DE640446C - Einrichtung zum Betrieb eines mit teilweise gittergesteuerten, metalldampf- oder gasgefuellten Entladungsgefaessen mit Bogenentladung zeitweise als Gleich- oder als Wechselrichter arbeitenden Stromrichters - Google Patents

Description

Bekanntlich ist es möglich, durch die Vervendung eines Wechselrichters, der mit einem Gleichrichter zusammenarbeitet, eine Einrichtung zu schaffen, mit welcher ein Energieaustausch zwischen einem Wechselstrombzw. Drehstromnetz und einem Gleichstromnetz in beiden Richtungen möglich ist. Es wurde auch schon vorgeschlagen, den Gleichrichter und den Wechselrichter an den gleichen Transformator anzuschließen, wobei der Gleichrichter eine gemeinsame Kathode und eine Mehrzahl von Anoden erhielt, wahrend der Wechselrichter mit einer gemeinsamen Anode und einer Mehrzahl von Kathoden ausgerüstet war.

Mit derartigen Einrichtungen konnte aber bisher noch kein einwandfreier Betrieb erzielt werden.

Die Erfindung bringt verschiedene Verbesserungen für das Zusammenarbeiten eines aus einem gemeinsamen Transformator gespeisten Gleich- und Wechselrichters, die im wesentlichen darin bestehen, daß einmal in die Verbindungsleitung der gemeinsamen Kathode des Gleichrichters mit der gemeinsamen Anode des Wechselrichters eine große Induktanzspule geschaltet wird, durch die der durch diese Verbindung fließende Strom im wesentlichen ein reiner Gleichstrom wird, und daß an sich bekannte spannungserhöhende Einrichtungen vorgesehen sind, welche die Leerlaufsgegen-EMK des Wechselrichters gegenüber der Leerlaufs-EMK des Gleichrichters erhöhen oder mindestens beide EMKe einander angleichen.

In Fig. ι ist 9 ein dreiphasiger Transformator, dessen Primärwicklung an das Drehstromnetz 10 angeschlossen ist. Die Sekundärwicklung speist einerseits einen dreianodigen Gleichrichter 11, der in der normalen Weise auf Gleichstromsammelschienen arbeitet; andererseits sind die drei Klemmen der Sekundärphasen an die drei Kathoden einer Anordnung von drei einanodigen Ent- Iadungsstrecken 12, 13, 14 gelegt, deren Anoden 15, 16 und 17 miteinander verbunden und an den Pluspol des Gleichstromnetzes über eine große Induktanzspule 18 angeschlossen sind. Die Arbeitsweise des Umformers sei an Hand der Fig. 2 erläutert.

Die punktierten Kurven 19', 20 und 21 veranschaulichen die EMKe der Sekundärphasen des Transformators, an welche die Kathoden der Entladungsstrecken 12, 13 und 14 angeschlossen sind. Es sei angenommen, daß die Entladungsstrecke 12 Strom führt. Die

augenblickliche Gegen-EMK des Wechselrichters wird durch den Kurventeil 22 wiedergegeben. Der Strom, der durch die Induktanz 18 im wesentlichen konstant gemacht ist, ist durch den entsprechenden Kurventeil 23 an.;·; gedeutet. Wenn man die Anode 16 mit dem ihr zugeordneten Steuergitter bei α)ί₀ gezündet hat, so entsteht ein Strom in der zweiten Sekundärwicklung, wie er durch den Pfeil /' angedeutet ist, der sich dem vorhergehenden Strom f im gemeinsamen Gleichstromkreis überlagert. Der aus dem Gleichstromnetz fließende Strom bleibt durch die Wirkung der Induktanz 18 konstant; die Entladungsstrecke 13 führt einen Strom entsprechend der Kurve 24 und die Entladungsstrecke 12 einen Strom entsprechend der Kurve 25. Dieses gleichzeitige Arbeiten der beiden Entladungsstrecken 12 und 13 dauert bis zum Augenblick tot', in dem der Strom der Entladungsstrecke 12 erloschen und auf die Entladungsstrecke 13 übergegangen ist. Während der Periode des gleichzeitigen Arbeitens der Entladungsstrecken wird die Gegen-EMK des Wechselrichters durch den entsprechenden Kurventeil 26 wiedergegeben, der erzielt wird, indem man den arithmetischen Mittelwert der Spannungen 19 und 20, vermehrt um den Spannungsabfall in den Lichtbogen, bildet. Nach dem Übergang des Stromes auf die Entladungsstrecke 13 verläuft die augenblickliche Gegen-EMK des Wechselrichters nach der Kurve 27, wobei der Strom im gemeinsamen Gleichstromkreis durch die Induktanz 18 konstant gehalten wird. Das Überlappungszeitintervall ω (i'—ίο) wächst mit dem entnommenen Strom.

Damit die Schaltungsanordnung der Fig. 1 befriedigend arbeiten kann, muß die Gegen-EMK des Wechselrichters größer oder mindestens gleich der Leerlaufspannung des Gleichrichters sein. Um dies sicherzustellen, kann man verschiedene Verfahren anwenden: i. Man kann die Anordnung nach Fig. 1 ohne Abänderung verwenden. 'Damit dann die Leerlaufsgegen-EMK des Wechselrichters größer ist als die des Gleichrichters, muß der Zündzeitpunkt ωί₀ bei Leerlauf dem - Punkt 29 benachbart sein und bei Belastung selbsttätig als Funktion des verbrauchten Stromes vorverschoben werden. Unter diesen Voraussetzungen ist die Leerlaufsgegen-EMK des Wechselrichters im wesentlichen gleich der des Gleichrichters, vergrößert um das Doppelte des Spannungsabfalles im Lichtbogen; sie ist also bestimmt größer.

Will man dagegen eine konstante Zündphase verwenden, so ist es notwendig, andere Hilfsmittel, wie die folgenden, zu verwenden: 2. Ein auf der Hand liegendes Verfahren besteht darin, daß man in den gemeinsamen Gleichstromkreis eine Spannungsquelle einfügt, deren Spannung der des Gleichrichters entgegenwirkt. Diese Spannungsquelle kann .z. B. eine Akkumulatorenbatterie oder ein ',kleiner Gleichstromgenerator sein. ; ;'■" 3. Man kann auch den Wechselrichter mit rrstwas erhöhter Spannung speisen, z. B. mit 'Hilfe eines Spartransformators. Fig. 3 zeigt eine solche Anordnung, ebenfalls für Dreiphasenstrom. Die Bezeichnungen sind die gleichen wie in Fig. 1, abgesehen von dem Spartransformator 30, dessen Übersetzungsverhältnis so gewählt ist, daß die Leerlaufsgegen-EMK des Wechselrichters größer ist als die des Gleichrichters. Das gleiche Ergebnis kann natürlich auch durch Anzapfungen an der Sekundärwicklung des Transformators 9 erreicht werden, wobei die höhere Spannung für die Speisung des Wechselrichters benutzt wird.

4. .Man kann den Gleichrichter seinerseits mit Steuerelektroden versehen (Gittern oder Anlaßbändern), die dann zur Verzögerung der Zündung des Bogens derart dienen, daß sie die Leerlaufs-EMK des Gleichrichters unter die Leerlaufsgegen-EMK des Wechselrichters senken. Unter Umständen, besonders bei Anlagen für niedrige Spannung, ist es möglich, ohne besondere Hilfsmittel zur Erhöhung der Gegen-EMK für den Wechselrichter auszukommen. Es kann dann der Spannungsabfall im Lichtbogen beider Stromrichter bereits ausreichen, um zu verhindern, daß der Wechselrichter schon bei einer Spannung im Gleichstromnetz arbeitet, die unter der Leerlaufspannung des Gleichrichters liegt. Es kann sogar in besonderen Fällen zweckmäßig sein, den Wechselrichter durch einen spannungserniedrigenden Spartransfor- iq₀ mator zu speisen.

Bei den beschriebenen Anordnungen wurde einem mehranodigen Gleichrichter ein mehrkathodiger Wechselrichter zugeordnet. Fig. 4 zeigt die umgekehrte Anordnung in einer Einphasenschaltung. Zum Gleichrichter gehören die beiden einanodigen Röhren 31 und 32, zum Wechselrichter das zweianodige, mit Steuergittern versehene Gefäß 33. Die Anordnung wird durch den Transformator 34 gespeist, und eine Induktanzspule 35 sichert die Konstanz des vom Wechselrichter aufgenommenen Stromes. Selbstverständlich sind die obenerwähnten Hilfseinrichtungen hier ebenfalls anwendbar. ■ n₅

Die Phasenzahlen der erfindungsgemäß einander zugeordneten Gleich- und Wechselrichter können verschieden sein. So kann z. B. einem sechsanodigen Gleichrichter, bei dem die beiden dreiphasigen Transformatorsekundärwicklungen über eine Saugdrosselspule miteinander verbunden sind, ein Wechselrich-

ter mit nur drei Kathoden zugeordnet sein, wie Fig. S erkennen läßt.

Der Gleichrichter 36 mit sechs Anoden

wird durch zwei Sekundärwicklungen 37 und 38 eines Drei-Sechs-Phasentransformators gespeist, dessen Primärwicklung 39 an ein Drehstromnetz angeschlossen ist. Die zwei sekundären Nullpunkte sind durch die Saug-

_; drosselspule 40 miteinander verbunden, deren Mittelabgriff mit dem negativen Pol des Gleichstromnetzes verbunden ist.

Der Wechselrichter besteht aus einer Anordnung von drei einanodigen Entladungsstrecken mit Gittern, deren Kathoden an die Phasenenden des Spannungserhöhenden Spartransformators 44 angeschlossen sind und deren miteinander verbundene Anoden an den positiven Pol des Gleichstromnetzes über eine Induktanzspule 45 angeschlossen sind.

Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ist die gleiche wie die der vorhergehenden. Bekanntlich zeigt der sechsphasige Gleichrichter mit Saugdrosselspule einen lastabhängigen Spannungsabfall, dessen Verlauf durch Kurve 46 in Fig. 6 veranschaulicht wird. Die Spannung fällt zuerst sehr rasch vom Leerlaufswert U_cv bis zum Wert 0,866 U_cv bei der Belastung //,, der sogenannten kritischen Belastung, ab. Danach fällt die Charakteristik, über den Halblaststrom J_rf2 sehr viel weniger stark ab bis zum Vollaststrom/,..

Die äußere Kennlinie des Wechselrichters • (Kurve 47 in Fig. 6) ist geradlinig, besitzt

35. jedoch eine doppelt so große Neigung von umgekehrten Vorzeichen wie der zweite Zweig der Kurve 46 der Gleichrichtercharakteristik. Die Ordinate der Kurve 47 für den ■ Leerläufspunkt, d. h. die Leerlaufsspannung des Wechselrichters, kann geregelt werden, indem man das Übersetzungsverhältnis des Spartransformators 44 ändert. Man kann diese Spannung also z.B. so wählen, daß sie den größten Teil der Überspannung aufnimmt, die vom Gleichrichter unterhalb der kritischen Belastung erzeugt wird. Es wird dann innerhalb dieses Belastungsintervalls ein schwacher Dauerstrom vom Gleichrichter in den Wechselrichter geliefert, der die entsprechende Energie wiedergewinnt. Es verschwindet also der bekannte Mangel des sechsphasigen Gleichrichters mit Saugdrosselspule, der in einer starken Spannungserhöhung bei Entlastung bis unterhalb der kritischen Last besteht, auf Kosten geringer Zusatzverluste.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Betrieb eines mit teilweise gittergesteuerten,, metalldampf- oder gasgefüllten Entladungsgefäßen mit Bogenentladung zeitweise als Gleich- oder als Wechselrichter arbeitenden Stromrichters, welcher zur Vermeidung einer Umpolung des Gleichstromnetzes beim Richtungswechsel des Energieflusses aus einem mehranodigen Gleich- und einem gittergesteuerten, mehrkathodigen Wechselrichter oder einem mehrkathodigen Gleich- und einem gittergesteuerten, mehranodigen Wechselrichter zusammengesetzt ist, die einem gemeinsamen Transformator zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem gemeinsamen Gleichstromkreis eine Induktanzspule (18, 34, 45) liegt und daß an sich bekannte spannungserhöhende Einrichtungen vorgesehen sind, welche die Leerlaufsgegen-EMK des Wechselrichters gegenüber der Leerlaufs-EMK des Gleichrichters erhöhen oder mindestens beide EMKe einander angleichen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzielung des gewünschten Spannungsverhältnisses zwischen Leerlaufsgegen-EMK des Wechselrichters und Leerlaufs-EMK des Gleichrichters aus einem Spannungserhöhenden Spartransformator oder darin besteht, daß der Gleichrichter an Anzapfungen der Sekundärwicklung des Haupttransformators gelegt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung des gewünschten Spannungsverhältnisses entweder dem Gleich- oder dem Wechselrichter eine Gleichspannungsquelle vorgeschaltet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch τ, dadurch gekennzeichnet, daß die EMK des Gleichrichters in an sich bekannter Weise durch Gittersteuerung herabgesetzt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen