DE641767C - Anordnung zur Frequenzumformung mittels gesteuerter Entladungsstrecken - Google Patents

Description

Bei den bisher bekannten Frequenzumformungen mittels gesteuerter Entladungsstrecken, vorzugsweise gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsgefäße, erfolgt entweder die Umformung über einen Gleichstromzwisdhenkreis, d.h. mittels Gleichrichter und Wechselrichter, oder unmittelbar, d.h. es ist jede Phase ides einen Netzes mit jeder Phase des anderen Netzes über eine oder mehrere Entladungsstrecken verbunden, die in, der vorschriftsmäßigen Weise gesteuert werden. Bei der ersten Umf ormungsmöglichkeit sind stets zwei Entladungsstrecken leitend, lund zwar je eine in den als Gleichrichter !und Wechselrichter arbeitenden Teilumformungs einrichtungen. Bei den unmittelbaren Frequenzumformungen führt im allgemeinen stets nur eine -Entladungsstrecke Strom. Jedoch ist dies keine notwendige Bedingung. Für die mit der Erfindung im Zusammenhang stehenden Fragen interessieren in erster Linie solche Anordnungen, bei denen der Strom -wenigstens durch zwei in Reihe angeordnete Entladungsstrecken fließt.

Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Frequenzumformung mittels gesteuerter Entladungsstrecken, vorzugsweise gittergesteuerter Dampf- oder Gasenüadungs gefäße, bei der für beide Richtungen der erzeugten Wechselspannung bzw. des erzeugten Wechselstromes ein gemeinsamer Zwischenkreis lund gemeinsame Entladungsstrecken vorgesehen sind, und zwar werden erfindungsgemäß die Entladungsstrecken derart gesteuert, 'daß der Zwischenkreis mit einer von der Wirkleistung abhängigen Gleichspannungskomponente und einer von der Blindleistung abhängigen Wechselspannungskomponente mit einer Frequenz gespeist wird, die doppelt so groß ist wie die Frequenz des niederfrequenten Netzes, insbesondere bei der Umformung von Drehstrom höherer Frequenz in Einphasenstrom niederer Frequenz. Der im Zwischenkreis fließende Strom ist ein WeUenstrom unveränderlicher Richtung.

Zum Verständnis der Erfindung erscheint es angebracht, die bekannten bzw. bereits vorgeschlagenen Frequenzumformungsmögliehkeiten zunächst kurz anzugeben. Die Abb. 1 bis 3 der Zeichnung zeigen z. B. unmittelbare Friequienzumformungen, bei denen stets nur eine Entladungsstrecke Strom führt. Abb. 4 zeigt eine Frequenzumf ormung mit einem Zwischenkreis, wobei normalerweise der mit G bezeichnete Umformerteil als Gleichrichter/ der mit W bezeichnete Umformerteil als Wechselrichter arbeitet. Auf diese Umformungsmöglichkeit ist die Erfindung anwendbar, wie im einzelnen weiter unten erläutert

*) Von dem Patent sucher ist als der Erfinder angegeben worden:

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

ist. Abb. 5 zeigt eine gegenüber Abb. ι verallgemeinerte Schaltung, bei der stets der Strom durch zwei in Reihe liegende · Ent-. ladungsstrecken fließt, die im allgemeij verschiedenartig gesteuert werden. Der ÄueSs wand bei einer Anordnung gemäß Abb. S istv-^ä jedoch im allgemeinen unwirtschaftlich, eben-' so auch die Ausnutzung der Entladungsstrecken. Eine geringe Vereinfachung läßt ίο sich mit einer Anordnung gemäß Abb. 6 erzielen, wobei sich jedoch hinsichtlich der Steuerung keine neuen Gesichtspunkte ergeben.

Die Abb. 7 bis 9 zeigen weitergehende Vereinfachungen, wie sie sich bei der Umformung von Drehstrom höherer Frequenz, der dem Netz 3 mittels eines Transformators 4 entnommen wird, in Einphasenstrom niederer Frequenz, der dem Netz 5 mittels eines Transformators 6 zugeführt wird, ergeben. Dabei soll unter Zugrundelegung einer Frequenzübersetzung von 3:1, z.B. 50 Hz auf 162/3 Hz, angenommen sein, daß die Gruppen von Entladungsstrecken 10' und 10", die im Falle der Abb. 9 zu einem mehranodigen Gefäß zusammengezogen werden können, zusammen mit den Transformatorwicklungen 41 bzw. 41' und 41" !die trapezförmige Grundwelle, die Entladungsstrecken 20 zusammen mit der Transformatorwicklung 42 die dritte Harmonische liefern. Wie nicht näher erläutert zu werden braucht, werden die beiden Gruppen von Entladungsstrecken 10' und 10" so gesteuert, wie es bei unmittelbaren Frequenz-Umformungen (vgl. z. B. Abb. 1 bis 3) üblich ist. Die Gruppe von Entladungsstrecken 20 muß jedoch so gesteuert werden, daß sie während beider Halbwellen der niederfrequenten Spannung Strom führt. Auch für die Gruppen 10' und 10" kann man die Steuerung gemäß der Erfindung durchführen. Für den Extremfall reiner Reihenschaltung ergibt sich dabei eine Anordnung gemäß Abb. 10, wobei ein besonderes Gefäß 8 vorzusehen ist. Die Anordnungen gemäß den Abb. 7 bis 10 wie auch gemäß Abb. 4 weisen einen Zwischenkreis 7' und 7" im Sinne der Erfindung auf. Das Wesen der zu verwendenden Steuerung soll nachstehend erläutert werden und hierbei zunächst von den Spannungsverhältnissen in Abb. 11 ausgegangen werden. Die Abbildung zeigt die Spannungskiirven, die sich beispielsweise bei einer Schaltung nach Abb. 1 ergeben, wenn man eine Umformung von Drehstrom in Einphasenstrom mit einer Frequenzübersetzung 3:1 vornehmen will. Es ist dabei ferner berücksichtigt, daß der trapezförmigen, von der Transformatorwicklung 41 und den Entladungsstrecken 10' gelieferten Spannung eine dritte Oberwelle überlagert ist, die mittels der Transformatorwicklung 42 und den Entladungsstrecken 20 erzeugt wird. Dies kann man bei Schaltungen .sowohl gemäß Abb. 7 bis 10 als auch gemäß :bb. S undo durchführen. Es sind in Abb. 11,65 Spannungen gesondert herausgezeichnet, mittels der Entladungsstrecken der ein-"elnen Gruppen jeden Augenblick bereit gehalten werden müssen, wenn der Umrichter jederzeit zur Lieferung beliebiger Wirk- und Blindlast bereit sein soll. Wenn beispielsweise in der Zeit Z₀ ... Z₁ das System II (z. B. die Gruppe 10") die positive Spannung liefert, muß das System I (d.h. die Gruppe 10') in der nächsten Einphasen-Halbwelle Z₁... 4 die positive Spannung liefern, während das^ System II in derselben Zeit t₁...t₂ bei Blindleistungsbetrieb eine gleich große, aber negative Spannung bereitstellen muß. Es müssen also die Systeme I und II so gesteuert werden, daß sie jederzeit zwei um i8o° gegeneinander verschobene Einphasenspannungen liefern. Der Übersicht halber ist die resultierende Spannung £ in Abb. 12 noch einmal herausgezeichnet. Es sei nun ange- ⁸S nommen, daß eine solche induktive Belastung vorliegt, daß der Strom erst zur ZeItZ₁₀ durch Null geht. Dann muß in der Zeit ^₁₀... Z₁₁ beispielsweise das System II die in Abb. 12 gezeichnete Spannung e liefern, da nur System II zur Führung des Stromes i während der Zeit t₁₀... Z₁₁ befähigt ist. Im Zeitabschnitt Z₁₁... Z₁₂ übernimmt das System I die Stromführung bei einer Spannung, die sich aus Abb. 12 ergibt.

Es ist nun bisher vorgeschlagen, bei Umformungseinrichtungen nach Abb. 1 oder Abb. 5 die beiden Systeme I und II von einander elektrisch zu trennen und sie gesondert so zu steuern, daß sie zwei um i8o° verschie- i°° dene Spannungen hefern. Diese Steuerung ist bei den in den Abb. 7 bis 10 und entsprechend auch in Abb. 4 dargestellten Schaltungen nicht mehr möglich, da diese Schaltungen ein für beide Halbwellen der Sekundärspannung gemeinsames Zwischenglied 7', 7" besitzen, das nicht gleichzeitig nach zwei Gesetzen gesteuert werden kann. Es ist daher Gegenstand der Erfindung, die Uniformungseinrichtungen so zu steuern, daß no sie in jedem Augenblick zwei um i8o° versetzte Spannungen liefern können, dazu jedoch eine weitere Steuerung vorzusehen, die nur den einen oder den anderen Stromweg in den Umformungseinrichtungen freigibt. Während die Steuerung,- die in jedem Augenblick die beiden um i8o° versetzten Spannungen freigibt, so zu erfolgen hat, daß diese Spannungen konphas mit der zu erzeugenden Spannung liegen (vgl. Abb. 12), muß die Steuerung im Sinne der Erfindung, die die eine oder die andere χ dieser beiden Span-

nungen aussucht, in Abhängigkeit vom Strom vorgenommen werden, und zwar derart, .daß die eine Spannung während der positiven Halbwelle des Stromes, die andere während der negativen Halbwelle des Stromes erzeugt wird. Es entsteht 'dann in der Umformungseinrichtung eine- in dem für beide gemeinsamen Zwischenkreis 7', 7" meßbare Spannung!?^ die die in Abb. 12 gezeichnete Form annimmt. Die Verhältnisse in Abb. 12 zeigen, daß diese Spannung e_z bei reiner Ohmscher Belastung den positiven Wellen der erzeugten Wechselspannung genau !entspricht und gleiche Phasenlage mit der im Zwischenkreis fließenden Halbwelle des Stromes hat. Bei induktiver Belastung rückt der Augenblick, in dem von der einen auf die andere Spannung kommutLert wird, um den Winkel der Phasennacheilung des Stromes vom NuIldurehgang der Spannung ab; da sie durch den NuUdurehgang des Stromes bedingt ist. Bei einer Verschiebung des Stromes um 90° gegen die Spannung hat die Spännung im Zwischenkreis gleich große positive und negative Kuppen, die 'mit der doppelten Frequenz der sekundär erzeugten Spannung pendeln. Bei allen Belastungen wird der Sekundärstrom/ formgetreu, jedoch mit nur positiven Halbwellen, durch den Zwischenkreis übertragen.

Eine Möglichkeit für die Ausführung dieser Steuerung ist für-· die in Abb. 8 gezeigte Schaltung in Abb. 13 angegeben. Die aus Transformatorwicklung 42 und den Entladungsstrecken 20 bestehende Zusatzeinrichtung möge in bereits vorgeschlagener Weise der trapezförmigen, mittels der Transformatorwicklung 41 und der Entladungsstrecken 10' und ro" erzeugten Spannung die dritte Harmonische überlagern. Das Hauptsystem besitzt zwei in der Spannung voneinander unabhängige Gruppen von Entladungsstrecken 10' und 10", ^die nicht nach der Erfindung gesteuert zu werden brauchen, 'da sie in jedem

♦5 Augenblick ihre eigene Spannung mit der Steuerung aus dem sie speisenden Mehrphasensystem aussuchen können. Die Steuerung nach der Erfindung bezieht sich also im Ausführungsbeispiel lediglich auf die Zusatzeinrichtung. Aus der Darstellung in Abb. 11 erkennt man, daß auch die in diesem System erzeugte Zusatzspannung in jedem Augenblick zwei gleiche um i8o° versetzte Spannungen zur Verfügung stellen'muß, von denen 'die eine oder die andere verwendet wird, je nachdem ob die Gruppe 10' oder die Gruppe 10" den Strom führt.. Dementsprechend werden beispielsweise durch die in Abb. 13 schematisch angedeutete elektromechanische Steuerung 200 .(z. B. Schaltwalze) in jedem Augenblick zwei Entladungsstrecken freigeben, die' an um i8o° phasenverschobene Spannungen angeschlossen sind. In den Steuerungsweg jeder einzelnen Entladungsstrecke ist außerdem zur Steuerung in Abhängigkeit von der Stromrichtung im Sekundärnetz eine Zusatzsteuerung eingefügt, die beim Ausführungsbeispiel eine weitere gesteuerte Entladungsstrecke, zweckmäßigerweise ebenfalls ein gittergesteuertes Dampf- oder Gasentladungsgefäß, im Gitterkreis enthält. Diese Entladungsgefäße 201 und 202, die für zwei Entladungsstrecken der Gruppe 20 angegeben sind, werden von einer vom Strom abhängigen Spannung gesteuert, die zweckmäßigerweise in Phase mit dem er- -:■ zeugten Wechselstrom liegt. Die Steuerung geht z. B. im. einzelnen so vor sich, 'daß in den Stromkreis der Gruppen ΐο^Λ und 10" Einrichtungen (Stromteiler 11', Entladungsgefäß 12' bzw. 11", 12") eingeschaltet sind, die beim Durchfließen des Stromes beispielsweise eine konstante Spannung in bekannter Weise abzugreifen gestatten. Diese Spannungen werden zwei getrennten Primärwickhingen eines Gittertransformators 13 derart zugeführt, daß das Verlöschen des Stromes in einem Kreise und das Zünden des Stromes im anderen Kreise Induktionsstöße gleicher Richtung erzeugt. Dadurch werden beim Stromrichtungswechsel Spannungsstöße entgegengesetzter Richtung über die beiden sekundären Teilwicklungen des Gittertrans- ■ formators an die Gitter der Hilfsenüadungsgefäße2oi und 202 derart gelegt, daß dasjenige Gefäß, das die Zündung der erforderlichen Anode bewirken soll, den positiven¹ Spannungsstoß, das Rohr, das das Gitter der bisher stromführenden Anode beeinflußt, den entsprechenden negativen Spannungsstoß auf ^lo° das Gitter erhält.

Wie nicht näher erläutert zu werden braucht, sind besondere Hilfsmittel für die Kommutierung des Stromes zwischen den beiden sich ablösenden Anoden nicht erforder- «5 lieh, 'da der Strom in dem Kommutierungs- · augenblick durch Null geht. In ähnlicher Weise werden auch die übrigen Anoden des Systems 20, 42 von demselben Gittertransformator 13 über weitere Hilfsentladungs- no gefäße beeinflußt. Es kann selbstverständlich auch die Steuerung der Hauptentladungs- ' gefäße I und II ebenso gesteuert werden, daß in jedem Augenblick nur stets eine Spannung und nicht zwei zur Verfügung stehen. Notwendig ist diese Steuerung auch für die Gruppe 8 in einer Anordnung nach Abb. 10. Allgemein ist demnach die Steuerung anwendbar, wenn ein für beide sekundären Halbwellen gemeinsamer Zwischenkreis und gemeinsame Entladungsstrecken in einer Uniformungseinrichtung bestehen.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   r. Steuerung von Anordnungen zur Frequenzurnformung mittels gesteuerter Entladungsstrecken, vorzugsweise gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsstrecken, bei der mindestens zwei nacheinander vom Strom durchflossene Gruppen von Entladungsstrecken und weiterhin für ίο beide Richtungen der erzeugten Wechselspannung bzw. des erzeugten Wechselstromes ein gemeinsamer Zwischenkreis und gemeinsame Entladungsstrecken vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung des Zwischenkreises eine von der Wirkleistung abhängige Gleichspannungskomponente und eine von der , Blindleistung abhängige Wechselspannungskomponente mit einer Frequenz, die doppelt so groß wie die Frequenz des niederfrequenten Netzes ist, enthält.
2. 2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Richtungen der erzeugten Wechselspannung bzw. des erzeugten Wechselstromes gemeinsamen Entladungsstrecken zwei Steuerungen vorgesehen sind, von denen die eine zwei (um i8o° versetzte Teilspannungen entsprechend dem zeitlichen Verlauf der Sekundär spannung auswählt, die andere in Abhängigkeit vom Strom die Auswahl unter den beiden Teilspannungen in der Weise durchfuhrt, daß die eine Teilspannung während der positiven Halbwelle des Stromes, die andere Teilspannung während der negativen Halbwelle des Stromes wirksam ist.
3. 3. Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterkreise Hilfsentladungsstrecken (201, 202) enthalten, deren Hauptstromkreise in Abhängigkeit von den Spannungsbeziehungen beider Netze beeinflußt sind (Schaltwalze 200), und deren Gitterkreise durch den durchfließenden Strom entsprechend dem Vorzeichen der jeweiligen Halbwelle gesteuert sind.
4. 4. Steuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Stromwandler (ii', 11"), zweckmäßigerweise in Verbindung mit Elementen zur Spannungsbegrenzung (12', 12"), über einen Gittertransformator (13) die stromabhängigen Spannungen den Gitterkreisen der Hilfsentladungsstrecken zuführen (Abb. 13).
5. 5. Steuerung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Gitterkreisen der Hilfsentladungsstreeken zugeführte Spannung in Phase mit dem erzeugten Wechselstrom ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen