DE640563C - Anordnung zur Verbesserung der Spannungs- bzw. Stromkurven bei mit gesteuerten Entladungsstrecken arbeitenden Einphasenwechselrichtern - Google Patents

Description

Es ist bekannt, zur Umformung von hochgespanntem Gleichstrom in angenähert sinusförmigen Wechselstrom unter Anwendung eines Transformators mehrere parallelgeschaltete, hochevakuierte Glühkathodenentladungsgefäße zu benutzen, deren Gittern zwecks Steuerung ihrer Durchlässigkeit in geeigneten Zeitpunkten gleichfrequente, phasenverschobene Gitterspannungen aufgedrückt werden. Die einzelnen Gitterspannungen erhalten dabei je nach der gewünschten Kurvenform der zu erzeugenden Wechselspannung einen verschiedenartigen zeitlichen Verlauf. Diesem Verlauf entsprechend kann bekanntlich bei mit reiner Elektronenentladung arbeitenden Röhren der durchgelassene Entladungsstrom und damit die Kurvenform der Spannung im Ausgangskreis stetig, d. h. auch bei brennender Entladung, beeinflußt werden.

Bei den in neuerer Zeit als Wechselrichter bezeichneten Einrichtungen zur Umformung von Gleich- in Wechselstrom, welche mit Dampf- oder Gasentladungsstrecken mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung arbeiten, liegen die Verhältnisse'jedoch anders. Zwar werden auch hier die einzelnen Entladungsstrecken mit Spannungen gleicher Frequenz und verschiedener Phasenlage gesteuert. Da

sie jedoch nur einen Einfluß auf den Zeitpunkt des Entladungseinsatzes haben, jedoch nicht auf den weiteren Verlauf der Entladung, hängt die Kurvenform der erzeugten Wechselspannung von der Bemessung der Hauptstromkreise ab und weist normalerweise beträchtliche Unterschiede gegenüber einer Sinusform auf. Es besteht an sich bei diesen Wechselrichtern, und zwar sowohl in Parallelanordnung wie in Reihenschaltung, die Schwierigkeit, günstige Spannungs- bzw. Stromkurven zu erzielen, da der Energiefluß im Gleichstromnetz kontinuierlich sein soll, während er im Wechselstromnetz pulsierend sein muß. Insbesondere beim Wechselrichter in Parallelanordnung ist die Kurvenforrn der erzeugten Wechselspannung besonders ungünstig.

Die Erfindung bewirkt nun eine Verbesserung der Spannungs- und Stromkurven bei Einphasenwechselrichtern, insbesondere solchen mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken. Erfindungsgemäß sind mindestens zwei parallel zueinander an sich unabhängig auf den Verbraucher arbeitende, vollständige Wechselrichter der gekennzeichneten Art vorgesehen, von denen mindestens einer ein Wechselrichter in Reihenanordnung

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Karl Kettner in Berlin-Lankwits.

640 56β

ist, d. h, also einen abwechselnd über die eine Entladungsstrecke aufgeladenen und über die andere Entladungsstrecke bzw. den Verbraucher entladenen Energiespeicher besitzt. Die parallelarbeitenden vollständigen Wechselrichter werden ihrerseits durch Steuerimpulse gleicher Frequenz und gegebenenfalls mit gegenseitiger Phasenverschiebung, d. h. mit zeitlicher Staffelung der Steuerimpulse, gesteuert. Arbeiten allerdings ein Wechselrichter in Parallelanordnung und ein Wechselrichter in Reihenanordnung zusammen auf den gleichen Verbraucher, so ist es nicht notwendig, eine Phasenverschiebung zwischen den Steuerimpulsen der beiden Wechselrichter vorzusehen. Arbeiten dagegen mehrere Wechselrichter in Reihenanordnung zusammen, so kann eine Verbesserung der Spantiungs- bzw. Stromkurven naturgemäß nicht erzielt werden, wenn die Wechselrichter gleichartig aufgebaut sind und gleichartig gesteuert werden. Es ist daher in diesem Falle stets erforderlich, sowohl den Aufbau der Wechselrichter, insbesondere die Bemessung der Energiespeicher, verschiedenartig zu gestalten als auch die einzelnen Wechselrichter mit gegenseitiger Phasenverschiebung zu steuern. Erfindungsgemäß wird bei der angegebenen Wechselrichteranordnung über die taktmäßig gezündeten Dampf- oder Gasentladungsstrecken in Reihenschaltung die Ladung oder Entladung der Energiespeicher derart gesteuert, daß sich an den Verbraucherklemmen auf der Wechselstromseite durch die Ströme der Energiespeicher, gegebenenfalls im Zusammenwirken mit den zusätzlichen Strömen von in Parallelanordnung arbeitenden weiteren Wechselrichtern, beliebig wählbare Spannungs- und Stromkurven, insbesondere sinusförmige Kurven ergeben.

In Abb. ι der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das drei Einphasenwechselrichter in Reihenanordnung enthält. Der Hauptstromkreis des einen Wechselrichters wandelt die vom Gleichstromnetz 4 gelieferte Energie mittels der gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken 1' und 1", der Kommutierungsdrossel 11, des Kondensators 21 und des Transformators 5 in Wechselstromenergie um, die dem Verbraucher 6 zugeführt wird. Die Gefäße 2' und 2" sowie 3' und 3" gehören den beiden anderen Wechselrichtern an.

Die Arbeitsweise der Anordnung nach Abb. ι soll nachstehend an Hand der Abb. 2 kurz erläutert werden: Der von dem Hauptstromkreis erzeugte Strom hat etwa einen zeitlichen Verlauf, wie ihn die Kurve i' zeigt. Die mittels der Entladungsstrecken 2' und 2" bzw. 3' und 3" erzeugten Teilströme haben einen zeitlichen Verlauf, wie ihn etwa die Kurven i" und ι'" wiedergeben. Wie aus der Abb. 2 weiter erkennbar ist, werden die einzelnen Stromkreise mit Phasenverschiebung zueinander gesteuert. Es werden während der positiven Halbwelle der Reihe nach, nämlich in den aufeinanderfolgenden Zeitpunkten t_lt U, i₃, die Entladungsstrecken i', 2', 3', wählend der negativen Halbwelle in entsprechenden Zeitpunkten die Entladungsstrecken 1", 2", 3" leitend. Durch die Steuerung der Entladungsstrecken einerseits und durch die Bemessung der Kapazität der Kondensatoren 21, 22 und 23 sowie der Drosselspulen 11, 12, 13 andererseits hat man es in der Hand, die Kurvenformen sowohl des erzeugten Wechselstromes als auch des Gleichstromes entsprechend den geforderten Bedingungen zu gestalten.

In Abb. 3 der Zeichnung ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung angegeben, und zwar stellt das Ausführungsbeispiel eine Kombination von einem Wechselrichter in Parallelanordnung und einem Wechselrichter in Reihenanordnung dar, die den Verbraucher 6 über den Transformator 5 speist. Der Gleichstrom wird vom Netz 4 geliefert. Der Wechselrichter in Parallelanordnung enthält die gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken 7 und 8 sowie die Transformator- go wicklung 5„ und eine in den Gleichstromkreis eingefügte Drosselspule 10. Ferner ist ein Kommutierungskondensator 14 vorgesehen. Der Wechselrichter in Reihenanordnung enthält die Entladungsstrecken 15 bis 18 sowie die Kondensatoren 19' und 19" und die Transformatorwicklungen 5/ und 5/'. Ferner sind Drosselspulen 20, 24 und 25 zur Erleichterung des Kommutierungsvorganges zwischen den Entladungsstrecken 15 bis 18 vorgesehen. Es wird bemerkt, daß der Wechselrichter in Reihenanordnung sich vereinfachen läßt, da nur zwei Entladungsstrecken und eine Transformatorwicklung erforderlich sind.

Die Wirkungsweise der Anurdnung nach Abb. 3 soll im folgenden kurz beschrieben werden.

Der Wechselrichter in Parallelanordnung liefert je nach den Abmessungen der Gleichstromdrossel 10 und des Kommutierungskondensators 14 einen Strom, der etwa den Verlauf von i_p in Abb. 4 hat, d. h. die Kurvenform weicht stark von der Sinusform ab. Bei der Anordnung nach Abb. 3 wird nun aber während des Stromdurchganges in jeder Halbwelle dem Entladungsstrom des Wechselrichters in Parallelanordnung der Entladungsstrom eines oder mehrerer weiterer Stromkreise hinzugefügt. Im vorliegenden Falle sind es die Stromkreise eines Wechselrichters in Reihenanordnung, die in entgegengesetztem Sinne eingefügt werden. Den Ver-

040565

lauf des Entladungsstromes dieses Wechselrichters zeigt Kurve i_r. Wie aus Abb. 4 ersichtlich ist, werden die Stromkreise des Wechselrichters in Reihenanordnung im Verhältnis zu denen des Wechselrichters in Parallelanordnung derart ausgebildet und gesteuert, daß durch geeignete Kurvenform und Verlegung der gegenseitigen Phasenschwerpunkte die resultierende Stromkurve im gewünschten Sinne beeinflußt wird. Die Steuerung der beiden Wechselrichter erfolgt allerdings im Gegensatz zu der Anordnung gemäß Abb. r und 2 insofern gleichphasig, als die Steuerimpulse nicht zeitlich gestaffelt sind, sondern jeweils in beiden Wechselrichtern ζ α gleichen Zeiten gegeben werden. Der aus i_p und i_r zusammengesetzte Wechselstrom hat eiiien Verlauf, wie er etwa der Kurve i_w entspricht, d. h. der erzeugte Wechselstrom weicht nicht mehr wesentlich von der Sinusform ab. In Abb. 5 sind der Gleichstrom i_g und der Strom des Wechselrichters in Parallelanordnung ip ohne Berücksichtigung von Belastungsinduktivitäten aufgetragen, in Abb. 6 der Verlauf der gleichen Ströme bei Berücksichtigung von Belastungsinduktivitäten. Der Arbeitsvorgang beim Wechselrichter in Reihenanordnung verläuft in der Weise, daß der eine Kondensator, z. B. 19', über die Entladungsstrecke 15 geladen und in der nächsten Halbperiode der andere bereits zuvor über die Entladungsstrecke 18 geladene Kondensator 19" über die Entladungsstrecke. 17 entladen wird, wobei jeweils nur die Entladeströme dem Verbraucher zugeführt werden.

Es empfiehlt sich, die in die einzelnen Stromkreise eingefügten Drosseln und Kondensatoren in Abhängigkeit von der Belastung gegebenenfalls selbsttätig zu verändern. Dadurch wird es ermöglicht, die für jeden Belastungsfall günstigste Einstellung vorzunehmen. Es wird ferner bemerkt, daß der Erfindungsgedanke auch bei Gleichrichterschaltungen anwendbar ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Verbesserung der Spannungs- bzw. Stromkurven bei mit gesteuerten Entladungsstrecken arbeitenden Einphasenwechselrichtern, insbesondere bei solchen mit Dampf- oder Gasentladungsstrecken, unter Verwendung von zeitlich gestaffelten Steuerimpulsen für die verschiedenen Entladungsstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei parallel zueinander an sich unabhängig auf den Verbraucher arbeitende, vollständige Wechselrichter vorgesehen sind, welche ihrerseits mit gleicher Frequenz und gegebenenfalls mit gegenseitiger Phasenverschiebung, d. h. durch zeitlich gestaffelte Steuerimpulse, gesteuert werden iind von denen mindestens einer ein Wechselrichter in Reihenanordnung ist, und daß über die taktmäßig gezündeten 5g Dampf- oder Gasentladungsstrecken in Reihenschaltung die Ladung oder Entladung von Energiespeichern derart gesteuert wird, daß sich an den Verbraucherklemmen auf der Wechselstromseite durch die Ströme der Energiespeicher, gegebenenfalls im Zusammenwirken mit den zusätzlichen Strömen von in Parallelanordnung arbeitenden weiteren Wechselrichtern, beliebig wählbare Spannungs- bzw. Stromkurven, insbesondere sinusförmige Kurven ergeben.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Wechselrichtern gelieferten Teilströme sich im wesentlichen additiv oder subtraktiv in einem Transformator zusammensetzen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Hauptstromkreisen der Wechselrichter angeordneten Drosseln und Kondensatoren in ihrer Größe veränderbar sind .und in Abhängigkeit von der Belastung selbsttätig verändert-werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen