DE604077C - Anordnung fuer die Steuerung der Gitterkreise von Entladungsstrecken bei sich selbststeuernden Wechselrichtern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Wechselrichter, d. h. auf Einrichtungen zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom mittels gesteuerter Entladungsstrecken. Grundsätzlich können für Wechselrichter alle bekannten gesteuerten Entladungsstrecken Verwendung finden, z. B. Funkenstrecken, Entladungsstrecken mit reiner Elektronenladung und Dampf- oder Gasentladungsstrecken, d. h.

Entladungsstrecken mit einem ionisierbaren Medium. In der Technik haben sich unter den gesteuerten Entladungsstrecken die gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrekken wegen ihrer leichten Steuerbarkeit und ihres geringen Spannungsabfalles als besonders vorteilhaft erwiesen. Man unterscheidet Wechselrichter in Parallelanordnung und Wechselrichter in Reihenanordnung. Allen Wechselrichtern ist jedoch gemeinsam, daß die einzelnen Entladungsstrecken mit Phasenverschiebung zueinander gesteuert werden.

Beim Betrieb von Wechselrichtern ergeben sich nun verschiedene Schwierigkeiten. So muß beim Wechselrichter in Reihenanordnung dafür Sorge getragen werden, daß zwei in Reihe liegende Entladungsstrecken nicht — abgesehen von dem Augenblick, in dem sich zwei Entladungsstrecken ablösen — gleichzeitig leitend sind bzw. werden. Das würde nämlich bedeuten, daß die Gleichspannung über diese beiden in Reihe liegenden Entladungsstrecken kurzgeschlossen würde, wodurch die einzelnen Teile der Umformungseinrichtung, insbesondere die Entladungsstrecken, überbeansprucht würden. Die größte Wahrscheinlichkeit für das Auftreten 'eines solchen Kurzschlusses scheint beim Anlassen von selbsterregten Wechselrichtern zu bestehen, d. h. solchen Wechselrichtern, bei denen die Gittererregung für die Entladungsstrecken von der erzeugten Wechselspannung abgeleitet ist. Zwar hat die Erfahrung bewiesen, daß selbst beim Anlassen von selbsterregten Wechselrichtern das Auftreten von solchen Kurzschlußbedingungen kleiner als ein Tausendstel ist; dennoch ist es wichtig, daß selbst diese entfernte Möglichkeit eines Kurzschlusses vermieden wird. Dies ist besonders wichtig in verschiedenen Fällen, beispielsweise bei Wechselrichtern, die in dem Triebwagen einer Gleichstrombahn aufgestellt sind, und bei denen die zugeführte Gleichspannung häufig unterbrochen wird, wenn nämlich der Stromabnehmer isolierte Stellen, Kreuzungen, Schalter u. dgl. antrifft. Es ist auch eine bekannte Tatsache, daß bei

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Wechselrichtern mit Glühkathodenentladungsstrecken, bei denen die Kathoden von dem primären Gleichstrom oder dem erzeugten Wechselstrom geheizt werden, die Entladungsstrecken ernstlich beschädigt werden, wenn die Speisespannung erheblich sinkt. Diese Zerstörung der Entladungsstrecken ergibt sich aus der Abhängigkeit der Kathodenemission von der Temperatur, so daß die ίο Entladungsstrecken bei zu niedriger Temperatur der Kathode über die Elektronenemmissionsfähigkeit ihrer Kathoden hinaus belastet und dabei die Kathoden durch das Bombardement der positiven Ionen zerstört werden. Bei solchen Wechselrichtern ist es somit unerwünscht, daß sie arbeiten, wenn die zugeführte Spannung unter einen vorbestimmten Wert sinkt.

Vorliegende Erfindung bezweckt eine Vermeidung von Kurzschlüssen beim' Anlassen von sich selbst steuernden Wechselrichtern, und weiterhin ermöglicht sie ein Abschalten des Wechselrichters, sobald die speisende Gleichspannung unter einen vorbestimmten Wert sinkt. Erfindungsgemäß wird in die Gitterkreise nur eines Teiles der Entladungsstrecken eine von der primären Gleichspannung abhängige Steue'rspannung 'eingefügt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an einem Wechselrichter in Reihenschaltung dargestellt, bei dem die Glühkathoden der Entladungsstrecken von der primären Gleichspannung über den Vorschaltwiderstand 28 geheizt werden. Der Gleichstrom, der dem Kreis 10 entnommen wird, wird in Wechselstrom umgeformt, der den Verbraucherkreis 11 speist. Die Umformungseinrichtung enthält zwei parallel zur Gleichstromquelle angeordnete Hauptstromkreise. Der erste dieser Kreis« enthält eine Entladungsstrecke 12, eine Induktivität 14 und eine Entladungsstrecke 13, während der zweite Kreis die Kondensatoren

15 und 16 enthält. Der Belastungskreis: 11 liegt an der Sekundärwicklung eines Transformators 17, dessen Primärwicklung zwischen die Mittelanzapfung der Drossel 14 und die Verbindung der beiden Kondensatoren 15 und

16 geschaltet ist. Gegebenenfalls kann der Transformator 17 fortgelassen und der Belastungskreis 11 unmittelbar zwischen die beiden Punkte geschaltet werden. Die Entladungsstrecken 12 und 13 sollen Dampfentladungsstrecken sein, bei welchen also das Einleiten der Entladung in jeder Entladungsstrecke durch das Potential der Steuerelektroden bestimmt wird. Bei diesen kann der Strom in der Anode nur unterbrochen werden, wenn die Anodenspannung unter den kritischen Wert verringert wird. Die Gitterkreise der Entladungsstrecken 12 und 13 enthalten Strombegrenzungswiderstände 18 und 19 und die Sekundärwicklungen 20 und 21 des Gittertransformators 22, dessen Primärwicklung parallel zur Primärwicklung des Transformators 17 geschaltet ist. Das Gitter der Entladungsstrecke 13 ist außerdem mit seiner Kathode über 'einen Strombegrenzungswiderstand 23 und !eine negative Vorspannungsbatterie 24 und mit der positiven Gleichstromleitung über einen Widerstand 25, der vorzugsweise hochohmig ist, und eine Entladungsstrecke mit kalter Kathode 26, beispielsweise eine Glimmlampe, verbunden. Parallel zur Glimmlampe ist ein Kondensator 27 geschaltet.

Wir nehmen an, daß der Gleichstromkreis 10 anfänglich nicht unter Spannung steht. Dann ist das Gitter der Entladungsstrecke 13 in bezug auf die Kathode negativ infolge der Vorspannungsbatterie 24, während das Gitter 'der Entladungsstrecke 12 dasselbe Potential hat wie deren Kathode, so daß die Entladungsstrecke 12 in Strombereitschaft steht, während die Entladungsstrecke 13 gesperrt gehalten wird. Wenn der Gleichstromkreis 10 Spannung erhält, fließt Strom durch die Entladungsstrecke 12, die obere Hälfte der Drossel 14, die Primärwicklung, des Transformators 17 und den Kondensator 16 zur negativen Gleichstromleitung 10. Zur selben Zeit fließt lein kleiner Strom durch den hohen Widerstand 25, den Kondensator 27, den Widerstand 23 und die negative Vorspannungsbatterie 24, welcher danach strebt, den Kondensator 27 auf die Differenzspannung zwischen dem Gleichstromkreis 10 und der Vorspannungsbatterie 24 zu laden. Die Glimmröhre 26 zündet, wenn der Kondensator 27 auf eine vorbestimmte Spannung, geladen ist, welche im Vergleich zur Gleichspannung 10 klein ist; der Kondensator 27 entlädt sich sodann über die Glimmröhre. Die Widerstände 23 und 25 dieses Kreises sind so bemessen, daß nach erfolgter Zündung der Glimmröhre der durch diese Widerstände fließende Strom einen Spannungsabfall im Widerstand 23 hervorruft, welcher gerade die negative Spannung 24 kompensiert, so daß dem'Gitterkreis der Entladungsstrecke 13 während des normalen Betriebes keine gegenüber der Entladungsstrecke 12 abweichende Spannung aufgedrückt wird. Die für den Aufbau einer das Zünden der Glimmlampe herbeiführenden Spannung am Kondensator 27 erforderliche Zeit hängt naturgemäß von der Größe des Kondensators und des Widerstandes im Ladekreis ab. Diese Elemente sind vorzugsweise so bemessen, daß die Glimmröhre 26 kurz vor Beendigung der ersten Halbwelle des erzeugten Wechselstromes zündet. Wenn Strom vom Kreis 10 durch die Entladungs-

strecke 12 und den beschriebenen Kreis fließt, wird die Spannung, die an der Primärwicklung des Transformators 17 auftritt, ebenfalls der Primärwicklung des Gittertransformators 22 aufgedrückt. Eine entsprechende Spannung wird in den Sekundärwicklungen 20 und 21 induziert, welche so angeordnet sind, daß dem Gitter der Entladungsstrecke 12 eine negative Spannung und zu gleicher Zeit dem Gitter der Entladungsstrecke 13 eine positive Spannung aufgedrückt wird. Inzwischen hat das Gitter der Entladungsstrecke 13 eine positive Spannung vom Gittertransformator 22 erhalten. Die negative Spannung der Batterie 24 ist durch die Spannung am Widerstand 23 kompensiert, und die Entladungsstrecke 13 wird leitend. Es fließt nunmehr Strom von der positiven Klemme des Gleichstromnetzes über den Kondensator 15, die Primärwicklung des

ao Transformators 17, die untere Hälfte der Drossel 14 und die Entladungsstrecke 13 zur negativen Gleichstromleitung. Wenn der Strom durch die untere Hälfte der Drossel 14 fließt, induziert er in der oberen Hälfte eine Spannung entgegengesetzter Polarität, welche sofort jeden Reststrom in der Entladungsstrecke 12 unterbricht, der noch infolge unrichtiger Phasenbeziehung zwischen den Gitterspannungen und der Spannung des Belastungskreises 11 besteht. Nach Ablauf einer weiteren Halbwelle kehrt sich die Polarität der Gitterspannung von neuem um, und der Strom wird von der Entladungsstrecke 13 auf die Entladungsstrecke 12 in ähnlicher Weise übertragen. Während aufeinanderfolgender Halbwellen fließt also der dem Gleichstromkreis 10 entnommene Strom durch die Primärwicklung des Transformators 17 in entgegengesetzten Richtungen, so daß dem Belastungskreis 11 eine Wechselspannung zugeführt wird.

Die Steuerung im Sinne vorliegender Erfindung hat weiterhin den Vorteil, das Arbeiten des Wechselrichters zu unterbrechen, falls die Gleichspannung 10 unter einen vorbestimmten Wert sinkt. Wie bereits erwähnt ist, wird bei einem Sinken der Gleichspannung unter einen vorbestimmten Wert die an die Kathoden angelegte Spannung und infolgedessen auch die Temperatur der Kathoden der Entladungsstrecken 12 und 13 unter die zulässige Grenze sinken. Es ist erwünscht, daß dann das Arbeiten des Wechselrichters unterbrochen wird. Wenn also die Größe der Gleichspannung 10 sinkt, so wird auch die Spannung am Widerstand 23 um einen entsprechenden Betrag kleiner. Dadurch wird das Gitter der Entladungsstrecke 13 in bezug auf deren Kathode negativ. Der Betrag negativer Spannung, der erforderlich ist, um die Entladungsstrecke 13 nichtleitend zu machen,

hängt naturgemäß von der Charakteristik dieser Entladungsstrecke und von der Größe der Sekundärwicklung 21 des Transformators zugeführten Gitterspannung ab, so daß die Spannung, bei welcher das Arbeiten des Wechselrichters unterbrochen wird, einen vorbestimmten Wert entsprechend der geeigneten Auswahl dieser Eaktoren hat. Bleibt die Entladungsstrecke 13 nichtleitend, so hört der Wechselrichter auf zu arbeiten, sobald der Kondensator 16 auf eine Spannung, die im wesentlichen gleich der des Gleichstromkreises 10 ist, geladen ist.

Das Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde dargestellt an einem sich selbst steuernden Wechselrichter in Reihenanordnung. Es ist jedoch offenbar, daß diese Schutzmaßnahmen auch bei anderen Wechselrichtern angewendet werden können, beispielsweise bei einem Wechselrichter in Parallelanordnung oder bei Anordnung der Entladungsstrecken in Graetzschaltung. Es wird jedoch bemerkt, daß eine Steuerung im Sinne vorliegender Erfindung bei mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden Wechselrichtern in Parallelanordnung ein Abschalten des Wechselrichters z. B. infolge einer Abnahme der Gleichspannung im allgemeinen nicht bewirken kann.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anordnung für die Steuerung der Gitterkreise von Entladungsstreclsen, insbesondere Dampf- oder Gasentladuhgsstrecken, bei sich selbst steuernden Wechselrichtern und zur Erzielung einer vorbestimmten Reihenfolge des Leitendwerdens der !einzelnen Entladungsstrecken während des Anlaßvorganges, dadurch gekennzeichnet, daß in die Gitterkreise nur eines Teiles der Entladungsstrecken eine von der primären Gleichspannung abhängige Steuerspannung eingefügt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterkreise dieser von der primären Gleichspannung zusätzlich gesteuerten Entladungsstrecken zwei 'einander entgegenwirkende Gleichspannungen aufweisen, von denen die eine eine konstante negative Vorspannung (24) derartiger Größe ist, daß unter ihrer alleinigen Wirkung die Entladungsstrecken gesperrt bleiben, die andere der Spannungsabfall an einem Widerstand (23) in einem von der primären Gleichspannungsquelle gespeisten Hilfsstromkreis ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von der primären Gleichspannung gespeiste Hilfs-Stromkreis ^eine derart bemessene Zeitkonstante aufweist, daß die Kompensation

der konstanten negativen Gittervorspannung erst nach. Ablauf 'einer vorbestimmten Zeit nach Anlegen der primären Gleichspannung erfolgt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch 'eine derartige Bemessung der Zeitkonstanten des Hilfsstromkreises, daß die zusätzlich gesteuerten Entladungsstrecken erst nach dem. Einsetzen der Entladung in der ersten Entladungsstrecke mit einer der Frequenz des zu erzeugenden Wechselstromes !entsprechenden Phasenverschiebung leitend werden können.

5. Anordnung nach Anspruch 2 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der an die primäre Gleichspannungsquelle angeschlossene Hüfsstronikreis aus einer Reihenschaltung von Widerständen (23, 25), einer Glimmlampe (26) mit parajlel geschaltetem Kondensator (27) und einer Spannungs quelle (24) zur Erzeugung der konstanten negativen Gittervorspannung besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen