DE656462C - Anordnung zur Steuerung von Dampf- oder Gasentladungsstrecken, insbesondere in Gleichrichterschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung· betrifft die Steuerung von Gasentladungsstrecken, insbesondere Quecksilberdampfgleichrichtern, mit Hilfe von Steuerkörpern (Gittern). Bei diesen kann bekanntlich das Einsetzen einer Entladung in einem beliebigen Zeitpunkt innerhalb der Arbeitshalbwells durch, eine den Gittern aufgedrückte Wechselspannung gesteuert werden, die gegenüber der an den zugehörigen Anoden anliegenden Wechselspannung eine einstellbare Phasenverschiebung aufweist. Diese Art der Steuerung weist jedoch den Nachteil auf, daß zur Veränderung der Phasenlage der Gitterwechselspannung im allgemeinen ein mechanisch zu bewegender Phasenregler, z. B. ein Drehtransformator, notwendig ist, oder daß Kunstschaltungen mit Drosselspulen oder Kondensatoren für die Phasendrehung erforderlich sind, die in Mehrphasengleichrichteranlagen recht kompliziert werden.

Drehtransformatoren lassen sich vermeiden, wenn der Zündzeitpunkt lediglich dadurch verschoben wird, daß die Amplitude einer Gitterspannung verändert wird. Bei einer bekannten Regeleinrichtung dieser Art wird der Gitterelektrode eine Spannung konstanter Amplitude aufgedrückt, die der Phase der Anodenspannung entgegengesetzt ist. Dieser Spannung wird eine weitere ihr gegenüber um etwa 90⁰ verschobene Spannung überlagert, deren Amplitude veränderlich ist. Bei einer anderen ebenfalls bekannten Regeleinrichtung wird der Primärwicklung eines Gittertransformators eine Wechselspannung zugeführt, die aus einer unveränderlichen und einer in der Amplitude veränderlichen Wechselspannung zusammengesetzt ist.

Gegenstand der Erfindung ist eine Regeleinrichtung, welche ebenfalls mit Amplitudenregelung arbeitet, sich jedoch den bekannten 4a Regeleinrichtungen gegenüber dadurch unterscheidet, daß die dem Steuerkörper aufgedrückten Wechselspannungen in ihren Amplituden bei unveränderter Phasenlage gleichzeitig betriebsmäßig geregelt werden. Bei der Regeleinrichtung nach der Erfindung werden somit dem Steuerkörper des Entladungsgefäßes, beispielsweise einem Gitter, einer Hülse o. dgl.,· verschiedene Wechselspannungen gleicher Frequenz, aber voneinander abweichender Phasenlage, zugeführt, und die dem Steuergitter aufgedrückten Wechselspannungen sind gleichzeitig betriebsmäßig in ihrer Amplitude regelbar, während die Phasenlage der Wechselspannungen, für jeden Regel-Vorgang unverändert bleibt. Gegenüber der bekannten Anordnung hat diese Regelanordnung, wie nachstehend an den Diagrammen

*) Von dem Patent sucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Dr. Jürgen v. Issendorff in Berlin-Siemensstadt.

der Fig. 2 und 3 noch im einzelnen nachgewiesen wird, den Vorteil, daß ein praktisch beliebig großer Regelbereich erzielt werden kann, und daß außerdem die in der Ampjfe* tude veränderlichen Teilwechselspannungfcu'. in ihrer Größe nicht erheblich voneinander;, abzuweichen brauchen. Die einzelnen Steuer---Wechselspannungen können dabei gemeinsam an ein einziges Steuergitter in jeder Entladungsstrecke angelegt werden, welches somit die aus den einzelnen Wechselspannungen resultierende Spannung führt. Es kann jedoch auch von Vorteil sein, jede Wechselspannung einem besonderen Steuergitter in jeder Entladungsstrecke zuzuführen, da hierdurch eine Vereinfachung der Schaltung und eine bessere Übersichtlichkeit über den Steuerzustand der Anlage ermöglicht wird. Die Amplitudenregelungen der einzelnen dem oder den Steuerkörpern zugeführten Wechselspannungen stehen zweckmäßig in solcher gegenseitiger Abhängigkeit, daß die resultierende Spannung an dem oder den Steuerkörpern bei allen Phasenlagen einen annähernd gleichen Amplitudenwert besitzt. Die Phasenlage der einzelnen Wechselspannungen wird zweckmäßig so gewählt, daß die Phasenlage der resultierenden Spannung, d\irch die das Einsetzen der Entladung bestimmt wird, in dem jeweils gewünschten Steuerbereich beliebig verändert werden kann. Bei einer Veränderung der Aussteuerung in geringen Grenzen (etwa J^ 10 0/0) wird man daher beispielsweise bei gleicher Frequenz der Anodenwechselspannung und der Steuerwechselspannungen die eine Teilwechselspannung der zugehörigen Aniodenspannung etwas voreilen und die andere Teilwechselspannung der Aniodenspannung etwas nacheilen lassen. Die Anordnung kann jedoch auch so getroffen werden, daß die eine Teilspannung ungefähr die gleiche Phasenlage wie die zugehörige Anodenwechselspannung erhält, während eine zweite Teilwechselspannung beispielsweise um 120⁰ in der Phase nacheilt. Diese letzte Anordnung ist im Falle einer dreiphasigen Stromrichterschaltung in sehr einfacher Weise zu verwirklichen. Im allgemeinen genügt ein; einziger Transformator mit unterteilter Sekundärwicklung zur Entnahme der gegeneinander phasen verschobenen Steuerspannungen.

Im allgemeinen ist es ausreichend, die Steuerwechselspannung aus zwei Wechselspannungen zusammenzusetzen. Es können jedoch auch mehrere Komponenten gewählt werden, namentlich dann, wenn der Steuerbereich sich über einen großen Phasenwinkel von 18 o° und mehr erstreckt.

In der beiliegenden Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Bei diesem wird der dem Gleichrichter 1 von dem Drehstromnetz 2 über den Transformator 3 zugeführte Wechselstrom in Gleichstrom/ umgeformt und den Gleichstromleitern 4 zugeführt. Das Gleichrichtergefäß ist mit einer Zündanode 5 versehen, die über einen zu der ■Zündeinrichtung gehörigen Widerstand 6 und eine Batterie 7 mit der Kathode verbunden ist. Vor den Anoden 8 sind Steuergitter 9 angeordnet, die aus dem Drehstromnetz 2 über den Steuertransformator 10 Wechselspannung erhalten. Der Steuertransformator besitzt zwei Sekundärwicklungen 11 und 12, an die regelbare Spannungsteilerwiderstände 13 bzw. 14 angeschlossen sind, und zwar derart, daß eine der dem Steuergitter zugeführten Wechselspannungen die gleiche Phasenlage wie die zugehörige Anodenwechselspannung hat und die andere in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel um I2o° gegen die erstere Anoden- wechselspannung nacheilt. Die Spannungs- ^J_ teilerwiderstände sind durch Abgriffvorrichtungen veränderlich gestaltet, und die Verstellung der Abgriffe kann derart geschehen, daß die dem Steuerkörper zugeführte, aus den 8g Teilspannungen resultierende Spannung in jeder Phasenlage einen annähernd gleichen Amplitudenwert beibehält.

Das in Fig. 2 dargestellte Diagramm zeigt den großen Regelbereich, der durch die Steuerungsanordnung der Erfindung erzielbai ist. Im (oberen Teil des Diagramms sind in üblicher Weise drei Phasenspannungen I, Il und III eines sechsphasigen Wechselstromnetzes gezeichnet. Im unteren Teil des Dia- gramms sind die Steuerspannungen angegeben, welche einem Steuergitter der Phase II zugeführt werden stollen. ^₁ und ^₂ sind die Teilkomponenten der Gitterspannung, welche dem Vorschlage der Erfindung entsprechend eine feste Phasenlage gegenüber der zugehörigen Anodenspannung II besitzen und Inder Amplitude veränderlich sind. Die Gitterspannung g.₂ ist gegenüber der Anodenspannung II um etwa i8o° in der Phase verschoben. Die Gitterspannung ^₁ besitzt eine Phasennacheilung von etwa 30⁰ gegenüber der Anodenspannung II. Die resultierende Gitterspannung g hat bei der in Fig. 2 angenommenen Größe der Amplituden der beiden Teilspannungen ^₁ und g, eine Phasennacheilung gegenüber der Anodenspannung II von etwas über 120⁰. Der Regelbereich, der mit der in Fig. 2 angenommenen Phasenlage der beiden Teilspannungen ^₁ und g₂ erreichbar ist, ergibt sich, wenn man annimmt, daß entweder die Amplitude der Teilspannung g₂ oder die Amplitude der Teilspannung ^₁ gleich Null gemacht wird. Wenn. g₂ gleich Null ist, liegt der Zündzeitpunkt für die AniodenspannungII im Zeitpunkt ^₁, d.h. im Schnittpunkt der beiden Phasenspannungen I und II. Wenn dagegen die Teilspan- ·

nungg_t gleich Null ist, liegt der Zündzeitpunkt im Zeitpunkt t₃, d. h. bereits im Wechselrichterbereich der Phase II. Das Diagramm der Fig. 2 zeigt somit, 'daß die Phase II nicht nur von. voller Aussteuerung im Gleichrichterbereich bis auf Null heruntergeregelt werden kann, sondern daß die Zündpunkte darüber hinaus auch, noch in den Wechselrichterbereich verschoben werden können. Dieser Regelbereich läßt sich, noch steigern, wenn man weitere Teilkomponenten hinzunimmt.

Das in Fig. 3 dargestellte Diagramm zeigt einen weiteren Vorteil der Erfindung gegenüber bekannten, mit Amplitudenregelung arbeitenden Steuerungseinrichtungen. In diesem Diagramm sind nur die Gitterspannungen eingezeichnet, und zwar gelten die gestrichelt gezeichneten Spannungskurven für eine bekannte Steuerungsanordnung, bei der eine der beiden Teilspannungen, und zwar die Teilspannung£-₂> um 90° gegenüber der Anodenspannung nacheilt, während die andere Teilspannung^ mit der Anodenspannung in Phase ist. Die ausgezogen gezeichneten Spannungskurven beziehen sich auf die Steuerungseinrichtung nach der Erfindung. Für das Diagramm ist angenommen, daß mit beiden Steuerungseinrichtlungen ein und derselbe Phasenwinkel φ für die resultierende Gitterspannung £ erreicht werden soll. Ändert man nach der bekannten Regel nur die Amplitude einer der beiden Teilspannungen, beispielsweise die Amplitude der Teilspannung ^₁, so läßt sich der gewünschte Phasenverschiebungswinkel nur dadurch erreichen, daß die Amplitude von ^₁ wesentlich größer ist als die Amplitude von g₂. Die gestrichelt gezeichneten Gitterspannungen zeigen deutlich den Unterschied in den Amplituden der beiden Gitterspannungen ^₁ und ^₂. Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil dadurch, daß die Amplitude beider Teilspannungen veränderlich gemacht wird. Die ausgezogen gezeichneten Gitterspannungen g_u g₂ und g lassen ohne weiteres erkennen, daß der gleiche Phasenverschiebungswinkel mit Teilspannungen wesentlich kleinerer Amplitude erreichbar ist.

^!,.: Aus den Diagrammen der Fig. 2 und 3 geht hervor, daß die bekannten Steuerungsemrichtungen nur für verhältnismäßig geringe " Regelbereiche brauchbar sind, die Erfindung bietet dagegen die Möglichkeit, mit reiner Amplitudensteuerung sämtliche Regelaufgaben eines gittergesteuerten Lichtbogenentladungsgefäßes zu erfüllen, weil bei der Erfindung der Zündzeitpunkt über den gesamten Regelbereich einer Anodenspannung beliebig verschoben werden kann.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Steuerung von Dampf oder Gasentladungsstrecken, insbesondere in Gleichrichterschaltung, bei denen der Zeitpunkt des Einsetzens der Entladung in jeder Wechselstromperiode durch Einwirkung von Steuerkörpern, z. B. Gittern, Hülsen, bestimmt wird, wobei jedem Steuerkörper verschiedene Wechselspannungen gleicher Frequenz, aber voneinander abweichendem Phasenwinkel, gemeinsam zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Steuerkörper aufgedrückten Wechselspannungen in ihren Amplituden bei unveränderter Phasenlage gleichzeitig betriebsmäßig geregelt werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Wechselspannungen je einem Steuerkörper zügeführt werden.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenregulierungen der einzelnen einem Steuerkörper zugeführten Wechselspannungen in solcher gegenseitiger Abhängigkeit voneinander stehen, daß die resultierende Spannung der Steuerkörper in jeder Phasenlage einen angenähert gleichen Amplitudenwert erhält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen