DE1143583B - Schaltungsanordnung zur Erzeugung von angenaehert rechteck-foermigen elektrischen Impulsen, insbesondere zur Steuerung von Stromrichtern - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung zur Erzeugung von angenähert rechteckförinigen elektrischen Impulsen, insbesondere zur Steuerung von Stromrichtern Zur Steuerung von Stromrichtem werden häufig Hilfsventile verwendet, in denen ein plötzlicher Stromeinsatz erzwungen wird. Dieser Stromeinsatz dient dabei zur Erzeugung eines Steuerimpulses, der z. B. an einem Stromkreis des Hilfsventiles liegenden Widerstand abgenommen und den Gittern des Stromrichters zugeleitet wird.
• Aus den Steuerbedingungen eines Stromrichters ergibt sich oft die Forderung, daß solche Steuerimpulse ihrer Phasenlage nach um angenähert 180' el. steuerbar sein müssen. Außerdem sollen sie innerhalb dieses Steuerbereiches wenigstens angenähert gleiche Höhe haben. Diese letzte Forderung bedingt, daß die an dem Hilfsventil liegende Spannung innerhalb dieses Steuerbereiches konstant bleibt.
• Um bei dieser Art der Steuerung einen vorzeitigen, außerhalb des Steuerbereiches liegenden Stromeinsatz zu verhindern, ist es erforderlich, daß die Spannung schnell auf den genannten, innerhalb des Steuerbereiches konstanten Wert ansteigt. Mit anderen Worten: Die wirksame Spannung soll eine möglichst rechteckige Kurvenform haben.
• Es sind bereits zahlreiche Anordnungen zur Erzeugung einer solchen Rechteckspannung bekannt. Bei diesen allen, soweit sie aus ruhenden Elementen bestehen, ist jedoch das Verhältnis der von der Spannungsquelle mit rechteckiger Kurvenform abgegebenen Leistung zu der von der gesamten Anordnung verbrauchten Leistung, im folgenden Verlustverhältnis genannt, sehr niedrig.
• Wenn auch die zur Steuerung des Stromrichters benötigte Leistung verhältnismäßig gering ist, so gelangt man doch durch das genannte ungünstige Verlustverhältnis bei der Erzeugung einer Rechteckspannung zu einem Gesamtleistungsverbrauch von einer beachtlichen und unerwünschten Höhe.
• Bei einer bekannten Einrichtung werden rechteckförmige Wechselspannungen, deren positiver Anteil als Gittersteuerspannungen eines mehrphasigen Stromrichters dient, in der Weise gebildet, daß mittels gesteuerter Hilfsventile eine Gleichspannungsquelle auf einen mit dem Hilfsventil in Reihe liegenden Widerstand für eine bestimmte Zeitdauer aufgeschaltet wird, wobei die Löschung der Ventilstrecke mit bekannten Löschmitteln, beispielsweise durch eine Kondensatorentladung, vorgenommen wird. Hierzu sind zwei Gleichspannungsquellen, von denen die eine die positiven Spannungsimpulse und die andere eine negative Vorspannung abgibt, in Reihe geschaltet und mit einer der Phasenzahl des Stromrichters entsprechenden Zahl von Hilfsventilen und damit in Reihe liegenden Widerständen verbunden. Ferner sind zwischen je zwei Kathodenleitungen der Hilfsventile Kondensatoren und damit in Reihe liegende ungesteuerte Hilfsventile angeordnet, die sich so aufladen, daß bei einer umlaufenden Ansteuerung der obengenannten Hilfsventile bei jeder neuen Zündung das zeitlich vorhergehende Hilfsventil gelöscht wird.
• Bei einer anderen Ausführung dieser Einrichtung sind die steuerbaren Hilfsventfle mit je einer Halbwellen-Wechselspannung verbunden, die aus einer der Zahl der Hilfsventile entsprechenden Zahl phasenversetzter Wechselspannungen durch Unterdrückung der einen Halbwelle mittels eines über einen Widerstand parallel geschalteten Hilfsgleichrichters gebildet sind. Bei beiden genannten Anordnungen bleibt bei einer Änderung der Phasenlage der Steuerimpulse der Hilfsventile die Form der als Gittersteuerspannungen des Stromrichters dienenden Wechselspannungen unverändert. Die Änderung der Phasenlage der Gittersteuerspannungen des Stromrichters erfolgt nicht durch einen sogenannten Anschnitt der genannten Wechselspannungen, sondern durch eine Phasenverschiebung der Steuerimpulse der Hilfsventile, die beispielsweise mittels eines Drehtransformators vorgenommen werden kann.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erzeugung von angenähert rechteckförmigen elektrischen Impulsen, insbesondere zur Steuerung von Stromrichtern, unter Verwendung einer durch eine Wechselspannungsquelle mit Begrenzungswiderstand und einem parallel geschalteten Ventil gebildeten Halbwellenspannung, die in Reihe mit einem steuerbaren Hilfsventil, einer Gleichspannung und einem Widerstand liegt, an welchem die elektrischen Impulse abgenommen werden, wobei eine Steuereinrichtung für das Hilfsventil vorgesehen ist, durch welche das Einsetzen des Stromes, des Hilfsventils bei positiver Anodenspannung zeitlich verzögert werden kann.
• Die Erfindung besteht darin, daß die Gleichspannung kleiner als der Scheitelwert der Wechselspannung bemessen und so gerichtet ist, daß sie während der unterdrückten positiven Halbwellen der Wechselspannung als positive Anodenspannung für das Hilfsventil wirksam ist und daß durch sie und den in Reihe geschalteten Widerstand die Stromstärke der entsprechenden steil ansteigenden und steil abfallenden Stromimpulse bestimmt ist.
• Es ist zwar bekannt, bei bestimmten Wechselrichteranordnungen eine Wechselspannung mit einer Gleichspannung zusammenzuschalten, wobei die Gleichspannung kleiner ist als der Scheitelwert der Wechselspannung. Diese Anordnung dient jedoch einem völlig anderen Zweck, der mit der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe nichts zu tun hat.
• In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung eines steuerbaren Hilfsventils, z. B. eines Thyratrons, schematisch dargestellt. Im Stromkreis des Thyratrons 1 liegt der Widerstand 2, an dem die Gitterspannung für den Stromrichter zwischen den Punkten 0 und a abgenommen wird, ferner die Gleichspannungsquelle 3, durch die der Punkt c eine positive Spannung gegen den Punkt 0 erhält, und schließlich der Transformator 4 mit dem Widerstand 5 und parallel zu beiden das ungesteuerte Ventil 6, z. B, ein Trockengleichrichter. Durch diesen Gleichrichter 6 werden die in bezug auf den Punkt c positiven Halbwellen der Transformatorspannung kurzgeschlossen, wobei der Strom durch den Widerstand 5 begrenzt wird. Dieser Widerstand kann auch im Primärkreis des Transformators 4 liegen. Zwischen den Punkten b und c herrscht also eine Spannung, die nur aus den negativen Halbwellen der Transformatorspannung besteht.
• Im Diagramm der Fig. 2 ist der zeitliche Verlauf der Spannungen dargestellt. Die Linie c gibt die positive Spannung der Gleichstromquelle 3 gegenüber der Nullinie an. Von der um die Linie c schwingenden etwa sinusförmigen Wechselspannung sind die positiven, gestrichelt gezeichneten Halbwellen durch den Gleichrichter 6 unterdrückt. Die negativen Halbwellen überlagern sich in der aus dem Diagramm ersichtlichen Weise der Gleichspannung 0-c. Die unterhalb der Nullinie liegenden schwach gezeichneten Teile der Spannungskurve bleiben unwirksam, da für diese das Thyratron 1 sperrend wirkt. Die als Anodenspannung wirksame Spannung ist also durch den stark ausgezogenen Linienzug von nahezu rechteckiger Form gegeben.
• Unter der Annahme, daß das Thyratron 1 bei positiver Gitterspannung dauernd stromdurchlässig ist, hat der hindurchfließende Strom und damit auch die am Widerstand 2 abgegriffene Spannung ebenfalls die Form des stark gezeichneten Linienzuges. Wird nun am Gitter des Thyratrons 1 durch den Transformator 7 (Fig. 1) mittels einer bekannten Anordnung eine Spannung von etwa dreieckigem Verlauf aufgedrückt, die durch den Linienzug 10 in Fig. 3 gegeben ist, und im Punkt A die Nullinie, die gleichzeitig die Zündkennlinie des Thyratrons sei, schneidet, so ergibt sich die in Fig. 3 stark ausgezogene Linie als die zwischen den Punkten 0 und a (Fig. 1) abgegriffene Spannung. Durch Heben und Senken der Dreieckspannung mit Hilfe der steuerbaren Gleichspannungsquelle 8 kann der Zündzeitpunkt A zwischen den Punkten B und D verschoben werden.
• Wollte man durch weiteres Heben der Dreieckspannung10 über die Stellung10' hinaus den Zündzeitpunkt noch weiter nach links verschieben, so würde die Zündung des Thyratrons nicht erst im aufsteigenden Ast der Dreieckspannung, sondern bereits im fallenden Ast derselben erfolgen. Der Zündzeitpunkt würde also einen Sprung nach links machen. Ein solcher Spannungssprung ist natürlich für eine stetige Steuerung nicht brauchbar. Durch diese Erscheinung wird der praktisch ausnutzbare Steuerbereich etwas kleiner als 180'.
• Durch eine geringe Phasenverschiebung der Dreieckspannung gegenüber der Rechteckspannung kann der nicht zur Steuerung ausnutzbare Teil des Intervals von 180' auch an das Ende desselben verlegt werden.
• Die Größe des nicht ausnutzbaren Teiles eines Steuerbereiches von 180' ist naturgemäß abhängig von der Steilheit der Flanke der Rechteckspannung. Diese wiederum ist bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung, wie leicht einzusehen ist, abhängig von dem Verhältnis der nutzbaren, am Widerstand 2 abgenommenen Steuerleistung zu der vom Transformator 4 aufgenommenen Leistung, d. h. von dem Verlustverhältnis.
• Durch passende Wahl der Widerstände 2 und 5 sowie der Spannungen der Gleichstromquelle 3 und des Transformators 4 läßt sich ein ausnutzbarer Steuerbereich von etwa 170' bei einem Verlustverhältnis von 1 : 3 erzielen. Bei den bisher bekannten Steuerspannungsquellen ähnlicher Art, soweit sie aus ruhenden Elementen bestehen, konnte bei gleichem Steuerbereich nur ein Verlustverhältnis von etwa 1 : 10 erzielt werden. Bei großen Stromrichteranlagen, besonders bei solchen mit mehreren parallel arbeitenden Anoden, die eine praktisch unnachgiebige Steuerspannung und dadurch eine -entsprechende Steuerleistung erfordern, bringt die genannte Verbesserung des Verlustverhältnisses eine durchaus beachtliche Einsparung an Energie sowie an Energieübertragungsmitteln.
• Die Erfindung ist nicht an das dargestellte Ausführungsbeispiel gebunden. So kann z. B. der Widerstand 2, an dem die Steuerspannung des Stromrichters abgegriffen wird, auch an einer anderen Stelle im Stromkreis des Thyratrons hegen. Die dargestellte Anordnung dieses Widerstandes ist jedoch dann am zweckmäßigsten, wenn ein mehrphasiger Stromrichter mit gemeinsamer Kathode zu steuern ist. Der Punkt 0 kann dann den Steuerkreisen aller Phasen gemeinsam sein und mit der Kathode des Stromrichters gegebenenfalls über eine Gittervorspannungsquelle verbunden sein.
• Anstatt an einem Widerstand können die Steuerimpulse für den Stromrichter auch an der Sekundärwicklung eines im Stromkreis des Hilfsventils liegenden Transformators (Stromwandlers) abgenommen werden. Hierdurch kann eine potentialmäßige Trennung der Steuereinrichtung vom Stromrichter erzielt werden, die besonders dann von Vorteil ist, wenn die Kathode des Stromrichters ein hohes Potential gegen Erde hat.
• Das Hilfsventil 1 kann auch mit einer flüssigen Kathode ausgerüstet sein. Zu seiner Steuerung kann auch eine beliebige andere Vorrichtung bekannter Art dienen.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zur Erzeugung von angenähert rechteckförmigen elektrischen Impulsen, insbesondere zur Steuerung von Stromrichtern, unter Verwendung einer durch eine Wechselspannungsquelle mit Begrenzungswiderstand und einem parallel geschalteten Ventil gebildeten Halbwellenspannung, die in Reihe mit einem steuerbaren Hilfsventil, einer Gleichspannung und einem Widerstand liegt, an welchem die elektrischen Impulse abgenommen werden, wobei eine Steuer-.einrichtung für das Hilfsventil vorgesehen ist, durch welche das Einsetzen des Stromes des Hilfsventils bei positiver Anodenspannung zeitlich verzögert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung (3) kleiner als der Scheitelwert der Wechselspannung (4) bemessen und so gerichtet ist, daß sie während der unterdrückten positiven Halbwellen der Wechselspannung als positive Anodenspannung für das Hilfsventil (1) wirksam ist und daß durch sie und den in Reihe geschalteten Widerstand (2) die Stromstärke der entstehenden steil ansteigenden und steil abfallenden Stromimpulse bestimmt ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil (1) in an sich bekannter Weise durch eine Gitterspannung gesteuert wird, welche durch die Reihenschaltung einer steuerbaren Gleichspannungsquelle (8) mit einer Wechselspannungsquelle (7) gebildet wird, die sich innerhalb eines Bereiches von annähernd 180' linear ändert (Dreieckspannung). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 624 433, 641981, 651848, 656 798, 696 191, 706 471, 709 546, 710 434, 713 299, 716 490, 725 547; Buch von Helmut Anschütz, »Stromrichteranlagen der Starkstromtechnik«, Springer-Verlag, 1951, S. 19.