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Steuereinrichtung zur Tastung von Umrichtern Zur Erzeugung von Wechselspannungen
einer von der Netzfrequenz eines gegebenen Wechselstromnetzes abweichenden Frequenz
mittels eines sogenannten Umrichters ist es vorteilhaft, fremdgeführte Wechselrichter
zu verwenden, die an einem gesteuerten oder ungesteuerten Gleichrichter angeschlossen
sein können. Eine derartige Anordnung eines Gleichrichters und eines mit diesem
verbundenen Wechselrichters wird als Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis bezeichnet.
Als Gleichrichter können beispielsweise gesteuerte Gasentladungsstromrichter oder
Halbleitergleichrichteranordnungen verwendetwerden.
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Ein Prinzipschaltbild einer bekannten Anordnung eines zweipulsigen
fremdgeführten Wechselrichters in der Mittelpunktschaltung zeigt Fig. 1. Er besteht
aus zwei gesteuerten Gasentladungsröhren 1 und 1', einem Transformator 2 mit einer
einphasigen Primärwicklung und einer zweiphasigen Sekundärwicklung in Mittelpunktschaltung,
einem Kondensator 3 und einer in die Gleichstromzuleitung des Wechselrichters eingeschalteten
Drossel 4. Die Steuerung der Röhren erfolgt durch ein Gittersteuergerät 5, das für
die erzeugte Wechselspannung frequenzbestimmend ist. Mittels eines Schalters 6 kann
der Wechselrichter an die beispielsweise einem Gleichrichter entnommene Eingangsgleichspannung
U, angeschlossen werden. Die Wechselspannung des Wechselrichters, die mit uw bezeichnet
ist, kann an der primären Einphasenwicklung des Transformators 2 abgenommen werden.
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Nach dem Schließen des Schalters 6 wird zunächst diejenige Entladungsröhre,
deren Steuergitter gerade eine positive Spannung erteilt ist, stromführend, wobei
der Gleichstrom i, auftreten soll. Hierbei wird infolge der zwischen der einen sekundären
Teilwicklung und der ganzen Sekundärwicklung des Transformators entstehenden Spannungsübersetzung
der Kondensator 3 auf eine Spannung bis zum etwa doppelten Betrag der Gleichspannung
U,a. aufgeladen.
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Beim Erscheinen eines positiven Gitterspannungsimpulses des Gittersteuergerätes
an der bisher gesperrten Entladungsröhre zündet nun auch diese, worauf unter der
Wirkung der Kondensatorspannung ein mehr oder weniger steil ansteigender, über beide
Entladungsröhren fließender Kreisstrom, j entsteht dessen Anstieg so lange anhält,
bis der in der zuerst stromführenden Röhre fließende Differenzstrom i,-j durch Null
geht. Diesen für gewöhnlich sehr kurzen Ablösevorgang der Entladungsröhren bezeichnet
man bekanntlich als Kommutierung. In ähnlicher Weise lösen sich in der Folgezeit
die beiden Gasentladungsröhren 1, 1' abwechselnd in der Zeitfolge der Gitterspannungsimpulse
des Gittersteuergerätes ab, wobei während der Dauer des Stromflusses in jeder der
beiden Röhren eine vollständige Umladung des Kondensators 3 von positiver zu negativer
Spannung oder umgekehrt stattfindet. Die Kurvenform der auf diese Weise entstehenden
Wechselspannung wird bekanntlich von der Kapazität des Kondensators 3, der Induktivität
der Drossel 4 und der an der Primärwicklung des Transformators 2 anliegenden Belastung
bestimmt.
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Derartige Umrichter, deren Gleichrichter und Wechselrichter auch mehrpulsig
ausgebildet sein können, werden neuerdings in zunehmendem Maße zur Erzeugung eines
Wechselstromes netzfremder Frequenz in Hochspannungsleitungen zum Zwecke einer sogenannten
Rundsteuerung angewendet. Für eine derartige Steuerung ist es indessen zur übertragung
einer bestimmten Information notwendig, den Wechselstrom und damit den Umrichter
impulsmäßig zu tasten.
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Diese Tastung des Umrichters könnte beispielsweise am Wechselstromausgang
des Wechselrichters oder auch im Gleichstromzwischenkreis, also im Gleichstromausgang
des Gleichrichters vorgenommen werden. Dem stehen indessen einige Schwierigkeiten
entgegen.
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Die Spannungshaltung des fremdgeführten Wechselrichters ist nämlich
an eine bestimmte Belastung gebunden. Beim Fehlen einer Belastung infolge einem
Unterbrechung des Wechselstromkreises würde ein unzulässig hohes Ansteigen der Wechselspannung
des Wechselrichters eintreten. Aus diesem Grunde ist in Verbindung mit der Wegnahme
der Wechselstrombelastung die sofortige Einschaltung einer Ersatzlast erforderlich.
Bei einer solchen Umschaltung von der
gegebenen Wirklast während
der Tastdauer auf eine Ersatzlast während der Tastlücke ist es jedoch nicht zu vermeiden,
daß der Wechselrichter vorübergehend mit der Summe der Ströme dieser Belastungen
beansprucht ist, was zu einem Kippen des Wechselrichters, also zu einem Aussetzen
der Kommutierung führen kann.
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Bezüglich der zweiten genannten Möglichkeit, die Tastung des Umrichters.
im Gleichstromzwischenkreis vorzunehmen, ist zu bedenken, daß im vorliegenden Falle
der Anwendung des Umrichters zur Einspeisung in eine Hochspannungsleitung die Netzwechselspannung
als Gegenspannung des Wechselrichters auftritt. Diese Gegenspannung bewirkt, daß
die Entladungsröhren des Wechselrichters beim Erscheinen eines positiven Gitterspannungsimpulses
bereits zünden, bevor die Gleichspannung mittels des Schalters 6 eingeschaltet worden
ist, so daß nach dem Einschalten dieses Schalters eine Durchzündung einer Röhre
eintreten kann, die ordnungsgemäß im Rhythmus des Wechselrichterbetriebes gesperrt
sein soll.
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Um diese genannten Nachteile zu vermeiden, sieht die Erfindung für
die Tastung von Umrichtern, bestehend aus einem Gleichrichter, einem Gleichstromzwischenkreis
und einem fremdgeführten Wechselrichter mit gittergesteuerten Gasentladungsröhren
und einem zugehörigen Gittersteuergerät, vorzugsweise zum Einspeisen eines Wechselstromes
in ein Wechselstromnetz mit einer über der Netzfrequenz liegenden Wechselrichterfrequenz,
eine Steuereinrichtung vor, bei welcher zwischen den Gleichstromzuleitungen am Wechselrichtereingang
ein elektromagnetisch oder elektronisch wirkendes Relais angeordnet ist, das bei
abgeschalteter Eingangsgleichspannung des Wechselrichters dem Gittersteuergerät
eine hohe negative Gittervorspannung und bei Einschaltung der Eingangsgleichspannung
des Wechselrichters unmittelbar nach Erscheinen der Eingangsgleichspannung in Abhängigkeit
von dieser dem Gittersteuergerät eine niedrige negative Gittervorspannung erteilt,
wobei die beiden genannten Gittervorspannungen so bemessen sind, daß nur bei der
niedrigen Gittervorspannung die für den Wechseldchterbetrieb erforderliche Einwirkung
der Gitterspannungsimpulse des Gittersteuergerätes auf die Gasentladungsröhren des
Wechselrichters eintritt.
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Ein Beispiel einer derartigen Steuereinrichtung nach der Erfindung
ist in dem Schaltbild Fig. 2 wiedergegeben. Die Schaltung besteht beispielsweise
aus der schon in Fig.1 dargestellten Grundschaltung eines zweipulsigen Wechselrichters
in der Mittelpunktschaltung.
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Zwischen den Gleichstromzuleitungen dieses Wechselrichters ist die
Spule 7 eines Gleichstromrelais, das einen Ruhekontakt 7a besitzt, angeschlossen.
