Gleichrichterschaltung <B>bestehend aus einer wenigstens zweiphasig angeschlossenen</B> Gleichrichteranordnung mit steuerbaren gas- oder dampfgefüllten Gleicbrichtern. Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichrichterschaltung bestehend aus einer wenigstens zweiphasig angeschlossenen Gleich richteranordnung mit steuerbaren gas- oder dampfgefüllten Gleichrichtern, die mit Hilfe einer gemeinsamen, den Steuerorganen zuge führten, regelnden Gleichspannung und einer dieser überlagerten und gegenüber der Speisespannung in der Phase verschobenen Wechselspannung gesteuert werden,
wobei die Regelgleichspannungsquelle anderseits mit dem neutralen Punkt des Speisetransforma tors der Gleichrichter verbunden ist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichter zu ihrer Speisung mit den Kathoden vonein ander getrennt mit einem Autotransformator derart verbunden sind, dass die Kathoden je gegenüber dem neutralen Punkt des Autotransformators an einer gegenseitig nahezu gleichen Wechselspannung liegen.
Die vorerwähnte überlagerte Wechsel spannung ist im vorliegenden Fall zum Bei spiel eine sinusförmige Wechselspannung von gleicher Frequenz wie die Speisewechselspan nung.
Diese Gleichrichterschaltung hat den Vor teil, dass durch die Anwendung eines Auto transformators eine wirtschaftlichere Schal tung erhalten wird.
Der scheinbare Nachteil, dass die Kathoden an einer Wechselspannung liegen, so dass sich das Kathodenpotential und somit die Zünd- kennlinie dauernd ändern, wodurch eine genaue Zündung an einem gewünschten Punkt der Zündkennlinie unter Anwendung einer normalen üblichen Steuerung der Gitter spannung, die an einen Punkt festen Poten tials gebunden ist, nicht verbürgt wäre, wird von der im Steuerkreis wirksamen Ausgleichs wechselspannung behoben.
Der Vorschlag, dass die Kathoden und nicht die Anoden an den Autotransformator angeschlossen werden sollen, beruht auf der Erkenntnis, dass im letztgenannten Fall die Kathoden, die zum Beispiel gemeinsam über die Belastung an die Mitte des Autotransformators angeschlossen sind, im allgemeinen nicht an Erde gelegt werden können, da eine der Netzleitungen oder der neutrale Punkt des Autotransfor mators bereits geerdet ist, so dass die Katho den somit die Spannung der Welligkeit der Gleichrichter haben, die praktisch nicht mit einfachen Mitteln ausgeglichen werden kann, wodurch eine genaue Steuerung nicht möglich ist.
Die Regelgleichspannung kann zum Bei spiel von der Belastung zur Regelung auf konstante Spannung bei veränderlicher Strombelastung abgeleitet sein, insbesondere zum Beispiel zur Regelung von Gleichstrom motoren. An Hand der in beiliegender Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbei- spiele wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
In Fig.1 sind die Netzspannungsklemmen 1 und 2 mit einem Autotransformator 3 ver bunden, dessen Enden mit den Kathoden der gittergesteuerten gas- oder dampfgefüll ten Gleichrichterröhren 5 in Zweiphasen schaltung verbunden sind. Die Anoden 6 dieser Röhren sind an die Belastung 7 (zum Beispiel einen zu regelnden Gleichstrom inotor) angeschlossen, deren anderer An schluss in üblicher Weise mit dem neutralen Punkt A des Autotransformators 3 verbunden ist. Parallel zur Belastung 7 ist über den Punkt 8 (und A) ein Regelgerät 9 ange schlossen, an dessen Klemmen 10 und 11 eine Regelgleichspannung entsteht, die von der an der Belastung 7 liegenden Spannung ab hängig ist.
Diese Regelspannung, die im vor legenden Beispiel zwischen +LT und -IT variieren kann, ist über die beiden Hälften des Autotransformators einerseits mit den Kathoden 4 und anderseits über einen Phasenschieber mit den Gittern 12 verbunden. Der Phasenschieber besteht aus einem R-C- N etzwerk 13-16.
Gegenüber dem neutralen Punkt A des Autotransformators 3 liegen die Kathoden 4 somit an einer Wechselspannung. In Fig. 2 ist dies schematisch durch die Wechselspannung AK dargestellt. Angenommen, dass die Zünd- kennlinie der Gleichrichter in der üblichen ITgk-LTak-Darstelliing durch Ugk. <I>= o ge-</I> geben ist, stellt die Linie<I>AK</I> also sowohl die Kathodenspannung. gegenüber dem Potential des Punktes A (die gerade Linie o) wie auch die Zündtrennlinie dar.
Die halbe Transfor- matorspannung AK des Autotransformators 3 wird im vorliegenden Fall vom Phasen schieber um etwa<B>900</B> in der Phase gedreht und in der Amplitude auf die Hälfte ver ringert den Gittern 12 zugeführt, was in einem gesonderten Vektordiagramm (Fig.3) veranschaulicht ist. In Fig. 2 ist die Wechsel spannung AK also um 90 in der Phase gegen die Wechselspannung<I>GK</I> zwischen Gitter und Kathode verschoben dargestellt. Das Potential des Gitters gegenüber dem Punkt A ergibt sich durch Summierung der beiden Spannungen<I>AK</I> und GK und ist durch die Kurve<I>AKG</I> dargestellt.
Im vorliegenden Fall tritt dann Zündung desjenigen Gleich richters auf, dessen Anodenspannung gegen über der Kathodenspannung (Linie AK) positiv ist, und zwar am Punkt X, wo die Gitterspannungslinie <I>AKG</I> die Zündkenn- linie <I>AK</I> schneidet. Indem nunmehr die summierte Spannung AKG mit Hilfe der Regelgleichspannung +U oder -U hinauf- oder herabgeschoben wird, kann, da der Punkt X nach links oder nach rechts ver schoben wird, die betreffende Gleiehrichter- röhre voll ausgesteuert werden, das heisst der Zündzeitpunkt kann theoretisch von 0 bis <B>1800</B> verschoben werden.
Beträgt die Regel- ,Spannung nämlich +U gegenüber der Null- linie, gemäss der Figur, so ist das Potential des Gitters gegenüber dem Punkt A durch die Kurve<I>AKG'</I> dargestellt und die Zündung er folgt am Punkt Y zu Beginn der positiven Halbwelle. Der Gleichrichter liefert dann die Maximalspannung. Sinkt die Regelspannung auf den Wert -U, so ist die summierte Span nung Gitter-Punkt A durch die Kurve AKG" dargestellt. und die Zündung erfolgt am Ende der für die Anode des Gleichrichters positiven Halbperiode dass heisst. am Punkt Z.
Aus der Figur geht hervor, dass die Scheitelspannung von<I>GK, GK</I> etwa gleich der Spannung U sein sollte, um eine volle Aus steuerung zu ermöglichen. Tatsächlich kann diese Scheitelspannung etwas kleiner als U sein, da der Gleichrichter praktisch nicht über die ganzen<B>1800,</B> sondern zum Beispiel über 165 bis 175<B>"</B>gesteuert wird. Einfaehheits- halber wird jedoch angenommen, dass<I>GK = U</I> oder
EMI0002.0043
in effektiver Spannung ausgedrückt ist.
Fig. 3 stellt in einem Vektordiagr amm die Wechselspannungen und die Phasenv erschie- bungen dar. Der Spannungsvektor GK (Spannung am Kondensator 16 in Fig.1) steht annähernd senkrecht. zum Vektor GD (Spannung am Widerstand 15 in Fig. 1).
Die resultierende Spannung<I>DK</I> (die auch die Spannung über den Kondensator 14 darstellt) steht annähernd wieder senkrecht zum Vektor <I>DE</I> (Spannung am Widerstand 13). Wechsel- spannungsmässig kann der Punkt E auch gleich dem Punkt A gesetzt werden, so dass der Vektor KE = KA der halben Autotrans formatorspannung entspricht (Fig.1), von der GK stammt.
Wenn der Phasenschieber derart ausge bildet ist, dass der Betrag von GK gleich dem Betrag von GD und der Betrag von<I>DK</I> gleich dem Betrag von<I>DE</I> ist, folgt aus dem Vektor diagramm
EMI0003.0006
<I>GK=</I> <SEP> 1/2 <SEP> <I>DK</I> <SEP> #-2 <SEP> <I>(2)</I>
<tb> und
<tb> <I>DK <SEP> = <SEP> 112 <SEP> KE <SEP> J <SEP> 2 <SEP> (3)</I>
<tb> oder
<tb> GK <SEP> = <SEP> 1/22 <SEP> - <SEP> 1/2KE <SEP> @2 <SEP> = <SEP> 112KE
<tb> oder
<tb> <I>KE <SEP> =</I> <SEP> 2 <SEP> OK <SEP> <I>(4)</I>
<tb> Indem <SEP> (1) <SEP> GK <SEP> = <SEP> in <SEP> (4) <SEP> substituiert <SEP> wird,
<tb> 2
<tb> ergibt <SEP> sich:
<tb> <I>KE=2</I>
<tb> <I>2=U@/2 <SEP> (5)</I> Da KE <I>= KA</I> (Fig. 3), bedeutet dies, dass wenn die halbe Transformatorspannung gleich dem
EMI0003.0010
fachen des Maximalwertes der Regel gleichspannung ist, eine volle Aussteuerung des Gleichrichters möglich ist. Ist somit zum Beispiel die Netzspannung 220 V, so ist K A =110 V. Ist die Regelgleichspannung von + U bis <I>-U = 2U</I> =156 V, so ist<B>U=78</B> und U
EMI0003.0012
ist, auch 110V, so dass die Bedingung (5) erfüllt wird.
Es kommt jedoch häufig vor, dass die zur Verfügung stehende Netzspannung einen andern Wert hat, oder dass die Regelgleich spannung nicht dem Wert 2U =156 V ent spricht, und es nur mit Hilfe eines viel ver- wickelteren Regelgerätes 9 (Fig.1) möglich wäre, diese Spannung zu erzielen. In diesem Fall ist bei dem geschilderten Schaltbild keine hinreichende Regelung mög lich, da die Bedingung der Formel (5) nicht erfüllt wird.
In solchen Fällen kann eine besondere Ausgleichsspannung mit Hilfe einer Hilfs- tr ansformatorwicklung eingeführt werden, die vorzugsweise aus einer auf dem Auto transformator angeordneten Hilfswicklung besteht. Da die Hilfswicklung nur eine ge ringe Leistung zu liefern hat, zum Beispiel 0,1 W bei einer Gleichrichtleistung von 100 W, geht die Ersparnis einer Hauptwick lang infolge der Verwendung eines Autotrans formators als Speisetransformator nicht wie der verloren.
Fig.4 stellt die gleiche Schaltung wie in F ig.1 dar, mit dem Unterschied jedoch, dass eine Hilfswicklung 17 zwischen den beiden Widerständen 13 angeordnet, und die Regel spannung an die Mitte C gelegt ist. Das Vektordiagramm dieser Schaltung ist in Fig. 5 dargestellt. Es entspricht im wesentlichen demjenigen nach Fig.3 und unterscheidet.
sich von diesem nur durch den zugesetzten Vektor EC, der gleich der halben Spannung der Gesamthilfswicklung 17 ist. Auf ähnliche Weise wie oben geschildert, ergibt sieh wieder:
EMI0003.0036
Hier ist jedoch die halbe Spannung der Hilfswicklung EC=KC-KE <I>-</I> (6) oder
EMI0003.0038
und da die Wechselspannung KC auch gleich KA ist, wird
EMI0003.0040
Beträgt die Netzwechselspannung zum 8s Beispiel 380 V und die Gesamtregelgleich- spannung zum Beispiel 200 V,
so wird
EMI0003.0045
Die Hilfswicklung muss dann eine Gesamt spannung von 100 V liefern. Beträgt. die Netzwechselspannung wieder 380 V und die Regelgleichspannung 400 V, so wird
EMI0004.0002
Die Hilfswicklung muss dann 180 V liefern und soll umgekehrt angeschlossen werden, da EC negativ ist. Das Vektordiagramm ent spricht dann der schematischen Darstellung nach Fig.6.
Ist die Netzspannung 220 V und die Regelgleichspannung 156 V, so wird
EMI0004.0007
mit andern Worten die Hilfswicklung kann weggelassen werden, so dass die Schaltung nach Fig.1 verbleibt.
Wenn aus irgendeinem Grunde ein anderer Phasenschieber erwünscht ist, kann zum Beispiel eine Schaltung nach Fig. 7 ver wendet werden, bei der die Phasendrehung mit Hilfe einer Selbstinduktion 18, deren Wicklung als Hilfswicklung des Speisetrans formators ausgebildet ist, mit @ Mittelan zapfung, eines Regelwiderstandes 19 und eines Kondensators 20 erfolgt. Die Spannung an der Hilfstransformatorwicklung 17 soll dann entsprechend der Grösse der Selbstinduktion 18 grösser gewählt werden. Im dargestellten Fall wird die Regelvorrichtung 9 von Hand eingestellt.
Bei einer Dreiphasengleiehrichterschal- tung kann die Schaltung gemäss Fig. 8 aus gebildet werden.
Die Netzspannungsklemmen, an die der Dreiphasenautotransformator 24 angeschlos sen ist, sind mit 21, 22 und 23 bezeichnet. Die Gleichrichterröhren 25 sind mit Gittern 26 versehen, die je an eine Hilfswicklung 27, deren Spannung um 1200 gegenüber der zu gehörigen Kathodenspannung an 24 in der Phase verschoben ist und an den Hilfstrans formator 28 angeschlossen sind, der in Reihe mit der Wicklung 27 liegt. Die Enden der Wicklung 28 liegen am Regelgerät 9, mit dem die Gleichspannung eingestellt wird, die wie der mit dem neutralen Punkt des Autotrans formators verbunden ist. Die Wicklung 28 trägt zum Ausgleich bei, während die Wick lung 27 die Phasenverschiebung von 1200 für die Röhre 25 liefert.
Auch die andern Gleich richter sind auf ähnliche Weise angeschlossen. Der Steuerkreis der in der Fig. 8 links darge stellten Röhre ist einfachheitshalber wegge lassen. Das Vektordiagramm dieser Schal tung ist in Fig. 9 dargestellt. Eine Schaltung für das eigentliche Regelgerät 9, das vorzugs weise in den beschriebenen Schaltungen ver wendet wird, ist im Prinzip in Fig. 10 dar gestellt. Die Spannung an der Belastung 7 wird einem Steuergerät 29 zugeführt, durch das die Gitterspannung der Hilfsgleichrichter röhre 30 beeinflusst wird.
Die Kathode dieser Röhre ist über eine Stabilisierungsröhre 31 mit der Mitte A des Autotransformators 3 verbunden. Die Hilfsröhre 30 wird aus einem Hilfstransformator 32 gespeist und hat als Belastung einen Widerstand 33, zu dem zur Glättung ein Kondensator 34 parallel ge- 4cchaltet ist. Die Kathode der Röhre 30 hat, infolge der Zwischenschaltung der Stabili sierungsröhre 31, zum Beispiel eine Spannung von +80 V gegenüber dem Punkt A.
Wenn die Spannungen im Regelgerät 9 derart ge wählt sind, dass sich die Spannung am Wider stand 33 unter dem Einfluss des Regelgeräts <B>2</B>9 am Gitter der Röhre 30 von Null bis zu -160 V ändern kann, wird die Spannung am Punkt 11 von +80 bis -80 V geändert, was die vorerwähnte Regelgleichspannung von +Ü bis -ZT ergibt.
Der Hilfstransformator 32 kann zum Bei spiel mit der Hilfstransformatorwicklung 17 vereinigt werden, die zum Ausgleich beiträgt. Eine solche Kombination ist in Fig.11 dar gestellt, in der einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Nach der Erläuterung der Wirkungsweise des Schaltbildes nach Fig.10 wird die Wirkungs weise des Schaltbildes nach Fig.11 klar sein.
Bei diesem Schaltbild ist die Ausbildung durch Verwendung einer Hilfstransformator wicklung 17, die sowohl einen Teil der Aus gleichsspannung als auch die Anodenspan nung für das Regelgerät liefert, noch weiter vereinfacht und auch wirtschaftlicher.