Nehmen wir jetzt an, dass e=: erwünscht sei, den Strom von dem Gefäss 14 auf das Gefäss 15 zu überführen, während das Anodenpotential des Gefässes 15 noch kleiner als das des Gefässes 14 ist.
Dann werden der Komrüutator 24 und die Phaseneinstellvorrichtung 30 so angeordnet, dass das leitende Stück 2 7 den Kreis mittelst der Bürsten 28 in dem Augenblick schliesst, in welchem die Kommutierung des Stromes zwischen den beiden Gefässen erfolgen soll.
Die Batterie<B>2</B>5 ist so angeordnet, dass die volle negative Spannung an die Verbindungs leitung der Kapazitäten 16' und 16" gelegt wird. Infolge der Tatsache, dass es unmög lich ist, die Spannung an den Kapazitäten 16' und 16" momentan zu ändern, erhalten die Anoden der Gefässe 14 und 15, die an die andere Seite dieser Kondensatoren an- -eschlossen sind. ein Potential, das unter dem Kathodenpotential liegt und eine Un- lerbrechun- des Stromes im Gefäss 14 her beiführt.
Inzwischen hat jedoch die Gitter- spannung das Vorzeichen gewechselt, so -dass das Gefäss 11 nicht mehr leitend, aber das f'refäss 15 leitend wird. Wenn das leitende Stück 27 von unten über die Bürsten 28 gleitet, hat das Gitter die Steuerung über das Gefäss 14 wieder erlangt und verhütet infolgedessen ein Neuzünden des Stromes. Die Spannung an der Drossel 13 wird den Strom durch das Gefäss 15 gegen die nega tive Spannung des rechten Teils der Sekun därwicklung des Transformators 12 treiben.
In ähnlicher \leise kann der Strom vom Ge fäss 15 auf das Gefäss 14 kommutiert wer den, indem man wie oben das Potential der Kapazitäten 16' und 1.6" negativ macht und die Polarität der Gitterspannung der Gefäss{. 14 und 15 umkehrt. Dieser Vorgang wieder holt sich periodisch und bewirkt dabei, dass dem W e.chselstromnetz 11 ein voreiiencter Strom entnommen wird.
Wie vorher bereits erwähnt wurde, hat es sich als zweckmässig herausgestellt, einen gesättigten Transforma tor 23 zwischen der Wechselspannungsquelle veränderlicher Phase und dem Gittertrans formator 18 vorzusehen, um eine Gitterwech selspannung spitzer Wellenform zu erzielen. Durch richtige Kupplung der Phasenverstell- vorriehtung 30 mit dem Läufer des Trans formators 20 kann man es ermöglichen, dass die Spitzen der Gitterwechselspannung in Synchronismus mit dem momentanen An legen der Spannung an die Verbindungslei tung der Kapazitäten 16' und 16" sind, wo durch die gewünschte Kommutierung zwi schen den Gefässen bewirkt wird.
Es wird bemerkt,,dass zu allen Zeitpunkten, mit Aus nahme während der Zeit des Kommutierungs- vorganges, die Gitterspannungen der beiden Gefässe wegen der spitzen Wellenform der vom gesättigten Transformator 23 geliefer ten Spannung im wesentlichen Null sind. Zusätzlich kann eine negative Vorspannungs- batterie in den Gitterkreisen. vorgesehen sein. beispielsweise wenn Gefässe Verwendung fin den, deren kritische Gitterspannung negativ ist.
Durch Vorlegen des Zeitpunktes in der Periode der Wechselspannung, in dem .der Strom zwischen den Gefässen kommutiert wird, wird die mittlere Spannung des Gleich stromkreises entsprechend verringert und zu gleich .die Phasenverschiebung des dem Netz 11 entnommenen Stromes.
Die Arbeitsweise der in Fig. 1 angege benen Umformungseinrichtung als Wechsel richter ist weitgehend ähnlich. Dabei ist e möglich, .die Kommutierung des Stromes so weit zu verzögern, bis die Gegen-EMK des Stromkreises der folgenden Röhre grösser ge worden ist, als die des Stromkreises der vor hergehenden Röhre.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungs beispiel der Erfindung dargestellt, das eine mehrphasige Anordnung betrifft. Obwohl der Erfindungsgedanke bei jeder mehrphasi- gen Anordnung anwendbar ist, ist hier bei spielsweise eine doppeltdreiphasige Umfor- mungseinrichtung gezeigt. Diese Umfor mungseinrichtung umfasst zwei in Stern ge schaltete dreiphasige Sekundärwicklungen 31' und 31" eines Transformators, dessen Primärwicklung der Vereinfachung wegen fortgelassen ist.
Die Sternpunkte der Wick lungen 31' und 31" sind über einen Zwi- schenphasentransformator 33 @Saugtransfor- mator) mit Mittelanzapfung verbunden. Diese Mittelanzapfung ist über die Drossel spule 13 an den einen Gleichstromleiter an geschlossen. Die Wicklungsenden der Wick lungen 31' und 31" sind über Entladungs- gefäss-e 34 bis 39 mit dem andern Gleich stromleiter verbunden. Auch in diesem Falle sollen die gittergesteuerten Entladungs gefässe vorzugsweise mit .einem ionisierbaren Medium versehen sein.
Die Steuergitter der einzelnen Gefässe sind über Sekundärwick lungen 40 und einen Strombegrenzungswider- stand 42 an das gemeinsame Kathodenpoten tial angeschlossen. Diese Sekundärwicklun gen 40 sind die Läuferwicklungen eines Drehtransformators, dessen Primärwicklun gen 41 von einem geeigneten Mehrphasen netz 43 erregt werden, vorzugsweise von der Primärwicklung des Haupttransformators. Mit den Transformatorwicklungen 31' und 31" sind die in Stern geschalteten Kapazi täten 44-49 verbunden, und zwar sind die Sternpunkte der beiden Kapazitätsnetzwerke unmittelbar verbunden.
Das Sternpunkts potential kann man in derselben Weise wie in Fig. 1 steuern, was der Einfachheit hal ber nicht .dargestellt ist. Die Steuerung er- fol(yt dabei naturgemäss mit einer Frequenz, die ein Vielfaches der Frequenz .des Wech selstromnetzes ist. Wie die Anordnung nach Fig. 1, kann auch die Anordnung nach Fig. 2 als Wechselrichter arbeiten und liefert dann Energie vom Gleichstromnetz 10 an das Wechselstromnetz 11.
An Stelle der in den Fig. 1 und 2 an gegebenen Ausführung, ,die Kommutierung dadurch zu bewirken, .dass Kapazitäten mit einem neutralen Punkt zwischen die Strom kreise der verschiedenen Gefässe geschaltet sind und das Potential des neutralen Punk- tes periodisch geändert wird, kann man auch andere Lösungswege benutzen.
Eine solche Ausführungsmöglichkeit ist in Fig. 3 .dargestellt, und zwar ist der Er findungsgedanke bei einem Einpha.senwech- selrichter in Parallelanar dnung angewendet. Bekanntlich zeichnet sich der W.echselricli- ter in Parallelanordnung durch grosse Stabi lität und günstigen Wirkungsgrad aus. Bei Speisung von stark induktiven Verbrauchern ergeben sich aber die bereits in der Beschrei bungseinleitung genannten Schwierigkeiten.
Durch die nachstehend beschriebene Anord nung wird es jedoch ermöglicht, die Kom- mutierung mittelst .einer Kommutieriings- kapazität durchzuführen, und zwar wird die grösste Kommutierungsspannung sogar dann erreicht, wenn der Verbraucher mit einem Leistungsfaktor von 1 oder nacheilendem Leistungsfaktor gespeist wird.
In Reihe mit dem Kommutierungskondensator liegen zwei gegensinnig parallel geschaltete gitter gesteuerte Entladungsgefässe, und zwar liegt die aus dem Kondensator 16 und den Ge fässen 17' und 17" bestehende Reihenschal tung zwischen den beiden Hauptentladungs- strecken 14 und 15, die, wie auch die Ge fässe 17' und 17", vorzugsweise ein io.nisier- bares Medium enthalten.
Zur Steuerung .der Gitterkreise der .einzelnen Entladungsgefässe ist ein Gittertransformator 18 vorgesehen, dessen Primärwicklung von dem Wechsel stromkreis mittelst einer passenden Phasen einstellvorrichtung 20 gespeist wird. Bei spielsweise kann' die Primärwicklung des Transformators 18 an die Primärwicklung des Transformators 12 über eine Parallel anordnung von Widerstand 20', veränder licher Induktivität 20" und veränderlicher Kapazität 20"' verbunden sein, obwohl selbstverständlich auch andere Phasenein- stellvorrichtungen Verwendung finden kön nen,
ohne dass hierdurch die Erfindung be einträchtigt wird. Die Steuergitter der Ge fässe 14 und 15 sind über -die Mittelanzap- fungder Sekundärwicklung des Transforma tors 18 über einen Strombegrenzungswid-er- stand 19 mit den Kathoden verbunden. In ähnlicher Weise sind die Steuergitter der Gefässe 17' und 17" mit den entsprechenden Kathoden mittelst der Sekundärwicklung 18' bezw. 18" des Transformators 18 und Strom- begreiizun,Yswiderstancl 19' bezw. 1.9" ver bunden.
Die Arbeitsweise der .eben beschriebenen Umformungseinrichtung soll nachstehend be schrieben werden. Dabei nehmen wir an, dass der Wechselstromkreis 11 mit einem Verbraucher verbunden ist, der eine sinus- förmige Gegen-EMK liefert.
Es sei beispiels weise das Gefäss 14 leitend während der Halbperiode, wenn die Gegen-EMK des lin ken Teils der Primärwicklung des Transfor mators 12 positiv, das heisst der Gleichspan nung entgegengerichtetist. Während derselben Halbwelle ist die Gegen-EMK des rechten Teils der Primärwicklung .des Transforma tors 1? negativ und, da der Strom stets dar nach strebt, durch einen Weg zu fliessen, der die kleinste positive Gegen-EMK hat, so kann der Belastungsstrom auf das Gefäss 15 in jedem Augenblick in dieser Halbwelle überführt werden, wenn dieses Gefäss leitend wird.
Wenn jedoch die Überführung .des Stromes von dem Gefäss 14 auf das Gefäss 15 bis zur nächsten Halbperiode verzögert wird, wenn die Geg-en-EMK .das Vorzeichen gewech selt hat, so-ist die Gegen-EMK.des linken Teils cler Primärwicklun- negativ in bezug auf die cles rechten Teils.
Unter solchen Bedingungen war es bisher nicht möglich zu kommutie ren, da das Anodenpotential des Gefässes 14 höher als das .des Gefässes 15 ist. Wenn je doch der Strom von dem Gefäss 14 auf das (=efä ss 1.5 überführt wird, während die (xe:;
en-E12Ii des linken Teils der Wicklung ,des Transformators 12 positiv ist, so muss der Strom der Geoen-EMK voreilen, das heisst der Belastun,cskreis muss einen vor eilenden Leistungsfaktor haben oder, anders ausgedrückt, eine Kapazität muss zwischen die Wicklung des Transformators 12 .ein gefügt werden, um eine Blindleistung für den eigentlichen Kommutierungsvorgang be- reit zu stellen. Mit der oben beschriebenen Anordnung ist es jedoch möglich, einen Ver braucher zu speisen, der einen naclheilenden Leistungsfaktor hat.
Bei dieser Anordnung ist während .der Halbwelle, während der das Gefäss 14 leitend ist, das Gefäss 17' eben falls leitend, und .die Kapazität 16 wird bis zur vollen Spannung .der Primärwicklung des Transformators 12 geladen. Diese ist angenähert zweimal so gross wie die Gleich spannung.
Wenn jedoch .die Spannung des Wechselstromkreises die Spitze der Welle überschreitet, nimmt .die Ladespannung des Kondensators 16 nicht ab, da das Gefäss 17' in nur einer Richtung stromdurchlässig ist, das heisst die Kapazität 16 wird im wesent lichen auf die doppelte Gleichspannung Ige- laden und behält diese Ladung, bi's sie für den Kommutierungsvorgang zwischen den Gefässen 14 und 15 erforderlich ist. Die Se kundärwicklungen 18' und 18" des Gitter transformators 18 sind so angeordnet, dass die Gefässe 15 und 17" in demselben Augen blick leitend werden.
Da die Kapazität 16 eine Ladespannung hat, die angenähert der doppelten Gleichspannung ist, wird sie, da die rechte Klemme positiv ist, versuchen, sich über die in Reihe geschalteten Gefässe 14 und 15 zu entladen, aber infolge der Stromdurchlässigkeit des Gefässes 14 in nur einer Richtung hat das zur Folge, dass .der Strom in diesem Gefäss unterbrochen wird und auf das Gefäss 15 überführt wird.
Zur Regelung des Zeitpunktes in der Periode der Gegen-EMK, in welchem der Strom zwi schen den beiden Gefässen 14 und 15 kom mutiert wird, ist die Primärwicklung des Gittertransformators 1.8 über eine Phasen einstellvorrichtung 20 mit dem Wechsel stromkreis verbunden. Diese Anordnung ent hält einen Widerstand 20', eine veränderliche Induktivität 20" und eine veränderliche Ka pazität 20"'.
Durch richtige Auswahl die ser Scheinwiderstandselemente wird es er= möglicht, dass die Gitterwechselspannung der Gegen-EMK des Netzes 11 entweder voreilt oder nacheilt und dadurch entweder einen voreilenden oder einen nacheilenden Strom dem Belastungskreis zuführt.
In Fig. 4 ist eine ähnliche Ausführungs form der Erfindung bei einem Mehrphasen- wechselrichter in Parallelanordnung darge stellt. Dieser Umformer enthält einen Trans formator 32 mit einer dreiphasigen Primär wicklung 31p und einer dreiphasigen Se kundärwicklung 31s. Die verschiedenen Zu führungsklemmen der Primärwicklung 31p sind an den positiven Gleichstromleiter 1.0 über die Entladungsgefässe 34, 35 und 36 angeschlossen, während dieselben Klemmen über die Entladungsgefässe 37, 38 und 39 mit dem negativen Gleichstromleiter verbun den sind.
Ferner sind Kommutierungskapa- zitäten 50, 51 und 52 vorgesehen, die mit Paaren gegensinnig parallel geschalteter Entladungsgefässe 53 und 54 bezw. 5 5 und 56 bezw. 57 und 58 verknüpft sind. Ferner ist ein Gittertransformator mit mehreren Sekundärwicklungen 59 vorgesehen, der zur Steuerung der Gitter der einzelnen Gefässe dient.
Die Primärwicklung dieses Transfor- mators, welche der Einfachheit halber fort gelassen ist, wird vorzugsweise von dem erzeugten Wechselstrom gespeist, und zwar über eine passende phasenverstellende An ordnung, wodurch eine Steuerung des Lei stungsfaktors des Belastungsstromes ermög licht wird. Die Arbeitsweise dieser mehrphasigen Anordnung ist ähnlich dem in Fig. 3 be schriebenen Einphasenwechselrichter. Jede der Kapazitäten 50, 51 und 52 wird bis zum Maximalwert der Wechselspannung während der ersten 90 einer Halbperiode geladen.
Diese Ladung bleibt bestehen, bis sie für den Kommutierungsvorgang zwischen den beiden zugehörigen Gefässen benötigt wird. Nehmen wir an, dass das Drehfeld entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn rotiert, so werden die Hauptentladungsgefässe in folgender Reihen folge, jedes mit 120 Zeitdauer leitend, und zwar 35, 39, 34, 38, 36, 37, 35, und in der selben Weise wie die Hauptgefässe werden die Gefässe 56, 54, 57, 55, 58, 53, 56 leitend.
Der bei den Ausführungsbeispielen in Fig. 3 und 4 beschrittene Lösungsweg, einen Kondensator mittelst einer Entladungs strecke zu laden und die aufgespeicherte Energie für den Kommutierungsvorgan mittelst einer zweiten Entladungsstrecke zu verwenden, hat gegenüber dem in,der Fig. 1 angegebenen, mechanische Mittel verwenden den Lösungsweg den Vorteil, dass die Steue rung des Kommutierungsvorganges, insbeson dere bei Verwendung von gitterbesteuerten Entladungsgefässen rein elektrisch erfolgt.
wobei noch die Vereinfachung besteht, dass das den Kommutierungsvorgang einleitende Entladungsgefäss mit einem Hauptentla- dungsgefäss gleichphasig gesteuert wird.
Bei Wechselrichteranlagen mit stark schwankender Belastung, die im allgemeinen auch ein starkes Schwanken des Leistungs faktors im Wechselstromnetz zur Folge hat, ist es nun erforderlich, die Steuerung der Kommutierung den Phasenverhältnissen im 'v#reehselstromnetz jeweils selbsttätig anzu passen.
Dabei ist hinsichtlich der Wirkungs weise des Wechselrichters folgendes zu be rücksichtigen: Arbeitet ein Wechselrichter auf rein induktive Belastung, und ist er nur in der Lage, Strom in Phase mit der Wech selspannung zu liefern, so wird .der Strorn theoretisch unendlich gross, weil der für die Erzeugung der Gegen-ENK erforderliche Strom nicht geliefert werden kann, der Wechselstromkreis also einen Kurzschluss für den Umformer darstellt.
Wird die Pha sendifferenz zwischen geliefertem Strom und erforderlichem Strom kleiner, sei es durch zusätzliche Olimsche Belastung, sei es durch entsprechend spätere Kommutierung des Stromes, so wird der gelieferte Strom klei ner werden, weil er jetzt einen Ohmschen Abfall bezw. eine Blindkomponente zur Er zeugung einer induktiven Gegen-EMK ent hält. Der gelieferte Strom erreicht einen Minimalwert, wenn er in Phase mit dem für den induktiven Verbraucher erforderlichen Strom ist.
Bei weiterer Phasenversahiebring des gelieferten Stromes gegenüber dem erfor derlichen Strom steigt der gelieferte Strom wieder an, bis er bei 90 Verschiebung wie der den Wert Unendlich erreicht. Die Pha senlage der Spannung ist mit der durch das Verhältnis der Induktivitä,ten zu den Olim- sehen Widerständen gegebenen Voreilung gegenüber dem erforderlichen Strom be stimmt. Eine Darstellung der Verhältnisse ist aus Fig. 5 zu ersehen. Als Ordinate ist der gelieferte Strom aufgetragen, als Abs zisse die Phasendifferenz ss zwischen erfor derlichem -und geliefertem Strom.
Der gelie ferte Strom. 7 wird ein Minimum, wenn er phasengleich mit dem erforderlichen Strom ist, also bei ss = 0. Bei Abweichungen von dieser Phasenlage wächst der gelieferte Strom ,and erreicht beiss= -= 90 Phasendifferenz den Wert Unendlich. Man wird daher .den hommutierungsvorgang derart steuern, .dass der gelieferte Strom seinen Minimalwert an- rimmt.
Eine solche Anordnung ist beispielsweise in Fig. 6 dargestellt, und zwar sind drei parallel arbeitende Umformer vorgesehen. 13ei. jedem Wechselrichter kann die Kommu- tierung in einem beliebigen Augenblick er folgen.
Durch die Phaseneinstellvorrichtun- gen 201, 202 und 203 kann man erreichen, dass der Kommutierungsvorgang beim Um former 1I stets einen Augenblick nach. beim Umformer III stets einen gleich grossen Augenblick vor dem beim Umformer I statt findet.
Liefert Umformer I einen Strom in der für den Verbraucher gerade erforder lichen Phasenlage, so werden die Umformer II und III bei Annahme gleicher Dimensio- nierung wie Umformer I einen etwas grösse ren Strom führen als Umformer I, und zwar untereinander gleich grosse Ströme. Wird der vom Umformer I gelieferte Strom mit Vor- eilung gegenüber dem erforderlichen Strom, etwa mit Winkel ss1 der Fig. 5. kommutiert.
so wird der vom Umformer III gelieferte Strom grösser sein, als .der vom Umformer TI erzeugte. Würde der Strom des Umformers I dem erforderlichen Strom nacheilen, so würde der grössere Strom vom Umformer II gelie fert. Die Differenz der von den Umformern <B>11</B> und<B>111</B> erzeugten Ströme wird nun für die gewünschte Regelung verwendet, indem durch sie mittelst eines Differenzrelais 60, gegebenenfalls unter Mitwirkung eines Ver- stellmotors, die Phasenlage des vom Umfor mer I gelieferten Stromes gegenüber der Wechselspannung so lange geändert wird, bis sie mit der des erforderlichen Stromes übereinstimmt.
Durch .das Vorzeichen der Differenz zwischen den Strömen .der Umfor mer II und III, .deren Nennlast man vorteil haft klein gegenüber Umformer I halten kann, ist die Richtung der erforderlichen Verschiebung der Gitterspannungen und des Kommutierungszeitpunktes eindeutig fest gelegt.
Bei der eben beschriebenen Anordnun kann der Umformer I auch fehlen; dann wird der Wechselstrom aus zwei Teilströmen gebildet, die kurz vor und nach dem Augen blick für die ideelle Kommutierung des er forderlichen Stromes umgeschaltet werden. Selbstverständlich kann die Steuerung des Kommutierungsvorganges auch, wie bei Fig. \? und 4, auf Mehrphasensysteme über tragen werden. Ebenso kann es zweck mässig sein, diese besondere Kommutierungs- steL erung auch bei andern Umformungsein richtungen anzuwenden.
Bei unsymmetri schen, mehrphasigen Umformungseinrichtun gen, also auch bei einphasigen, wird sich die Blindleistungsentnahme auf das Energie lie fernde System übertragen, während bei sym metrischen Mehrphasensystemen, also auch bei Drehstrom, das Energie liefernde System Rückwirkungen der Blindleistungslieferung nur in verringertem Umfang erfährt.
An Stelle der elektromechanischen Steue- rung mittelst eines Differentialrelais 60 kann auch eine rein elektrische Steuerung unter Benutzung von Ventilen Verwendung inden.
Bei Umformungseinrichtungen für grosse Leistungen wird man zweckmässigerweise die für den Kommutierungsvorgang erforder liche Energie nicht durch Kondensatoren zur Verfügung stellen, sondern durch eine beson dere W echselstrommasehine liefern. In Fig. <B>7</B> ist eine Umformungseinrichtung dar- gestellt, .die sowohl als Gleichrichter, als auch als Wechselrichter arbeiten kann, bei der die für .den Kommutierungsvorgang er forderliche Energie durch die Wechselstrom- mäschine 62 zur Verfügung gestellt wird.
Da dieser Wechselstromgenerator nur für .die Zeit des Kommutierungsvorganges Energie zu liefern hat, empfiehlt es sich, der Span nungskurve des Generators 62 eine von -der Sinusform abweichende Kurvenform, bei spielsweise eine spitze Wellenform zu geben. Die Gittersteuerung ist, .da sie bereits aus führlich erläutert ist, der Vereinfachung wegen fortgelassen.
Hinsichtlich der Arbeitsweise sei kurz vorweggeschickt, dass stets 14' und 14" bezw. 15' und 15" gleichphasig gesteuert werden, das heisst entweder sind die Gefässe 14' und 14" oder die Gefässe 15' und 15" Leitend. Soll nun in einem be stimmten Zeitpunkt der Strom von .den Ent ladungsstrecken 14' und 14" auf die Ent ladungsstrecken 15' und 15" übergeführt werden, so müssen in diesem Augenblick einerseits die Gefässe 15' und 15", anderseits das Gefäss 17' leitend werden, während die Gefässe 14' und 1.4" bezw. 17" eine solche Gitterspanuung erhalten, dass sie nicht neu zünden bezw. gesperrt sind.
Für die Gitter Steuerung bei Dampf-oder Gasentladungs- 7efässen empfiehlt es sich, eine Wechsel spannung spitzer 'Wellenfarm zu verwenden.
Wie ferner weiter oben erläutert ist, ist es vorteilhaft, .die Gittersteuerung und damit auch die Steuerung des Kommutierungsvor- ganges abhängig von den Phasenverhältnis sen des Wechselstromnetzes zu wählen. Be- rücksichtigt man .dies, so ist eserforderlich erforderlich, die Phase der Spannung des Generators 62 in bezug auf .die Wechselspannung .des Ver brauchernetzes 11 zu verschieben.
Dies lässt sich beispielsweise in der Weise ermöglichen, dass der Generator 62 mit der Maschine 61, die auch als Phasenschieber betrieben wer den kann, ,starr gekuppelt ist, der Ständer des Generators 62 aber drehbar angeordnet ist.
Ist eine .solche starre Kupplung zwi schen 61 und 62 unerwünscht bezw. nicht möglich, weil der Generator 61 fehlt, so wird man den Generator 62 beispielsweise über einen Drehtransformator unmittelbar oder mittelbar speisen, und zwar kommt die mittelbare Speisung .durch einen Synchron motor dann in Frage, wenn der Generator 6? eine Wechselspannung höherer Frequenz er zeugt.
Durch solche Verstellmöglichkeiten kann man es erreichen, dass .der Kommutie- rungsvorgang entsprechend den geforderten Umformungsbedingungen gesteuert wird.
So kann man die Umformungseinrichtung, sta tionäre Verhältnisse vorausgesetzt, in der Weise steuern, dass der vom Wechselrichter erzeugte Strom einen Minimalwert annimmt; <B>i</B> aber man kann auch, und zwar kommt dies bei Parallelbetrieb mit Taktgeber 61 in Frage, derart steuern, dass der Strom und damit auch die Scheinleistung .des Takt gebers 61 ein Minimum werden. Ändern sich die Belastungs- und damit auch die Phasen verhältnisse im Wechselstromnetz 11, so wird der Ständer des Generators 62 bezw. die Läuferwicklung des Drehtransformators eine Lagenveränderung erfahren.
Während dieses Regelvorganges wird die Kommutie- rung infolge der mechanischen Trägheit der Ständerwicklung im allgemeinen nicht im günstigsten Augenblick erfolgen. Sind die Verhältnisse wieder stationär, so erfolgt die Kemmutierung dann wieder in einer den Um formungsbedingungen entsprechenden Weise.
Abgesehen von den nur bei Belastungs- bezw. Phaeenänd-erungen auftretenden, im allgemeinen geringfügigen Verschiebungen in bezug auf das betriebliche Optimum, be steht jedoch der Vorteil, dass die gesamte Steuerung des Kommutierungsvorganges rein elektrisch erfolgt, und zwar kann es vielfach empfehlenswert sein, die für sämtliche Git terkreise erforderlichen Steuerspannungen dem Hilfsgenerator 62 zu entnehmen.
Bei den bisher beschriebenen Ausfüh rungsbeispielen liegt die die Kommutierung bewirkende Spannung stets parallel zur vom Wechselstromnetz gelieferten Spannung. Ge mäss einer Weiterbildung des Erfindungs- gedankens kann nun die die gommutierung bewirkende Spannung in Reihe mit der vom Wechs.elstroinnetz gelieferten Spannung lie gen. Wie Untersuchungen ergeben haben, ist die Reihenschaltung in vielen Fällen -ünsti- ger als die Parallelschaltung und erfordert auch im allgemeinen einen kleineren Energie betrag.
Besondere Bedeutung hat diese Mass nahme für Cyleiehrichter- und Wechselrich- teranlagen, insbesondere aber für letztere, denn bei Bestehen einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung des 'vtT.echsel- richters benötigt der Wechselrichter Blind leistung.
Gelingt es aber, die Kommutieruna des Stromes im Nulldurchgang der Span r_unn zu bewirken, so überträgt der Wechsel richter nur Wirkleistung. In Fig. 8 ist ein Wechselrichter dar- !zestellt, der die dem Gleichstromnetz 10 ent nommene Energie umformt; und dem durch den Verbraucher 11. dargestellten Wechsel stromnetz zuführt. Im Wechselstromnetz ist ein Taktgeber 61 vorgesehen, der von einer geeigneten Antriebsmaschine (Dampfturbine, Elektromotor) angetrieben sein kann, aber auch als reiner Phasenschieber wirken kann.
Ferner ist ein Stromkreis vorgesehen, der den Kondensator 16 und die ge,,rensinnig parallel geschalteten Entlaodun2:s27efässe ' 17' und 1.7" enthält und mittelst des Transfor mators 63 mit dem Verbraucherkreis induk tiv gekuppelt ist. Bei der stossartigen Ent ladung des Kondensators 16 über eines der Entladungsgefässe 17' und 17" wird eine Spannung-sspitze induziert, die in Reihe mit der vom Taktgeher 61 gelieferten Spannung geschaltet ist. In Fig. 9 der Zeichnung ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit dargestellt.
Der für den Kommutierungsvoraang erforderliche Hilfskreis mit dem Kondensator 16 und den Entladungsgefässen 17' und 1.7" ist elek trisch vom Wechselstromnetz getrennt und kann seine Energie von einer weiteren Spannungsquelle 62 erhalten. An Stelle die ser Spannungsquelle kann jedoch die Auf- lacung des Kondensators 16 auch mittelst Transformators aus dem Wechselstromnetz erfolgen.
Bei diesen beiden beschriebenen Ausfüh rungsmöglichkeiten ist angenommen, dass die in den Hilfskreis eingeführte Spannung die gleiche Frequenz hat wie das Wechselstrom netz. In Fig. 10 ist nun eine Anordnung dargestellt, bei der die Frequenz der dem Hilfskreis zugeführten Spannung (Generator 62) ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz des Wechselstromnetzes 11 ist. Hierdurch erreicht man eine Verringerung des Aufwan des für die Steuerung .der Kommutierung. Vorzugsweise soll das Vielfache ungradzah- lig sein.
Es wird bemerkt, dass zwar in den Hauptkreisen der Entladungsgefässe 17' und 1.7" eine Wechselspannung höherer Frequenz angeordnet ist, jedoch die Gitterkreise der beiden Entladungsgefässe 17' und 17" eine Steuerwechselspannung gleicher Frequenz wie die :des Wechselstromnetzes 11 erhalten. In Fid. 11 ist angedeutet, in welcher Weise die Kommutierung im Nulldurchgang der Wechselspannung esl durch .den Hilfskreis mit der Wechselspannung e,2 bewirkt wird.
Man erkennt, dass sich die Augenblickswerte von ec2 den Augenblickswerten von es, der art überlagern, dass die Summenspannung verspätet durch Null geht. Es wird noch 'bemerkt. dass der Antrieb der Maschine 62 in der Weise erfolgen kann, dass die Ma schine 62 starr mit der Maschine 61 gekup pelt ist; er kann aber auch mittelst eines besonderen Synchronmotors erfolgen.
Bei vielen Anwendungen kann man nun, wie nachfolgend gezeigt werden soll, eine Vereinfachung erreichen, indem nämlich weitere Entladungsstrecken vermieden wer den. In Fig. 12 ist eine Umformungseinrich tung dargestellt, die als Wechselrichter ar beiten möge. Unmittelbar in Reihe mit der Spannung 61 liegt eine Spannung 62. Diese Spannung kann gleiche Frequenz wie die Spannung 61 haben. Sie kann aber auch ein tanzzahliges Vielfaches, vorzugsweise ein ungradzahliges Vielfaches, der Frequenz der Spannung 61 sein.
In Fig. 13 sind einige Kurvenverläufe dargestellt, die den Fall betreffen, dass die Spannung e62 der sspannung e81 um 90 nach eilt. Dieser Fall ist von besonderer Beden- tung bei den Anwendungen, bei denen die Spannung e82 von der Taktgebermaschine 61 mittelst einer Hilfswicklung geliefert wird.
Vorzugsweise kommt die Anordnung mit um 90 verschobener Hilfsphase bei Einphasen maschinen in Betracht, wobei man die Hilfs- phasenwicklung in den normalerweise vor liandenen leeren Nuten unterbringt, .so dass die Einphasenmasehinen nur wenig von der normalen Ausführung abweichen. In der Fig. 13 sind nun die Spannungen e", und e" sowie die Summenspannung es = e",. -I- e32 und der vom Wechselrichter gelieferte Strom i, der in erster Annäherung als Rechteck kurve angenommen ist, dargestellt.
Es soll beispielsweise der Wechselrichter reine Wirkleistung liefern. Dann wird der Kom- mutierungsvorgang derart gesteuert, dass im Nulldurchgang der Spannung e81 die Kom- mutierüng erfolgt, das heisst zur Zeit t, Als Kommutierungsspannung dient nur e82. Soll mit Rücksicht auf eine etwaige induktive Belastung die Kommutierung später erfol gen, beispielsweise zur Zeit t..,
so ist auch in diesem Zeitpunkt e@ noch hinreichend po sitiv. Vorwiegend wird jedoch .der Wechsel- richter nur mit reiner Wirkleistung betrie ben, so dass die die Kommutierungsspannung P82 liefernde Spannungsquelle nur durch Blindleistung beansprucht wird.
In Fig. 14 sind weitere Kurvenläufe von e6,, e62 und P8 dargestellt, und zwar für den Fall, dass die Frequenz von e82 die dritte Harmonische der Frequenz von e81 ist. Die Anwendung höherfrequenter Spannungen für den Kommutierungsvorgang kann dann zweckmässig sein, wenn es sieh darum han delt, .den Kommutierungsvorgang in mög lichst kurzer Zeit, das heisst momentan, durch zuführen.
Je nach den besonderen Umfor mungsbedingungen kann es ferner empfeh lenswert sein, die Phase der Wechselspan- nung e82 zu verstellen.
Bei den bisher vorgeschlagenen Anord nungen ist es ungünstig, dass der von der Zu- satzspannung erzeugte Strom nicht nur über die kurzgeschlossenen Entladungsgefässe, son dern auch über den Verbraucher fliesst.
Man kann nun aber auch .die zusätzlichen Ent ladungsstrecken und die Zusatzspannungen derart anordnen, dass dem durch die Zusatz spannungen erzeugten Strom der Weg über den Verbraucher gesperrt und nur der Weg über die Hauptentladungsstrecken freigege ben wird. Fig. 15 stellt den allgemeinen Fall dar, in -dem zwischen die Anoden der Ent ladungsgefässe 14 und 15 eines Wechselrich- ters in Parallelanordnung eine Spannungs quelle 64 geschaltet ist.
Dem Strom der Span nungsquelle 64 über den Transformator 12 wird durch zwei Entladungsgefässe 65' und 65", die ungesteuert sein können, der Weg versperrt. Fig. 16 zeigt eine Anordnung, wenn für die Kommutierung ein Kondensa tor 66 vorgesehen ist. Der. Kondensator 66 liegt wieder zwischen den Anoden der Haupt entladungsgefässe 14 und 15.
Führt das Rohr 1.4 Strom, so wird der Kondensator 66 über ein der Röhre 15 vorgeschaltetes ungesteuer- tes Gefäss 67" und ein dem Rohr 14 vorge schaltetes Rohr 65' gegensinnig parallel lie gendes gittergesteuertes Entladungsgefäss 6<B>7</B> geladen. Eine Entladung kann zunächst nicht stattfinden, da Rohr 65" überhaupt und das dazu gegensinnig parallel geschaltete gitter gesteuerte Rohr 67" bis zur Beendigung der Kommutierung gesperrt sind; der Entladp- strom kann sich beim Öffnen .des Hauptent- Ladungsgefässes 15 nur über die Gefässe 14 und 15 schliessen.
Die gittergesteuerten Ent ladungsgefässe 67' und 67" können auch in Fortfall kommen, wenn der Ladestrom des Kondensators 66 in keinem Augenblick den Strom durch eines der HauptentIadungs- gefäss.e übersteigt. Man erhält somit eine An ordnung ähnlich Fig. 15, wenn man dort die Spannungsquelle 61 durch einen Kondensator 66 ersetzt. Durch die Gefässe 65' und 65" fliesst dann nur die Differenz der Belastungs- und Kondensatorladeströme und der Konden sator kann sich nur über 14 und 15 entladen.
Durch .die vorstehend beschriebene Erfin dung wird grundsätzlich ein Wechselrichter- betrieb bei beliebiger Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom ermöglicht, so dass der Strom mit seiner Lage zur Span nung den im Wechselstromnetz herrschenden Verhältnissen richtig entspricht. Solange die Phasenverschiebungen verhältnismässig kleine urerte aufweisen, ergeben sich keine Schwie rigkeiten. Sobald jedoch die Phasenverschie bungen erheblich sind, besteht die Gefahr einer t\berlastung des Wechselrichters durch eine zll hohe Scheinleistung.
Diese Schwie rigkeiten kann man beheben und einen ein wandfreien Betrieb gewährleisten, wenn die elem @,#T.eehselrichter zugeführte Gleichspan nung in einem vorbestimmten Verhältnis zur Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom auf der Wechselspannungsseite gere gelt wird.
Für das Verständnis dieser Mass nahmen ist ,es von Wichtigkeit, .die Vorgänge heim Weehselrichterbetrieb kurz zu erläu tern: Betrachtet man eine Phasenverschie bung zwischen 0 und 90 ; so ergibt sich, wie beim Gleichrichterbetrieb, dass für gleichblei bende Scheinleistung des Umformers die zu geführte Gleichspannung kontinuierlich ab nehmen muss nach einer Beziehung,
die ausser von den durch die veränderlichen Kommufie- rungszeiten herrührenden Faktoren im we- sentliehen von dem Cosinus des Versehie- hungswinkels abhängt, das heisst die über den Wechselrichter gelieferte Wirkleistung wird bei gleichbleibender Wechselspannung durch die Höhe der Gleichspannung be stimmt.
Dabei ist es ohne Einfluss, ob die im Wechselstromnetz auftretende Blindlei stung von einem andern, dem "VV e.eb.selstrom- netz angeschlossenen Stromerzeuger oder der für die Lieferung der genannten Blindlei stung dimensionierten Taktgeberniaschine ge liefert wird, oder ob der gesamte Wirk- und Blindstrom über den Wechselrichter kommu tiert und aus dem Gleichstromnetz bezogen wird. Zweckmässig wird man die Einrich tung für die Steuerung der zugeführten Gleichspannung mit der für .die phasenver änderliche Kommutierung des Stromes ver wendeten Einrichtung kuppeln.
Wenn bei spielsweise (vergl. Fig. 17) der Gleichstrom 10 über einen gittergesteuerten Gleichrichter 68 aus einem Wechselstromnetz 69 entnom men wird, kann man sehr einfach die Gitter spannung für den Gleichrichter um denselben Winkel wie die Gitterspannung für den Wechselrichter 70 gegenüber der zugehöri gen Anodenspannung verschieben und erhält dann innerhalb gewisser Grenzen .die ge wünschte Abhängigkeit.
Eine solche direkte Beeinflussung der Gleichspannung wird sich dann leicht durchführen lassen, wenn die um zuformende Energie aus Wechselstromnetzen entnommen wird und die Umformer für die .Erzeugung der Gleichspannung unmittelbar am Verbrauchsorte stehen, wie in Perioden Umformer- und Netzkupplungsstationen. Wird aber der Gleichstrom aus grösserer Ent fernung, zum Beispiel überein Überlandnetz, bezogen, 'so kann es zweckmässiger sein, den Gleichstrom durch eine vor den Umformer geschaltete Apparatur am Verbrauchsorte selbst umzuspannen und die Höhe seiner Spannung der auf der Wechselstromseite herrschenden Phasenverschiebung selbsttätig anzupassen.
Hierdurch wird man von den Einflüssen der Leitungskapazitäten auf die Steuerung der Umformung befreit.
Wenn die Blindleistung nicht im beliefer ten Wechselstromnetz selbst erzeugt wird; so wird sie über den Wechselrichter dem Gleich stromnetz entnommen. Der einfachste Fall ergibt sich dann, wenn die für .die Kommu- tierung und für die Glättung .der Gleich spannung verwendete Drossel .so gross bemes sen wird, dass sie die Blindenergie allein lie fern kann, zum Beispiel bleibt bei unendlich grosser Drossel der Gleichstrom konstant,
während sich an der Drossel Spannungspulsa.- tionen mit 2p-facher Frequenz des Wechsel stromes zeigen (darin ist p die Phasenzahl) und der Gleichstromkreis im übrigen von Strom- und Spannungspulsationen freibleibt. Wenn umgekehrt die Drossel nur sehr klein ist, werden Gleichstrom und -spannung Pul sationen aufweisen, wie weiter unten noch ausführlich beschrieben werden soll. Daher wird die resultierende Spannung im Gleich stromkreis einmal kleiner und einmal grösser als die der Anodenspannung .des Gleichrich ters entsprechende Gleichspannung.
Ist die resultierende Spannung kleiner als die der Anodenspannung entsprechende Gleichspan nung, so arbeitet die Einrichtung wie unter normalen Umständen als Gleichrichter. Im andern Falle ist leicht einzusehen, dass mit dem Übersohuss an Gleichspannung bei geeig neter Steuerung .der Anodengitter ein Ener gietransport in das primäre Wechselstrom netz möglich ist, dass also die Einrichtung als Wechselrichter arbeitet. Mittel, die Steue rung in jedem beliebigen Augenblick der Anodenspannung so zu beeinflussen, dass die Stromkommutierung in dem für .den Wech selrichter benötigten Sinne erfolgt, sind be reits weiter oben beschrieben worden.
Die Steuerung von der Polarität der Spannungs differenz zwischen der im Gleichstromnetz herrschenden und der der Anadenspannung entsprechenden Gleichspannung abhängig zu machen, bietet keine besonderen Schwierig keiten. Mit einer solchen Einrichtung werden also die im gespeisten Wechselstromnetz auf tretenden Blindleistungspulsationen über den Gleichstromkreis auf das speisende Wechsel stromnetz übertragen..
Nach der Betrachtung dieser allgemeinen Gesichtspunkte soll nunmehr die Anwendung der grundsätzlichen Gedanken und die Ar beitsweise der Umformungseinrichtungen im einzelnen beschrieben werden. Wie bereits weiter oben kurz erläutert wurde, stellt Fig. 17 die allgemeinste Anordnung einer Wechselstrom-Wechselstramumformung über einen Gleichstromzwischenkreis dar. Dabei soll das Netz 69 .das speisende Wechselstrom netz, das Netz 11 das gespeiste Wechsel stromnetz mit der Taktgebermaschine 71 sein.
Die Umformungseinrichtung besteht aus einem gittergesteuerten Gleichrichter 68 und einem mit .diesem über die Gleichstrom leitungen 10 und die Drossel 13 verbundenen Wechselrichter 70. Die Spannung des Gl@eich- richters 68 möge entsprechend der Wirklei- stungsübertragung geregelt werden.
Fig. 18 dient zur Veranschaulichung der Verhältnisse bei der Blindleistungslieferung durch den einphasig angenommenen Wechsel richter. Es ist zunächst unendlich grosse Drosselspule im Gleichstromkreis und sinus- förmige Wechselspannung auf der Wechsel stromseite vorausgesetzt. Fig. 18a gibt -die Verhältnisse bei Ohmsc.her Belastung, 18b bei 45 ;<B>18e</B> bei 90 Phasenverschiebung zwi schen Strom und Spannung auf der Wechsel stromseite wieder.
In allen drei Fällen ist e,' die vom Taktgeber gelieferte Gegenspan nung, e, die Grundwelle der vom Wechsel richter erzeugten Wechselspannung.<I>4</I> ist der vom Wechselrichter gelieferte Wechsel strom, der infolge der grossen Drosselspule im Gleichstromkreis als konstanter Gleichstrom auftritt und auf der Wechselstromseite recht eckige Form hat. Die sich als Produkt von e, und iR, ergebende Leistung des Wechsel richters ist in der Kurve für N"r dargestellt.
eg ist .die vom Gleiehrichter 68 erzeugte Gleichspannung, der die auf :die Gleichstrom seite bezogene Gegenspannung des Wechsel stromnetzes e'", entgegenwirkt. Die Differenz dieser beiden Spannungen cd wird von der Drossel aufgenommen. Aus der Fig. 18 geht hervor, dass mit wachsender Phasenverschie bung .die von der Drossel aufzunehmenden, als schraffierte Flächen gekennzeichneten Energiemengen bis 90 Verschiebung zuneh men. Für reine Blindstromlieferung erscheint bei gleichbleibendem Strom an der Drossel die volle Wechselspannung, das heisst die Drossel liefert die ganze vom Wechselstrom netz angeforderte Blindenergie.
In diesem Falle müsste nur dem konstanten Strome im Gleichstromkreis über den Gleichrichter 68 der Fig. 17 der Weg geschlossen gehalten werden, wobei eine kleine Anodenspannun zur Deckung der Verluste notwendig ist.
Bei endlicher Drossel werden die sich als Differenz zwischen Gleich- und Wechsel spannung ergebenden Pulsationen der Span nung nicht mehr von der Drossel ganz auf genommen werden können, sondern sich ein Teil auf das Gleichstromnetz und damit auf den Gleichrichter übertragen, wobei auch der Strom nicht mehr vollkommen konstant ge halten werden kann. Die Vorgänge im Gleich- richter spielen sich dabei unter Berücksichti- gung der der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken folgendermassen ab: Der Gleichrichter werde mit so grosser Anodenzahl angenommen, dass seine Gleich spannung praktisch konstant ist.
Die vom Wechselrichter her kommenden Spannungs- pulsationen mit doppelter Frequenz des ge speisten Wechselstromnetzes überlagern sich der Gleichspannung, so dass am Gleichrichter- transformator sekundärseitig Spannungen auftreten, die teils oberhalb, teils unterhalb der der Primärspannung entsprechenden Gleichspannung liegen.
Solange die Summe von Gleichspannung und pulsierender Span nung keine negativen Werte annimmt, also die Gl-eiclcspannung grösser ist als die grösste negative Spitze der pulsierenden Spannung, wird sich die Leistungsaufnahme des Gleich richters aus dem Drehstromnetz nach der Höhe der resultierenden Gegenspannung rich ten, sich also aus einer konstanten, der Höhe cler (rleichspannung entsprechenden und einer pulsierenden, der Höhe der pulsieren den Spannung entsprechenden Leistung zu sammensetzen. Eine besondere Steuerung des Gleichrichters ausser der Einrichtung für die Spannungsregelung ist in diesem Falle nicht notwendig.
Kehrt sich jedoch die resultierende Span nung im Gleichstromkreis um, so muss man durch eine geeignete Steuerung des Gleich richters dafür sorgen, dass er eine der Grösse der negativen Gleichspannung entsprechende Leistung an das primäre Wechselstromnetz zurückgeben kann. Die hierfür geltenden Be dingungen sind von den Verhältnissen beim Wechselrichter als bekannt anzusehen und sollen im folgenden für den Fall reiner Blind stromlieferung beschrieben werden.
Bei ver lustlosem Betriebe erscheinen dann am Gleichrichter abwechselnd positive und nega tive Spannungsstösse von gleicher absoluter Grösse, wie in Fig. <B>180</B> für<B>90'</B> Phasenver schiebung bereits wiedergegeben ist. Die Steuerung des Gleichrichters ist gemäss den obigen Ausführungen für eine Übertragung von Gleichstromenergie unwirksam gemacht.
Es sei der Spezialfall der in Fig. 20 @dar- gestellten einphasigen Umformung behandelt, und zwar zunächst unter der Annahme, dass die )6Techselspannungen der beiden gekuppel- ten Wechselstromnetze frequenz- und phasen gleich sind. Dann liegen am Gleichrichter die in Fig. 19 gezeigten Spannungen, und zwar -die Spannung a auf der Wechselstrom- und Spannung b auf der Gleichstromseite.
Wäh rend der Zeit t, t', in der sowohl die primäre Wechselspannung mit Bezug auf die strom führende Anode, wie auch die pulsierende Gegenspannung im Gleichstromkreis positiv sind, soll beispielsweise die in der Sekundär wicklung induzierte Spannung gemäss Fig. 20 von Punkt 72 nach 73 gerichtet sein; hat 74 das Potential Null, ,so wird 75 von der Ge genspannung des Gleichstromkreises eine ne gative Gegenspannung aufgedrückt.
Man braucht nur dafür zu sorgen, dass stets die vom primären Wechselstromkreis induzierte Spannung (Fig. 19a) um die Spannungsab fälle im Gleichstromkreis grösser ist als die aufgedrückte Gegenspannung (Fig. 19u), um über das im normalen Gleichrichterbetrieb auch brennende Rohr 14 einen Ström zu er halten. Die Einrichtung arbeitet wie ein Gleichrichter auf positive Gegenspannung. In der Zeit t2 t@ bleibt die vom Primärnetz in .der Sekundärwicklung induzierte Span nung positiv, während die Gegenspannung im Gleichstromkreis ihre Richtung umkehrt.
Die der Primärspannung entsprechende Kom ponente ist also von 72 nach 73 gerichtet und 75 gegenüber 74 positiv. Wenn man mit- telst der Gittersteuerung den Stromweg über Rohr 15 .erzwingt, ist die Komponente der Gegenspannung von 75 nach 72 der Kompo nente der Primärspannung entgegengesehal- tet. Ein Stromfluss ist dann möglich, wenn die Komponente .der Gegenspannung um die Abfälle im Wechselstromkreis grösser ist als die Komponente der Primärspannung.
Dann arbeitet die Einrichtung als Wechselrichter und liefert Energie in das primäre Wechsel- stromnetz. In der Zeit ts t4 wiederholen sich die Vorgänge der Zeit t1 <I>t</I>, analog, während <I>t4</I> t;, analog t2 t@ ist; nur ist die Richtung,der primären Spannung umgekehrt, so dass wäh rend t3 t4 noch .das Gefäss 14 und Röhre 15 während der folgenden Halbperiode der Pri märspannung brennt.
Es müssten also die Röhren des Gleichrichters 68 der Fig. 17 un ter den gemachten Annahmen in demselben Takt wie die des Wechselrichters 70 ge steuert werden. Es ist jedoch auch hier zu beachten, dass die Grössen der dem Primär netz entnommenen Spannung und der Gegen spannung aus dem Gleichstromnetz .sich in jedem Augenblick nur um die Spannungs abfälle unterscheiden;
bei den im Gleich stromkreis vorhandenen Induktivitäten wird es für die verhältnismässig hohe Frequenz der Pulsationen genügen, die Mittelwerte der Spannungen entsprechend abzustufen. Die Lösung dieser Aufgabe und zugleich der an dern Bedingungen, dass die Pulsationen unab hängig von der gegenseitigen Phasenlage -der Wechselstromnetze übertragen werden, ist je doch nur bei Verwendung eines Gleichrich ters mit hoher Phasenzahl möglich. Dann kann man zu beliebiger Zeit auf Anoden mit dem erforderlichen Potential arbeiten.
Die Kommutierung geschieht unter Verwendung von bereits im ersten Teil beschriebenen Ein richtungen 76, die den Stromübergang auch auf Anoden niedrigeren Potentials ermögli chen. Wirkungsweise und Aufbau einer sol chen Einrichtung soll im folgenden beschrie ben werden. Die folgende Beschreibung bezieht sich beispielsweise auf einen 12phasigen Gleich richter, dessen Anodenspannung en, und Gleichspannung e. in Fig. 21a. aufgezeichnet sind.
Die Darstellung gilt für reine Wirk lastlieferung, also für Ohmsche Belastung des Wechselrichters. Ändert sich im gespei sten Netz der Leistungsfaktor, so sinkt bei gleichbleibender Scheinleistung die übertra gene Wirkleistung. Ist die Drossel im Gleichstromkreis praktisch unendlich gross, so dass keine wesentlichen Spannungspulsa tionen im Gleichstromkreis auftreten, so muss mit wachsender Phasenverschiebung die Gleichspannung heruntergeregelt werden,
also die als Ordinate in Abhängigkeit von. dem Leistungsfaktor entsprechenden Winkel in Fig. 22a. aufgetragene Phasennacheilung a der Gitterspannung gegen die Anodenspan nung .mit dem Leistungsfa.ktorwinkel zuneh men.
Ist die Drossel wesentlich kleiner, so machen sich Spannungspulsationen im Gleich stromkreis bemerkbar, die beispielsweise bei 90 Phasenverschiebung die in Fig. 21b dar g o estellten gleich grossen positiven und nega- tiven Werte haben.
Frequenz und Phasen lage dieser Pulsationen sind in ganz beliebige Beziehung zu Frequenz und Phase der eben falls in Fig. 21b wiedergegebenen Anoden spannungen gesetzt. Ausserdem ist der Ver lauf der Energierichtung schematisch durch eine Sinuskurve (tlo bis t12) angedeutet. Die Steuerung des Gleichrichters soll nun so vor genommen werden, dass die Mittelwerte der vom Gleichrichter gelieferten Spannungen über eine Halbperiode der Pulsationen gemes sen gleich den Mittelwerten .der pulsierenden Spannung sind.
Die hierfür notwendigen Be ziehungen für die Steuerung sind aus Fig. 211) zu entnehmen. Während der Zeit tlo t11 muss die Gitterspannung jeder Anode der Anodenspannung um einen Winkel a nach eilen; der nahe an 180 liegt, immer voraus gesetzt, dass die Zündung .der betreffenden Anode beim Nulldurchgang der Gitterspan nung zu positiven Werten einsetzt.
Beim Ar beiten als Wechselrichter in der Zeit t11 42 mass die Verschiebung zwischen Gitter- und Anodenspannung gleich einem Winkel ss sein, der grösser als 180 ist, und zwar ist, wenn man vom Einfluss .der Spannungsabfälle ab sieht, bei Leistungsfaktor Null: ,ss - 180 = 1.80 - a; ss =<B>360'</B> -- a.
Im Gleichrichter wird stets von Anoden niedrigeren Potentials auf Anoden höheren Potentials kommutiert ausser zur Zeit t11. Eine künstliche, das heisst erzwungene $ommutierung ist immer nur dann notwendig, wenn die pulsierende Span nung einen negativen Wert annimmt.
Wird der Leistungsfaktor grösser als Null, so über lagert sich der Pulsation im Fig. 21b ein der Wirkleistung entsprechendes positives Gleichstromglied: die positive Welle der Pulsation wird grösser in der Amplitude und der Zeit, die negative Welle kleiner. Dem entsprechend muss auch die Verschiebung zwischen Gitter- und Anodenspannung ge ändert werden; a. und ss müssen kleinere Werte annehmen, wie in Fig. 22b gezeigt ist, damit die Mittelwerte der Anoden- und Ge genspannung wieder gleich bleiben.
Bei einem bestimmten Leistungsfaktor entspre chend einem Winkel y, werden -die Pulsatio- nen ]reine negativen Werte mehr annehmen; von dort ab wird also die normale, in Fig. _>2a gezeigte Beziehung für die Regelung .des (xleichrichters gelten.
In der Fig. 23 ist ein Ausführungsbei spiel schematisch dargestellt, das die für die erläuterte Steuerung notwendigen Einrich- tun"en enthält. Der Gleichrichter 68, -der Mrechselriehter 70 arbeiten mit ihren Gefä ssen 77 bezw. 78 über den Gleichstromkreis <B>10</B> mit der Drossel 13 zusammen.
Zur Ver- i#infaehung wird die Steuerspannung, die für den Gleichrichter .dem primären, für .den Wecliselriehter dem gespeisten Wechsel- troninetz entnommen wird, einphasig im er forderlichen Sinne beeinflusst und .dann in eine der Phasenzahl des entsprechenden Stromrichters gleiche Anzahl von symmetri- schen Phasen zerlegt.
Die Beeinflussung für ilen Wechselrichter erfolgt in .der Anord- nung; 79, die aus einer Brücke bestehen kann, und die Aufspaltung in die erforder lichen drei Phasen mit der Anordnung 80.
Ausser andern Grössen, beispielsweise Höhe von Strom, und Spannung iin gespeisten Wechselstromnetz. wirkt auf die Anordnung 79 eine zum Beispiel bei der Fig. 23 ange deutete Einrichtung 81 bezw. 82 .ein. .die die 0rittersteuerung des Wechselrichters so be- einflusst. dass die Phasenverschiebung im o",e- speisten Wechselstromnetz den dort herr schenden Verhältnissen selbsttätig angepasst wird.
Dieselbe Einrichtung wirkt auch über eine Anordnung 83 auf .die Gitterspannung des Gleichrichters. dass die in Fig. 2<B>21</B> ze- zeigten Verschiebungen a und ss zwischen Anoden- und Gitterspannung entstehen. Ob dabei der Winkel a oder ss erzeugt wird, ent scheidet eine Einrichtung 84 in Abhä.ngig- keit von ser Spannung des Gleichstromkrei ses 10.
Die Gitterspannung mit der richtigen Phasenlage wird über eine Einrichtung 85 in die .dem Gleichrichter entsprechende Phasen zahl zerlegt, und den Gittern zugeführt. Als solche Einrichtung kann auch, wie- bereits vorgeschlagen worden ist, eine Anordnung mit gittergesteuerten Hilfsentladungsgefässen gewählt werden.
Ein Beispiel einer Aufbaumöglichkeit .der Einrichtungen 83, 84 und 85 veranschau licht genauer Fig. 24. Wie in Fig. 23 wird die Steuerenergie dem primären Drehstrom netz 69 einphasig entnommen und über einen Transformator 86,den Entladungsgefä ssen, vorzugsweise Elektronenröhren 87 und 88 bezw. 87' und 88' zugeführt. Die Röh ren 87 und 88 bezw. 87' und 88' mit ihren Steuerkreisen (96, 96', 97, 97', 98, 98', 99.
99') .sollen die Aufgabe der Einrichtungen 84 der Fig. 23 erfüllen, je nach dem Potential des Gleichstromkreises dem Gleichrichter die Steuerspannung mit einer Verschiebung um den Winkel a oder ,B zuzuführen. Zu .dein Zwecke wird der Gitterkreis der Röhren 87 und 88 über einen besonderen Transformator 96 mit dem primären Netz gekuppelt, der nur Spannung führt, wenn .die Spannung im Gleichstromkreis positiv ist.
Die Röhren 87' und 88' werden mit der am Transformator 96' auftretenden Spannung nur leitend ge macht, wenn .die Spannung im Gleichstrom kreis negativ ist. Dann erhält über die gii- tergesteuerten Röhren bei positivem Poten tial des Gleichstromkreises die Einrichtung 89 Spannung, mit .der je nach den Verhält nissen im gespeisten Wechselstromkreis der Winkel a eingestellt wird, bei negativem Po tential des Gleichstromkreises die Einrich tung 89', die zur Bestimmung des Winkels ss dient.
Die Steuerung der Spannung an .den Transformatoren 96 und 96' geschieht bei spielsweise in folgender Weise: Herrscht im. Gleichstromkreis die Spannung Null, so wird jedem der Transformatoren 96 und 96' Wech selspannung zugeführt. Ist die Spannung nur wenig von Null verschieden, so fliesst über den Transformator, der seine Spannung verlieren soll, ein, von der Spannung im Gleichstromkreis getriebener Gleichstrom, der den Transformator so .stark vormagneti siert, dass seine Spannung zusammenbricht, wenn sein Magnetisierungsstrom an einer vargesühalteten Drossel 99 einen grossen Spannungsabfall erfährt.
Um den Fluss des Gleichstromes auf die Primärwicklungen der Transformatoren 96 und 96' zu beschränken, sind in die Wechselstromkreise Kondensato ren 98 und 98' eingeschaltet. Die Leitung des Gleichstromes über :den einen oder an dern der Transformatoren in Abhängigkeit vom Potential im Gleichstromkreis geschieht durch Ventile 97 und 97', deren als konstant angenommene Spannungsabfälledurch davor geschaltete Spannungsquellen, insbesondere Batterien, nahezu aufgehoben werden kön nen, um die Ansprechempfindlichkeit der Einrichtung zu erhöhen.
Die Einstellung der Phasenwinkel a. und geschieht in den Einrichtungen 89 und $9' abhängig von Phasenverschiebung, Strom und Spannung im gespeisten Wechselstrom netz. Die Grösse der Winkel wird nach zu sammengehörigen Werten gemeinsam gere gelt, wobei die Werte für eine bestimmte Drosselgrösse im Gleichstromkreis nur ein mal eingestellt zu werden brauchen. Die um a. oder ss verschobene Einphasenspannung wird in Einrichtungen 90 und 91 in die er forderliche Phasenzahl zerlegt.
Wesentlich vereinfacht wird die Rege lung, wenn keine negativen Werte der Gleichspannung auftreten; dann braucht .die Gitterspannung des Gleichrichters nur um den Winkel a reguliert zu werden. Man wird diesen Zustand erreichen können, wenn man von einem Umformer Leistungsabgabe bis zu einem bestimmten minimalen Leistungsfak- tor verlangt.
Soll ein Umformer mit Lei- st:ungsfaktoren von 1 bis höchstens<B>0,7</B> arbei ten, so wird man die Drossel so auslegen, dass die bei 45 Phasenverschiebung auftre tenden Pulsationen im Gleichstromkreis ge rade nicht mehr negativ werden. Bei grösse rem Bereich des Leistungsfaktors wird es eine Frage der Rentabilität sein, ob eine Ver- grösserung der Drossel oder die Umsteuerung gemäss der Erfindung gewählt wird.