Durch den im spannungslosen Zustand der Relaisspule 7 bestehenden Kontaktschluß
ist der positive Pol einer Hilfsgleichspannungsquelle, die über zwei Spannungsteilerwiderstände
8 und 9 die Gleichspannungen U1 und U2 herstellt, mit der unteren auf Kathodenpotential
liegenden Gleichstromzuleitung des Wechselrichters verbunden. Der negative Pol dieser
Hilfsgleichspannungsquelle ist mit dem Gittersteuergerät 5 verbunden. Die Gesamtspannung
U,+U2 stellt eine negative Gittervorspannung der Röhren 1,1' dar, die so hoch bemessen
ist; daß die positiven Gitterspannungsimpulse des Gittersteuergerätes 5 steuertechnisch
unwirksam bleiben. Infolgedessen kann auch unter der Wirkung der am Transformator
2 anliegenden Netzwechselspannung keine Zündung der Röhren 1, 1' stattfinden.
Die Röhren 1, 1' sind völlig gesperrt.
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Die Verbindungsstelle der Spannungsteilerwiderstände 8 und 9 ist über
einen hochohmigen Widerstand 10 fest mit der unteren Gleichstromzuleitung
des Wechselrichters verbunden.
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Die Gleichspannung Uz ist auf Grund der Auslegung der Spannungsteilerwiderstände
8 und 9 so bemessen, daß, sofern sie allein als Gittervorspannung der Röhren 1,
1' wirksam ist, die für den Wechselrichterbetrieb erforderliche Steuerung durch
die positiven Gitterspannungsimpulse eintritt.
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Wird nun der Wechselrichter beispielsweise durch Schließen des Schalters
6 getastet, so wird mit Erscheinen der Gleichspannung U, am Wechselrichter die Relaisspule
7 stromführend und der Ruhekontakt 7a geöffnet. Damit wird die Gleichspannung Ui
als Gittervorspannung abgetrennt. Der positive Pol der Gleichspannung U. legt sich
nun über den Widerstand 10 an die untere Gleichstromzuleitung des Wechselrichters,
womit die Gleichspannung U2 allein als Gittervorspannung wirksam wird. Mit Rücksicht
auf die getroffene Bemessung von U2 werden die Gitterspannungsimpulse des Gittersteuergerätes
wirksam, womit der Wechselrichter unter Zustandekommen des Gleichstromes ig in Funktion
tritt.
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Die Steuereinrichtung ermöglicht mithin ein beliebiges Tasten des
Wechselrchters und damit des ganzen Umrichters, ohne daß durch den Tastvorgang eine
anomale Veränderung der Höhe oder der Kurvenform der Wechselspannung oder die Entstehung
einer Kippgefahr des Wechselrichters eintritt. Ebenso ist eine vorzeitige Zündung
der Gasentladungsröhren unter der Wirkung der am Transformator anliegenden Netzwechselspannung
vollständig unterbunden.
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Die Ausbildung der Steuereinrichtung nach der Erfindung ist nicht
auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.
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Abgesehen davon, daß :die Aufschaltung der Gleichspannung Ug auf den
Wechselrichter nicht nur mittels eines Schalters oder Schützes 6, sondern auch mittels
der Steuerung eines gegebenenfalls gittergesteuerten Gleichrichters, der die Gleichspannungsquelle
des Wechselrichters bildet, bewirkt werden kann, kann die mit dem Tastvorgang veränderliche
Gittervorspannung des Gittersteuergerätes des Wechselrichters auf sehr verschiedene
Weise geändert werden. So kann an Stelle des elektromagnetisch wirkenden Relais
7 ein mit einer Hochvakuumröhre oder mit einem Transistor bestücktes elektronisches
Relais verwendet werden. Ebenso kann die Anordnung der Gittervorspannungen U1 und
U2 sowie der Widerstände auf mannigfache Weise abgeändert sein, ferner kann zu dem
gleichen beabsichtigten Zweck an Stelle eines Ruhekontaktes des Relais in einer
anderen Schaltung ein Arbeitskontakt verwendet werden. Bei allen solchen möglichen
Anordnungen kommt es nur darauf an, dem Gittersteuergerät 5 bei spannungslosem Relais
7 eine hohe und beim Erscheinen der Gleichspannung U, an dem Relais 7 dem Gittersteuergerät
eine erniedrigte Gittervorspannung zu erteilen.
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Ebenso ist die Anwendung der Erfindung nicht auf zweipulsige Wechselrichter
beschränkt, sondern auch auf höherpulsige Wechselrichter anwendbar.