DE644348C - Anordnung zum Energieaustausch zwischen einem Wechsel- und einem Gleichstromnetz mittels gittergesteuerter Entladungsgefaesse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Kupplung von Gleich- und Wechselstromnetzen über Dampf- oder Gasentladungsstrecken, welche vorzugsweise in sogenannten ruhenden Umformungseinrichtungen zusammengefaßt sind, beispielsweise Quecksilberdampfgleichrichter bzw. -wechselrichter.

Es ist bekannt, daß, es bei derartigen Kupplungseinrichtungen wegen der eindeutigen Stromdurchlaßrichtung der Entladungsstrekken notwendig ist, bei Verwendung eines einzigen Umformers seine Hauptanschlüsse jedesmal zu vertauschen, wenn man die Energierichtung umkehren will. Diese Umpolung kann selbsttätig erfolgen, ruft aber nichtsdestoweniger eine kurze Unterbrechung der Kupplung zwischen den beiden Netzen hervor, welche Störungen und Spannungssprünge verursacht, welche dem ordnungsmäßigen Arbeiten der Apparate und Maschinen sehr abträg'-lich sein können.

Die Notwendigkeit, den Stromkreis, wenn auch, für noch, so kurze Zeit, zu öffnen, kann also zu großen Schwierigkeiten führen. Als Beispiel sei eine elektrische, gleichstromgespeiste Bahnanlage angenommen, bei der die Fahrleitung über Quecksilberdampfgleichrichter gespeist werden möge und bei welcher Nutzbremsung zur Anwendung gelangen soll. In diesem Fall ist eine zeitweilige Umkehr der Energierichtung zwischen dem Wechselstromnetz und der Gleichstromfahrleitung erforderlich. Dadurch werden die Fahrleitung und damit der oder die bremsenden Motoren für kurze Zeit von dem Netz getrennt, auf das sie arbeiten.

Um solche Nachteile zu vermeiden, hat man schon vorgeschlagen, zwei getrennte Umformungseinrichtungen zu verwenden, von denen die eine als Gleichrichter, die andere als Wechselrichter arbeitet. Diese theoretisch vollkommene Lösung scheidet indessen praktisch in Anbetracht ihrer sehr hohen Kosten häufig aus.

Eine befriedigende Netzkupplung über nur eine Umformungseinrichtung muß vor allem zwei Bedingungen erfüllen: Erstens muß. eine genaue und sichere Anzeige der Bedingungen, unter denen eine Energierichtungsumkehr erwünscht ist, erfolgen, um zu vermeiden,

daß die Verbindungen des Umformers auch in nicht unbedingt notwendigen Fällen vertauscht werden. Zweitens ist eine Umkehrung der Anschlüsse anzustreben, bei der die elektrische Verbindung zwischen dem Gleichstromnetz und dem Wechselstromnetz nicht unterbrochen wird.

Die bisher bekannten Anordnungen haben die erste Bedingung auf verschiedene Weise ίο und in befriedigender Form gelöst.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun eine Einrichtung, welche die zweite Bedingung· zu erfüllen gestattet. Sie erlaubt die Energierichtungsumkehr zwischen den beiden Netzen, ohne Betriebsunterbrechung und ohne störende Stöße. Die Einrichtung ist im wesentlichen gekennzeichnet durch die Vereinigung einer Hauptumformungseinrichtung, in der die Energierichtung umkehrbar ist und die normalenveise den Leistungsaustausch übernimmt und daher zeitweilig als Gleichrichter und zeitweilig als Wechselrichter arbeitet, mit einem Hilfsformer irgendwelcher Art, der sowohl als ruhender Umformer ausgeführt sein kann als auch als mechanischer Umformer (Motorgenerator, Einankerumformer). Im ersteren Falle ist der Hilfsumformer vorzugsweise als Wechselrichter zu schalten, so lange der Hauptumformer als Gleichrichter arbeitet und umgekehrt, wobei die Kennlinie der beiden Umformer durch entsprechende Bemessung annähernd gleich sein soll. Der Zweck dieser Bemessung ist der, daß beim Übergang der Leistung von dem einen auf den anderen Umformer große, etwa gar den Betrieb störende, sprunghafte Spannungsänderungen vermieden werden. Die gegenseitige Steuerung der beiden Umformer soll dabei vorzugsweise so ausgebildet sein, daß der Hilfsumformer im normalen Betrieb keine oder nur geringe Last aufnimmt. Diese Aufgabe bestimmt außerdem auch den Grad der zu fordernden gegenseitigen Annäherung·· der beiden Kennlinien und gibt außerdem an, welche von den beiden Kennlinien höher liegen muß.

Während des normalen Betriebes läuft also der Hilfsumformer leer oder mit geringer Belastung mit oder er ist ganz außer Betrieb. Wenn die Energierichtung wechseln soll, wird der Energieaustausch zunächst durch den Hilfsumformer gewährleistet, wodurch die Zeit zur Vertauschung· der Anschlüsse an der Hauptumformungseinrichtung gewonnen wird, auf die unmittelbar wieder die Last Übernahme durch die letztere erfolgt. Wenn die Kennlinien beider Umformungsemrichtungen passend gewählt sind, läuft der Hilfsmotor wieder praktisch leer. Man führt nun gegebenenfalls eine Vertauschung der Anschlüsse am Hilfsumformer durch, wenn dieser letztere ein ruhender Umformer ist; darauf arbeitet er wieder ohne Belastung und ist für die nächste Umkehr in der Energielieferung bereit. Er kann jedoch auch ohne Umkehr der Verbindungen umgeschaltet bleiben oder auch abgetrennt werden, bis ein Energierichrungswechsel in umgekehrter Richtung nötig wird. Die verschiedenen Schaltungen können von Hand oder selbsttätig erfolgen. In letzterem Falle wird es allgemein zweckmäßig sein, den im Hilfsumformer fließenden Strom das Relais, welches die Vertauschung der Anschlüsse bewirkt, beeinflussen zu lassen. Man kann auch für diese Betätigung energierichtungsempfindliche Relais (Differentialspannungsmesser, Strom-, Leistungsmesser oder ähnliche) benutzen.

Die Erfindung möge zum besseren Verständnis und mit Bezug auf einige Anwendungen, welche aber nur Ausführungsbeispiele darstellen, an Hand der Abbildungen näher erläutert werden.

In dem Ausführungsbeispiel der Abb. 1 ist eine Anwendung der Erfindung auf den schon erwähnten Fall einer elektrischen Gleichstrombahn, bei der Nutzbremsung vorgesehen ist, dargestellt.

Ein Hauptumformer 3 für Gleich- und Wechselrichterbetrieb, der aus dem Transformator 4 und dem mehranodigen Entladungs- 90· gefäß 8 besteht, verbindet das Drehstromnetz ι mit der Gleichstromfahrleitung 2. Die Kupplung der beiden Netze kann außerdem über einen kleinen Hilfsumformer erfolgen, beispielsweise den Wechselrichter 103, der aus dem Transformator 104 und dem Entladungsgefäß 108 besteht. Dieser Hilfsumformer wird an die Gleichstromschienen durch das Relais 50 angeschaltet, sobald die Bedingungen gegeben sind, unter denen die Notwendigkeit einer selbsttätigen Umkehr der Energierichtung zeitlich in nächste Nähe rückt. Hierdurch wird eine elektrische Hilfsverbindung zwischen den beiden Netzen hergestellt. Es ist leicht einzusehen, daß man ohne Schwierigkeiten in den Kreis dieses Hilfsumformers ein Organ 53 einschalten kann, welches eine eindeutige und augenblickliche Angabe der Betriebsbedingungen liefert, unter denen eine Umkehr der Energieübertragung erfolgen soll. Dieses Organ 53 hat den Schalter 60 zu betätigen, der die Anschlüsse des Hauptumformers 3 vertauscht, ohne daß jetzt die über den kleinen Hilfsumformer geschlossene Verbindung unterbrochen wird.

Der Hilfsumformer 103 braucht nur für eine begrenzte Leistung von der Größenordnung einiger Hundertstel der normalen Leistung des Hauptumformers 3 ausgelegt zu sein und ist betriebsmäßig von der Gleichstromleitung abgeschaltet, aber jederzeit zum sofortigen Einsatz bereit.

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Die Wirkungsweise ist die folgende: Sinkt die Last des Unterwerks auf Null oder einsn vorbestimmten kleinen Betrag, so fällt das Relais 50 ab und schließt den Schalter 54 des Hilfswechselrichters über das Schließungsrelais 51. Dieser Schalter 54 wird durch die Spule 55 in der Schlußstellung gehalten und ist zur Wiederöffnung bereit, sobald der Erregerkreis der Spule unterbrochen wird.

Die Speisung der Gitter des Hilfsumformers 103 geschieht im übrigen derart, daß die an den Klemmen des Hauptumformers 3 aufrechterhaltene Laerlaufspannung über den Hilfsumformer nur einen Ideinen Strom (etwa ο, ι o/o des Vollaststromes des Hauptumformers 3) treiben kann. Befinden sich nun auf der Strecke eine oder mehrere bremsende Lokomotiven, so beginnt die Spannung der Fahrleitung und der Gleichstromschienen zu steigen und damit aber auch der Strom in dem als Wechselrichter arbeitenden Hilfsumformer. Sobald dieser Strom einen genau bestimmten Wert erreicht hat (z. B. 0,50/0 des Vollaststromes des Umformers 3), wird das Maximalrelais 53 erregt und betätigt den Schalter 60 über das Zwischenrelais 61. Auf diese Weise muß der Schalter 60. nur den kleinen, vom Gleichrichter an den Wechselrichter gelieferten Strom unterbrechen, wobei die Netze im übrigen über den letzteren verbunden bleiben.

Sobald der Schalter 60 die Anschlüsse des Umformers 3 vertauscht hat, nimmt dieser die Bremsenergie allmählich auf, infolge des entsprechenden Verhältnisses zwischen den Gittersteuerungen von Haupt- und Hilfsumformer; zu gleicher Zeit wird das Relais 50 wieder erregt und trennt den Hüfsumformer vom Gleichstromnetz.

Wenn nun die Nutzbremsung aufhört, fällt das Relais 50 von neuem ab, schaltet den Hüfsumformer ein und betätigt den Schalter 60 über das mit Zeitverzögerung 63 versehene Relais 62; darauf ist der Hauptumformer wieder für Gleichrichterbetrieb eingerichtet.

Die Zeichnung zeigt, daß der Schalter 60 mit zwei Spulen 70 und Ji ausgerüstet ist, welche den Zweck haben, den Schalter in die Stellung für Gleichrichterbetrieb bzw. Wechselrichterbetrieb zu bringen; ist einmal die eine oder die andere von diesen Stellungen erreicht, so bleibt der Schalter von selbst darin. Der gleiche Schalter 60 besitzt auch zwei Hilfskontakte 65 und 66. Der erstere ist geschlossen, wenn der Schalter sich in der Stellung für Gleichrichterbetrieb befindet, und hat den Zweck, die Erregung des Relais 61 zu unterbrechen, sobald der Schalter seine Stellung gewechselt hat. Gleichzeitig mit einem solchen Wechsel der Schalterstellung wird der Kontakt 66 geschlossen, um den Stromkreis des Relais 62 für den Fall vorzubereiten, daß die Bremsenergie kleiner wird. In diesem Falle wird dann die Betätigung des Schalters 60 6g durch das Zeitrelais 62 verzögert, um unnütze Umschaltungen der Hauptverbindung zu vermeiden.

In Anbetracht der kleinen Leistung des Hilf sumformers 103 kann es in manchen Fällen von Vorteil sein, das Kontrollorgan 50 wegzulassen und damit zu bewirken, daß der Hüfsumformer dauernd an das Gleichstromnetz angeschlossen bleibt. Dies dürfte z. B. vor allem bei der Anwendung der Erfindung für Aufzüge und Fahrstühle zweckmäßig sein, bei denen die Umkehr der Energierichtung äußerst häufig und mit nur kurzen Pausen erfolgen muß.

Ein zweites Beispiel, bei welchem auch der HUfsumformer Energie in beiden Richtungen übertragen kann, und bei dem die die verschiedenen Schaltungen steuernden Organe mechanisch-elektrisch gekuppelt sind, zeigt Abb. 2. Ein Drehstromnetz 1 und ein Gleich-Stromnetz 2 sind über eine Hauptumformungseinrichtung 3 und eine Hüfsumformungseinrichtung 103, welche beide unter Verwendung von Dampf- oder Gasentladungsstrecken aufgebaut sind, miteinander gekuppelt. Die Umformer 3 und 103, deren Kennlinien einander ähnlich sind, und insbesondere benachbarte Leerlaufpunkte besitzen, bestehen aus den Transformatoren 4 bzw. 104, deren Primärwicklungen 5 bzw. 105 an das Netz 1 angeschlossen sind (unter Vermittlung der bekannten Kupplungs- und Schützenanordnunigen, welche wie in Abb. 1 nicht dargestellt wurden), und deren Sekundärwicklungen 6 bzw. 106 die Anoden 7 bzw. 107 eines ruhenden Quecksüberdampfhauptumformers 8 und eines ebensolchen Hilf sumformers 108 speisen, welche mit Kathodeng bzw. 109 und Steuergittern ι ο bzw. no atisgerüstet sind.

Die Kathoden 9 und 109 sind ebenso, wie die Sternpunkte 11 und in der Sekundärwicklungen 6 und 106 an den positiven bzw. negativen Pol des Netezs 2 angeschlossen, ■ und zwar über die Hauptkontakte 13 und 14, 23 und 24, 113 und 114, 123 und 124 der mehrpoligen Schalter 12, 22, 112 und 122, welche außerdem mit Hilfskontakten 15 bis 19, 25 bis 29, 115 bis 119, 125 bis 129 und mit Betätigungsspulen 20, 30, 120 und 130 versehen sind, welche über die Widerstände 21, 31, 121 und 131 sowie über Kontakte 32 und 33 eines doppelpöligen Schalters 34 und über einige der schon genannten Hilfskontakte gespeist werden, und deren Bedeutung weiter unten dargelegt werden wird. Um einen besseren Begriff der Anordnung zu geben, sind die beweglichen Teile der mehr-

poligen Schalter 12 usw., so dargestellt, daß sie sich alle von rechts nach links bewegen, wenn die entsprechenden Spulen Spannung erhalten. Die Hauptkontakte 13 und 14 usw. sowie die Hilfskontakte 15, 16, 17 bzw. 25, 26, 27 bzw. 115, 116, 117 bzw. 125, 126, 127 sind geschlossen (Schließungskontakte), die Hilfskontakte 18, 19, bzw. 28 und 29 bzw. 119 bzw. 129 sind geöffnet (Öffnungskontakte), wenn die Spulen unter Spannung stehen.

Aus den obigen Erklärungen und dar Abb. ι ergibt sich, daß, wenn die Spule 20 Spannung erhält, die Hauptkontakte; 13 und 14 des Schalters 12 geschlossen sind, so daß die Kathode 9 an den positiven und der Stern punkt 11 des Umformers 3 an den negativen Pol des Netzes 2 angeschlossen sind. Der Umformer 3 ist daher für den Gleichrichterbetrieb geschaltet. Wenn dagegen die Spule 30 des Schalters 22 Spannung erhält, sind die Hauptanschlüsse des Umformers 3 umgekehrt (Kathode mit dem negativen Pol und Sternpunkt mit dem positiven Pol verbunden), und der letztere ist für Wechselrichterbetrieb geschaltet. Es ist unerläßlich, daß eine gleichzeitige Schließung der Schalter 12 und 22 vermieden wird, weil dadurch sonst das Netz 2 einerseits und der Umformer 3 andererseits kurzgeschlossen werden.

Zu diesem Zweck können alle hierfür erprobten Einrichtungen benutzt werden. Beispielsweise kann die Spule 20 über den Öffnungskontakt 29 des Schalters 22 gespeist werden. Dann kann der Schalter 12 sich nur schließen, wenn vorher der Schalter 22 offen ist. Umgekehrt kann die Spule 30 des Schalters 22 über den Öffnungskontakt 19 des Schalters 12 angeschlossen sein, wodurch eine Schließung von 22 vermieden %vird, solange nicht 12 geöffnet ist.

Bekanntlich ist es notwendig, die Phasenlage der Gitterspannung zu ändern, wenn die Umformungseinrichtung von Gleichrichterbetrieb auf Wechselrichterbetrieb übergehen soll und umgekehrt. Zu diesem Zweck sind die Gitter io des Umformers 8 über Strombegrenzungswiderstände 35 und 36 an zwei Gittersteuereinrichtungen 37 und 38 angeschlossen, deren Einzelheiten nicht dargestellt sind, und mit denen die verschiedenen bekannten Verfahren zur Gittersteuerung ausgeübt werden können.

Die Steuereinrichtung 37 dient zur Steuerung des Hauptumformers bei Gleichrichterbetrieb und wird aus dem Netz 1 über die Schließungskontakte 15, 16 und 17 des Schalters 12 gespeist. Die Steuereinrichtung 38 dient zur Steuerung bei Wechselrichterbetrieb und wird über die Schließungskontakte 25, 26 und 27 des Schalters 22 gespeist.

Was den Hilfsumformer 103 betrifft, so bewirkt die Schließung des mehrpoligen Schalters 112 in gleicher Weise die Herstellung der Hauptverbindungen für Gleichrichterbetrieb, wobei die Gittersteuiereinrichrung 137, die für Gleichrichterbetrieb vorgesehen ist, aus dem Netz 1 über die Schließungskontakte 115, 116, 117 gespeist wird und ihrerseits die Gitter 11 ο über Begrenzungswiderstände 135 speist. Der Schalter 122 stellt die Hauptverbindungen für Wechselrichterbetrieb her, wobei die Gitter 11 ο über Begrenzungswiderstände 136 aus der Steuereinrichtung 138 gespeist werden, welche für Wechselrichterbetrieb vorgesehen ist und ihrerseits ihre Spannung über die Schließungskontakte 125, 126, 127 erhält.

Nach dem schon oben Gesagten müssen die Verbindungen des Hilfsumformers 103 für Wechselrichterbetrieb geschaltet sein, wenn die Verbindungen des Hauptumformers für Gleichrichterbetrieb geschaltet sind und umgekehrt.

Wenn der Schalter 12 geschlossen ist, muß also der Schalter 122 gleichfalls geschlossen sein, und die Schalter 22 und 112 müssen geöffnet sein. Umgekehrt muß beigeschlossenem Schalter 22 auch der Schalter 112 geschlossen sein, während die Schalter 12 und 122 geöffnet sein müssen. Daher wird die Spule 120 des Schalters 112 aus dem Netz 2 über den Kontakt 33 des Schalters 34, über den Widerstand 121, den Öffnungskontakt 129 am Schalter 122 und den Öffnungskontakt 18 des Schalters 12 gespeist. Dieser Kontakt 18 ist geschlossen, wenn der Schalter 12 geöffnet ist und damit also, wenn der Schalter 22 geschlossen ist. Ebenso wird die Spule 130 über den Kontakt 32 am Schalter 34, den Widerstand 131 und die Öffnungskontakte 119 und 28 gespeist. Der Kontakt 28 ist geschlossen bei offenem Schalter 22, d. h. bei geschlossenem Schalter 12.

Die Kontakte 119 und 129 spielen in bezug «05 auf die Schalter 112 und 122 die gleiche, schon oben beschriebene Rolle wie die Kontakte 19 und 29 in bezug auf die Schalter 12 und 22 und erlauben die Schließung eines dieser Schalter jeweils erst nach der Öffnung no des anderen.

In eine der Verbindungen des Hilfsumformers 103 mit dem Netz 2, beispielsweise in die positive Leitung, ist ein polarisiertes stromempfindliches Relais eingeschaltet, welches mit zwei Kontakten 40 und 41 ausgerüstet und mit 39 bezeichnet ist; die Auslegung dieses Relais soll vorzugsweise derart erfolgen, daß der bewegliche Kontaktarm den Kontakt 40 bzw. 41 dann berührt, wenn vorbestimmte Ströme gleicher Größe und positiven bzw. negativen Vorzeichens er-

reicht werden. In der Abb. 2 ist angenommen,, daß der Kontakt zwischen 40 und 42 _;geschlossen wird, wenn der Hilfsumformer 103 aus dem Netz 2 einen Strom entnimmt, dessen Stärke einen bestimmten kleinen Wert überschreitet, der vorher eingestellt wurde. Der Kontakt zwischen 41 und 42 soll sich schließen, wenn umgekehrt der Hilfsumformer 103 an das Netz 2 einen Strom dergleichen Stärke liefert. Der Kontaktarm 42 ist mit dem positiven Pol des Netzes 2 und die Kontakte 40 und 41 sind mit den Enden der Widerstände

21 bzw. 31 verbunden. Man sieht, daß die Schließung des Kontaktes zwischen 40 und 42 die Spule 20 des Schalters 12 kurzschließt, und daß die Schließung des Kontaktes 41, 42 ein gleiches für die Spule 30 des Schaltens

22 bewirkt.

Die Anordnung arbeitet folgendermaßen:

Die Anlage möge betriebsmäßig arbeiten, wobei die Energieübertragung vom Netz 1 nach dem Netz 2 stattfinden möge. Dabei arbeitet der Umformer 3 als Gleichrichter, während der Hilfsumformer 103 als Wechselrichter geschaltet ist, d.h. die Schalter 12 und 122 sind geschlossen und die Schalter 22 und 112 geöffnet. Da die Kennlinien der Umformungseinricntungen 3 und 103 angenähert gleich sind, läuft der als Wechselrichter geschaltete Hilfsumformer 103, solange der Energiefluß vom Netz 1 nach dem Netz 2 gerichtet ist, leer oder mit sehr kleiner Last, und die beiden Kontakte 40, 42 und 41, 42 sind geöffnet.

Wenn sich die Richtung der Energieübertragung infolge einer Spannungserhöhung im Netz 2 oder einer Spannungserniedrigung im Netz ι umkehren will, so wird die Energielieferung des Umformers 3 unterbrochen. Der Umformer 103 überträgt eine merkliche Energie vom Netz 2 nach dem Netz 1, und der Strom im Relais 39 hört auf, Null oder sehr klein zu sein. Der Kontakt 40, 42 schließt sich, die Spule 20 des Schalters 12 wird kurzgeschlossen, der letztere öffnet sich, und die Öffnungskontakte 18 und 19 schließen sich. Der Kontakt 19 schließt dabei den Stromkreis der Spule 30, so daß der Schalter 22 sich unmittelbar nach der Öffnung des Schalters 12 schließt. Der Umformer 3 ist jetzt als Wechselrichter geschaltet und übernimmt fast die gesamte Last. Der Kontakt 40, 42 des Relais 39 öffnet sich und hebt den Kurzschluß der Spule 20 am Kontakt 42 auf; indessen erhält diese Spule nicht wieder Spannung, denn ihr Stromkreis ist inzwischen durch den Öffnungskontakt 29 des Schalters 22 unterbrochen worden. Die Schließung des Kontaktes 18 am Schalter 12 kann keine unmittelbare Schließung des Schalters 112 bewirken, da der Stromkreis der Spule 120 noch durch den Öffnungskontakt 129 des Schalters 122 unterbrochen ist.

Ist der Schalter 22 geschlossen, so unterbricht der Öffnungskontakt 28 den Stromkreis der Spule 130 des Schalters 122, welcher sich daraufhin öffnet und seinen Öffnungskontakt 129 schließt. Die Spule 120 wird nun unter Spannung gesetzt, 'und der Schalter 112 schließt sich und stellt dabei die Anschlüsse des Hilfs-Umformers 103 für Gleichrichterbetrieb her.

Es werden also beim Wechsel der Energierichtung die Schaltungen in der nachstehenden Reihenfolge durchgeführt, wobei jede durch die vorhergehende ausgelöst wird.

1. Ansprechen des Relais 39 und Schließung des Kontaktes 40, 42.

2. Öffnung des Schalters 12 (Unterbrechung der Anschlüsse des Umformers 3 für Gleichrichterbetrieb ).

3. Schließung des Schalters 22 (Herstellung der Verbindung des Umformers 3 für Wechselrichterbetrieb und Rückkehr des Relais 39 in die Ruhelage).

4. Öffnung des Schalters 122 (Unterbreellung der Verbindungen des Hilfsumformers 103 für Wechselrichterbetrieb).

5. Schließung des Schalters 112 (Herstellung der Verbindungen des Hilfsumformers 103 für Gleichrichterbetrieb).

Man kann leicht übersehen, daß bei einem neuen Wechsel der Energierichtung· die umgekehrten Schaltungen erfolgen werden, nämlich:

1. Ansprechen des Relais 39 und Schließung seines Kontaktes 41, 42.

2. Öffnung des Schalters 22 (Abtrennung des Umformers 3).

3. Schließung des Schalters 12 (Gleichrichterbetrieb des Umformers 3).

4. Unterbrechung des Schalters 112 (Abtrennung des Hilfsumformers 103).

5. Schließung des Schalters 122 (Schaltung des Hilfsumformers 103 als Wechselrichter).

Man sieht, daß die Kupplung zwischen den beiden Netzen in keinem Augenblick unterbrochen wird, und daß die Übertragungen der Energie stets durch einen der beiden Umformer sichergestellt sind. Der Hilfsumformer hat eine merkliche Energie nur während der sehr kurzen Zeit zu liefern, die für die Betätigung des Relais 39 und der Schalter 12 und 22 benötigt wird. Er kann während dieser Zeit ohne Nachteil die Übertragung einer beträchtlich größeren Leistung bewältigen, als sie ihm dauernd zugemutet werden könnte, und er kann aus diesem Grunde sehr wirtschaftlich bemessen werden.

Wenn die beschriebene Anordnung außer Betrieb ist, d.h. alle ihre Kontakte geöffnet sind, so könnte die Schließung des Schal-

ters 34 sämtliche Spulen gleichzeitig unter Spannung setzen, und die Schließbewegungen der Schalter könnten unter Umständen die Umformer oder das Netz 2 kurzschließen. Dieser Nachteil kann leicht vermieden werden durch eine Vorrichtung am Schalter 34, welche bewirkt, daß der eine von seinen Kontakten, beispielsweise 32. sich vor dem anderen schließt. Dann werden sich die Schalter 12 und 122 schließen und die Stromkreise der Spulen 30 und 120 unterbrechen, bevor der Kontakt 33 geschlossen wird.

Wenn die Verbindungen der Umformer 3 und 103 den durch den Betriebszustand der Netze ι und 2 geforderten Bedingungen nicht entsprächen, würde ein sofortiges Ansprechen des Relais 39 eine Vertauschung der Anschlüsse bewirken.

Im einzelnen sind natürlich zahlreiche Ab-Wandlungen der in Abb. 1 dargestellten Einzeleinrichtungen möglich. Insbesondere können verschiedene Einrichtungen zur Betätigung der gleiche Schaltungen ausführenden Schalter angewendet werden. Auch könnten die Betätigungsspulen der Schalter statt aus dem Netz 2 aus dem Netz 1 oder aus einer fremden Stromquelle, wie in Abb. 1, gespeist werden.

Um das Verständnis der Anordnung zu erleichtern, wurden vier Einrichtungen zur Gittersteuerung dargestellt. Es ist aber ohne weiteres einzusehen, daß man auch mit nur zwei auskommen kann, von denen die eine die Steuerung für Gleichrichterbetrieb, die andere diejenige für Wechselrichterbetrieb übernimmt, wobei die mehrpoligen Schalter gleichzeitig auch die passenden Verbindungen zwischen den Gittern und den Steuereinrichtungen herstellen. Man könnte auch die Verbindungen zwischen den Gittern und der Steuereinrichtung für Wechselrichterbetrieb dauernd bestehen lassen, ohne daß diese letztere irgendeinen Einfluß auf den Gleichrichterbetrieb hätte.

Wenn das Netz 2 veränderliche Spannung besitzt (beispielsweise wenn es durch ein© Maschine mit veränderlicher Drehzahl dargestellt wird), so müßten die Gittersteuerein,-richtungen37, 38, 137, 138 aus Einrichtungen gespeist werden, welche wie Drehregler eine Phasenverschiebung gestatten. Im allgemeinen wird es dabei von Vorteil sein, die beweglichen Teile dieser Phasem-erschieber mechanisch miteinander zu verbinden, derart, daß die Leerlaufpunkte der beiden Umformer einander benachbart bleiben, damit der Übergang von Gleichrichter- auf Wechelrichterbetrieb bei allen Spannungen stoßfrei vor sich geht.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abb. 3 dargestellt, wo der Hauptumformer wieder ein ruhender Umformer mit Entladungsstrecken, wie in Abb. 1 und 2, ist. Die Bezugszeichen stimmen insoweit mit den in den vorhergehenden Abbildüngen benutzten überein, als gleiche Einzel- : teile zur Anwendung kommen. Der Hilfsumformer 303 wird in diesem Falle aus einer Gleichstrommaschine 304 gebildet, die mit einer an das Netz 1 angeschlossenen Wechsel-Strommaschine 305 gekuppelt ist. Diese Motor-Generator-Gruppe könnte ebensogut durch einen Einankerumformer ersetzt werden.

Die Verbindungen des Umformers 3 werden für Gleichrichterbetrieb ■ durch den Schalter 212 und für Wechselrichterbetrieb durch den Schalter 222 hergestellt. Die Hauptkontakte 13 und 14 bzw. 23 und 24 stellen die Verbindungen der Kathode 9 und des Sternpunktes 11 mit dem Netz 2 her, die Hilfskontakte 15, 16, 17 bzw. 25, 26, 27 verbinden die Steuereinrichtungen 37 bzw. 38 mit den Gittern. Die Spulen 20 und 30 werden aus dem Netz 2 gespeist, und zwar über die Kontakte 32 bzw. 33 des Schalters 34, die Widerstände 21 bzw. 31 und die Kontakte 29 bzw. 19; sie können durch Schließung der Kontakte 40, 42 bzw. 41, 42 des stromempfmdlichen Relais 39, das in die positive Leitung der Maschine 304 eingeschaltet ist, kurzgeschlossen werden. 9^e

Die Rolle dieser verschiedenen Teile ist die gleiche wie die der entsprechenden Teile im Ausführungsbeispiel nach Abb. 2. Die ins einzelne gehenden Erklärungen im Anschluß an Abb. 2 gestatten ohne weiteres das Verständnis der in Abb. 3 dargestellten Anordnung.

Schließlich ist auch noch leicht einzusehen, daß, falls Laststöße für das Netz 1 nicht störend sind, der Umformer 303 durch eine Akkumulatorenbatterie ersetzt werden kann. Wird der Umformer 3 nach einer der bekannten Schaltungen aufgebaut, bei denen Stromteiler oder Saugdrosseln verwendet werden, um mehrere Anoden zum gleichzeitigen Brennen zu veranlassen, so empfiehlt es sich zur Vermeidung von Fehlschalrungen, das Relais 39 derart einzustellen, daß seine Kontakte sich erst bei einer Stromstärke schließen, die höher liegt als die kritische Stromstärke, unterhalb deren am Umformer 3 eine Spannungserhöhung auftritt.

In den beschriebenen Beispielen war das Relais 39 stromempfindlich; es könnte aber offensichtlich auch jede andere Relaisart, die »15 auf Gleichgewichtsschwankungen zwischen den beiden Netzen anspricht, verwendet werden, beispielsweise ein wattmetrisches Gleichstromoder Wechselstromrelais oder ein spannungsempfindliches Differentialrelais zum Vergleich no der Spannungen der Netze 1 und 2. Das Relais ist in den Ausführungsbeispielen ledig-

lieh, vom Strom des Hilfsumformers durchflössen; es könnte jedoch ebensogut in einer dem Haupt- und Hüfsumformer gemeinsamen Leitung 'eingeschaltet sein.
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Claims (9)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Energieaustausch zwischen 'einem Wechsel- und einem Gleichstromnetz mittels gittergesteuerter Entladungsgefäße, vorzugsweise solcher mit im wesentlichen lichtbogenförmiger Entladung, die in einem ruhenden, für Gleich- und Wechselrichterbetrieb umschaltbaren Umformer zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hüfsumformer kleiner Leistung, vorzugsweise ein solcher nach Art des Hauptumformers, vorgesehen ist, welcher wenigstens in den Zeiten sehr kleiner Belastung des Hauptumformers eine zusätzliche Verbindung zwischen den beiden Netzen herstellt und die Energieübertragung lediglich in den kur< zen Zeiten übernimmt, in denen die Energierichtung sich ändert, dergestalt, daß die Kupplung der beiden Netze auch während der Umschaltung des Hauptumformers nicht unterbrochen wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüfsumformer während des Normalbetriebes stets für diejenige Energierichtung betriebsbereit ist, welche der gerade vorhandenen Betriebsweise des Hauptumformers entgegengesetzt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsumformer dauernd als Wechselrichter geschaltet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung von Haupt- und Hüfsumformer und durch eine derartige Ausbüdung ihrer Steuerung, daß die Kennlinien von Haupt- und Hüfsumformer bei gleicher Betriebsweise einander angenähert gleich sind, insbesondere, daß beide Umformer benachbarte Leer lauf punkte besitzen.

5. Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der Steuerung, daß der Hilfsumformer bei Parallelschaltung zum Hauptumformer mit gleicher Energierichtung keine oder kerne merkliche Last übernimmt.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Energierichtungsumkehr des Hauptumformers in Abhängigkeit von Richtung und Größe des Stromes und/oder der Leistung des Hilfsumformers erfolgt.

7. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Ein- und Ausschaltung bzw. die selbsttätige Energierichtungsumkehr des HUfsumformers in Abhängigkeit von der Größe und Richtung der Leistung des Hauptumformers erfolgt.

8. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Ein- und Ausschaltung bzw. die selbsttätige Energierichtungsiumkehr des HUfsumformers in Abhängigkeit von der Differenz der Spannungen der beiden gekuppelten Netze erfolgt.

9. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Energierichtungsumkehr des Haupt- und des Hilfsumformers in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße des bei Normalbetrieb mit umgekehrter Energierichtung mitlaufenden HUfsumformers erfolgt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen