DE639359C - Anordnung zum Kommutieren bei Umformungseinrichtungen mit gesteuerten Entladungsstrecken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Umformungseinrichtungen mit gesteuerten Entladungsstrecken, für die vorzugsweise gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrekkcn Verwendung finden. Bekanntlich kann man mittels gesteuerter Entladungsstrecken Wechselstrom in Gleichstrom (Gleichrichter), Gleichstrom in Wechselstrom (Wechselrichter) und Wechselstrom in Wechselstrom anderer Frequenz (Umrichter) umformen. Der nachstehend beschriebene Erfindungsgedanke soll vorzugsweise bei Gleichrichtern und Wechselrichtern angewendet werden.
Es sind bereits zahlreiche Anordnungen bekanntgeworden, die Entladungsstrecken zur Steuerung der Energielieferung zwischen Gleichstrom- und Wechselstromkreisen verwenden. Diese verschiedenen Anordnungen unterliegen jedoch gewissen Beschränkungen in bezug auf die Steuerung des Leistungsfaktors des Wechselstromnetzes. "Wenn beispielsweise Energie von einem Gleichstromnetz an ein Wechselstromnetz durch eine solche Anordnung geliefert wird, so ist es bisher unmöglich gewesen, einen stark induktiven Verbraucher ohne die Verwendung eines Kondensators sehr großer Kapazität zu speisen, der mit dem Wechselstromkreis gekoppelt ist und zur Kompensation des nacheilenden Laststromes diente. Diese Beschränkung ergibt sich aus dem Umstand, daß es bisher nicht möglich war, einen Strom von einem Entladungsweg mit niedrigerer Gegen-EMK auf einen Entladungsweg mit höherer" Gegen-EMK zu kommutieren. Infolgedessen war es bisher notwendig, die Überführung des Laststromes von einem Entladungsweg auf einen anderen dann vorzunehmen, wenn die Gegen-EMK des Weges, der die folgende Entladungsstrecke enthält, kleiner ist als die des zuletzt stromführenden Weges. In ähnlicher Weise ist es bei der Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom häufig erwünscht, die Spannung des Gleichstromkreises zu steuern, indem man die Phase der Gitterwechselspannung in bezug auf die Anodenwechselspannung im nacheilenden Sinne verstellt. Das bewirkt einen nacheilenden Leistungsfaktor im Wechselstromnetz. Bis jetzt war es nicht möglich, den Belastungsstrom von einer Kntladuugsstrecke mit höherem Anodeupotential zu einer mit niedrigerem Anodenpotential zu kommutieren; ^ deshalb war der Belastungsstrom einer solchen Umformungsdnrichlung stets wenigstens etwas nacheilend.

Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zum Kommutieren bei L'mformuugs-

639'859

einrichtungen mit gesteuerten Entladungsstrecken, bei denen die Steuerung nur das Einsetzen der Entladung ermöglicht. Ferner weisen das Wechselstromnetz b.cw. dl·.' beiden

ö Wechselstromnetze (beim l'mriehten

ein·.· LCr-

taktgebende Spannung auf. Gemäli der lindung, die vorzugsweise iür l'mfonnuiigseinrichtungen mit gittergesieuemii Dampiluler Gasentladungsstrecken mit i.:i wesentliclieu lichtbogenförmiger Entladung in Frapv kommt, sind zusätzliche Energieträger vorgesehen, die es ermöglichen, den Anodeiistrom zu einem beliebig wählbaren Zeitpunkt zu unterdrücken und "den Koniiiiutierungs-Vorgang in jedem gewünschten Augenblick einer jeden Wechselstromperiode stattfinden zu lassen. Dadurch ergeben sich verschieden betriebliche Vorteile, indem nämlich der Wechselstromkreis bei jedem beliebigen Lcistungsfaktor arbeiten kann. Insbesondere wird es dadurch ermöglicht, einen Wechselrichter /lu betreiben, der einen stark induktiven Verbraucher speist. Andererseits ermöglicht der Ermuluugsgedanke. bei Gieichrichtern die erzeugte Gleichspannung in der gewünschten Weise zu steuern und gleichzeitig dem Wechselstromkreis einen voreilenden Leistungsfaktor zu geben.

Tn der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die verschiedene Lösungswege angeben.

Das in Abb. 1 dargestellte Ausfühnmgsbeispiel betrifft eine Einrichtung zur Umformung von Gleichstrom in Einphasenweehselstrom oder umgekehrt. Das Gleichstromnetz 10 und das Einphasenuetz 11 sind über einen Transformator 12 und die gittergesteuerten Entladungsgefäßc 14 und 15 miteinander gekuppelt. Ferner ist in den einen Gleichstromleiter eine Drosselspule 13 eingefügt. Zwei Kommutierungskondensatoren 16' tind iü" sind in Reihe zwischen die Anoden der beiden Gefäße 14 und 15 geschaltet. Die Steuergitter der beiden Gefäße sind über die Sekundärwicklung eines Gittertransforniators 18 und einen Strombegrenzungswiderstand 10. mit den Kathoden verbunden. Die Primärwicklung des Gittertransformators wird über eine Anordnung zum Verstellen der Phase., beispielsweise einen Drehtransformator mit der Ständerwicklung 20 und der Wicklung 22 auf dem beweglichen Teil, aus einem mehrphasigen Xctz2i gespeist. Es kanu wünschenswert sein, einen gesättigten Tnuisfor- | mator 23 vorzusehen oder den Gittertransformator ιS zu sättigen, wodurch man eine | Gitterwcchselspannung spitzer Wellenform J erhält, die für viele Stcuerungszwecke vor- ! teilhaft ist. Damit das Potential der Verbin- 1 dung der beiden Kondensatoren 10' und 16" ! periodisch geändert werden kanu, ist die Ver- j bindungsleitung über einen Kommutator 24 mit den Kathoden der Gefäße 14 und ίϊ ülv.'r eine Gleichstromquelle 25 mit parallel geschaltetem Kondensator 2i> verbunden. üi\ Kommutr.tonuiordnung 24 enthält ein leiten-, des Segment 27 und Bürsten 2S. die <h:n . b.-n j i.Viiauiiten Stromkreis einmal wahrend jeder ! IV.idrehung des Kommutdlors schlieren. Angetrieben wird der Kommutator durch ι im-:¹. '. Synchronmotor 20, -i-.-r vom W.chsclstromj kreis ί ι gespeist wird. Zur Einstellung der genauen Phasenlage zwischen Kommutator 24 und Synchronmotor 20. ist ein besondere·= Versteflorgan 30 vorgesehen.

Die Wirkungsweise der Anordnung i-^t nachstehend beschrieben, wobei vorausgesetzt ist. daß die Anordnung als Gleichrichter arbeitet. AVie bereits eingangs festgestellt wurde, war e's bisher nicht möglich, den Strom zwischen den Gefäßen 14 und I=; zu kommutic-ren, wenn nicht das Anodenpotential der in der Stromführung nachfolgenden Entiadungsstrecke größer war als das der ι vorhergehenden. Es war daher notwendig. Jen Strom ein wenig nach dem Wechsel der Polarität des Anodenpotentials zu koinmutieren, so daß der Gleichrichter für das speisende Wechselstromnetz einen induktiven Verbraucher darstellte. Wenn die Komrai;-üerung des Stromes zwecks Verringerung tier abgegebenen Gleichspannung weiter verzögert wird, wird der Wechselstrom eine noch größere nacheilende Phasenverschiebung in bezug auf die Wechselspannung erfahren. Xehmen wir jetzt an, daß es erwünscht sei, den Strom von dem Gefäß 14 auf das Gefäß 15 zu überführen, während das Anodenpotential des Gefäßes 15 noch kleiner als das des Gefäßes 14 ist. Dann werden der Kommutator 24 und die Phaseneinstellvorrichtung 30 so angeordnet, daß das leitende Stück 27 den Kreis mittels der Bürsten 28 in dem Augenblick schließt, in welchem die Kommutierung des Stromes zwischen den X05 beiden Gefäßen erfolgen soll. Die Spannung der Batterie 25 ist so gerichtet, daß dabei die volle negative Spannung an die Verbindungsleitung der Kondensatoren to' und 16" gelegt wird. Jedoch ist es ohne weiteres verstandlieh, daß, wenn die Gefäße 14 und 15 umgekehrt angeordnet wären, d. h. gemeinsames Anodenpotential und getrennte Kathoden besäßen, die Polarität der Batterie 25 umgekehrt sein und eine positive Spannung den Kondensatoren 10' und 16" zugeführt werden müßte. Infolge der Tatsache, daß sich an den Kondensatoren 16' und ro" eine Gegenspanliung während ihrer Aufladung erst allmählich bildet, erhalten die Anoden der Gefäße 14 und 15. die an die andere Seite dieser Kondensatoren angeschlossen sind, ein Potential,

(539

das unter dem Kathodenpotential liegt. Die Entladung in dem Gefäß 14 wird daher unterbrochen. Inzwischen hat jedoch die Gitterspannung das A'orzeichen gewechselt, und da nach der Löschung das Gitter des Gefäßes 14 seine Steuerfähigkeit wieder erlangt hat. wird nicht mehr das Gefäß 14, sondern das Gefäß 15 leitend. Die Spannung au der Drossel 13 treibt den Strom gegen die negative Spannung des rechten Teiles der Sekundärwicklung des Transformators 12 durch das Gefäß 15. In ähnlicher Weise kann der Strom vom Gefäß 15 auf das Gefäß 14 komnmtiert werden, indem man, wie oben, das Potential der anodenseitigen Klemmen der Kondensatoren 16' und 16" negativ gegenüber dem Kathodenpotential macht und die Polarität der Gitterspannung der Gefäße 14 und 15 umkehrt. Dieser Vorgang wiederholt sich periodisch und bewirkt dabei, daß dem Wechselstromnetz 11 ein voreilender Strom entnommen wird. Wie vorher bereits erwähnt wurde, hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, einen gesättigten Transformator 23 zwischen der Wechselspannungsquelle veränderlicher Phase und dem Gittertransformator itS vorzusehen, um eine Gitter wechselspannung spitzer Wellenform zu erzielen. Durch richtige Kupplung der Phasenverstellvorrichtung 30 mit dem beweglichen Teil des Drehtransformators kann mau es ermöglichen, daß die Spitzen der Gitterwechselspannung zugleich mit dem momentanen Anlegen der Spannung an die Verbindungsleitung der Kondensatoren 16' und ιό" auftreten, wodurch die gewünschte Kommutierung zwischen den Gefäßen bewirkt wird. Es wird bemerkt, daß zu allen Zeitpunkten, mit Ausnahme während der Zeit des Kommutierungsvorganges, die Gitterspamiungen der beiden Gefäße wegen der spitzen Wellenform der vom gesättigten Transformator 23 gelieferten Spannung im wesentlichen XuIl sind. Zusätzlich kanu tine negative Vorspannungsbatterie in den Gitterkreisen vorgesehen sein, beispielsweise wenn Gefäße Verwendung fmdin, deren kritische Gitterspannung negativ ist. Durch Vorlegen des /Zeitpunktes in der Periode der Wechselspannung, in dem der Strom zwischen den Gefäßen koiumutiert wird, wird die initiiere Spannung des Gleich- >ironikrei.".es entsprechend verringert und damit die I'hasi.11 verschiebung des dem Xetz 11 entnommenen Stromes geändert.

Die Arbeitsweise der in Abb. 1 angegebenen I 'mforimuigseiurichtung als Wechselrichter i-'t derjenigen als Gleichrichter weitgehend ähnlich. Dab.-i ist e^ möglich, die Kommutierung des Stromes so weit zu verzögern, bis die Gegen-EMK des Stromkreises der folgenden Entladungsstrecke größer geworden ist als die des Stromkreises der vorhergehenden.

In Abb. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das eine mehrphasige Anordnung betrifft. Obwohl der Erfindungsgedanke bei jeder mehrphasigen Anordnung anwendbar ist, ist hier beispielsweise eine doppelt dreiphasige Umformungseinrichtung gezeigt. Diese Umformungseinrichtung umfaßt zwei in Stern geschaltete dreiphasige Sekundärwicklungen 31' und 32" eines Transformators, dessen Primärwicklung der Vereinfachung wegen fortgelassen ist. Die Sternpunkte der Wicklungen 31' und 32" sind über einen Zwischenphaseutransformator

33 mit Mittelanzapfung verbunden. Diese Mittelanzapfung ist über die Drosselspule 13 an den einen Gleichstromleiter 10 angeschlossen. Die Enden der Wicklungen 31' und 31" ! sind über Dampf- oder Gasentladungsgefäße

34 bis 39 mit dem anderen Gleichstromleiter 10 verbunden. Die Steuergitter der einzelnen Entladungsstrecken sind über Sekundärwickhingen 40 eines Drehtransformators mit dem ί j Ständer 4-1 zur Verstellung der Phasenlage J der Gitterspannung und einen Strombegren- ; zungswiderstand 42 an das gemeinsame Kathodeupoteutial angeschlossen. Die Primär-ί wicklungen des Drehtransformators werden ί von einem geeigneten Mehrphasennetz 43 erregt, vorzugsweise von der Primärwicklung des Haupttransformators. Mit den Transformatorwicklungen 31' und 31" sind die in Stern geschalteten Kondensatoren 44 bis 49 verbunden, und zwar sind die Sternpunkte der beiden Kondensatornetzwerke miteinander unmittelbar verbunden. Auch hier ist ebenso wie bei der Anordnung nach Abb. 1 ein umlaufender Kommutator vorgesehen. Wenn die κ Anordnung ohne erzwungene Kommutierung als Gleichrichter oder als Wechselrichter arbeitet, sind die Kommutierungizeitpunkte des Stromes zwischen den einzelnen Gefäßen, die an die Wicklungen 31' und 31" auge- i.c schlossen sind, im wesentlichen um 6o° gegeneinander verschoben. Arbeitet die Anordnung mit erzwungener Kommutierung, so wird zu diesem Zweck das Potential des Sternpunktes des Kondensatoractzwerkes momentan ge- ti senkt, und infolge der Yerbiudiuiii zwischen diesem Punkt und dem Slenipimkt ties anderen Kondensalornetzwerkes wird das Potential des anderen Netzwerkes in gleicher Weise gesenkt. Das hat zur Folge, daß der Strom in der gerade leitenden lüitladun.irs-Mrecke unterbrochen wird. Die Kommutierung de* Stromes ■/.. H. von dem Gefäß 34 auf das (if faß 35 kann jetzt erzwungen werden. Außer mittels der mechanischen Steuerungen mit umlaufendem Kommutator, für die mit Rücksicht auf das bereits an 1 land der Abb. 1

beschriebene Alisführungsbeispiel keine weiteren Erläuterungen erforderlich sind, ist in einem gewissen Rahmen eine Steuerung des Leistungsfaktors bei einer Anordnung nach S Abb. 2 auch ohne umlaufenden Kommutator möglich. Bekanntlich arbeiten bei einem doppelt dreiphasigen Gleichrichter oder Wechselrichter infolge des Zwischenphasentransforraators (Saugtransformators) immer zwei ίο Entladungsstrecken gleichzeitig. Am Saugtransformator liegt dabei eine Wechselspannung dreifacher Frequenz, deren Phasenlage sich mit zunehmender Verschiebung des Entkulungseinsatzes gegenüber der an den Entladungsstrecken liegenden Wechselspannung ebenfalls ändert. Infolge des Vorhandenseins des zusätzlichen sechsphasigen Kondensatornetzwerkes wirken auf die einzelnen Entladungsstromkreise außer den durch die Wickhingen des Haupttransformators gelieferten Spannungen und der durch den Saugtransformator gelieferten Spannung auch die vom Kondensatornetzwerk gelieferten Spannungen ein. Dabei tritt im Augenblick der Kommutierung zwischen zwei Entlädungsstrecken der Wicklung 31' —beispielsweise bei Gleichrichterbetrieb infolge der Wirkung der Saugdrossel zwischen 34 und 35. wobei der Einsatz der Entladung in 35 um einige Grad verzögert sein möge — ein Spannungssprung auf. der sich über das Kondensator netz werk auf die Entladungsstrecke 39 überträgt. In diesem Augenblick erlischt die Entladung in 39, und man kann den Entladungsstrom auf 37 übertragen, und zwar unter der Voraussetzung, da!.i das Gitter von 39 Sperrpotential aufweist. Mrliält das Gitter von 39 kein Sperrpotential, <(.) ist ein Übergang der Entladung von 39 auf SJ in diesem Zeitpunkt nicht möglich. Diese vorverlegte Kommutierung ist nur bei den Kntladungsstrecken der einen Wicklung möglich. Man kann also hinsichtlich der Wicklung 31' mit etwas nacheilendem Leistungsfaktor und gleichzeitig hinsichtlich der Wicklung 31" mit stark voreilendem Leistungsfaktor arbeiten und infolgedessen beispielsweise einen mittleren Leistungsfaktor von etwa cos 3η⁰ für beide Wicklungen zusammen erhalten. Es ist einleuchtend, daß diese Möglichkeit der Steuerung des Leistungsfaktors nur begrenzt anwendbar ist. Ohne Beschränkung ist der Betrieb, wenn man den Sternpunkt des Kondensatornetzwerkes in derselben Weise wie in Abb. 1 steuert. Auch die Anordnung gemäß Abb. 2 kann sowohl als Gleichrichter als auch als Wechselrichter arbeiten.

Au Stelle der in den Abb. 1 und 2 angegebenen Ausführung, die Kommutierung dadurch zu bewirken, daß in Anordnungen von zwischen die Stromkreise der verschiedenen Entladungsstrecken geschalteten Kondensatoren das Potential des neutralen Punktes der Kondensatoranordnungen periodisch geändert wird, kann man auch andere Lösungs- wege benutzen.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit ist in Abb. 3 dargestellt, und zwar ist der Erimdungsgedanke bei einem Einphasenwechselrichter in Parallelanordnung angewendet, der vom Gleichstromnetz 10 über die Drossel 13 gespeist wird. Bekanntlich zeichnet sich der Wechselrichter in Parallelanordnung durch große Stabilität und günstigen Wirkungsgrad aus. Bei Speisung von stark induktiven Verbrauchern ergeben sich aber die bereits in der Beschreibungseinleitung genannten Schwierigkeiten. Durch die nachstehend beschriebene Anordnung wird es jedoch ermöglicht, die Kommutierung mittels eines Kornmutierungskondensators durchzuführen, und zwar wird die größte Kommutierungsspannung sogar dann erreicht, wenn der Leistungsfaktor den Wert 1 hat oder ein nacheilender Leistungsfaktor vorhanden ist. In Reihe mit dem Kommutierungskondensator 16 liegen zwei gegensinnig parallel geschaltete gittergesteuerte Entladungsstrecken, und zwar liegt die Reihenschaltung, bestehend aus dem Kondensator 16 und den Entladungsstrecken 17 und 17", welche vorzugsweise als Dampfoder Gasentladungsstrecken ausgebildet sind, zwischen den Auodenzuleitungen der beiden als Dampf- oder Gasentladungsstrecken ausgebildeten Hauptentladuugsstrecken 14 und 15. Zur Steuerung der Gitterkreise der einzelnen Entladungsstrecken ist ein Gittertransformator 18 vorgesehen, dessen Primärwicklung aus dem Wechselstromkreis über eine passende Phaseneinstellvorrichtung 20 gespeist wird, xoo Beispielsweise kann die Primärwicklung des Transformators 18 au die Primärwicklung des Transformators 12 über eine Parallelanordnung von Widerstand 20', veränderbarer Induktivität 20" und veränderbarer Kapazität 20'" angeschlossen sein. Selbstverständlich können auch andere Phaseneiiistellvorrichtungen Verwendung linden, ohne daß hierdurch die Erfindung beeinträchtigt wird. Die Steuergitter der Entladungsstrecken 14 und 15 sind über die Mittelanzapfung der zugehörigen Sekundärwicklung des Transformators iS und über einen Strombegrenzungswiderstand 19 mit den Kathoden verbunden. In ähnlicher Weise sind die Steuergitter der Gefäße 17' und 17" mit den entsprechenden Kathoden über (lic weiteren Sekundärwicklungen 18' und 18" des Transformators 18 und die Strombegrenzungswiderstäiide 19' und 19" verbunden.

Die Arbeitsweise der eben beschriebenen Uinformungseinrichtuug soll nachstehend be-

schrieben werden. Dabei nehmen wir an, daß der Wechselstromkreis ii mit einem Verbraucher verbunden ist, der eine sinusförmige Gegen-EMK liefert. Die Entladungsstrecke L4 ist während der negativen Halbperiode der Verbrauchergegenspannung leitend. Als positiv wird hierbei die Gegenspannung dann bezeichnet, wenn sie vom Mittelpunkt der Primärwicklung des Transformators 12 nachdem der Entladungsstrecke 14 zugekehrten Wicklungsende gerichtet ist. Während derselben Halbwelle ist die Gegen-EMK des rechten Teiles der Primärwicklung des Transformators 12 für die Entladungsstrecke 15 positiv,

(I. h. in bezug auf die Gegen-EMK der Entladungsstrecke 14 entgegengesetzt gerichtet und, da der Strom stets danach strebt, durch einen Weg zu fließen, der die kleinste Gegen-EMK hat, so kann der Belastungsstrom auf die Entladungsstrecke 15 in jedem Augenblick in dieser Halbwelle überführt werden, wenn diese Entladungsstrecke leitend gemacht wird. Wenn jedoch die Überführung des Stromes von der Entladungsstrecke 14 auf die Entladungsstrecke 15 bis zur nächsten Halbperiode verzögert wird und die Gegen-EMK das Vorzeichen gewechselt hat, so ist die Gegen-EMK des linken Teiles der Primärwicklung positiv in bezug auf die des rechten Teiles. Unter solchen Bedingungen war es bisher nicht möglich, den Strom von der Entladungsstrecke 14 auf die Entladungsstrecke 15 zu kommutieren, da das Anodenpotential der Entladungsstrecke 14 höher als das der Entladungsstrecke 15 ist. Wenn jedoch der Strom von der Entladungsstrecke 14 auf die Entladungsstrecke 15 überführt wird, während die Gegen-EMK des linken Teiles der Wicklung des Transformators 12 positiv ist, so muß der Strom der Gegen-EMK voreilen, d. h. der Belastungskreis muß einen voreilenden Leistungsfaktor haben oder, anders ausgedrückt, ein Kondensator muß zwischen die Wicklungsenden des Tranformators 12 eingefügt werden, um eine Blindleistung für den eigentlichen Kommutierungsvorgang bereitzustellen. Mit der oben beschriebenen Anordnung ist es jedoch möglich, einen Verbraucher zu speisen, der einen nacheilenden Leistungsfaktor hat. Bei dieser Anordnung ist während der Halbwelle, während der die Entladungsstrecke 14 leitend ist, die Entladungsstrecke 17' ebenfalls leitend, und der Kondensator 16 wird bis zur vollen Spannung der Primärwicklung des Transformators 12 geladen. Diese ist angenähert zweimal so groß wie die Gleichspannung. Wenn jedoch die Spannung des Wechselstromkreises den Scheitelwert überschreitet, nimmt die Lade-So spannung des Kondensators 16 nicht ab, da die Entladungsstrecke 17' in nur einer Richtung stromdurchlässig und die andere Entladungsstrecke 17" gesperrt ist, el. h. der Kondensator 16 wird im wesentlichen auf die doppelte Gleichspannung aufgeladen und behält diese Ladung, bis sie für den Kommutierungsvorgang zwischen den Entladungsstrecken 14 und 15 erforderlich ist. Die Sekundärwicklungen 18' und iS" des Gittertransformators 18 sind so angeordnet, daß die Gefäße 15 und 17" im gleichen Augenblick leitend werden. Da der Kondensator 16 eine Ladespannung hat, die angenähert gleich der doppelten Gleichspannung ist, wird er, da die untere Klemme positiv ist, versuchen, sich über die in Reihe geschaltete Gefäße 14 und 15 zu entladen; infolge der Stromdurchlässigkeit der Entladungsstrecke 14 in nur einer Richtung hat diese Entladung des Kondensators eine Löschung des Stromes in dieser Entladungsstrecke zur Folge, und der Strom wird auf das Gefäß 15 überführt. Zur Regelung des Zeitpunktes in der Periode der Gegen-EMK, in welchem der Strom zwischen den beiden Gefäßen 14 und 15 kommutiert wird, dient die bereits erwähnte Phaseneinstellvorrichtung 20. Durch richtige Auswahl der Widerstände dieser Phaseneinstellvorrichtung wird es ermöglicht, daß die Gitterwechselspaunung der Gegen-EMK des Netzes 11 entweder voreilt oder nacheilt, und dadurch wird entweder ein voreilender oder ein nacheilender Strom dem Belastungskreis zugeführt.

In Abb. 4 ist der Erfindungsgegenstand bei einem Mehrphasenwechselrichter in Parallelanordnung dargestellt, der von dem Gleichstromnetz 10 über die Drossel 13 gespeist wird. Dieser Umformer enthält einen Transformator 32 mit einer dreiphasigen Primärwicklung 31₇, und einer dreiphasigen Sekundärwicklung 3 \_s. Die verschiedenen Zuführungsklemmen der Primärwicklung 3ip sind an den positiven Gleichstromleiter 10 über die Entladuiigsstrecken 34., 35 und 3O angeschlossen, während dieselben Klemmen über die Entladungsstrecken ^y, 3S und 39 mit dem negativen Gleichstromleiter verbunden sind. Ferner sind Kommutierungskondensatoreii 50, 5 r und 52 vorgesehen, die mit Paaren gegensiunig parallel geschalteter Entladimgsstrecken 53, 54 bzw. 55, 56 bzw. 57, 58 verbunden sind. Ferner ist ein Gittertransformator mit mehreren Sekundärwicklungen 59 vorgesehen, der zur Steuerung der Gitter der einzelnen Euiladungsstri'ekeii dient. Die Pri- ι niärwicklung dieses Transformators, welche der Einfachheit halber fortgelassen ist, wird vorzugsweise von dem erzeugten Wechselstrom gespeist, und zwar über eine passende phaieiiverstellendi· Anordnung, wodurch wieder eine Steuerung des Leistungsfaktors des ßelastungsstronu'S ermöglicht wird.

Die Arbeitsweise dieser mehrphasigen Anordnung ist ähnlich dem in Abb. ι beschriebenen Einphaseuwechsel richten Jeder der Kondensatoren 50, 51 und 52 wird bis zum Maximalwert der Wechselspannung während der ersten go° einer Halbperiode geladen. I Hese Ladung bleibt bestehen, bis sie für den Kommutierungsvorgang zwischen je zwei einander in der Stromführung ablösenden Entladungsstrecken benötigt wird. Nehmen wir an. daß das Drehfeld entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn umläuft, so werden die Hauptentladungsstrecken in folgender Reihenfolge, jede mit 120⁰ Zeitdauer, leitend: 35, $J. 30". •5 3^. 34. 39· 35. und in'derselben Weise wie die Hauptentladungsstrecken werden die zusätzlichen Entladungsstrecken 53, 58, 55, 54, 57 und 56 leitend.

Der bei den Ausführungsbeispielen in Abb. 3 und 4 beschrittene Lösungsweg, einen Kondensator mittels einer Entladungsstrecke zu laden und die aufgespeicherte Energie für den Kommutierungsvorgang mittels einer zweiten Entladungsstrecke zu verwenden, hat gegenüber dem in Abb. 1 und 2 angegebenen, mechanische Mittel verwendenden Lösungsweg den Vorteil, daß die Steuerung des Kommutierungsvorganges, insbesondere bei Verwendung von gittergesteuerten Entladungsstrecken, rein elektrisch erfolgt, wobei noch die Vereinfachung besteht, daß die den Kommutierungsvorgang einleitende Entladungsstrecke mit einer Hauptentladungsstrecke gleichphasig gesteuert wird. Bei Wechselrichteranlagen mit stark schwankender Belastung, die im allgemeinen auch ein starkes Schwanken des Leistungsfaktors im Wechselstromnetz zur Folge hat, ist es nun erforderlich, die Steuerung der Kommutierung den Phasenverhältnissen im Wechselstromnetz jeweils selbsttätig anzupassen. Dabei ist hinsichtlich der Wirkungsweise des Wechselrichters folgendes zu berücksichtigen: Arbeitet ein Wechselrichter ■ts auf rein induktive Belastung und ist er nur in der Lage. Strom in Phase mit der Wechsel- i spannung zu liefern, so wird der Strom unendlich groß, weil der für die Erzeugung der Gegen-ΕλΙΚ erforderliche Strom nicht ge- y> liefert werden kann, der Wechselstromkreis also einen Kurzschluß für den Umformer darstellt. Wird die Phasendifferenz zwischen | geliefertem Strom und erforderlichem Strom j kleiner, sei es durch zusätzliche Ohmsche Be- I lastung, sei es durch entsprechend spätere J Kommutierung des Stromes, so wird der ge- ■ lieferte Strom kleiner werden, weil er jetzt einen ühmschen Abfall bzw. eine Blindkomponente zur Erzeugung einer induktiven 1 Gegen-EMK enthält. Der gelieferte Strom j erreicht einen Minimalwert, wenn er in Phase i I mit dem für den induktiven Verbraucher er-' forderlichen Strom ist. Bei weiterer Phasen- ! verschiebung des gelieferten Stromes gegen- : über dem erforderlichen Strom steigt der ge- 6g ^; lieferte Stroiti wieder an, bis er bei qo⁰ Ver- ; Schiebung wieder den Wert Unendlich erreicht, i ί 'ie Phasenlage der Spannung gegenüber der I des Stromes ist durch das Verhältnis der j Induktivitäten zu den Ohmschen Widerstänj den bestimmt. Eine Darstellung der Verhält- ; nisse ist aus Abb. 5 zu ersehen. Als Ordinate ■ ist der gelieferte Strom / aufgetragen, als ! Abzisse die Phasendifferenz β zwischen erj 'forderlichem und geliefertem Strom. Der gelieferte Strom/ wird ein Minimum, wenn er phasengleich mit dem erforderlichen Strom ist. also bei β = ο. Bei Abweichungen von dieser Phasenlage wächst der gelieferte Strom und erreicht bei β — + o.o° Phasendifferenz den Wert Unendlich. Man wird daher den Kommutierungsvorgang derart steuern, daß der gelieferte Strom seinen Minimalwert annimmt. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in Abb. 6 dargestellt, und zwar möge es sich um die Speisung eines Wechselstromnetzes 11 über den Transformator 12 und drei Wechselrichter aus dem Gleichstromnetz 10 über die Drossel 13 handeln. Mit Rücksicht auf die Phasenverhältnisse des Wechselstromnetzes ist die Kommutierung des Wechselrichters unter Berücksichtigung der Darstellung gemäß Abb. 5 derart zu steuern, daß bei vorgegebener Phasenlage der gelieferte Strom einen Minimalwert oder einen davon nur wenig abweichenden Wert annimmt. Da im allgemeinen die Phasenverhältnisse des Wechselstromnetzes mehr oder minder großen Schwankungen unterliegen, ist es zweckmäßig, bei Änderung der Phasen- bzw. Belastungs-Verhältnisse die Kommutierungssteuerung selbsttätig zu ändern. In Abb. 6 sind nun drei parallel arbeitende; mit gegenseitiger Phasenverschiebung gesteuerte Wechselrichter vorgesehen. Der Wechselrichter I, der in ahnlicher Weise ausgebildet ist wie der Wechselrichter gemäß Abb. 3. enthält die Hauptentladungsstrecken 141 und 151, den zusätzlichen Energieträger Hn mit den zusätzlichen Entladungsstrecken 171' und 171" und ferner den Gittertrausformator 181. Die Wechselrichter 11 und 111 sind gleichartig aufgebaut und sind mit ;ü[uivalenten Bezugszeichen, z. B. die Energieträger mit 162 bzw. 163, die Hauptentkulungsstreeken mit 142, 152 bzw. 143, 153. versehen. Durch die Pliasencinstellvorrichtungen 201, 202 und 203 kann mau erreichen, daß der Kommutierungsvorgang beim Wechselrichter 11 stets einen Augenblick nach, beim Wechselrichter 111 stets einen gleich grollen Augenblick vor dem beim Wechselrichter 1 stattfindet. Liefert Wechselrichter I

einen Strom in der für den Verbraucher gerade erforderlichen Phasenlage, so werden die Wechselrichter Il und HI bei Annahme gleicher Dimensionierung wie Wechselrichter I einen etwas größeren Strom führen als Wechselrichter I, und zwar untereinander gleich große Ströme. Wird der vom Wechselrichter I gelieferte Strom mit Voreilung gegenüber dem erforderlichen Strom, etwa mit Winto kel /V₁ der Abb. 5, kommutiert, so wird der vom Wechselrichter III gelieferte Strom größer sein als der vom Wechselrichter II erzeugte. Würde der Strom des Wechselrichters I dem erforderlichen Strom nacheilen, so würde der größere Strom vom Umformer II geliefert. Die von den Wechselrichtern II und III gelieferten Ströme sollen nun als Prüfströme miteinander verglichen werden und die Kommutierung aller drei Wechselrichter steuern. Die Differenz der von den Wechselrichtern II und III erzeugten Ströme wird nun für die gewünschte Regelung verwendet, indem durch sie mittels eines Differentialrelais 60, gegebenenfalls unter Mitwirkung eines Verstellmotors, die Phasenlage des vom Wechselrichter I gelieferten Stromes gegenüber der Wechselspannung so lange geändert wird, bis sie mit der des erforderlichen Stromes übereinstimmt. Durch das Vorzeichen der Differenz zwischen den Strömen der Wechselrichter II und III ist die Richtung der erforderlichen Verschiebung der Gitterspannungen und des Kommutierungszeitpunktes eindeutig festgelegt.

Bei der eben beschriebenen Anordnung kann man die beiden Hilfsumformungseinrichtungen klein gegen die Hauptumformungseinrichtung wählen. ^lan kann aber auch alle drei Umformungseinrichtungen angenähert gleich groß bemessen. Schließlich kann man noch einen Schritt weitergehen und den Wechselrichter 1 fortlassen; dann wird der Wechselstrom aus zwei Tcilströmen gebildet, die kurz vor und kurz nach dem Augenblick für die ideelle Kommutierung des erforderlichen Stromes kommutieren. Selbstverständlich kann tue Steuerung des Kommutierungsvorganges auch, wie bei Abb. 2 und 4, auf Mehrphasensysteme übertragen werden. Ebenso kann es zweckmäßig sein, diese besondere Kommutierungssteuerung gemäß Abb. 6 auch bei anderen Umformungseinrichtungcu anzuwenden. Bei unsymmetrischen Umfonnuugseinrichtungen (Gleichrichtern und Umrichtern), also auch bei einphasigen, überträgt sich die Blindleistungsentiiahme auf das Energie liefernde \^retz, während bei symmetrischen, mehrphasigen Umformungseinrichtungen, also auch beiderseits mehrphasigen Umrichtern, das j

Energie liefernde N'etz keine Rückwirkung 1 der BlindleistungsentnahuK¹ erfährt. ι

An Stelle der elektromechanischen-'Steuerung mittels eines Diffcrenzrelais 60 kann auch eine rein elektrische Steuerung unter Benutzung von Hilfsentladungsstrecken Verwendung finden.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Anordnung zum Kommutieren bei Umformungseinrichtungen mit gesteuerten Entladungsstrecken, vorzugsweise gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken mit im wesentlichen lichtbogenförmiger Entladung, bei denen die Steuerung nur das Einsetzen der Entladung ermöglicht- und bei denen das Wechselstromnetz bzw. die Wechselstromnetze (beim Umrichter) eine taktgebende Spannung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Energieträger vorgesehen ! sind, die es ermöglichen, den Anodenstromzu einem beliebig wähl baren Zeitpunkt zu unterdrücken und den Kommutierungsvörgang in jedem gewünschten Augenblick einer jeden Wechselstrom- S periode stattfinden zu lassen.

   2. Anordnung nach Anspruch-i, 'insbesondere für Gleichrichter und Wechselrichter, gekennzeichnet durch die ■ Verwendung einer der Zahl der mit den Ent- g ladungsstrecken verbundenen Transformatorphasen gleichen Anzahl von Kondensatoren als zusätzliche Energieträger, deren eine Belegungen mit den Anoden oder Kathoden der Entladungsstrecken und deren andere Belegungen zu einem oder mehreren neutralen Punkten vereinigt sind, deren Potentiale gesteuert werden.

   3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des ic Potentials des oder der neutralen Punkte durch eine besondere Kommutatoranordnung (J7, 28) erfolgt, die in \'orbestimmten Zeitpunkten der Wechselstromperiode den oder die neutralen Punkte an ein vor- ic gegebenes Potential anlegt.

   4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutator durch einen vom Wechselstromnetz (ei) gespeisten Synchronmotor (29) angetrieben wird.

   5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kommutator (27) und Synchronmotor (jo.) eine I'hasetKMiistellvorrichtung (30) eingefügt ist. 11,

   (). Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Potentials des neutralen Punktes durch die iüitladungsstrccken selbst bewirkt wird.

   7. Anordnung nach Anspruch 2 odiw folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einfügung des Kondensatornetzwerkes

   zwischen die Anoden der einzelnen Ent- j ladungsstrecken der oder die neutralen j Punkte periodisch ein Potential erhalten, j

   ilas angenähert gleich dem Kathoden- · j otenti al oder negativ gegenüber diesem ist. I

   8. Anordnung nach Anspruch 2 oder ^;

   folgenden, dadurch gekennzeichnet, dal.) ^:

   bei doppelt-n-phasigen Umformungseiurichtungen zur Umformung von Gleich- ;

   ίο strom in Wechselstrom oder umgekehrt ^; mit Zwischenphasentransformator (_33).nur _; ein Kondensatornetzwerk mit einem neu- I

   tralen Punkt vorgesehen ist. \

   Q. Anordnung nach Anspruch i, insbesondere für Gleichrichter und Wechselrichter, dadurch gekennzeichnet, daß der Komniutierungs\"organg durch weitere an der eigentlichen Umformung nicht beteiligte Entladungsstrecken (17', 17", 53, 54. 55· 56. 5/, 5^) gesteuert wird.

   ίο.- Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine. Reihenschaltung, bestehend aus einem Kondensator (10) und zwei gegensinnig parallel geschalteten Entladungsstrecken (17' und 17"). zwischen die mit den Hauptcntladungsstrecken (14, 15) verbundenen Wicklungsenden des Haupttransformators geschaltet und daß die Entladungsstrecken (17', 17") derart gesteuert werden, daß die eine das Aufladen des Kondensators (16) bewirkt und die andere durch Entladen des Kondensators (16) den Kommu- j tierungsvorgang zwischen den Hauptentladungsstrecken (14, 15) im vorbestimmten Zeitpunkt auslöst.

   J ι. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10. dadurch gekennzeichnet, daß die den Kommutierungsvorgang auslösende Lintiadungsstrecke gleichphasig mit eier nach der Kommutierung leitend bleibenden Hauptentladungsstrecke gesteuert wird.

   12. Anordnung nach Anspruch g oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von " gitlergestcuerten Dampf- oder Gasentladungsgefiißen den Gitterkreisen als Sttuerspannung eine Wechselspannung spitzer Wellenform zugeführt wird.

   13. Anordnung nach Anspruch 9 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrphasigen Wechsel- oder Umrichtern die-Sieuerung der zeitlichen I-age des Komimuicrungs Vorganges entsprechend der vom Wechselstromverbnuicher gefor- ! derten Blindleistung erfolgt. " ·

   14. .\nordnung nach Anspruch 1 oder > ii)igen(k-n für Wechselrichter in Parallelanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß So du· zeitliche Lage des Kommutierungsvnriraiigi··; derart "csteuert wird, daß bei vorgegebener Phasenlage der an den Verbraucher gelieferte Strom einen Minimaiwert oder einen davon nur wenig abweichenden Wert annimmt.

   15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dall 1κ·ί Änderung der Phasen- bzw. Rciastungsverh:iltnisse die Kommutierungssteuerung selbsttätig geändert wird.

   ίο. Anordnung nach Anspruch 14 oder 15. dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Lage des Kummutierungsvorganges durch Vergleich zweier gegeneinander und gegen den gelieferten Strom.phasenverschobener Prüfströme gesteuert wird, deren Phasenlage gegenüber der des gelieferten Stromes unveränderlich ist.

   17. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfströme eine solche Phasenlage und eine solche gegenseitige Phasenverschiebung erhalten, daß ihr Mittelwert bei konstanten Phasenverhältnissen phasengleich mit dem an den Verbraucher gelieferten bzw. \'on dem Verbraucher geforderten Strom ist.

   18. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei Änderung der Phasenverhältnisse im Verbraucherkreis die Differenz der Amplituden bzw. der Mittelwerte der Prüfstrome als Regelgröße verwendet wird.

   iij. Anordnung· nach Anspruch 16 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Änderung der Lage des Koinmutierungsvorgangcs durch ein von den beiden Prüfströmen beeinflußtes Dift'erentialreiais gesteuert wird.

   JO. Anordnung nach Anspruch ro, da- ιυο durch gekennzeichnet, daß das Differentialrelais einen Verstellmotor zum Andern der Phasenlage der Giitenvechselspannung betätigt.

   je. Anordnung nach Anspruch if> oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Änderung der Lage des Kommutierungsvorgaiiges rein elektrisch unter Verwendung von zusätzlichen Entladungsstrecken erfolgt.

   Jj. Anordnung nach Anspruch 1(1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfströme für die zeitliche Einstellung des Kommutierung!« Vorganges zwei 1 lilfsumformungseinrichtungeu entnominell werden.

   J₁V Anordnung nach Anspruch JJ, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ilf-nuui'onnungseinriehtur.gen klein gegen die I lauptuinfiinnung^einrichtungen sind.

   J4. Anordnung nach Anspruch jj, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden

   Hilf sumfOTmungseinrichtungcn angenähert gleich groß beinessen sind wie die Hauptumformungseiurichtung.

   25. Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Umformung durch die beiden Hilfsumformungseinrichtungen allein bewirkt wird.

   20. Anordnung nach Anspruch 22 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspanuungen für - sämtliche Umformungseinrichtungen über phasendrehende Scheinwiderstandsaiiordnungen (201, 202, 203) einer vorzugsweise einphasigen Wechselspannung entnommen werden.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen

   UEHLIN. (»K!)Iirt:u i IN ι Ι ;ίί:·»;:ι CK.:i(