DE644083C - Anordnung zur Erzielung einer Zwangskommutierung - Google Patents

Description

Bekanntlich ist es nicht ohne weiteres möglich., einen Gleichrichterbetrieb bei voreilendem Leistungsfaktor !und einen Wechselrichterbetrieb bei nacheilendem Leistungsfaktor durchzuführen. Dies ergibt sich daraus, daß ohne Anwendung besonderer Kommutierungs schaltmittel ein Stromübergang von einer Anode höheren Potentials auf eine Anode niederen Potentials nicht möglich ist. Es ist jedoch häufig erwünscht, den Leistungsfaktor bei der Umformung zu steuern, z. B. bei Speisung eines induktiven Verbrauchers dtirch einen Wechselrichter. Aber auch bei Gleichrichtern ist eine Steuerung des Leistungsfaktors deswegen zweckmäßig, weil man dadurch die Phasenverhältnisse des speisenden Wechselstromnetzes verbessern kann. Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Anordnung zum Rommutieren bei Umformungseinrichtungen mit gesteuerten Entladungsstrecken, vorzugsweise gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken. Erfindungsgemäß wird die Kommutierung durch eine vom Belastungsstrom hinsichtlich Größe und Phase gesteuerte Kommutierungsspannung bewirkt. Insbesondere wird zweckmäßigerweise eine derartige Abhängigkeit zwischen dem Belastungsstrom bzw. den Teilentladungsströmen und der Kommutierungs spannung gewählt, daß Änderungen des Stromes entsprechende Änderungen der Kommutierungsspannung mit gleichem Vorzeichen zur Folge haben.

Es sind zwar bereits Einrichtungen vorgeschlagen worden, bei denen eine lastabhängige Kommutierungsspannung in Reihe zu der Spannung des Umformungstransformators den Entladungsstrecken zugeführt wird. Bei diesen bekannten Einrichtungen dient diese Teilspanming jedoch lediglich zur Erzwingung einer Phasennacheilung der Anodenspannung gegenüber der am Umformungstransformator abgegriffenen Steuer gitterspannung mit dem alleinigen Zweck, eine selbsttätige, lastabhängige Vergrößerung des Kommutierungsvoreilwinkels bei Wechsel richterbetrieb zu erzielen, da bekanntlich die zur Entionisierung einer Entladungsstrecke notwendige Zeit und damit der von der Steuerung leinzuhaltende Kommutierungsvoreilwinkel bei Wechselrichtern mit der Belastung wächst. Im Gegensatz hierzu soll gemäß der vorliegenden Erfindung eine zusätzliche Kommutierungsspannung derart in den Kommutierungskreis der jeweils zusammenarbeitenden Entladungsstrecken eingefügt werden, daß der Kommutierungszeitpunkt in jeder Hinsicht unabhängig von den Betriebsbedin-

gungen wird, d. Ii. also beispielsweise auch völlig unabhängig von der Größe der Belastung und der Betriebsart als Gleichrichter oder Wechselrichter. Der Erfindungsgedanke ermöglicht vielmehr einen Gleichrichterbetrieb mit voreilendem Leistungsfaktor Oder einen Wechselrichterbetrieb mit einem Kommutierungsvoreilwinkel, der kleiner ist als der an sich durch die Größe der Belastung vorgeschriebene und durch die obenerwähnten bekannten Einrichtungen belastungsabhängig einstellbare Mindestwinkcl, oder auch mit einem Kommutierungswinke], der einem nacheilenden Leistungsfaktor entig spricht, d.h. gemäß der Erfindung steht die zusätzliche Kommutierungsspannung zur Erzwingung einer Kommutierung auch dann zur Verfügung, wenn die ablösende Entladungsstrecke an sich zur Übernahme der Stromführung bereits nicht mehr imstande ist. Gemäß der Erfindung sind daher die Schaltmittel zur Lieferung der zusätzlichen Kommutierungsspannung nicht wie bei den bekannten Einrichtungen mit dem Hauptj.g transformator schaltungsmäßig vereinigt, sondern zwischen die nicht mit dem Haupttransformator verbundenen Elektroden der jeweils miteinander arbeitenden Entladungsstrecken eingeschaltet. Zweckmäßig wird hierfür ein so von den Teilentladungsströmen durchflossener, mit dem Mittelpunkt an die Gleichstromleitung angeschlossener StiOmtransformator mit parallel geschaltetem Kondensator angeordnet. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Erzwingung der Kommutierung bei geringer Belastung durch eine von einem normalen, an sich bekannten Kommutierungskondensator gelieferte, im wesentlichen belastungsunabhängige Kommutierungsspannung unterstützt werden. Gemäß der Erfindung ist ein derartiger Kondensator also unter L^Tmständen auch in solchen Fällen vorzusehen, wo er bei den bisher bekannten Einrichtungen nicht verwendet wird, nämlich bei Gleichrichteranordnungen oder bei Wechselrichteranordnungen mit taktgebender Wechselspannung.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, und zwar bezieht sich das Ausführungsbeispiel auf eine Umformungseinrichtung, die als Gleichrichter oder als Wechselrichter arbeiten kann. Ein Gleichstromnetz 10 und ein Wechselstromnetz 11 sind über einen Haupttransformator 12 und gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsgefäße 15 und 16 miteinander verbunden. Ferner ist in den Gleichstromkreis eine Drosselspule 17 eingefügt. Nimmt man an, daß die Umformungseinrichtung als Wechselrichter arbeiter und daß das Wechselstromnetz keine taktgebende Spannung aufweist, so muß ein Kommutierungskondensator 18 zwischen den Anoden der beiden Gefäße vorgesehen sein. Für die Erzeugung einer Kommutierungsspannung, die sich hinsichtlich der Phase und Größe mit dem Belastungsstrom ändert, ist ein Autotransformator 19 mit parallel geschaltetem Kommutierungskondensator 20 vorgesehen. Den Gitterkreisen der Gefäße 15 und 16 wird die Steuerwechselspannung durch einen Gittertransformator 21 über Strombegrenzungswiderstände 22 zugeführt. Die Primärwicklung dieses Transformators ist über eine passende Phaseneinstellvorrichtung, beispielsAveise einen Drehtransformator 23, an eine Spannungsquelle 24 angeschlossen, die je nach den vorliegenden Verhältnissen entweder von der Wechselspannung des Netzes J 1 abgeleitet ist oder nicht.

Berücksichtigt man zunächst den Kommutierungstransformator 19 und den Kiomimitierungskondensator 20 noch nicht, und nimmt man an, daß die untere Gleichstromklemme unmittelbar mit den Kathoden der Gefäße 15 und 16 verbunden ist, und nimmt man weiter an, daß die Umformungseinrichtung als Gleichrichter arbeitet — in diesem Falle ist der Kommutierungskondensator 18 nicht erforderlich --, so arbeitet die Umformungseinrichtung als Einphasengegentakt- oder Vollweggleichrichter. Mittels der Gittersteuerung kann man dann in bekannter Weise, z. B. durch Ändern der Phase der Gitterwechselspannung, die G'eichspannung regeln. Dabei verschlechtert sich der Leistungsfaktor des Gleichrichters im stark nacheilenden Sinne, während es erwünscht ist, den Leistungsfaktor so zu steuern, daß der dem Wechselstromnetz entnommene Strom der Spannung voreilt.

Betrachtet man nunmehr die Veränderung der Arbeitsweise, die sich daraus ergibt, daß ein Kommuticrungstransformator 19 mit parallel geschaltetem Kondensator 20 verwendet wird, so wird dem in der einen Wicklungshälfte von 19 fließenden Teilentladungsstrom durch einen gleichen, aber entgegengesetzt gerichteten Strom, der durch die andere Wicklungshälfte fließt, das Gleichgewicht gehalten. Dieser Strom fließt durch den Kommutierungskondensator 20. Der Kondensator 20 liegt also, wenn man von den Streuinduktivitäten des Autotransformators 19 absieht, im Belastungsstromkreis. Nimmt man an, daß in einem Zeitpunkt die Linke Klemme der Wicklung 14 positiv ist, so daß Strom durch das Gefäß 15 fließt, und damit auch durch die linke Hälfte der Wicklung 19, so wird die rechte Klemme des Kondensators 20 auf negatives Potential gebracht. Wird jetzt die Entladungsstrecke 16 leitend, während die

linke Klemme der Wicklung 14 noch positiv ist in bezug auf die rechte Klemme der Wicklung 14, so wird nichtsdestoweniger der Strom in der Entladungsstrecke 15 infolge der im Kondensator 20 aufgespeicherten Energie unterbrochen und der Entladungsstrom auf die Entladungsstrecke 16 übergeführt, vorausgesetzt, daß die Spannung am Kondensator 20 nur wenig größer ist als die dem KommutierungsVorgang entgegengerichtete Spannung der Wicklung 14. Die Entladungsstrecke 15 hat rechtzeitig eine solche Gitterspannung erhalten, daß sie zunächst nicht wieder leitend wird. Die an der Drosselspule 17 auftretende Spannung treibt den Strom durch die Entladungsstrecke 16 gegen die Gegen-EMK der Wicklung 14.

In ähnlicher Weise kann man bei Wechselrichterbetrieb die Kommutierung beeinfiussen. Auch in diesem Falle wird der Kommutierungskondensator 20 auf eine solche Spannung geladen, daß die Kommutierung zwischen den Entladungsstrecken 15 und 16 auch in einem Zeitpunkt der Periode stattfinden kann, wo die EMK der Wicklung 14 dem Kommutierungsvorgang entgegenwirkt. Bei richtiger Bemessung des Kondensators 20 und entsprechender Steuerung des Drehtransformators 23 kann somit jede beliebige Scheinleistung, d. h. Leistung bei jedem vor- oder nacheilenden Leistungsfaktor, übertragen werden. Der Kommutierungskondensator 18 lunterstützt den Kommutierungsvorgang bei geringer Belastung, wo die vom Kommutierungskondensator 20 gelieferte Spannung noch klein ist. Jedoch ist ein solcher Kondensator nicht immer erforderlich, und es ist dann möglich, die Kommutieriung allein durch den Kondensator 20 zu bewirken.

4.0 Der Erfindungsgedanke ist zwar an einer Umformungseinrichtung gezeigt, die an ein einphasiges Wechselstromnetz angeschlossen ist; es ist jedoch leinleuchtend, daß der Erfindungsgedanke auch bei Umformungseinrichtungen in mehrphasigen Schaltungen angewendet werden kann.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. ,Anordnung zur Erzielung einer . Zwangskommutierung bei beliebigem Leistungsfaktor für Umformungseinrichtungen, die mit gesteuerten Entladungsstrecken, vorzugsweise gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken, in Gleich- und Wechselrichterschaltung arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den nicht an den Umformungstransformator angeschlossenen Hauptelektroden der jeweils in einer Gruppe zusammenarbeitenden Entladungsstrecken Schaltungselemente zur Lieferung einer zusätzlichen, durch den Belastungsstrom hinsichtlich der Größe und der Phase gesteuerten Kommutierungsspannung, vorzugsweise an besondere, von den Teilentladungsströmen durchflossene Stromtransformatoren angeschlossene zusätzliche Kommutierungskondiensatoren, vorgesehen sind.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Schaltung der zusätzlichen Kommutierungsmittel, daß bei Änderungen des Belastungsstromes die Änderungen der zusätzlich leingefügten Kommutierungsspannung gleiches Vorzeichen besitzen.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere für Gleichrichteranordnungen loder Wechselrichteranordmmgen mit taktgebender Wechselspannung, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine vom Belastungsstrom nicht beeinflußte Kommutierungsspannung, beispielsweise durch einen parallel zum Umformungstransformator !geschalteten Kommutierungskondensator (18), bereitgestellt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen