DE641666C

DE641666C - Method and device for grid control in inverters with grid-controlled vapor or gas discharge vessels

Info

Publication number: DE641666C
Application number: DEA64167D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Theodor Fecker
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1931-11-17
Filing date: 1931-11-17
Publication date: 1937-02-10

Description

Bei Wechselrichtern, d. h.' Einrichtungen zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom mittels gesteuerter Entladungsstrecklen, die mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefäßen betrieben werden, ist es erforderlich, daß das Entladungsgefäß, das während einer Halbwelle nicht arbeiten soll, durch genügend große negative Gitterspannung gesperrt ist. Es wird daher dem Gitterkreis 'eine Steuerspannung zugeführt, die entweder von einer anderen Spannungsquelle geliefert wird oder mit einer bestimmten Phasenverschiebung gegen die Anodenwechselspannung vom Wechselrichter selbst geliefert wird. Beim Betrieb von Wechselrichtern ergeben sich bei der Steuerung häufig Schwierigkeiten, die dadurch bedingt sind, daß die zum Sperren der Entladungsgefäße erforderliche negative Gitterspannung noch nicht rechtzeitig die erforderliche Höhe erreicht hat.In the case of inverters, i. H.' Devices for converting direct current into alternating current by means of controlled discharge lines, that are operated with grid-controlled vapor or gas discharge vessels, it is required that the discharge vessel, the should not work during a half-wave, due to a sufficiently large negative grid voltage Is blocked. A control voltage is therefore supplied to the grid circuit, which is either supplied by another voltage source or with a certain phase shift with respect to the anode alternating voltage is supplied by the inverter itself. When operating inverters result there are often difficulties in the control, which are due to the fact that the the negative grid voltage required to block the discharge vessels is not yet required has reached the required amount in time.

Die Erfindung bezweckt, den Betrieb von Wechselrichtern, deren Entladungsstrecken im wesentlichen durch eine wenigstens angenähert sinusförmige Steuerspannung gesteuert werden, zu verbessern. Erfindungsgemäß wird bei derartigen Wechselrichtern während des . Kommutierungsvorganges dem Steuiergitter der zu sperrenden EntLadungsstoecke jeweils' eine extrem steil ins Negative ansteigende zusätzliche Spannung aufgedrückt. Bei Wechselrichtern in Parallelanordnung, insbesondere solchen in Selbsterregerschaltung, ist es zur Durchführung des Verfahrens gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig, Kondensatoren zu verwenden, die zwischen eine Hauptelektrode des einen Gefäßes und das Gitter eines anderen Gefäßes geschaltet sind. Hierdurch wird !erreicht, daß infolge des Einsetzens der Entladung in einer Entladungsstrecke das Gitter der zu, löschenden Entladungsstrecka in dem, gewünschten Augenblick zusätzlich stark negativ aufgeladen, wird.The aim of the invention is to operate inverters, their discharge paths essentially controlled by an at least approximately sinusoidal control voltage will improve. According to the invention in such inverters during the. Commutation process to the control grid of the discharge plug to be blocked in each case an additional tension rising extremely steeply into the negative is imposed. In the case of inverters in parallel arrangement, in particular those in a self-exciting circuit, it is to carry out the method according to a further development of the invention expedient to use capacitors between a main electrode of one vessel and the grid of another vessel are connected. Through this it is achieved that as a result of the onset of the discharge in a discharge path the Grid of the to, extinguishing discharge route at the desired moment, it is also strongly negatively charged.

An sich ist es bereits bekannt, bei mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefäßen arbeitenden UmformungseinrichituiL-gen negative Spannungen, und zwar meist als reine Vorspannungen, für die Gitterkreise zu verwenden. Auch ist es weiterhin bekanntgeworden·, bei Gleichrichtern eine Gitterspannung, die während des Kommutierungsvorganges steiler als. die Anodenspannung ins Negative ansteigt, zu benutzen, um. das Auftreten von Rückzündungen zu vermeiden.. Eine solche Maßnahme ist zwar im allge-It is already known per se, with grid-controlled vapor or gas discharge vessels working forming facilities negative stresses, mostly as pure pre-stresses, for the lattice circles to use. It has also become known, in rectifiers, a grid voltage, which during the commutation process is steeper than. the anode voltage increases to negative, to use. the appearance to avoid re-ignition .. Such a measure is in general

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Dipl.-Ing. Theodor Pecker in Stuttgart.Dipl.-Ing. Theodor Pecker in Stuttgart.

meinen gar nicht erforderlich. Sie unterstützt aber zweifellos den Entionisierungsvorgang und bietet daher einen Schutz gegen Rückzündungen, wobei man aber nicht übersehen darf, daß beim Betrieb von Gleichrichtern für die Verhütung von Rückzündungen eine verhältnismäßig kleine Verringerung der im Entladungsraum nach jedem Stromdurchgang· vorhandenen lonenmenge ausreicht. Bei Wechselrichtern ist jedes Entladungsgefäß während des größten Teiles der Sperrzeit mit positiver Sperrspannung und nur wähnend eines sehr kleinen Teiles der Sperrzeit mit negativer Sperrspannung· beansprucht. Während also für eine hinreichende Entiionisierumg bei Gleichrichtern längere Zeiten zur Verfugung stehen, muß bei Wechselrichtern die Entionisierung während des kurzen Zeitteilchens negativer Anodenspannung derart weit getrieben werden, daß nicht nur kejne Rückzünduingen auftreten, sondern vor allem das Gitter mit dem Vorzeichenwechsel der Sperrspannung unbedingt sperrend wirkt.do not mean at all necessary. However, it undoubtedly supports the deionization process and therefore offers protection against re-ignition, although one should not overlook it may that in the operation of rectifiers for the prevention of reignition a relatively small reduction in the discharge space after each passage of current existing amount of ions is sufficient. In the case of inverters, every discharge vessel is during most of the blocking time with positive blocking voltage and only during a very small part of the blocking time with negative blocking voltage claimed. So while for a sufficient deionization with rectifiers If longer times are available, inverters must deionize during the short time particle of negative anode voltage are driven so far that not only no re-ignitions occur, but above all the grid with the change in sign of the reverse voltage has a blocking effect.

In Abb. χ der Zeichnung ist ein Ausführungsheispiel des Erfindungsgedankens dargestellt, während die Abb. 2 und 3 Schaubilder, die über die Arbeitsweise des Wechselrichters Aufschluß geben, enthalten. Bei dem Ausführungsbeispiel wird die dem Gleichstromnetz ι entnommene Energie mittels, der gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefäße 2 und 3 und des Transformators 4 in Emphasenwechselstrom umgeformt, der dem Wechselstromnetz 5 zugeführt wird. Ferner sind .eine Gleichstromdrosselspule 6 und ein Kommutierungskondensator 7 vorgesehen. Die für die Steuerung des Wechselrichters, der sich selbst steuern möge, notwendige Steuerspannung wird den Gitterkreisen mittels eines Steuertransformators ,8 zugeführt, dessen Primärwicklung über einen zur Phaseneinstellung der Gitterwechselspannung dienenden Scheinwiderstand 9 an die vom Wechselrichter erzeugte Wechselspannung angeschlossen ist. Bezüglich der eigentlichen Steuerkreise ergibt sich, daß die Sekundärwicklung des Steuertransformators 8 mit den Gittern unmittelbar und die Mittelanzapfung über eine Reihenschaltung von Kapazität 10 und Widerstand 11 mit den Kathoden verbunden ist. Parallel zur Kapazität' 10 kann ein Widerstand 12 angeordnet sein. Diese Einzelheiten der dargestellten Schaltung, gegebenenfalls mit einigen Abweichungen, sind bekannt. Ferner sind im Sinne vorliegender Erfindung zwei Kondensatoren 15 und 16 vorgesehen, die zwischen die Anode des einen und das Gitter des anderen Entladungsgefäßes geschaltet sind. Diese Kapazitäten ermöglichen eine starke, extrem steil ansteigende negative Aufladung des Gitters des zu löschenden Entladungsgefäßes bereits während des Kommutierungsvorganges.In Fig. Χ of the drawing is an exemplary embodiment of the inventive idea, while Figs. 2 and 3 are diagrams showing how the inverter works Provide information, included. In the exemplary embodiment, it is the direct current network ι extracted energy by means of the grid-controlled vapor or gas discharge vessels 2 and 3 and the transformer 4 are converted into emphase alternating current, which is fed to the alternating current network 5. Further are .eine DC choke coil 6 and a commutation capacitor 7 is provided. The ones for controlling the inverter, who may control himself, the necessary control voltage is supplied to the grid circles by means of a control transformer, 8 supplied, the primary winding of which has a phase setting the alternating grid voltage serving impedance 9 to the inverter generated AC voltage is connected. With regard to the actual control circuits, it follows that the secondary winding of the control transformer 8 with the grids directly and the center tap Connected to the cathodes via a series connection of capacitance 10 and resistor 11 is. A resistor 12 can be arranged parallel to the capacitance 10. These details the circuit shown, possibly with some deviations, are known. Furthermore, within the meaning of the present Invention two capacitors 15 and 16 are provided, between the anode of one discharge vessel and the grid of the other discharge vessel are switched. These capacities allow a strong, extremely steep increase negative charging of the grid of the discharge vessel to be quenched already during the commutation process.

Ehe das wesentlich Neue gemäß vorliegender Erfindung erläutert werden soll, sei noch bemerkt, daß es erwünscht ist, daß die Gitterspannungskurve an der Stelle der Kommutierung möglichst steil verläuft. Nur dadurch können Frequenzschwankungen und Ungleichheiten der beiden Halbperioidendauern infolge Änderung und Verschiedenheit der Steuercharakteristik der Entladungsgefäße vermieden werden. Die größte Steilheit liegt aber bei Sinusform im Nulldurchgang¹,, was aber andererseits eine große Steuerleistung erfordern würde. Weiter wird besonders beim selbsterregten Wechselrichter bei Belastungsänderung auch die Kurvenform der Spannung verändert. Bei den bekannten Schaltungen ergeben sich Spannungskurven entsprechend Abb. 2, und zwar bedeutet £",· die induzierte Spannung der Sekundärwicklung des Gittertransformators 8, E_c die Spannung des Kondensators 10, E₁₁ die Spannung am Widerstand 11, E_e die wirksame Gesamtgitterspannung, E_a dieSpannung zwischen den beiden Hauptelektroden des Entladungsgefäßes (Anodenspannung). Man erkennt, daß die Arbeitsbedingungen nicht hinreichend gut befriedigt werden können. Infolge der Hinzu- . nähme der Kondensatoren ι ζ und 16 im Sinne vorliegender Erfindung ergibt sich nun aber folgendes: Wenn das Entladungsgefäß 3 leitend ist, liegt der Kondensator 16 an der vollen Wechselspannung und erhält praktisch dieselbe ' Spannung wie der Kommutierungskondensator 7. Wenn nun die induzierte Spannung des Transformators 8 den Wert Null erreicht hat und Entladungsgefäß 2 leitend wird, so wird mit der Anodenspannumg; von 3 auch das Gitter dieser Röhre durch den Kondensator 16 plötzlich auf einen großen negativen Wert gebracht (vgl. Abb. 3). Die Induktivität des Gittertransformators verhindert, daß der Kondensator 16 sich über die Transformatorsekundärwicklung schnell entladet, so daß das Gitter von 3 genügend lange Zeit stark negativ bleibt. Erst während der folgenden Halbperiode gibt der Kondensator 16 seine Energie über die Sekundärwicklung des Gittertransformators 8 ab, und zwar im gleichen Sinne, wie die Primärwicklung gespeist wird.Before explaining what is essentially new according to the present invention, it should be noted that it is desirable for the grid voltage curve to be as steep as possible at the point of commutation. Only in this way can frequency fluctuations and inequalities between the two half-period durations as a result of changes and differences in the control characteristics of the discharge vessels be avoided. The greatest steepness, however, is in the case of a sinusoidal shape at zero crossing ¹ , which, on the other hand, would require a large amount of control. Furthermore, especially in the case of self-excited inverters, the curve shape of the voltage is also changed when the load changes. The known circuits result in voltage curves as shown in Fig. 2, namely £ ", · the induced voltage of the secondary winding of the grid transformer 8, E _c the voltage of the capacitor 10, E ₁₁ the voltage across the resistor 11, E _e the effective total grid voltage, . e _a the voltage between the two main electrodes of the discharge vessel (anode voltage) can be seen that the working conditions can not be sufficiently well satisfied result of the Hinzu- would take the capacitors ι ζ and but 16 present in the sense invention will be now the following:.. When the Discharge vessel 3 is conductive, the capacitor 16 is connected to the full alternating voltage and receives practically the same voltage as the commutation capacitor 7. If the induced voltage of the transformer 8 has now reached the value zero and discharge vessel 2 becomes conductive, the anode voltage of 3 also the grid of this tube through the capacitor 16 suddenly to a large neg ative value (cf. Fig. 3). The inductance of the grid transformer prevents the capacitor 16 from discharging quickly via the transformer secondary winding, so that the grid of FIG. 3 remains strongly negative for a long enough time. Only during the following half cycle does the capacitor 16 emit its energy via the secondary winding of the grid transformer 8, in the same sense as the primary winding is fed.

Die Erfindung ermöglicht es also, den Betrieb von Wechselrichtern in verschiedener Hineicht zu verbessern. Abgesehen von der größeren Konstanz der Frequenz und ihrer Unabhängigkeit von der Belastung, was besonders für selbsterregte Wechselrichter van Wichtigkeit ist, ist es möglich, die für die Gitterkreise erforderliche Steuerleistung kleinThe invention makes it possible to operate inverters in different Not to be improved. Apart from the greater constancy of the frequency and its Independence from the load, which is especially useful for self-excited inverters Importantly, it is possible to make the control power required for the grid circles small

zu halten, andererseits die Belastungsmöglichkeit des Wechselrichters beträchtlich zu vergrößern. Versuche mit einer Schaltung nach Abb. ι ergaben, daß das Außertrittfallen des Wechselrichters^ das unmittelbar ein Kriterium für die Belastungsfähigfceit von Wechselrichtern abgibt, bei sonst unverändert gelassenen! Verhältnissen erst bei einer Vergrößerung der Belastung auf etwa das Fünffache der bei einem Wechselrichter ohne Zusatzkondensatoren ι s und 16 möglichen Grenzbelasitung eintritt. Die Größe der Zusatzkondensatoren, die die zusätzliche Steoerenergie nur in dem Zeitteilchen des Bedarfes, d. h. im wesentlichen während und kurz nach der Kommutierung, aus den HauptstBomkreisen entnehmen, ist abhängig von der Größe der Induktivität der Sekundärwicklung des Gitterjtransformators. Im allgemeinen ergeben sich für die Zusatzkondensatoren Kapazitätswerte etwa gleich ι o/g der Größe des Kommutierungskondensators. to hold, on the other hand, the possibility of exposure of the inverter considerably. Try with a circuit Fig. Ι showed that the falling out of the Inverter ^ which is a direct criterion for the resilience of inverters surrenders, if otherwise left unchanged! Conditions only when the Load about five times that of an inverter without additional capacitors ι s and 16 possible limit loads entry. The size of the additional capacitors, which the additional Steoerenergie only in the Time particle of demand, d. H. essentially during and shortly after commutation, from the main circuit is dependent on the size of the inductance the secondary winding of the grid transformer. In general, for the additional capacitors capacitance values approximately equal to ι o / g of the size of the commutation capacitor.

Claims

Patent claims:

r. Method for grid control of inverters with vapor or gas discharge lines, whose grids are supplied with an at least approximately sinusoidal alternating control voltage, 'as a result characterized in that the grid to be blocked during the commutation process Discharge path, an extremely steep negative rising voltage is also applied.

2. Device for performing the method according to claim ι for inverters in parallel arrangement, in particular in self-excitation circuit, characterized by the use of capacitors (15, 16) between a main electrode of a discharge path and the control grid of the other discharge path are switched.

1 sheet of drawings