DE1077798B

DE1077798B - Schutzeinrichtung fuer Gleichrichter, die mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeiten und einen vorwiegend induktiven Verbraucher speisen

Info

Publication number: DE1077798B
Application number: DEL28069A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Johannes Foerster; Dipl-Ing Friedrich Hoelters
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1957-07-12
Filing date: 1957-07-12
Publication date: 1960-03-17

Description

DEUTSCHES

Es ist bekannt, bei einem mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden Gleichrichter im Falle des Auftretens von Rückzündungen den Gleichrichter mit der Gittersteuerung abzuschalten und späterhin nach Beseitigung bzw. Verlöschen der Rückzündung wieder einzuschalten. Solange nun der Gleichrichter eine geringfügige gleichstromseitige Induktivität aufweist, ergeben sich keine Schwierigkeiten. Speist der Gleichrichter einen vorwiegend induktiven Verbraucher, dessen Zeitkonstante mehrere Perioden bis zu einigen Sekunden beträgt, so ist für die Wahl des Rückzündungsschutzes folgendes zu berücksichtigen:

Die Verwendung von Sicherungen für jede Entladungsstrecke bzw. die einzelnen Anoden eines mehranodigen Entladungsgefäßes ist unangebracht, weil die in dem Verbraucher aufgespeicherte Energie diese Sicherungen im Rückzündungsfall zur Explosion bringen kann und dadurch Überspannungen an dem Verbraucher hervorgerufen werden können. Ähnliches gilt auch für die Verwendung von Anoden- oder Kathodenschnellschaltern, weil überhaupt der gesamte Gleichstromkreis keine Schalter enthalten sollte.

Bei der Anwendung der bekannten Gitterspannung im Rückzündungsfall ergeben sich insofern Schwierigkeiten, als der Laststrom über wenige, meist die zuletzt gezündeten Anoden weiterfließt und nach seiner natürlichen Zeitkonstante abklingt. Verbleibt der Laststrom auf den zuletzt gezündeten gesunden Anoden, dann kann diese lange Brenndauer Störungen bzw. Überbeanspruchung dieser Anoden zur Folge haben. Dies ist besonders nachteilig, wenn die im Rückzündungsfall vorgenommene Gittersperrung nur kurzzeitig, etwa fünf bis zehn Perioden, vorgenommen werden soll, um dann, wie das besonders bei der Speisung von Wechselstromgeneratoren gewünscht wird, den Betrieb fortsetzen zu können.

Diese Nachteile sollen durch die Erfindung vermieden werden. Sie betrifft eine Schutzeinrichtung für Gleichrichter mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken, bei der im Kurzschluß fall eine schnelle Rückverlegung der Zündimpulse von Gleichrichter- in Wechselrichterbetrieb mit daran wieder anschließender Vorverlegung in den Gleichrichterbetrieb vorgenommen wird. Erfindungsgemäß erfolgt bei Speisung eines vorwiegend induktiven Verbrauchers mit einer gegenüber der Periodendauer des Netzes großen Zeitkonstanten nur im Rückzündungsfall der Übergang in den Gleichrichterbetrieb nach einer derart kurzen Zeit, daß unter Ausschließung weiterer Schutzeinrichtungen eine wesentliche Verminderung des die Induktivität durchfließenden Stromes noch nicht eingetreten ist. Es ist also wesentlich, daß im Rückzündungsfall die Gitter der ein- Schutzeinrichtung für Gleichrichter,

die mit gittergesteuerten Dampf-

oder Gasentladungsstrecken arbeiten

und einen vorwiegend induktiven

Verbraucher speisen

ίο Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. m. b. H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Dr.-Ing. Johannes Förster, Berlin-Hermsdorf,

und Dipl.-Ing. Friedrich Hölters, Berlin-Lankwitz,

sind als Erfinder genannt worden

zelnen Anoden nicht gesperrt, sondern deren Impulse in an sich bekannter Weise schlagartig zeitlich zurück verschoben werden, so daß eine vorübergehende Aussteuerung des Gleichrichters als Wechselrichter erfolgt. Bei dieser zeitlichen Zurücknahme der Gitterimpulse kann der bei einer Rückzündung eingetretene Wechselstromkurzschluß auf einen Wert begrenzt werden, der noch unter der Normalbelastung liegt und somit schnell zum Verlöschen kommt. Der Belastungsstrom kann hierbei über sämtliche gesunden Anoden weiterfließen, die im Zustand der Wechselrichteraussteuerung weiterhin zu kommutieren in der Lage sind. Die Erfindung gibt dann noch weitere Einzelheiten über die Ausführung der Gittersteuerung und der verzögerungsfreien Erfassung der Rückzündung an.
An Hand der Zeichnung möge der Erfindungsgedanke näher erläutert werden. In Fig. 1 ist vereinfacht ein dreipulsiger Gleichrichter mit dem mehranodigen Gefäß 1, der Transformatorwicklung 2 und dem induktiven Verbraucher 3 dargestellt. Es wird angenommen, daß die Anode der Phase R auf die Phased" kommutiert hat und in der Anode der PhaseR eine Rückzündung eintritt. Bei einer normalen Gittersperrung würde sich zunächst die Anode der Phase T sperren lassen, so daß der Kurzschlußstrom auf die beiden Phasen R und 6¹ beschränkt bliebe. Dem Gleichstrom I_s in der Phase S überlagert sich noch der Rückzündungswechselstrom i_r, so daß die Phase 5" einen Strom i_v = J_g + i_T zu führen hat. Unter der Annahme, daß die Anode der Phase R nach dem ersten Stromnulldurchgang, der je nach dem Aussteuerungs-

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zustand etwa 180° el. nach der Kommutierung liegt, wieder sperrfähig geworden ist, würde nur die Phase 6" allein den Gleichstrom I_g weiterführen, dem sich ein Wechselstromglied überlagert. Wie schon erwähnt, ist während dieser Zeit die Anode dieser Phase S gefährdet, und es ist nicht sichergestellt, daß nach dem Aufheben der Gittersperre diese Anode wieder normal steuerfähig ist.

Wird dagegen im Rückzündungsfall lediglich eine Umsteuerung des als Gleichrichter arbeitenden Stromrichters in die äußerste Wechselrichterstellung vorgenommen, so kann der Rückstrom der rückzündenden Anode auf einen Wert vermindert werden, der noch unter dem Betriebswert liegt, weil die treibende Gleichspannung der gesunden Anoden wesentlich reduziert worden ist. Auch dann, wenn die rückzündende Anode nach dem ersten Stromnulldurchgang ihre Sperrfähigkeit noch nicht wieder erlangt hat, besteht keine Überlastungsgefahr, weil die gesunden Anoden auf die rückzündenden nur mit kurzen Stromimpulsen, deren Länge bei wenigen, etwa 10 bis 20° el. liegt, einspeisen. Die Kommutierung des Laststromes J_e kann von den gesunden Anoden in der normalen Weise erfolgen, so daß auch hierdurch keine Überlastung durch zu lange Brenndauer erfolgt. Nach einer Pause von etwa fünf bis zehn Perioden kann der normale Betrieb durch Umsteuerung in Gleichrichterbetrieb fortgesetzt werden.

Die Umsteuerung in Wechselrichterbetrieb kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mit einem einzigen Gittersteuergerät erfolgen, das eine schnelle, rein elektrisch nacheilende Verschiebung der Gitterimpulse über mehr als 150° el. gestattet. Es können hierfür die bekannten Phasenschwenksteuerungen oder auch solche, die nach dem Prinzip des spannungs- ₃g steuernden magnetischen Verstärkers arbeiten, verwendet werden, indem der Steuerstrom im Rückzündungsfall schlagartig verändert wird. Es ist ferner möglich, zwei Steuergeräte vorzusehen, wovon das eine die Gitter ständig im äußersten Wechselrichterbereich zündet und die Impulse des zweiten, das normalerweise für die Einstellung der gezündeten Gleichspannung verwendet wird, schlagartig zum Verschwinden gebracht werden. In diesem Fall läßt sich die Umsteuerung in den Wechselrichterbereich in der kürzestmöglichen Zeit vornehmen, so daß die nächstfolgende Anode nach der Rückzündung bereits im Wechselrichterbereich gezündet wird.

Die Erfassung der Rückzündung erfolgt derart, daß die Gittersteuerung schon nach 1 bis 3 Millisekunden beeinflußt werden kann, wobei im allgemeinen eine Leistungsverstärkung zwischen der Meßstelle und der Eingriffsstelle in der Steuerung erforderlich ist. Vorteilhaft wird der Rückzündungskurzschluß auf der Primärseite oder direkt in den Anodenleitungen erfaßt. Hierfür können normale Zwischenwandler auf Relais oder Schaltverstärker, vorzugsweise elektronische, z. B. Thyratrons oder Transistoren, nach dem Überstromprinzip einwirken. Eine noch schnellere Erfassung der Rückzündung ist möglich, wenn in die Anodenleitungen oder bei Parallelgefäßen auch in die Kathodenleitungen rückstromempfindliche Wandler geschaltet werden. Zweckgemäß werden diese Wandler in der Weise polarisiert, daß sie sättigbare Kerne mit rechteckförmiger Magnetisierungsschleife erhalten. Die Kerne können durch eine zusätzliche Wicklung in derselben Richtung vormagnetisiert werden, wie das auch der normale Anoden- oder Kathodenstrom tut. Wird ein Magnetmaterial verwendet, wie es in Fig. 2 angedeutet ist, kann eine zusätzliche Vormagnetisierungswicklung entfallen, weil auf Grund der Remanenz nur dann ein Induktionsintervall durchlaufen wird, wenn sich der Erregerstrom umpolt. Bei Verwendung derartiger Materialien kann erreicht werden, daß schon bei kleinsten Rückströmen die Umsteuerung des Stromrichters eingeleitet wird, besonders dann, wenn die an den Wandlern induzierten Spannungen an elektronische Schaltverstärker, vorzugsweise Thyratrons oder Transistoren, geführt werden, die entweder die Gittersteuerung umsteuern bzw. die Impulse der im Gleichrichterbereich arbeitende Gittersteuerung zum Verschwinden bringen.

Ein Ausführungsbeispiel für den Fall, daß die Gittersperrung über einen elektronischen Schaltverstärker, nämlich ein Thyratron, erfolgt, zeigt Fig. 3. Es ist hier das Gittersteuergerät 4 angedeutet, das im Normalbetrieb über die Gitterwiderstände 5 und die negative Vorspannung 6 des mehranodigen Gefäßes 1 zündet. Im Falle einer Rückzündung werden die Impulse des Gerätes 4 durch Zünden des Thyratrons 8 unwirksam, weil die Impulse des Gerätes 4 über die Ventile 7 und das Thyratron 8 kurzgeschlossen werden. Ein zweites Steuergerät 9 zündet das Gefäß 1 über getrennte Gittervorwiderstände 10 weiter im Wechselrichterbetrieb.

In welcher Weise die Umsteuerung des Stromrichters bei Verwendung von nur einem Steuergerät erfolgen kann, ist eingehend in der deutschen Patentanmeldung L 5586 VIII d/ 21 g beschrieben.

Claims

Patentansprüche:

1. Schutzeinrichtung für Gleichrichter mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken, bei der im Kurzschluß fall eine schnelle Rückverlegung der Zündimpulse von Gleichrichter- in Wechselrichterbetrieb mit daran wieder anschließender Vorverlegung in den Gleichrichterbetrieb vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Speisung eines vorwiegend induktiven Verbrauchers mit einer gegenüber der Periodendauer des Netzes großen Zeitkonstanten nur im Rückzündungsfall der Übergang in den Gleichrichterbetrieb nach einer derart kurzen Zeit erfolgt, daß unter Ausschließung weiterer Schutzeinrichtungen eine wesentliche Verminderung des die Induktivität durchfließenden Stromes noch nicht eingetreten ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsteuerung mit einem einzigen Gittersteuergerät erfolgt, das eine schnelle rein elektrische Verschiebung der Gitterimpulse über mehr als 150° el. gestattet.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Steuergeräte vorgesehen sind, wovon das eine ständig im äußersten Wechselrichterbereich zündet und die Impulse des zweiten Steuergerätes für die Einstellung der gezündeten Gleichspannung dienen.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückzündungskurzschluß auf der Primär- oder Sekundärseite des Stromrichtertransformators mittels ungepolter Wandler oder Relais bzw. Schaltverstärker nach dem Überstromprinzip erfaßt wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Rückzündung in den Anoden und/oder Kathodenleitungen rückstromempfindliche Wandler mit sättigbarem Kern mit rechteckförmiger Magneti-

sierungsschleife mit oder ohne Gleichstromvormagnetisierungswicklung vorgesehen sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß diesen Wandlern schnelle Relais und/oder elektronische Schaltverstärker, vorzugsweise Thyratrons und/oder Transistoren, nachgeordnet sind, um auf die Gitter-

steuerung im Sinne einer Umsteuerung des Stromrichters einzuwirken.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 665 751; deutsche Patentanmeldung L 5586 VIIIc/21g (bekanntgemacht am 13. 12. 1951).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen