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Anordnung zur Gittersteuerung bei Umrichtern Bei mit gittergesteuerten
Dampf- oder Gasentladungsgefäßen mit lichtbogenförmiger Entladung arbeitenden Umrichtern,
d. h. also Umrichtern, bei denen die Entladungsstrecken die Frequenzumformung unmittelbar
durchführen, ist es bekanntlich erforderlich, die Steuerung den jeweiligen Energiebedingungen
anzupassen. Es ergibt sich dabei, daß während einer Halbwelle der niederfrequenten
Wechselspannung die eine Gruppe von Entladungsstrecken entsprechend den Bedingungen
des Gleichrichterbetriebes, die andere Gruppe von Entladungsstrecken entsprechend
den Bedingungen des Wechselrichterbetriebes zu steuern ist und daß während der nächsten
Halbwelle der Wechselspannung die beiden Gruppen von Entladungsstrecken bezüglich
der Steuerbedingungen ihre Rollen miteinander vertauschen. Es ist nun weiterhin
erkannt worden, daß diese Bedingungen allein noch nicht ohne weiteres einen sicheren
Betrieb gewährleisten. Zur Behebung dieser Schwierigkeiten hat man vorgeschlagen,
eine derart ausgebildete stromabhängige Steuerung vorzusehen, daß beim Fließen des
Stromes durch die eine Gruppe von Entladungsstrecken die andere Gruppe von Entladungsstrecken
gesperrt gehalten wird. In den Fällen, in denen der Umrichter zeitweilig unbelastet
ist oder wo ein Richtungswechsel der Wirkleistung möglich ist, ist diese Verriegelungssteuerung
nicht wirksam, da sie wegen ihrer Stromabhängigkeit stets an einen wenn auch sehr
kleinen Durchgangsstrom gebunden ist. Man kann zwar auch in solchen Fällen, wie
bereits vorgeschlagen wurde, durch zusätzliche Maßnahmen einen ordnungsmäßigen Betrieb
auch bei Leerlauf o. dgl. sicherstellen. Dies bedeutet jedoch eine Erschwerung für
die ohnehin schon nicht ganz einfachen Betriebsverhältnisse des Umrichters.
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Vorliegende Erfindung bezweckt nun die Durchführung eines sicheren
Umrichterbetriebes ohne Zuhilfenahme einer stromhängigen Verriegelungssteuerung.
Erfindungsgemäß ist die Steuerung der Entladungsstrecken gemäß den Bedingungen des
Gleichrichterbetriebes derart ausgebildet, daß das Einsetzen der Entladung mit einer
Phasenverschiebung verzögert wird, die dem Betrag nach mindestens so groß ist wie
die Phasenvoreilung des Beginns der zugehörigen Wechselrichterkommutier ung.
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Der Erfindungsgedanke soll nachstehend erläutert werden, wobei zunächst
die natürliche Normalschaltung des Umrichters zugrunde gelegt sein soll. Die den
gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefäß-en mit lichtbogenförmiger Entladung
zugekehrte sechsphasige Sternwicklung des Primärtransformators, von der der Einfachheit
halber nur zwei Phasen r und 2 angegeben
sind, speist über Paare
gegensinnig parallel geschalteter Entladungsstrecken mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung
i o', i o" und 2o', 2o" das Einphasenstromnetz 7. Die Arbeitsweise des Umrichters
soll an Hand der Abb. 2 der Zeichnung erläutert werden, wobei zunächst Spannungsabfälle
als vernachlässigbar klein angesehen «-erden sollen. e, und e_, sind die Spannungsverläufe
der beiden Phasen, bezogen auf das Potential des Sternpunktes. Zunächst führt die
Phase i Strom. Je nachdem, ob der Strom durch i o' oder i o" fließt, wird in dem
betreitenden Zeitteilchen Energie aus dem Drehstromnetz an das Einphasen-:ti*oninetz
geliefert, oder umgekehrt. Nimmt man weiter an, daß iö' Strom führt, so muß bekanntlich
der Stromübergang auf 2o" vor dem Zeitpunkt `" stattfinden. Man muß daher mit einer
gewissen Phas.envoreiluiig #3",, d. h. also im Zeitpunkt t"', die Entladung im Gefäß
2o" einsetzen lassen. In diesem Augenblick muß aber noch die Entladungsstrecke to'
auf Grund der Gleichrichterbedingungen leitend gehalten werden. d. h. in Gleichrichterbereitschaft
stehen. da ja die Möglichkeit besteht, daß gerade in diesem Augenblick der Strom
durch Null geht oder, anders ausgedrückt, der Strom von der Entladungsstrecke i
o" auf die Entladungsstrecke i o' übergeht. Es ergibt sich infolgedessen ein Kurzschlußstromkreis
zwischen den Phasen i und 2 über die Entladungsstrecken i o' und 2o". Die treibende
Spannung in dem Kurzschlußstromkreis ist die Differenzspannung ei bis e2. Der in
diesem Kreis fließende Kurzschlußstrom ik wird infolge des fast ausschließlich induktiven
Scheinwiderstandes im Zeitpunkt tö beginnen und im Zeitpunkt t", wo die Differenzspannung
ei bis e_, durch Null geht, seinen größten Augenblickswert annehmen. Hält man nunmehr
zunächst noch 20' gesperrt, was gleichbedeutend mit einer Verzögerung des Entladungseinsatzes
gemäß dem Gleichrichterbetrieb ist, so wird wegen der Vorzeichenumkehr von ei bis
e.= der Kurzschlußstrom ik wieder abnehmen und, unter Vernachlässigung des Einflusses
der Spannungsabfälle, im Zeitpunkt t." erlöschen. Bei Berücksichtigung des Ohmschen
Spannungsabfalles von Transformatorwicklungen und Entladungsstrecken ergibt sich,
daß das Erlöschen von ik bereits vor t"' stattfindet. Nunmehr erst kann die Spannung
für die Entladungsstrecke 20' aufgehoben werden. Der eben erläuterte Ausgleichsvorgang
überlagert sich dem betriebsmäßigen Strom.
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Es ergeben sich dann folgende Möglichkeiten, wiederum unter Vernachlässigung
sämtlicher Spannungsabfälle: Es mögen i o" und 20" im Wechselrichterbetrieb arbeiten;
dann hat die Klemmenspannung an ,` vor dem Zeitpunkt (ö einen Verlauf gemäß ei,
zwischen den Zeitpunkten to' und t:' einen Verlauf gemäß eil und vom Zeitpunkt t:'
ab eiilen Verlauf gemäße,. Arbeiten i o' und 20' gemäß den Bedingungen des Gleichrichterbetriebes,
so würde sich bis zum Zeitpunkt tö' nichts ändern. Theoretisch müßte nun im
Zeitpunkt
tö' der Übergang von e1_ auf ei erfolgen und
erst unmittelbar
später der Übergang von auf e2. Da jedoch der oben geschilderte Kurischlußstrom
ik infolge der Ohmschen Spannungsabfälle bereits vor dem Zeitpunkt t"" erlischt,
so kann unbedenklich bereits im Zeit-
punkt to" das Einsetzen der Entladung
im Gefäß 20' ermöglicht werden. Es besteht sogar die Möglichkeit, wie Versuche gezeigt
haben, daß man bereits kurz vor dem Erlöschen von il, mit dem Arbeiten von 2o' beginnen
kann. Man vermeidet dann den übergang von eil über ei nach e2, d. h. es findet der
übergang unmittelbar zwischen eil und e2 statt; man muß jedoch dafür einen weiteren
abklingenden Ausgleichsvorgang in Kauf neh-
men. Tritt ein Wechsel vom Wechselrichterbetrieb
zum Gleichrichterbetrieb im Zeitabschnitt t"' . . . t;' ein, so ändert sich
an den vorstehenden Betrachtungen nichts, d. h. es gelten bis zum Zeitpunkt tö die
Wechselrichterverhältnisse, vom Zeitpunkt t"' die Gleichrichterverhältnisse.
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Bezüglich der Zeitdauer der Werte der Gitterspannung, die ein Einsetzen
der Entladung ermöglichen, ergibt sich demnach, daß beim Wechselrichterbetrieb die
Entladungsstrecken zweckmäßig durch eine Wechselspannung spitzer Wellenform gesteuert
werden. Beim Gleichrichterbetrieb müssen, bei Zugrundelegung einer Sechsphasenschaltung,
die Entladungsstrecken mindestens für eine Zeitdauer 6o° - 213", arbeitsbereit gehalten
werden, jedoch kann die Zeitdauer auch bis zu 6o° betragen. Diese Zeitdauer beginnt
beispielsweise bei der Phase 2 in der Phasenlage t.".
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Daß naturgemäß die Betrachtungen nicht
nur für die natürliche
Normalschaltung des
Umrichters gelten, dürfte einleuchtend sein. Legt man
eine Schaltung gemäß Abb.3 der
Zeichnung zugrunde, so treten an die
Stelle
der Phase i die Phasenwicklungen i' und i".
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Die Dauer des Ausgleichsvorganges ist von den Zeitkonstantenverhältnissen
der .einzelnen Stromkreise abhängig. Zur Begrenzung des Kurzschlußstromes ik empfiehlt
es sich, jeder Gruppe von Entladungsstrecken einen gemeinsamen Scheinwiderstand,
insbesondere Induktivität 6' bzw. 6", zuzuordnen. Bei Verwendung eines Sekundärtransformators
mit einer Pri-
märwicklung mit Mittelanzapfung genügt es, die beiden Teile
der Primärwicklung mit hin-
reichender Streuung zu versehen. Diese Bedingung
gilt
jedoch nicht für den Primärtransformator. Hier ist vielmehr anzustreben, daß die
Streuung zwischen den einzelnen Wicklungen möglichst klein ist. Verwendet man keinen
Sekundärtransformator, so kann man die beiden Drosselspulen 6' und 6" auch miteinander
verketten, und zwar derart, - daß sie dem gemeinsamen Kern eine Gleichstrommagnetisierung
liefern.