Anordnung zur Überwachung des Betriebes von mit Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden Umformungseinrichtungen. Um den ordnungsmässigen Betrieb von Umformungseinrichtungen zu überwachen, R-elche mit Dampf- oder Ga.sentladungs- strecken mit im wesentlichen lichtbogen förmiger Entladung arbeiten, genügt es nicht, wie beispielsweise bei sonstigen Umformern oder elektrischen Maschinen, die abgegebene Spannung oder den abgegebenen Gesamt strom oder beide zu messen.
Es kann viel mehr infolge der eigentümlichen Arbeits weise derartiger Umformungseinrichtungen der Fall eintreten, dass Teile. der Anlage ganz oder teilweise versagen, ohne dass damit un zulässige Änderungen in den Werten der im Aussenkreis auftretenden Betriebsgrössen ver bunden sind. Bei selbsttätig geregelten gitter gesteuerten Gleichrichtern beispielsweise kann sogar jegliche Änderung des Mittel wertes des abgegebenen Gleichstromes bei derartigen Störungen unterbunden werden, so dass sie sich nach aussen zunächst gar nicht -eiter bemerkbar machen.
Diese Feh- ler, zu denen unter anderem das Durch brennen von Anodensicherungen, gurz- schluss, Aussetzen des Entladungseinsatzes in einzelnen Entladungsstrecken oder auch Stö rungen im Steuerkreis einzelner Entladungs strecken zu rechnen sind, dürfen jedoch nicht dauernd bestehen bleiben, da hierdurch die Anlage mehr oder weniger schwer beschädigt werden kann, und da ausserdem Wirkungs grad und Leistungsfaktor der Anlage durch derartige innere Störungen im Mitleiden schaft gezogen werden.
Der gegebene Weg zur Überwachung die ser innern Vorgänge in Umformungseinrioh- tungen scheint zunächst in der Überwachung jedes einzelnen Entladungsstreckenstrom- kreises durch Messinstrumente oder Relais zu liegen. Diese Art der Überwachung scheidet jedoch von vornherein aus, wegen der zu hohen Kosten und der umständlichen und un übersichtlichen Messschaltungen. Die vorliegende Erfindung gestattet die Überwachung der einzelnen Entladungs strecken in viel einfacherer Weise.
Sie hat zur Grundlage die Erkenntnis, dass bei aus setzender Entladung in einzelnen Ent ladungsstrecken die Welligkeit des abgege benen Stromes bezw. der abgegebenen Span nung sich ändert; normalerweise, das heisst wenn sämtliche Entladungsstrecken richtig arbeiten, entspricht der Welligkeit, zum Bei spiel eines sechsphasigen Gleichrichters die Frequenz 300 Hertz. Bei aussetzender Ent ladung in einer, zwei bezw. drei Entladungs strecken tritt im Gleichstromkreis ausserdem die Frequenz 50, 100 bezw. 150 Hertz auf usf.
Erfindungsgemäss werden nun zur Über wachung Schwingkreise vorgesehen, welche bei der mit dem Ausfall bezw. dem unregel mässigen Arbeiten einzelner Entladungs strecken verbundenen Änderung der Wellig keit des von der Umformungseinrichtung ab gegebenen Stromes bezw. der gelieferten Spannung Signal- oder Kontrolleinrichtungen zum Ansprechen bringen. Diese Schwing kreise können zum Beispiel entweder in den Hauptstromkreisen der Umformungseinrich tung oder, bei gittergesteuerten Anlagen, auch in deren Steuerstromkreisen angeordnet sein.
Die Schwingungskreise können derart abgestimmt sein, dass sie im Normalbetrieb nur kleine Spannungen bezw. Ströme führen, beim Auftreten gewisser Störfrequenzen je doch in Resonanz geraten und über Relais eine Signalgabe oder eine Schalthandlung zur Auslösung bringen.
In der Zeichnung sind mehrere Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung veranschau licht.
Abb. 1 zeigt einen sechsphasigen Gleich richter 1, der aus dem Drehstromnetz 10 ge speist wird und aus dem Transformator 2 mit der sechsphasigen Sekundärwicklung 3 und dem mehranodigen Gleichrichtergefäss 4 besteht. Der Gleichrichter möge auf eine Be lastung 6 arbeiten, mit der er über eine Ka thodendrossel 5 verbunden ist. An die Klem- men der Kathodendrossel ist die Einrichtung 7 zur Überwachung der Welligkeit des Gleichstromes angeschlossen.
Sie besteht im wesentlichen aus einem parallel zur Ka- tbodendrossel 5 angeordneten Spannungs- resonanzkreis, der aus der Kapazität 8 und der Induktivität 9 aufgebaut ist und zweck mässig noch einen veränderlichen bezw. ein stellbaren Dämpfungswiderstand 11 enthält.
Parallel zum Kondensator 8 ist ein Span nungsrelais, beispielsweise ein Telephonrelais 12, über ein Schaltelement mit eindeutiger Stromdurchlassrichtung, beispielsweise eine Selengleichrichterzelle 13 und gegebenen falls über einen Anpassungswiderstand 14, geschaltet.
Eine Abänderung der Einrichtung 7 ist in Abb. 12 dargestellt. An den Klemmen der Kathodendrossel 5 liegen in diesem Ausfüh rungsbeispiel mehrere parallel geschaltete Spannungsresonanzkreise 8', 9' bezw. 8", 9" bezw. 8"', 9"'.
In diese Spannungsresonanz- kreise können Stromrelais unmittelbar oder, wie im Ausführungsbeispiel, transformato- risch, über Stromwandler 16' bezw. 16" bezw. 16"' eingefügt werden, und zwar zweckmässig ebenfalls unter Einfügung von Gleichrichterelementen 13 und Widerstän den 14. Die besonderen Stromwandler 16 können hierbei wegfallen, wenn die Indukti- vitäten 9 der Schwingungskreise mit Sekun därwicklungen versehen werden, deren die Energie zur Betätigung der Relais 12 ent nommen wird.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist die folgende: Die Spannungsresonanzkreise der Abb. ja sind auf verschiedene Stör frequenzen abgestimmt, beispielsweise der Kreis 8', 9' auf 50 Hertz, der Kreis 8", 9" auf 100 Hertz, der Kreis 8"', 9"' auf 150 Hertz.
Fällt nun beispielsweise eine Anode oder mehrere in der Phasenfolge hin tereinander liegende Anoden des Gleich richtergefässes 4 aus, so tritt im Gleichstrom kreis ausser der Frequenz 300, welche der nörmalen Welligkeit entspricht, auch noch die Frequenz 50 auf, der Schwingungskreis 8', 9' gerät in Resonanz und das Relais 12' betätigt ein Signal oder löst eine Schalthand lung zur Beseitigung der Störung aus. Ent sprechend gerät der Schwingungskreis 8", 9" in Resonanz, wenn zwei in der Phasen lage um 180 versetzte Anoden gleichzeitig aussetzen, und der Schwingungskreis 8"\, 9"', .venn Anoden, die in der Phasenlage um 1,2()" versetzt sind, gleichzeitig aussetzen.
In Abb. 1 ist statt der drei auf 50, 100 und 150 Hertz abgestimmten Schwingungs kreise nur der eine Sch-vvingungskreis 8, 9 vorgesehen. der beispielsweise auf 100 Hertz abgestimmt ist. Um nun mit diesem Schwin gungskreis auch diejenigen Störungen, bei -elchen die Störfrequenzen 50 bezw. 150 Hertz auftreten, erfassen zu können, wird die Dämpfung des Resonanzkreises vermit tels des Dämpfungswiderstandes 11 so einge stellt, dass die durch die Frequenz 50 bezw. 150 Hertz im Schwingungskreis angeregten Spannungsamplituden an den Klemmen des Kondensators 8 noch zur Betätigung des Signalrelais 12 ausreichen:
Statt einer derartigen Anordnung eines auf eine bestimmte Frequenz abgestimmten Schwingungskreises mit verhältnismässig gro sser Dämpfung kann aber auch zu die sem Zwecke ein Schwingungskreis nach Art einer Siebkette vorgesehen sein, dessen Durchlässigkeitsgrenze bei einer Frequenz unterhalb derjenigen Frequenz liegt, welche der Welligkeit bei Normalbetrieb entspricht, der also alle Frequenzen unterhalb dieser Grenzfrequenz durchlässt bezw. auf sie an spricht und alle Frequenzen oberhalb dieser Grenzfrequenz einschliesslich der dem Nor malbetrieb entsprechenden Frequenz sperrt, das heisst von den Signaleinrichtungen usf. fernhält.
U m Fehlauslösungen der Überwachungs einrichtung mit Sicherheit zu vermeiden, kann dem Schwingungskreis bezw. den Schwingungskreisen, die auf die Störfrequen zen abgestimmt sind, ein Sperrkreis 19 vor geschaltet werden, der auf die Frequenz scharf abgestimmt ist, welche der Welligkeit des Normalbetriebes entspricht, und der da her die Spannungsamplituden dieser Fre- quenz von den eigentlichen Messkreisen fern hält. Eine derartige Anordnung zeigt die Abb. 1b.
Ein anderes Ausführungsbeispiel für die Überwachungseinrichtung einer im übrigen gemäss Abb. 1 aufgebauten Gleichrichteran- la.ge zeigt die Abb. 2. Anstatt parallel zur Kathodendrossel 5 kann die Überwachungs einrichtung 7 auch zwischen den Sternpunkt der Sekundärwicklung 3 des Gleichrichter transformator 2 und die Kathode des Gleieh- richtergefässes 4 geschaltet werden, so dass unmittelbar die Welligkeit der erzeugten Gleichspannung gemessen wird.
Als Schwin gungskreis ist wieder ein Spannungsreso- nanzkreis 8, 9 vorgesehen, der im Falle des Ausführungsbeispiels über einen Isoliertrans- formator 15 an die Gleichriehterkreise ange schlossen ist, wodurch die Stromkreise der Signalanlage völlig von den Gleichrichter kreisen hinsichtlich irgendwelcher Bezugs potentiale unabhängig gemacht werden kön nen.
Der Dämpfungswiderstand 11 kann ent sprechend der Abb. 1 unmittelbar im Schwin gungskreis auf der Sekundärseite des Trans formators 15, oder aber auch, wie im Aus führungsbeispiel der Abb. 2, auf der Primär seite des Transformators 15 angeordnet wer den. Um ferner eine unerwünschte Gleich stromvormagnetisierung des Isoliertransfor- mators 15 zu vermeiden, wird zweckmässig ein genügend grosser Kondensator 18 in Reihe mit dem Transformator 15 angeordnet, so dass in den Überwachungskreis 7 nur die der Gleichspannung überlagerte Wechsel spannungskomponente eingehen kann.
Die Anordnung eines Isoliertransforma tors zur Trennung der Signalanlage von den Potentialen der Gleiährichteranlage ist natür lich auch bei Anordnungen gemäss Abb. 1 ohne weiteres möglich. Der Isoliertransfor- mator kann mit Anzapfungen ausgerüstet sein, welche eine Anpassung der Signalein richtung an jede beliebige Umformungsein richtung gestatten.
Abb. 2a zeigt eine Abänderung der Ab bildung 2 insofern, als hier wieder ein Sperr kreis für die der normalen Welligkeit ent- sprechende Frequenz 300 Hertz in Reihe zum Resonanzkreis angeordnet ist. Der Resonanz kreis ist in diesem Beispiel ohne Zwischen schaltung eines Isoliertransformators ange ordnet.
Eine unerwünschte Gleichstrom magnetisierung der Induktivitäten 9, 19 oder der Relaiswicklung 12 kann hier auch ohne Einfügung eines besonderen Blockierungs- Kondensators vermieden werden, wenn das Gleichrichterelement 13 mit entsprechender Polung in den Stromkreis des Relais 12 ein gefügt wird.
Die Abb. 3 und 4 zeigen die Anwendung des Erfindungsgedankens auf eine Gleich richteranlage, bei der in erster Linie solche Störungen zu überwachen sind, welche von der für sämtliche Einzelgleichrichter gemein samen Steuereinrichtung ausgehen. Dieser Fall ist in der Praxis insbesondere dann ge geben, wenn die Steuereinrichtung derarti ger Umformungsanlagen unter Verwendung von Hilfsentladungsstrecken, beispielsweise Glühkathoden, aufgebaut ist; der verhältnis mässig verwickelte Aufbau derartiger Steuer schaltungen ist natürlich gegen Störungen besonders empfindlich.
Eine Überwachung gemäss den obigen Ausführungsbeispielen wäre bei derartigen Anlagen, bei denen die Anzahl der jeweils im Betrieb befindlichen Entladungsgefässe sich nach der Belastung richtet, nur möglich, wenn für jedes Ent ladungsgefäss eine besondere Überwachungs einrichtung vorgesehen würde. Demgegen über bedeutet die Überwachung im gemein samen Gittersteuerkreis eine bedeutende Ver- einfachung im Aufbau und eine bemerkens werte Kostenersparnis.
In dem Beispiel der Abb. 3 sind zwei sechsphasige, parallelarbeitende Gleichrich- tergefässe 4' bezw. 4" vorgesehen, welche über den Gleichrichtertransformator 2 aus dem Drehstromnetz 10 gespeist werden und ihrerseits Energie in das Gleichstromnetz 6 liefern. Die Steuergitter, welche einander entsprechenden Anoden in den beiden Ent ladungsgefässen zugeordnet sind, sind jeweils an die gleiche Spannung, gegebenenfalls über Begrenzungswiderstände 25, angeschlossen.
Die Steuerspannung wird von einer Gleich stromquelle 23 bezw. aus dem Drehstromnetz 10 über den Gittertransformator 20 und über Hilfsentladungsstrecken 21 geliefert. Die Gleichspannungsquelle 23 ist mit ihrem posi tiven Pol über Widerstände 24, welche das ordnungsmässige Arbeiten der Kathoden drosseln 5' bezw. 5" sicherstellen sollen, an die Kathoden der Entladungsgefässe 4' bezw. 4" angeschlossen, während ihr negativer Pol über im Stern geschaltete Widerstände 22 mit den zu den verschiedenen Steuergittern. führenden Steuerleitungen verbunden ist.
Solange die Hilfsentladungsstrecken 21 des Steuerkreises gesperrt sind, erhalten daher die Steuergitter der Hauptentladungsstrecken ein gegenüber den Kathoden der Entladungs gefässe negatives Potential, so dass in den Hauptentladungsstrecken keine Entladung einsetzen kann. Wird dagegen eine der Hilfs- entladungsstrecken 21 durch ihre im einzel neu nicht näher dargestellte Steuerung für den Stromdurchgang freigegeben, so wird damit der betreffenden Steuerleitung der Hauptgleichrichter ausser der negativen Span nungsquelle 23 noch eine vom Gittertrans formator 20 gelieferte Wechselspannung auf gedrückt.
Wenn die Widerstände 22 genü gend gross bemessen sind, überwiegt dabei der Einfluss der Wechselspannung derart, dass die negative Spannung der Spannungs quelle 23 den Entladungseinsatz nicht mehr verhindern kann. Die Hilfsentladungs- strecken 21 werden in bekannter Weise ge steuert und ergeben so in Zusammenarbeit mit den vom Gittertransformator 20 geliefer ten, entsprechend in der Phase verschobenen Wechselspannungen und der Gleichspan nung der Batterie 23 eine resultierende Steuerspannung, welche die Hauptentla- dungsstrecken in der gewünschten Weise zu beeinflussen gestattet.
Zur Überwachung des ordnungsmässigen Arbeitens der Steuerein richtung und damit der Hauptentladungs- . strecken wird in demjenigen Teil des Steuer stromkreises, welcher von den Gitterwechsel- strömen sämtlicher Phasen gemeinsam durch- flossen wird, eine Überwachungseinrichtung 7 eingebaut.
Im Ausführungsbeispiel sind beispielsweise drei auf die Frequenzen 50, 100 bezw. 150 Hertz abgestimmte Strom resonanzkreise 8', 9', 8", 9" bezw. 8<B>1"</B>, 9"' zwischen den Sternpunkt des Gittertransfor mators 20 und den Punkt A des Steuer kreises eingefügt, welcher anderseits mit der Gleichspannungsquelle 23 und den Ka thodenwiderständen 24 verbunden ist. Die Induktivitäten 9 der Stromresonanzkreise sind gleichzeitig als Primärwicklungen von Stromwandlern ausgebildet, aus deren Se kundärwicklungen die Relais 12 über Gleich richterzellen 13 angeschlossen sind.
Statt für jeden Stromresonanzkreis ein gesondertes Relais vorzusehen, können auch gemäss der Abwandlung, wie sie in Abb. 4 dargestellt ist, die sämtlichen Sekundärwick lungen der Stromwandler 9 untereinander und mit einer einzigen Gleichrichterzelle 13 bezw. einem einzigen Relais 12 in Reihe ge schaltet werden.
Die Wirkungsweise der Überwachungs einrichtung ist die gleiche wie die der in den Abb. 1 und 2 dargestellten Anordnungen. Fällt irgend eine der Entladungsstrecken 21 aus, das heisst bildet sich ein Dauerkurz schluss über eine der Hilfsentladungsstrecken oder findet in ihr keine Entladung mehr statt, so ändert sich die Welligkeit der Gitterspannung bezw. des Gitterstromes in dem Kreis, der sich über die Schaltelemente 7, 23, 22, 21 und 20 schliesst, und es spricht derjenige Resonanzkreis an, welcher auf die entsprechende Störfrequenz abgestimmt ist.
Auch bei Anordnungen gemäss Abb. 3 lässt sieh zur weiteren Sicherung des Betrie bes und zur Vermeidung von Fehlaus lösungen ein Sperrkreis einbauen, welcher auf die der bei Normalbetrieb vorhandenen Welligkeit entsprechende Frequenz abge stimmt ist.
Dieser Sperrkreis kann wie in den früheren Ausführungsbeispielen in Reihe zu den Resonanzkreisen zwischen den Stern punkt des Gittertransformators 20 und den Punkt A geschaltet werden. Mit Rücksicht darauf, dass die Amplituden der Gitterströme bezw. der Gitterspannungen sich mit der Zahl der gerade jeweils im Betrieb befind lichen Gleichrichtergefässe 4 unter Umstän den merklich ändern können, empfiehlt es sich jedoch, diesen Sperrkreis für die Nor malfrequenz unmittelbar vor die Hilfsspan nungsquelle 23, das heisst zwischen die Punte A und B der Schaltung, einzufügen.
Die Beeinflussung der Spannungsamplituden durch die Zahl der eingeschalteten Gleich richter ist in diesem Zweig geringer, so dass die Ansprechgrenze schärfer eingestellt wer den kann.
Der Erfindungsgedanke kann je nach der Art der zu schützenden Anlage in der ver schiedensten Weise angewendet und ausge bildet werden. So ist es zum Beispiel mög lich, bei vielphasigen Anordnungen, in denen Saugspulensysteme verwendet werden, eine Überwachungseinrichtung der genannten Art statt an einer gemeinsamen Kathodendrossel an jedem Saugspulensystem anzuordnen. Da durch wird im praktischen Betrieb die Auf findung der Fehlerstelle bedeutend erleich tert.
Die Ausführungsbeispiele bezogen sich auf den Schutz von Gleichrichteranlagen. Es geht jedoch schon aus den Abbildungen her vor, dass eine derartige Überwachung sich auch ebenso bei Wechselrichtertrieb derar tiger Anlagen ausführen lässt, und darüber hinaus können bei geeigneter Anordnung von Sperrkreisen für die bei Normalbetrieb vor kommenden Frequenzen auch Umrichteran- ordnungen durch eine Anordnung gemäss der Erfindung überwacht bezw. geschützt wer den.
Die Anzahl der benötigten Resonanz kreise richtet sich nach der Anzahl der mög lichen Störfrequenzen, das heisst aber nach der Phasenzahl der zu schützenden Umfor mungseinrichtungen. Bei vielphasigen An ordnungen lassen sich die Kosten der Über wachungseinrichtung in der schon oben an gedeuteten Art schon dadurch niedrig halten, dass immer für zwei bis drei benachbarte Störfrequenzen ein gemeinsamer Resonanz- kreis mit entsprechend grosser Dämpfung vorgesehen wird.