DE652207C - Anordnung zur Gittersteuerung bei Umformungseinrichtungen mit Dampf-oder Gasentladungsgefaessen, insbesondere Umrichtern - Google Patents

Description

Gegenstand des Patents 639147 ist eine Anordnung zur Gittersteuerung bei von Wechselstrom gespeisten Umformungseinrichtungen mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefäßen, bei denen auch die Richtung des erzeugten Stromes gesteuert wird, insbesondere Umrichter, und zwar erhalten die Gitterkreise eine zusätzliche, vom erzeugten Strom abhängige Steuerspannung, die derart bemessen ist, daß bei Richtungswechsel des erzeugten Stromes die Einleitung der Entladung in den die neue Richtung liefernden Entladungsgefäßen erst erfolgt, wenn der Strom in der alten Richtung erloschen ist.

Solange eine Umformungseinrichtung einen Strom führt, dessen Amplitude bzw. Größe von Null verschieden ist und beispielsweise etwa 2% des Nennbelastungsstromes (Magnetisierungsstrom für einen Transformator) betragen möge, ergeben sich keine betrieblichen Schwierigkeiten, da man unter Zugrundelegung des im Betrieb auftretenden Minimalstromes und gemäß den Weiterbildungen des Hauptpatents unter Verwendung von z. B. in die Hauptstromkreise eingeschalteten Hilfsentladungsstrecken, die gegebenenfalls mit einem Zeitkonstantenkreis versehen sind, in der Lage ist, die Steuerspannungen entsprechend einzustellen.

Es gibt nun aber eine Reihe von Betriebsmöglichkeiten, bei denen es sich doch nicht ver- meiden läßt, daß der Strom praktisch oder tatsächlich Null ist, z. B. wenn ein Umrichter auf ein taktgebendes Netz arbeitet. Vorliegende Erfindung stellt nun eine Weiterbildung des im eingangs genannten Patent angegebenen Erfindungsgedankens dar, und zwar wird erfindungsgemäß bei Unterschreiten eines vorbestimmten Stromwertes (Minimalstrom), der an sich noch eine betriebssichere Steuerung gewährleistet, die betriebsmäßige Steuerung derart abgeändert, daß in jedem Zeitteilchen höchstens eine Entladungsstrecke leitend wird oder leitend gehaltenwird.

Nachstehend sollen nun mehrere Ausführungsmöglichkeiten beschrieben werden. In Abb. 1 der Zeichnung ist ein Umrichter dargestellt, der auf ein einphasiges Verbrauchernetz 11 arbeiten möge. Der Umrichter enthält einen Transformator 7, von dem nur die beiden den Entladungsstrecken zugeordneten Sekundärwicklungen 1'... 6' und 1"... 6" dargestellt sind. Verwendet werden zwei mehranodige Gefäße mit den

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Gustav Reinhardt in Berlin-Frohnau.

Anoden 13'.. .18' bzw. 13".. .18". Die Steuerung soll nachstehend nur für die Entladungsstrecken 13'.. .18' erläutert werden. Die Gitter mögen zunächst eine negative Vorspannung erhalten, die derart bemessen ist, daß ein Einsetzen der Entladung nicht stattfinden kann. Weiter sei angenommen, daß die Gitter auf zwei sich gegenseitig ausschließenden Steuerwegen gesteuert werden, wozu zwei Schaltwalzen für ίο jedes Gitter, z. B. 23/ und 23,/ für die Entladungsstrecke 13', vorgesehen sein mögen; die eine entspricht den Bedingungen des Gleichrichterbetriebes, die andere denen des Wechselrichterbetriebes. .. Solange der Umrichter einen größeren Strom führt als den Minimalstrom, wird stets die eine Steuerung, beispielsweise diejenige des Gleichrichterbetriebes, durch die andere, d. h. des Weehselrichterbetriebes, unwirksam gemächt. Hierzu dient ein Stromtransformator 30, dessen Sekundärwicklungen über Hilfsentladungsgefäße 30^· und 3O_n, auf die Steuerungen einwirken. Parallel zu den Sekundärwicklungen liegen außer Ohmschen, induktiven und kapazitiven Widerständen ferner Glimmlampen 2I₅₁' bzw. 2Ig₁" zur Erzeugung einer möglichst genau begrenzten Spannung. Führen also in einem bestimmten Zeitteilchen die Entladungsstrecken .13"... 18" Strom, so werden die Gefäße 30^· und 30,,, gesperrt gehalten, bis der Stromfluß in den Entladungsstrecken 13".. .18" den Wert Null erreicht. Dann erst werden die Gefäße 30^· und 3o_K. leitend und ermöglichen eine weitere Stromführung durch ' die Entladungsstrecken 13'... 18V
Wie nun aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist eine weitere Eingriffsmöglichkeit vorgesehen. Diese Eingriffsmöglichkeit ist bei Betrieb mit einem Strom größer als der Minimalstrom nicht gegeben, d. h. es sind dann die durch den Belastungsstrom gesteuerten Schalter 13/... 18/ geschlossen. Sobald der Minimalstrom unterschritten wird, öffnen sich diese Schalter, d.h. es

können dann die Entladungsstrecken 13' 18'

nur einer bestimmten Arbeitsbedingung, d. h. also entweder Gleichrichterkommutierung oder Wechselrichterkommutierung, genügen. Im vorliegenden Fall arbeiten die Anoden 14'... 17' entsprechend den Bedingungen des Gleichrichterbetriebes, wobei die Entladungsstrecke 17' auf Grund ihrer ausgezeichneten Stellung einen Sonderfall darstellt, da sie auch, nämlich nach Nulldurchgang der Spannung der Phase 5', im Wechselrichterbetrieb Strom führen kann. Gemäß den Bedingungen des Wechselrichterbetriebes werden die Entladungsstrecken 18' und 13' gesteuert, d.h. es ist ein Strom mit einer Phasennacheilung kleiner als 90°, bezogen auf das niederfrequente Sekundärnetz, zugrunde gelegt. Eine Steuerung kann naturgemäß nicht allen möglichen Phasenlagen Rechnung tragen; dies wird für den Betrieb auch kaum störend wirken. Wenn beispielsweise ein Strom fließt, der praktisch keine Phasennacheilung hat, so wird der Strom mit der Anode 17' erlöschen und zunächst eine Lücke eintreten, bis mit der Anode 14', ein 'Stromfluß wieder einsetzt.

In Abb. 2 der Zeichnung ist die betriebsmäßige Steuerung etwas abgeändert. In diesem Falle sind die Entladungsstrecken 13'... i8' hinsichtlich der Gittersteuerung, Entsprechendes gilt auch für die Wechselrichtersteuerung, in zwei Gruppen eingeteilt, und zwar ist den Anoden 13', 15' und Vf das Hüfsgefäß 30ig-, den Anoden 14', i6' und i8' das Hüfsgefäß 302_? 75 zugeordnet. Bei einer solchen Aufteilung erreicht man, daß der aus der Gleichspannungsquelle 300, die auch über einen Spannungsteiler die negative Vorspannung für die Gitter liefert, entnommene Strom nach jedem Impuls wieder zu Null wird. ,.

Wie aus der Abb. 3a ersichtlich wird, kann man einen Umrichter auch dann in Betrieb nehmen, wenn der Laststrom den Wert unterschreitet, der eine genügend hohe Steuerspannung für die Hilfsgefäße liefert. Dies ist der Fall bei sehr kleiner Belastung, insbesondere bei der Inbetriebnahme des Umrichters. Bei einem derartigen Umrichter, dessen Last eine Phasenverschiebung von ο bis 90 ° (J₁ bzw. i₂) aufweist, ist während der Brennzeiten der Entladungsstrecken vf, 18', 13' bzw. 17", 18", 13" stets Gleichrichterbetrieb (Gi?) vorhanden; die Betriebsart während der ersten Hälfte der Spannungshalbwelle hängt dagegen von der Größe der Phasenverschiebung des Laststromes ab. Innere Kurzschlüsse können also während dieser Zeit, in der die Gefäße in Gleich- und Wechselrichterbereitschaft stehen müssen, vorkommen. Bei der Inbetriebnahme kann man deshalb ohne Gefahr die Gleichrichtersteuer ung von 17', i8' und 13' bzw. 17", 18" und 13" sowie die Wechselrichtersteuerung (WR) von 13', 14', 15', 16' bzw. 13", 14", 15", 16" einschalten. Für das Einschalten der Entladungsstrecke in vorbestimmter Reihenfolge haben sich Steuerwechselspannungen spitzer Wellenform als besonders vorteilhaft erwiesen. Wenn man unter Zugrundelegung einer betriebsmäßigen Belastung in vorbestimmter Reihenfolge anläßt, no so steht sofort eine ausreichende stromabhängige Steuerspannung zur Verfügung, die die Sperrung der anderen Entladungsstrecken sicherstellt. Eine weitere Möglichkeit, bei Belastungen unterhalb des Minimalstromes eine ordnungs-'mäßige Steuerung durchzuführen, zeigt Abb. 3, wobei angenommen ist, daß die einzelnen Entladungsgefäße unmittelbar in Abhängigkeit vom Zustand des Entladungsraumes der anderen Entladungsgefäße gesteuert werden. Wie in der Zeichnung angedeutet ist, sind den einzelnen Anoden Sonden vorgelagert, die in Hilfsstrom-

kreise eingefügt sind. Diese Hilfsstromkreise enthalten eine Spannung 300' bzw. 300", die, solange die zugehörigen Anoden Strom führen, ebenfalls Strom führen, der im Entladungsraum ein Ionenstrom ist. Sobald nun nach dem Stromdurchgang durch die eingestrichene Gefäßgruppe der Entionisierungsvorgang einsetzt, wird ein Augenblick eintreten, in dem praktisch keine Ionen mehr in dem Entladungsraum vorhanden sind, d. h. der Sondenstrom wird unterbrochen. Diese Unterbrechung erzeugt in dem Stromtransformator 30/ einen Spannungsstoß, der in den Gitterkreis des zunächst gesperrt gehaltenen Hilfsentladungsgefäßes 30" eingefügt wird und dieses Gefäß leitend macht und damit auch die zweigestrichenen Hauptentladüngsstrecken. In diesem Fall hat die stromabhängige Steuerung unter Hinzuziehung der Hilfsentladungsgefäße 30' und 30" die Wirkung, daß die Hauptentladungsstrecken normalerweise gesperrt sind und erst im Augenblick des Erlöschens der Entladung in einer Gruppe ein das Einleiten der Entladung in einer anderen Gruppe ermöglichender Spannungsstoß erzeugt wird. Befindet man sich bezüglich der Belastung unterhalb des Minimalstromes, so kann man mithin keinen Betrieb mehr durchführen.

Gemäß einer Weiterbildung des eingangs ausgesprochenen Erfindungsgedankens kann man nun sowohl einen Umrichter unterhalb des Minimalstromes betreiben als auch. ordnungsmäßig in Betrieb nehmen, indem man. Vorkehrungen trifft, die es ermöglichen, nur die eine Gruppe, z. B. die eingestrichenen Hauptentladungsstrecken, dauernd leitend zu halten, wobei diese Gruppe in der einen Halbwelle gemäß den Bedingungen des Gleichrichterbetriebes, in der anderen Halbwelle gemäß den Bedingungen des Wechselrichterbetriebes zu steuern ist. Hierzu dient ein Relais 30,·, das zwei von den Sondenströmen der beiden Gruppen durchflossene Wicklungen und einen Ruhekontakt aufweist. Der Ruhekontakt wird geöffnet, sobald ein Sondenstrom fließt, der größer als der Minimalstrom ist. Fließt kein oder nahezu kein Sondenstrom, so verbindet der Ruhekontakt des Relais 30,. Gitter und Anode des Gefäßes 30' miteinander, so daß dauernd dieses Hilfsgefäß leitend gehalten wird. Mithin sind die eingestrichenen Hauptentladungsstrecken in beiden Halbwellen arbeitsbereit. Schaltet sich nun willkürlich oder selbsttätig eine hinreichend große Belastung zu, so werden,, wie bereits erläutert wurde, auch die zweigestrichenen Hauptentladungsstrecken wieder betriebsmäßig gesteuert.

Zu der Betriebsweise mit nur einer Gruppe von Hauptentladungsstrecken wird noch bemerkt, daß es zur Vermeidung von Ausgleichsvorgängen mit Gleichstromkomponenten er- forderlich ist, den Mittelwert der Wechselspannung gleich Null zu halten; d. h. man muß die Gleichrichtersteuerung derart einstellen, daß die Größe der Nacheilung der Gleichrichterkommutierung gegenüber dem Nulldurchgang der Differenzspannung genau so groß ist" wie die Voreilung der Wechselrichterkommutierung.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Gittersteuerung bei Umformungseinrichtungen mit Dampf- oder Gasentladungsgefäßen, insbesondere Umrichtern, nach Patent 639 147, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreiten eines bestimmten Stromwertes (Minimalstrom) die betriebsmäßige, durch den Strom beeinflußte Steuerung derart abänderbar ist, daß unbeeinflußt von der Phasenlage des möglicherweise noch fließenden Stromes in jedem Zeitteilchen höchstens eine Entladungsstrecke leitend wird oder leitend gehalten wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Entladungsstrecken jeder Gruppe entsprechend den Be- dingungen des Gleichrichterbetriebes (ζ. Β. 14'... 17'), die anderen entsprechend den Bedingungen des Wechselrichterbetriebes (i8', 13') gesteuert werden.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Gruppe leitend gehalten wird, die unbeeinflußt vom Strom in beiden Halbwellen entsprechend den beiden Betriebsmöglichkeiten gesteuert wird.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gittersteuerung für den Gleichrichterbetrieb derart eingestellt ist, daß die Nacheilung der Gleichrichterkommutierung gegenüber dem Nulldurchgang der Differenzspannung etwa gleich groß ist wie die Voreilung der Wechselrichterkommutierung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen