DE652590C

DE652590C - Einrichtung zur selbsttaetigen Regelung der von Gleichrichtern mit gittergesteuertenDampf- oder Gasentladungsstrecken abgegebenen Gleichspannung oder des abgegebenen Gleichstromes

Info

Publication number: DE652590C
Application number: DEF77704D
Authority: DE
Original assignee: Forges et Ateliers de Constructions Electriques de Jeumont SA
Current assignee: Forges et Ateliers de Constructions Electriques de Jeumont SA
Priority date: 1933-07-24
Filing date: 1934-06-17
Publication date: 1937-11-03

Description

in Paris

Es ist bekannt, bei Gleichrichtern mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken als Erregungsspannung der Steuergitter eine Wechselspannung von gleicher 5 oder ungleicher Frequenz wie die Anodenfrequenz zu verwenden, der eine veränderbare Gleichspannung überlagert ist.

Um selbsttätige Regelungen zu ermöglichen, hat man dabei die Verwendung einer in geeigneter Weise gesteuerten Erregermaschine mit drei Erregerwicklungen vorgeschlagen. Diese Maschine liefert die Erregungsgleichspannung der Gitter.
Die nachfolgend beschriebene Erfindung bezieht sich auf die selbsttätige Regelung der Gleichspannung oder des Gleichstroms eines mit gittergesteuerten ,Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden Gleichrichters zur Erzielung eines beliebigen Änderungsgiesetzes !entweder der Gleichspannung in Abhängigkeit von der Last oder des gelieferten Stromes in Abhängigkeit von der* gelieferten Gleichstromleistung oder des Gleichstromes in Abhängigkeit von dem durch andere mit dem betreffenden Gleichrichter parallel geschaltete Maschinen gelieferten Strom.

Die Gittererregungsspannung besteht aus einer Wechselspannungskomponente von gleicher oder ungleicher Frequenz wie die Anodenfrequenz und einer veränderbaren Gleichspannungskomponente, die von einer Erregermaschine mit zwei Erregungswicklungen geliefert wird. Eine der Erregungswicklungen liegt im Nebenschluß zum Anker der Erregermaschine, die andere ist unabhängig Steuerbar.

Zum besseren Verständnis des Erfindungsgegenstandes ist in Abb. 1 eine erste beispielsweise Ausführungsform dargestellt, die im folgenden beschrieben wird und folgende wesentliche Teile enthält:

R ist ein mit sechs Anoden mit Steuergittern g versehener Quecksilberdampfgleichrichter; T ist der den Gleichrichter R speisende Sechsphasentransformator; H ist ein sechsphasiger Phasenverschieber, der • über Schutzwiderstände r mit den Steuergittern g verbunden ist; E ist die mit zwei Wicklungen versehene Erregermaschine, die durch einen in der Abbildung nicht dargestellten Motor mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben wird; S ist eine Gleichstrommaschine mit unabhängig steuerbarer Erregung; M ist eine Dreielektrodenverstärkerröhre; N und N' sind mit ionisiertem Dampf arbeitende, gittergesteuerte Ventile und JV₁ und Ni mit ionisiertem Dampf arbeitende, nichtgesteuerte Ventile; W ist schließlich der Speisetransformator der Ventilgruppe N, N', N₁, N₁'.

Die -Anordnung hat den Zweck, für die ' Transformatorgleichrichtergruppe T und R eine ganz bestimmte Spannungscharakteristik;· zu erzielen, beispielsweise derart, daß djjg Gleichspannung E_c des Gleichrichters R koäjft stant ist, gleichgültig, welchen Wert der gelieferte Gleichstrom I_c hat. Die Gleichstrommaschine 6" wird mit konstanter, Geschwindigkeit angetrieben. Sie liefert eine konstänte Spannung E_s.

Der Faden der Dreielektrodenröhre M.. ist mit der Erregermaschine vS" verbunden, während das Gitter mit der Kathode K des Gleichrichters R in Verbindung steht. Der Anoden-' Stromkreis der Röhre M ist über einen Widerstand Q und eine konstante Gleichstromquelle P₁ geschlossen.

Die Ventile JV, N', N₁, N₁ liegen in Wheatstonescher Brückenschaltung, und die Kathoden der Ventile N und N' haben gleiches Potential. Das Gitter des -Ventils N steht über eine Gleichstromquelle P₂ mit dem Ende χ des Widerstandes Q in Verbindung, während das Gitter des Ventils N' über eine Gleichstromquelle P₂' an das Ende x' des Widerstandes Q angeschlossen ist. Der Mittelpunkt O" des Widerstarides Q ist mit dem Punkt h, d. h. mit den Kathoden der Ventile N und N', verbunden.

Die Erregermaschine £ ist zwischen die Kathode K des Gleichrichters R und den neutralen Punkt O' des Phasenverschiebers H eingeschaltet. Sie besitzt eine Nebenschlußwicklung α und eine unabhängige Wicklung c, die mit der Whe^tstoneschen Brücke in Verbindung steht.

Die Spannung JS₅ der Erregermaschine S ist der Spannung E_c des Gleichrichters R entgegengesetzt gerichtet. Die Spannungsdifferenz E_s—E_c wird zwischen Gitter und Faden der Dreielektrodenröhre M angelegt.

Abb. 2 zeigt die Charakteristik des Anodenstromes der Röhre M in Abhängigkeit von der Gitterspannung. Wenn die Bedingung E_s —E_c = 0 erfüllt ist, so hat der Anodenstrom i_M den Wert QD (Abb. 2). Die Gitterspannung eg_N des Ventils N gegenüber seiner Kathode beträgt eg^ = e_Pi — e₀. Hierin ist eg die Potentialdifferenz zwischen den Punk-

ten O" und χ des Widerstandes. Q und e_Pl die jenige zwischen den Klemmen von P₂. Die-Gitterspannung eg_N/ des Ventils iV^A gegenüber seiner Kathode ergibt sich zu eg_N/ = cq-—ep₂. Hierin ist e_Q die Potentialdifferenz zwischen

den Punkten O" und x' des Widerstandes Q und e_pj diejenige an den Klemmen von P₂', Die Werte von e_P., und e_Pi/ sind derart eingeregelt, daß bei E_s— E_c — 0 die Spannungen. eg_N und egf/ negativ sind, so daß die Ventile N und N'- nicht in Tätigkeit treten können. Wenn E_c > E_s ist, so steigt der Anodenstrom % der Röhre M auf den WertD'_an (Abb. 2). Er vergrößert sich also, und infolgedessen wächst die Spannung ^₀. Die /tiegative Gitterspannung egx vermindert sich

i kann auch einen positiven Wert an- _ während sich das negative Poten- _t

' tial eg_N vergrößert. Das Ventil N' tritt dann in Tätigkeit, und der von der Sekundärwicklung W's des Transformators W gelieferte Strom fließt in „dem Sinne k, N', h, I, N₁, f, W_s, m, I. Die Wicklung c der Erregermaschine E wird also von einem gleichgerichteten Strom i_c durchflossen, der von m nach I verläuft.

.Wenn E_c < E_s, so wird, wie leicht zu sehen ist, das Ventil N in Tätigkeit treten, und die Wicklung c der Erregermaschine E wird infolgedessen von einem gleichgerichteten Ström ~i_c durchflossen werden, der in entgegengesetzter Richtung, d. h. von / nach m, verläuft.

Die Wirkungen einer derartigen Verteilung des Stromes i_c in der Wifklung c der Erregermaschine E "sind nachfolgend angegeben.

Die Nebenschlußwicklung α der Erregermaschine E ist derart eingeregelt, daß ihre Widerstandsgerade d'O d (Abb. 3) mit dem geradenTeil A'OA der Charakteristik e=f (%) zusammenfällt, wobei e die Spannung der Erregermaschine E und (»_;) die resultierenden Erregungsamperewindungen sind. Wenn der Strom i_c der Wicklung c Null ist, so ist die Spannung -e, die die Erregermaschine E liefern kann» unbestimmt. Der Arbeitspunkt kann an irgendeiner Stelle von A'OA liegen. Die Spannung «.muß aber andererseits infolge der elektrischen Verbindung zwischen der Erregermaschine E und dem ,seinerseits mit den Gittern g des Gleichrichters R verbundenen Phasenverschieber H einen bestimmten Wert annehmen. .

In Abb. 4 zeigt die Kurve 1 die gleichgerichtete Gleichspannung E_c und die Kurve 2, diejenige der Anode / innerhalb des Zeitinter- .105 valls y-y'. Die Bezugsachse dieser beiden Kurven, die Horizontale y, y'',. entspricht dem Potential des neutralen Punktes O des Transformators T gemäß Abb. 1. In der gleichen Abb. 4 finden sich die auf die Achse 3J₁, y/ entsprechend dem Potential der Kathode K des Gleichrichters R bezüglichen Kurven Ega_x und Egc. EgU₁ ist das Wechselpotential des Gitters der Anode / gegenüber dem Potential der Kathode K, Egc ist die Gittergleich-Spannungskomponente und in diesem Falle die Spannung e der Erregermaschine E. Die entsprechende Anode / tritt in Tätigkeit, !,»wenn das Potential ihres Gitters den Wert Null erreicht. (Dies ist zwar nicht völlig richtig/ was jedoch bei der Erklärung der Erfindung nichts schadet.)' Wenn EgC = O

ist, so tritt die Anode I bei L in Tätigkeit. Wenn man als Bezugsachse für die Zündungswinkel die Gerade s, z' wählt, die durch den natürlichen Zündungspunkt der Anode / hindurchgeht, so ist der Zündungswinkel gleich a₀. Wenn man der Gittervorspannung den positiven Wert Egc gibt, so daß die gesamte Kurve EgG₁ im Sinne des IJfeiles ο verschoben wird, so wird der Zündungswinkel os₀' < α_ο·

ίο In diesem Falle steigt die Gleichspannung E_c im Wert.

Angenommen, der konstante Winkel Ct₀ habe einen Wert, derart, daß bei unbelastetem Gleichrichter R und einer Gittergleichspannung vom Wert 0 die vom Gleichrichter abgegebene Spannung E_c gleich der Spannung E_s der Maschine 5" ist (Abb. 1). Man kann dann feststellen, daß in diesem Falle die Spannung e der Erregermaschine E den Wert 0 annehmen wird.

Wenn nämlich e z. B. größer als Null ist und sich der Arbeitspunkt bei F befindet (Abb. 3), so vermindert sich der Zündungswinkel der Anoden des Gleichrichters R, und die Spannung E_c wird größer als E_s. Es ist bereits gesagt worden, daß, wenn E_c > E_s ist, in der Wicklung c ein Strom i_c von m nach I fließt. Wenn der Sinn der 'Wicklung c geeignet gewählt ist, damit die Amperewindungen (n_c, i_c) von c für diesen Strom i_c negativ sind, so verschiebt sich der Arbeitspunkt der Erregermaschine E nach G (Abb. 3). In Wirklichkeit wird die Spannung e den Punkt G nicht erreichen, denn wenn die Spannung e durch 0 hindurchgeht und E_c = E_s ist, so wird der Strom i_c = 0 werden, und die Spannung e wird auf dem Wert 0 verbleiben, die eine Gleichgewichtsstellung darstelk. Der Wert von e kann leicht um 0 (Abb. 3) schwanken.

Dies hängt von dem Wert Δ (E_c — E₃) ab, bei dem der Stromimpuls i_c in dem einen oder in dem anderen Sinne in die Wicklung c gegeben wird. Wenn der gelieferte Strom J₆, infolge einer Verringerung des Belastungs-Widerstandes wächst, so würde sich ohne Zuhilfenahme der Einrichtung nach der Erfindung die Spannung E_c vermindern, jedoch infolge der oben beschriebenen Arbeitsweise' bleibt E_c konstant, da E_c—E_s auf dem Wert 0 gehalten wird. Die Spannung e wächst positiv an, so daß eine Verminderung des Zündungswinkels der Anoden des Gleichrichters 7? bewirkt wird.

Die Wirkungsweise der Einrichtung gemäß .der Erfindung ist also kurz zusammengefaßt folgende: Die unabhängige Wicklung c der Erregermaschine E erhält Impulse von konstanter Stromintensität, während die Dauer und der Sinn dieser Impulse derart sind, daß die Spannung e der Erregermaschine E die zur Sicherung der gewünschten Regelung notwendigen Werte annimmt. Diese Arbeitsweise ist von Wichtigkeit, da die Impulsintensität von den Veränderungen der beeinflußten Größe unabhängig ist und für geringe Veränderungen derselben eine verzögerungsfreie Regelung gestattet. Überdies wird die Regelung der Spannung e, wenn man für i_c einen genügend hohen Wert wählt, von der magnetischen Trägheit der Maschine E praktisch unabhängig.

Das die Stromimpulse i_c erzeugende, von Yentilen gebildete System arbeitet ebenfalls ohne Verzögerung. Im übrigen liegt es auf der Hand, daß man auch j edes andere System zur Erzeugung der Stromimpulse in der Wicklung c der Erregermaschine E verwenden kann, beispielsweise einen Tirill-Regler. Die Arbeitsweise der gesamten Vorrichtung bleibt dabei dieselbe. In der voraufgegangenen Beschreibung ist als Bezugsgröße die Spannung E_s einer Bezugsmaschine £ benutzt worden. E_s wurde als konstant angenommen. Durch Hinzufügung einer zusätzlichen Erregungswicklung zu der Gleichstrommaschine S, wobei diese Wicklung von einem Strom durchflossen wird, der I₀ proportional ist, ist es möglich, eine Über- oder Unterkompoundierung der äußeren Charakteristik , E_c = f (I_c) des Gleichrichters R zu erzielen.

Es ist auch eine andere Anwendung der Erregermaschine möglich, um damit den gelieferten Gleichstrom konstant zu halten, während die abgegebene Leistung sich ändert. Abb. 5 zeigt eine Anordnung, mit deren Hilfe dieses Ziel zu erreichen ist. Die Anordnung zeigt dieselben Elemente'wie diejenige nach Abb. i, abgesehen von dem Regelsystem der Stromimpulse i_c.

Die mit konstanter Geschwindigkeit angetriebene Gleichstrommaschine 6" ist mit zwei' entgegengesetzt gewickelten Erregerwicklungen versehen, von denen die eine, n, von einem konstanten Strom i_n durchflossen wird, während durch die andere, 11', ein Strom fließt, der dem von dem Gleichrichter R abgegebenen Strom I_c proportional ist. Die Gleichstrommaschine 5 speist einen Widerstand Q, dessen mittlerer Punkt O" mit dem Punkt h der Wheatstoneschen Brücke verbunden ist. Die beiden Enden χ und χ des Widerstandes Q stehen mit den Gittern der Ventile N und A^r' in Verbindung. Die Gleichspannungsquellen P₂ und P₂ geben den Gittern der Ventile N und N'. eine konstante negative Spannung. Die Arbeitsweise der Anordnung ist leicht zu übersehen. Wenn die Bedingung i_n = i_n' erfüllt ist, so ist die resultierende magnetomotorische Kraft der Erregungswicklungen der Erregermaschine E gleich 0. Wenn i„' größer wird als i„, so fließt in dem Widerstand Q ein Strom, der von x' nach χ ver-

läuft. Damit fängt das Ventil N an zu arbeiten, so daß die Wicklung c der Erregermaschine £ einen Stromimpuls erhält. Wenn diese Wicklunge geeignet gewickelt ist, so ergibt sich hieraus eine Verminderung der Spannung e und infolgedessen eine Verminderung der Spannung E_c, bis die Bedingung I_n = i_n' von neuem erfüllt ist. Wenn-sich der Strom i_n' vermindert, so tritt der umgekehrte ίο Vorgang ein, bis der Bedingung i_n — i„' genügt ist.

Die Anordnung nach Abb. 5 gestattet einen Betrieb des Gleichrichters E in Parallelschaltung mit einer beliebigen anderen Gleichstromquelle (einem Gleichrichter oder einer umlaufenden Maschine), um eine geeignete Verteilung der Last zu bewirken.

Es genügt, die Wicklung η der Gleichstrommaschine 6" mit einem Strom-zu speisen, der dem. Strom proportional ist, der von der mit dem Gleichrichter R parallel geschalteten Maschine abgegeben wird.

Die Steuerung der Gitter der Ventile N und N' kann durch andere Systeme mit einer Bezugsgröße erfolgen, beispielsweise Kontaktvoltmeter, elektromagnetische Waagen, Schwingkontaktvorrichtungen, womit man die gleichen Regelungen vornehmen kann, wie oben beschrieben. Die Wahl, die man hinsichtlich der Steuervorrichtung der Stromimpulse i_c in der Wicklung c der Erregermaschine E treffen wird, hängt von dem Genauigkeitsgrade ab, den man verlangt.

Es ist auch möglich, Vorrichtungen ohne Ventil zu benutzen. Der Impulsstrom wird dann unmittelbar in die Wicklung c der Erregermaschine E geschickt, und zwar beispielsweise durch eine mit Kontakten versehene elektromagnetische Waage. * Selbstverständlich wird der Rahmen der Erfindung nicht verlassen, wenn die Erregermaschine E mit zwei Wicklungen entsprechend der Wicklung c versehen wird, von denen die eine für einen Impuls in dem einen Sinne und die andere für einen Impuls in dem entgegengesetzten Sinne Verwendung findet.

Claims

Patentansprüche:

i. Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der von Gleichrichtern mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken abgegebenen Gleichspannung oder des abgegebenen Gleichstromes in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße, wobei den Steuergittern eine Wechselspannung von gegenüber der Anodenfrequenz gleicher oder ungleicher Frequenz und eine dieser überlagerte veränderbare Gleichspannung aufgedrückt werden und - die Gleichspannungskomponente der Gitterspannung von einer Erregermaschine geliefert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregermaschine zwei Erregerwicklungen besitzt, von denen die eine im Nebenschluß zu ihrem Anker liegt und derart bemessen ist, daß ihre Widerstandsgerade mit dem geraden Teil der Spannungscharakteristik der Erregermaschine zusammenfällt, während die andere Wicklung unabhängig steuerbar ist, derart, daß bei Abweichung der zu regelnden Betriebsgröße von ihrem Sollwert die unabhängig steuerbare Wicklung der Erregermaschine von einem Gleichstrom oder einem gleichgerichteten Strom konstanter Stärke und veränderbarer Richtung, welcher aus der Differenz der Werte einer konstanten Bezugsgröße und der zu regelnden Betriebsgröße abgeleitet ist, durchflossen wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom für die steuerbare Wicklung der Erregermaschine von einer beliebigen, an sich bekannten steuerbaren Einrichtung, z. B. schwingenden Kontakten, Unterbrechern oder vier in Wheatstonescher Brückenschältung angeordneten Dampf entladungsstrecken, von denen nur eine in jedem Zweig mit Steuergittern versehen ist, geliefert wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Stromimpulse in der steuerbaren Erregungswicklung erzeugende Einrichtung entweder durch eine Gleichstrommaschine, deren Gleichspannung als Bezugsgröße dient, oder durch eine von einer Feder ausgeglichene elektromagnetische Waage oder durch einen Tirill-Regler gesteuert wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung der Regelungsgenauigkeit bei Ver-Wendung der. Spannung einer Gleichstrommaschine als Bezugsgröße eine Verstärkerröhre mit drei Elektroden zwischen den Schaltungselementen, an denen die Steuerspannung für die die Stromimpülse der steuerbaren Wicklung liefernde Einrichtung auftritt und der die Stromimpülse der steuerbaren Wicklung liefernden Einrichtung angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen