DE645962C - Einrichtung zum Loeschen von Rueckzuendungen und gleichstromseitigen Kurzschluessen in Gleichrichteranlagen mittels Gittersteuerung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
7, JUNI 1937

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVr 645962 KLASSE 21g GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vofli 5. März 1933 ab

Es ist bereits bekannt, Rück'zündungen und gleichstromseitige Kurzschlüsse in Gleichrichtern zu löschen, indem an die Anodengitter gegenüber der Kathode eine negative Spannung gelegt wird, wodurch ein Neuzünden der im Drehsinn nachfolgenden Anoden verhindert wird.

Die bis jetzt bekannten Einrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß die Einschaltung der negativen Gitterspannung nicht direkt im Entstehungsmoment des Rückzündungs- bzw. Kurzschlußstromes erfolgt, sondern erst dann, wenn bereits eine gewisse Größe dieses Stromes erreicht ist. Das relativ späte Einsetzen der negativen Gitterspannung hat zur Folge, daß oft noch mehrere Anoden neu zünden und auf die Rückzündung bzw. auf den Kurzschluß arbeiten und daß bereits gelöschte Anoden zum Wiederzünden kommen. In Fig. 1 sind die Spannungen der Anoden für Sechsphasengleichrichterbetrieb aufgezeichnet. Die Zündung der sechs Anoden erfolgt bei Normalbetrieb in den Punkten K₁ bis K₆ (Fig. 1), während gleich-:

zeitig die vorangehende Anode verlöscht. Wenn nun z. Bl die Anode 1, deren Spannungskurve stark ausgezogen ist, rückzündet, so können die nachfolgenden Anoden auf die Rückzündungsanode brennen, und zwar erfolgt die Zündung der Anoden 2, 3, 4, 5, 6 bei den Punkten Z₂ bzw. Z₃, Z₄, Z₅, Z₀ und die Löschung erst bei den Punkten L₂ bzw. L₃, L₄, L₅, L₆, so daß die Brenndauer der Anoden bedeutend länger ist als im Normalbetrieb. Die schraffierte Fläche stellt den Bereich dar, in. dem die Spannung einen Rückzündungsstrom ermöglicht, und zwar für den Fall, wo Anode 3 durch die Gittersteuerung bereits am Zünden verhindert ist, also wo nur Anode 2 auf die Rückzündungsanode 1 arbeitet.

Um z. B-. zu erreichen, daß bei Rückzündung von Anode 1 (Fig. 1) schon die Anode 3 nicht mehr auf die Rückzündung arbeitet, ist es nötig, daß die Gitter bereits etwa 0,0016 Sek. nach Eintreten der Rückzündung negativ aufgeladen sind. (Die Überlappung wird dabei vernachlässigt.) Wenn hingegen die negative Gitterspannung bei Rückzündung von Anode 1 z. B. erst nach 0,0033 Sek. eingeschaltet wird, wird erst Anode 4 durch die Gitter am Zünden verhindert, während Anoden 2 und 3 ungehindert auf die Rückzündungsanode arbeiten können. Die schädliche Wirkung einer Rückzündung bzw. eines Kurzschlusses ist also um so geringer, je rascher die negative Spannung an die Gitter gelegt wird. Die Einschaltung der negativen Spannung auf die Gitter erfolgt bis jetzt mittels mechanischer Relais, Elektronenröhren oder mit Gas- bzw. Quecksilberdampf gefüllter Röhren mit Steuergittern, die vom Primärstrom des Gleichrichtertransformators aus gesteuert werden, oder durch den Span-

nungsabfall zwischen Kathode und Gleichrichtergefäß bei großen Rückströmen vom Gleichstromnetz über die Kathode zur rückzündenden Anode.
Gegenstand der Erfindung ist nun eine Einrichtung zum Löschen von Rückzündurigen und gleichstromseitigen Kurzschlüssen in Gleichrichteranlagen mittels Gittersteuerung, die in Abhängigkeit von den Verhältnissen ίο im Gleichstromkreis anspricht, wobei für die Steuerung der Gitterspannung des zu schützenden Gleichrichters Elektronenröhren oder mit Gas- bzw. Dampfentladungsstrecke versehene Entladungsröhren verwendet werden, die mit Steuergittern versehen sind, wobei erfindungsgemäß das Steuerpotential für die Gitter der Steuerröhren einem Punkt entnommen wird, dessen Potential zwischen den Potentialen der Leiter des aus dem Gleichrichter gespeisten Gleichstromnetzes liegt, und der bei Zusammenbruch der Spannung des Gleichrichternetzes infolge einer Rückzündung oder eines gleichstromseitigen Kurzschlusses sein Vorzeichen gegenüber dem Potential der Kathode der Elektronenröhre umkehrt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch in Fig. 2 bis 4 dargestellt.

In allen Figuren bedeutet 1 einen Sechsphasengleichrichter mit Anoden a, diesen vorgelagerten Steuergittern g und der Kathode k. Mit 6 ist der Speisetransformator für den Gleichrichter bezeichnet, und η ist das aus dem Gleichrichter gespeiste Netz, 8 ist der in an sich bekannter Weise geschaltete Erregertransformator, der über die Widerstände 9 die Erregeranoden des Gleichrichters 1 speist und der gleichzeitig das Potential für die Steuergitterung g des Gleichrichters 1 über die Widerstände 10 liefert, und zwar derart, daß unter Ausnutzung des positiven Teiles der Spannungskurve des Erregertransformators die Anoden des Gleichrichters im Zündmoment positiv aufgeladen werden. Die Steuergitter des Gleichrichters 1 sind in zwei Gruppen geordnet, die zu einem Stern zusammengefaßt sind und mit den Außenklemmen der Sekundärwicklung des Erregertransformators 8 verbunden sind, deren Mittelanzapfung über eine Drossel mit der Kathode k des Gleichrichters verbunden ist. Mit 4_a und 4₆ sind zwei Glühkathodenröhren mit Steuergittern bezeichnet, die den Zweck haben, die beiden Gruppen der Steuergitter g des Gleichrichters im Fall der Rückzündung oder eines Kurzschlusses momentan an ein negatives Potential zu legen. Der Heiztransformator für die Glühkathodenröhre 4_a, 4_b ist mit S bezeichnet. Die Gitterspannung für die Glühkathodenröhren 4_a, 4₆ wird über die Widerstände 7 dem Punkt B am Spannungsteilerwiderstand 3₆ entnommen,, der zwischen Plus- und Alinusleiter des Gleichstromnetzes liegt. Das Potential dieses Punktes B wird gestützt durch den Kondensator 2_b, der zwischen diesen Punkt und den Minusleiter des Netzes geschaltet ist und der im Normalbetrieb aus dem Gleichstromnetz aufgeladen wird. Die Kathoden der Glühkathodenröhren liegen am Punkt A des zwischen die Leiter des Gleichstromnetzes geschalteten Spannungsteilerwiderstandes 3_e. Zwischen diesen Punkte und den Plusleiter des Netzes ist der Kondensator 2_a geschaltet, der im Normalbetrieb des Gleichrichters so aufgeladen wird, daß er im Störungsfall über die Steuerröhren das negative Sperrpotential für die Steuergitter g der Anoden des Gleichrichters ι liefert. Die Anzapfung B am Spannungsteiler 3_Ö wird derart gewählt, daß im Normalbetrieb die an B angeschlossenen Gitter der Glühkathodenröhren gegenüber den auf Potential von A befindlichen Kathoden um etwa 50 Volt negativ sind, so daß die Röhren 4₈, 4₆ im Normalbetrieb gesperrt sind.

Im Normalbetrieb werden also die Gitter des Gleichrichters über die Widerstände 10 AOm Erregeraggregat 8 aus in den passenden Momenten positiv aufgeladen. Sobald aber 9« infolge Rückzündung oder Kurzschluß die Gleichrichterspannung, die z. B. im Normalbetrieb 1000 Volt betragen möge, um 20 °/₀, d. h. auf 800 Volt, zusammenbricht, wird das Potential von B gegenüber demjenigen von A plötzlich von — 50 auf +150 Volt ansteigen, d. h. die Gitter der Röhren 4_a, 4_b werden gegenüber der Kathode positiv, wodurch die Röhren für den Durchgang freigegeben werden und die Gitter des Gleichrichters 1 über diese Röhren und über die Widerstände 11 mit dem gegenüber der Gleichrichterkathode negativen Punkt A verbunden werden, wodurch sämtliche Gitter negativ werden und sperren, bis Kondensator 2_a entladen ist. Diese Zeit genügt zum Verlöschen des Rückzündungskathodenfleckes. Der vom Erregeraggregat 8 gelieferte positive Gitterstrom fließt dann nicht auf die Gitter, da er über die Widerstände 11, Röhren 4_a, 4_b und Kondensator 2_a direkt nach der Kathode k abgesogen wird, wobei die Anschlußpunkte der Gitterleitungen an den Widerständen 11 negativ werden.

Sobald der Kondensator 2„ entladen ist, werden die Gitter des Gleichrichters 1 vom Erregeraggregat 8 aus wieder positiv geladen; der Gleichrichter nimmt wieder Last auf und arbeitet normal weiter. Die Kondensatoren 2_a und 2_b, welche bei der Rück- iao zündung entladen wurden, werden von diesem Zeitpunkt an über die Spannungsteiler wieder

aufgeladen und sind dann wieder für die Löschung einer nächsten Rückzündu-ng (bzw. Kurzschluß) bereit. Im ersten Moment des Wiederaufnehmens des Stromes durch die Hauptanoden, d. h. wenn die Gleichspannung wieder voll eingesetzt hat, aber die Kondensatoren 2_a und 2_b noch entladen sind, besteht zwischen den Punkten B und A, also auch zwischen Gitter" und Kathode der Röhren 4_a

ίο und 4_b, die volle Gleichspannung, wobei die Gitter negativer sind als die Kathoden. Mit fortschreitender Aufladung der beiden Kondensatoren 2_a und 2_b nimmt aber diese Differenzspannung bis zum angegebenen Endwert von etwa —= 50 Volt zwischen Gitter und Kathode der Rohres ab. Durch den Einbau der hochohtnigen Widerstände 7 vor die Gitter der Röhren 4_a und 4₆, die an sich zur Begrenzung des Gitterstromes nötig sind, kann auch eine allfällig einsetzende Gitterrückzündung an einer der Glühkathodenröhren unschädlich gemacht werden.

Die punktiert gezeichnete Drosselspule 12 ist besonders beim Betrieb auf ein Gleichstromnetz mit Gegen-EMK zweckmäßig, weil diese Drosselspule bei Rückzündung den Zusammenbruch der Gleichrichterspannung unterstützt, was im Interesse einer schnellen Gittersteuerung erwünscht ist. Bei gleichstromseitigen Kurzschlüssen hingegen ist eine Drosselspule unzweckmäßig.

Sobald die Gleichspannung wieder eingesetzt hat, wird also dieser Punkt B gegenüber^ wieder negativ, so daß die Glühkathodenröhren 4_a, 4_b wieder sperren, und zwar auch dann, wenn an Stelle reiner Elektronenröhren solche mit Gas- oder Dampffüllung verwendet sind; denn der nach Entladung des Kondensators 2_a vom Erregeraggregat 8 auf diese Röhren gelieferte Stromanteil geht periodisch in der einen und anderen Röhre abwechslungsweise auf Null. Die Röhren 4_ß, 4_b können auch durch eine einzige Röhre mit einer Kathode und zwei gesteuerten Anoden, ersetzt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 liefert der Generator 13 mit dem an seinen Klemmen liegenden Spannungsteilerwiderstand 16 sowohl die positive und negative Gitterspannung für den Gleichrichter 1 als auch die Gitterspannung für die Glühkathodenröhre 4. Der Spannungsteiler 16 besitzt zwei Anzapfungen, von denen die eine Nullpunktanzapfung an die Kathode k des Gleichrichters 1 gelegt ist und die andere an die Kathode der Glühkathodenröhre 4. Der positiven Endklemme des Spannungsteilers, der mit der Plusklemme des Generators verbunden ist, wird das positive Potential für die Steuergitter g des Gleichrichters 1 entnommen; die negative Klemme von Generator 13 bzw. Spannungsteiler 16 ist über Widerstände 7_a, 7_b an das Gitter der Glühkathodenröhre 4 gelegt. Mit 14 ist ein Kondensator bezeichnet, der zwischen den Minusleiter des Netzes und einen Punkt P zwischen den Widerständen y_a und J_b gelegt ist und der das positive Steuerpotential für das Gitter der Glühkathodenröhre im Falle des Zusammenbruches der Gleichrichterspannung liefert. Dieser Kondensator wird wieder im Normalbetrieb des Gleichrichters 1 aus dem Gleichstromnetz aufgeladen.

Solange der Gleichrichter normal arbeitet, ist das Gitter der Steuerröhre 4 negativ gegenüber der Kathode von 4. Die Steuerröhre 4 sperrt also, und die Gitter des Gleichrichters ι werden über Widerstände 10 vom Generator 13 aus gegenüber der Kathode k mit positiver Spannung versorgt. Die Spannung am Kondensator 14 stellt sich derart ein, daß die Gitterspannung der Röhre 4 gegenüber der Kathode von 4 um etwa 50 Volt negativ ist. Sobald aber die Spannung des Hauptventils infolge Rückzündung oder Kurz-Schluß um etwa 20% zusammenbricht, also bei einer Anlage für 1000 Volt auf 800 Volt sinkt, fließt vom Kondensator 14 eine positive Ladungswelle auf das Gitter der Röhre 4, wodurch letztere den Stromdurchgang freigibt, d. h. die Gitter des Gleichrichters 1 werden über die Widerstände 11 und die Röhre 4 mit dem negativen Punkt N des Spannungsteilers 16 verbunden und sperren. Der von der Plusklemme des Spannungsteilers 16 über die Widerstände 10 fließende Strom geht nun nicht mehr auf die Gitter g des Gleichrichters, weil er über die Widerstände 11 und die Glühkathodenröhre 4 nach dem negativen Punkt N des Spannungsteilers abgesaugt wird. Nach etwa ¹^ Sek. nach Eintritt der Störung hat sich die positive Spannungswelle am Punkt P über den hochohmigen Widerstand y_b entladen. Das Gitter von Röhre 4 wird wieder negativ gegenüber der Kathode von 4 und sperrt wieder, falls Röhre4 eine reine Elektronenröhre ist, wodurch die Gitter des Gleichrichters wieder positiv werden und der Betrieb wieder normal weitergeht. Falls Röhre 4 eine mit Gas- oder Quecksilberdampf gefüllte Röhre ist, welche trotz wieder negativ werdender Gitterspannung einen einmal bestehenden Lichtbogen nicht wieder zu löschen vermag, ist noch ein spezieller Unterbrechungsschalter 15 notwendig, welcher etwa ¹J₂ Sek. nach Eintritt einer Rückzündung für einen Bruchteil einer Sekunde unterbricht und wieder schließt. Der Schalter 15 kann gegebenenfalls von einem Primärstromwandler au's über ein Relais mit Zeitverzögerung gesteuert werden.

Sowohl die Einrichtungen nach Fig. 2

und 3 bewirken ein sehr rasches Einschalter der negativen Gitterspannung.

Ein weiteres Ausführungsbeispiei, welches ebenfalls eine sehr große Ansprechempfind-S lichkeit besitzt, zeigt Fig. 4. Die Gitter des Gleichrichters 1 werden hierbei aus der Batterie 16 dauernd positiv geladen. Die Kathode der Glühkathoden Steuer röhre 4 ist wieder negativer gegenüber der Kathode k des Gleichrichters um das Potential der Batterie 17. Das Steuergitter der Glühkathodenröhre erhält aus der Batterie 18 ein Potential, das negativer als die Kathode derselben ist. Die Batterie 17 liefert gleichzeitig das negative Sperrpotential für die Steuergitter des Gleichrichters ι im Falle einer Rückzündung oder Kurzschlusses auf der Gleichstromseite. Zwischen den Leitern des Gleichstromnetzes liegt der Kondensator 20, der während des Normalbetriebes aufgeladen wird. In Reihe mit dem Kondensator liegt die Primärwicklung eines Transformators 19, dessen Sekundärwicklung zwischen die Plusklemmen der Batterie 18 und die Minusklemme der Batterie 17 bzw. Kathode der Glühkathodenröhre geschaltet ist, wobei die Sekundärwicklung eine wesentlich höhere Windungszahl hat als die Primärwicklung.

Bei der geringsten Spannungsänderung im Gleichstromnetz wird sich diese Änderung im Transformator 19, und zwar in der Sekundärwicklung, in wesentlich verstärktem Maße auswirken. Diese erhöhte Spannung wird an die Spannungsquelle 18 gelegt, welche das Gitter der Glühkathodenröhre negativ gehalten hat, und macht jetzt das Gitter der Glühkathodenröhre positiv, weil die Spannung des Transformators die der Batterie überwiegt. Die Glühkathodenröhre ist freigegeben, so daß das negative Potential der Batterie 17 den Steuergittern g des Gleichrichters ι aufgedrückt wird.

Die beschriebenen Einrichtungen haben alle den Vorteil, daß die Gitter schon bei Beginn der Rückzündung bzw. des Kurzschlusses, nicht erst nach Erreichen eines bestimmten Rückzündungs- bzw. Kurzschlußstromes, negativ aufgeladen werden, so daß die schädliche Wirkung der Rückzündung praktisch vermieden ist und zudem die Abschaltung sicherer vor sich geht.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zum Löschen von Rückzündungen und gleichstromseitigen Kurzschlüssen in Gleichrichteranlagen mittels Gittersteuerung, die in xAJbhängigkeit von den Verhältnissen im Gleichstromkreis anspricht, wobei für die Steuerung der Gitterspannung des zu schützenden Gleichrichters Elektronenröhren oder mit Gas- bzw. Dampfentladungsstrecke versehene Entladungsröhren verwendet werden, die mit Steuergittern versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerpotential für die Gitter der Steuerröhren einem Punkt entnommen wird, dessen Potential zwischen den Potentialen der Leiter des mit dem Gleichrichter gespeisten Gleichstromnetzes liegt, und der bei Zusammenbruch der Spannung des Gleichstromnetzes infolge einer Rückzündung oder eines gleichstromseitigen Kurzschlusses sein Vorzeichen gegenüber dem Potential der Kathode der Elektronenröhre umkehrt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung für das Gitter der Steuerröhre der Anzapfung eines Spannungsteilerwiderstandes (3j) entnommen wird, der zwischen die Leiter des Gleichstromnetzes geschaltet ist, wobei das Potential des Anzapfpunktes (B) durch einen im Nprmalbetrieb des Gleichrichters aufgeladenen Kondensator (2₆) gestützt ist, der einerseits an diesen Punkt, andererseits an den Minusleiter des Netzes gelegt ist, und daß die Kathode der Steuerröhre (Elektronenröhre) mit einem ihr ein negatives Potential gegenüber der Kathode des zu schützenden Gleichrichters erteilenden Anzapfungspunkt (A) eines zweiten Spannungsteilerwiderstandes (3₀) zwischen den Gleichstromleitern verbunden ist, dessen negatives Potential kleiner ist als das des Punktes am andern Spannungsteiler, wobei das den Gittern des Gleichrichters zuzuführende negative Löschpotential aus einem Kondensator (2_a) geliefert wird, der zwischen den Plusleiter des Gleich-Stromnetzes und den Anzapfungspunkt (A) am zweiten Spannungsteiler (3₀) geschaltet ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2 bei Entnahme der positiven Steuerungsspannung der Gitter des zu schützenden Gleichrichters für die Zündung der Anoden aus dem Erregertransformator und bei in Gruppen unterteilten Gittern, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Steuerröhren vorgesehen sind, deren Gitterpotential gleichzeitig gesteuert wird und von denen jede eine Gittergruppe an das negative Löschpotential legt.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das positive Potential für die Steuergitter des zu schützenden Gleichrichters, das negative Löschpotential für diese und ferner die gegenüber der Kathode des Gleichrichters negativen Potentiale für Gitter und Kathode der Steuerröhre einem Spannungs-

   teilerwiderstand entnommen werden, dessen Endklemmen an den Klemmen eines Generators liegen,.wobei ein Punkt dieses Spannungsteilers mit dem Plusleiter des Gleichstromnetzes verbunden ist, und daß' ferner zwischen den Minusleiter des Gleichstromnetzes und einen Anzapfungspunkt in der Zuleitung des Spannungsteilers zum Gitter der Steuerröhre ein

   ίο Kondensator geschaltet ist, der sich im Normalbetrieb auflädt und der bei einer im Gleichstromkreis auftretenden Rückzündung oder Kurzschluß die positive Spannung für das Steuergitter der Steuerröhre liefert.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Steuerröhren mit Quecksilberkathode in die Verbindungsleitung zwischen dem einen Anzapfungspunkt am Spannungsteiler und der Kathode der Steuerröhre ein sich selbsttätig eine vorbestimmte Zeit nach Ansprechen der Schutzvorrichtung öffnender und sich dann wieder schließender Schnellschalter eingebaut ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter vom Primärnetz über einen Stromwandler mittels eines Relais mit Zeitverzögerung gesteuert ist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß besondere Spannungsquellen (Batterien) vorgesehen sind, die das positive Potential für die Gitter des zu schützenden Gleichrichters, ferner für das negative Potential der Kathode der Steuerröhre und das diesem gegenüber noch negativere Potential des Steuergitters der Steuerröhre liefern, und daß ferner zwischen die Leiter des Gleichstromnetzes ein Kondensator in Reihe mit der Primärwicklung eines Transformators geschaltet ist, dessen Sekundärwicklung mit hoher Windungszahl zwischen die Kathode der Steuerröhre und den Pluspol der negativen Spannungsquelle für das Gitter der Steuerröhre geschaltet ist, und der bei Auftreten eines Kurzschlusses oder einer Rückzündung das positive Potential für das Gitter der Steuerröhre liefert, die der negativen Spannungsquelle für dasselbe transformatorisch überlagert wird.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Plusleiter des Gleichstromnetzes eine Drosselspule geschaltet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen