DE659119C - Verfahren zur Regelung der Gleichspannung eines mit gittergesteuerten Entladungsstrecken arbeitenden Quecksilberdampfgleichrichters - Google Patents

Description

in Paris

Die Erfindung bezieht sich auf die Regelung der Gleichspannung eines mit gittergesteuerten Entladungsstrecken arbeitenden Quecksilberdampfgleichrichters in Abhängigkeit von dem abgegebenen Strom mit Hilfe einer geeigneten Gitterspannung, wobei die Regelung gleichförmig und fortschreitend vor sich geht. Es sind verschiedene Systeme vorgeschlagen worden, um die Regelung der von einem Gleichrichter gelieferten Gleichspannung mit spannungsgesteuerten Anodengittern durchzuführen. Den meisten Systemen ist gemeinsam, daß die Gitterspannung, die sinus- oder rechteckförmig sein kann, mehr oder weniger in ihrer Phase im Verhältnis zu der Anodenspannung verschoben wird, um die gewünschte Regelung zu bewirken. Wenn man sich die Aufgabe stellt, eine selbsttätige und gleichmäßige Regelung der Gleichspannung Ec eines Gleichrichters in Abhängigkeit von dem gelieferten Strom Ic durchzuführen, derart, daß ein von der natürlichen Charakteristik des Gleichrichters verschiedenes Gesetz Ee = f (Ic) verwirklicht wird, bereitet es Schwierigkeiten, die Regelung der Phasenverschiebung zwischen Gitterspannung und Anodenspannung in Abhängigkeit von Ic zu bewerkstelligen.

ί Bekannt ist ein Verfahren, bei dem eine Gitterspannung verwendet wird, die aus einer Wechselspannung Uga von insbesondere sinusförmiger Wellenform und derselben Frequenz wie die Anodenspannung und einer überlagerten veränderlichen Gleichspannung Ugc besteht. \Der Zündmoment der gittergesteuerten Anoden wird dabei durch Änderung des Wertes der Gleichspannung Ugc geregelt.

Die Erfindung macht von diesem Verfahren Gebrauch und hat zum Ziel, mittels geeigneter Vorrichtungen eine schrittweise Änderung der Gittergleichspannüng Ugc in Abhängig-'' keit von dem Strom Ic herbeizuführen, derart, daß man die gewünschte äußere Charakteristik des Gleichrichters erhält.

Die äußere Charakteristik, d. h. die abgegebene Spannung in Abhängigkeit von dem abgegebenen Gleichstrom, fällt bei einem mehrphasigen Gleichrichter infolge der Zunahme des Überlappungswinkels u bei steigendem Gleichstrom ab. Die Abb. 1 zeigt die äußere Charakteristik eines Gleichrichters. Abb. 2 zeigt die Wellenform des Gleichstromes eines sechsphasigen Gleichrichters bei Leerlauf (ausgezogene Kurve) und bei Belastung (gestrichelte Kurve). /

Nennt man φ den Nacheilungswinkel der

Zündung einer Anode, so wird die Kurve bei Belastung den durch Abb. 3 wiedergegebenen Charakter besitzen. Legt man für φ einen Wert φ₀ für Ic. = ο zugrunde und läßt dann den Wert φ bei wachsendem Ic 1 her auch bei wachsendem « von φ₀ an men, so zeigt sich, daß der mittlere Wert'.4/ffe·; der Gleichspannung bei wachsendem Ic gleichgehalten oder erhöht werden kann. Man erhält die folgenden drei Fälle:

2. Man niramt an, daß bei Ic = ο φ einen bestimmten Wert <p₀ besitzt, und man läßt φ bei wachsendem Ic von φ₀ an abnehmen. Man kann dann zwischen Leerlauf und Normalbelastung eine überkompensierte Spannungscharakteristik erzielen, die nach der Normalbelastung Ic_n abfällt (Kurve 1 der Abb. 4).

2. Man-nimmt an, daß bei Ic—ο φ einen bestimmten Wert <p₀ besitzt, und man läßt bei wachsendem Ic φ von φ₀ an abnehmen. Man kann zwischen Leerlauf und Normalbelastung eine kompensierte Charakteristik erzielen, die hinter der Normalbelastung Ic_n abfällt (Kurve 2 der Abb. 4).

3. Man nimmt an, daß bei Ic = ο der Winkel φ = ο sei, und läßt φ gleichzeitig mit Ic wachsen. Die Gleichspannung (Kurve 4 der Abb. 4) nimmt schneller ab als nach der natürlichen Charakteristik, die durch die Kurve 3 der Abb. 4 dargestellt ist, und von Ic_n ab nimmt sie nach dem natürlichen Abfall ab.

Man kann demnach durch eine geeignete Beziehung zwischen φ und Ic und folglich m_w Spannungscharakteristiken für die Gleichrichtergruppe erzielen, deren Verlauf zwischen den durch die Kurven 1 und 4 der Abb. 4 bezeichneten Grenzen schwanken kann.

Die den Gittern zugeführte Spannung ist eine sinusförmige Spannung Uga von der-' selben Frequenz wie die Anodenspannung Ua (Abb. S), welcher eine veränderliche Gleichspannung Ugc überlagert wird. Man kann annehmen, daß der Strom zu einer Anode einsetzt, wenn die Gitterspannung das Potential der Kathode annimmt. Diese Annahme ist nicht ganz richtig, trifft jedoch mit genügender Annäherung zu.

Der obere Teil der Abb. 5 stellt die vom 5a Gleichrichter abgegebene Gleichspannung dar, wobei Ua die Anodenwechselspannung ist. Man erteilt zunächst der Gittergleichspannung den Wert UgC₂, so daß die resultierende Gitterspannung durch die Kurve 2 dargestellt wird. Man erhält einen Winkel φ von der Größe <p₂, wobei in dem besonderen Fall der Abbildung φ₂ = ο ist. Gibt man dann der Spannung Ugc den Wert Ugc_A mit entgegengesetzter Polarität, so entsteht die r,esultierende Gitterspannung der Kurve 3, welcher ein Winkel φ von dem Werte <p_s entspricht.

Die Phase der sinusförmigen Gitterspannung wird konstant gehalten. Es ist demnach möglich, den Zündungszeitpunkt des Bogens durch Z Veränderung der Größe der Gittergleichspan-'iiiing zu regeln.

-.. ':Die durch die Abb. 5 veranschaulichte [ "Regelung ist nicht beschränkt, denn es ist möglich, der Phasenverschiebung der Gitterwechselspannung einen beliebigen Wert zu geben.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Verwirklichung des Gesetzes Ugc = f (Ic), das es ermöglicht, eine vorbestimmte äußere Charakteristik zu erzielen. Das Verfahren für die Veränderung der Gittergleichspannung in Abhängigkeit von dem gelieferten Gleichstrom gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Gittergleichspannung von einem fremderregten umlaufenden Gleichstromgenerator geliefert wird, dessen Erregung sich in Abhängigkeit von Schwankungen des vom Gleichrichter abgegebenen Stromes in beliebig einstellbarer Richtung und Größe ändert. Es ist ein Verfahren bekannt, um die von einem Verbraucher geforderte Last auf einen Gleichrichter und einen mit ihm parallel arbeitenden Gleichstromerzeuger gleichmäßig zu verteilen, indem ein von dem Belastungsstrom des Stromerzeugers in einem Widerstand hervorgerufener Spannungsabfall nach Verstärkung durch eine Elektronenröhre der Gitterwechselspannung des Gleichrichters überlagert wird. Dieses Verfahren ist jedoch nur geeignet, die Parallelarbeit der Gleichstrommaschine mit dem Gleichrichter zu erzwingen, dagegen nicht geeignet, der äußeren Charakteristik des Gleichrichters einen beliebig einstellbaren Verlauf zu geben, wie es mittels des Verfahrens nach der Erfindung möglich ist.

Als Ausführungsbeispiel wird der Fall einer kompensierten Spannungscharakteristik (Kurve 2 der Abb. 4) erwähnt. Die Größe des Winkels <p₀ bei Ic = ο ist genau bestimmt, wenn man den normalen Abfall der Gleiehspannung zwischen Leerlauf und Normallast (Ic_n) kennt. Andererseits wird bei Ic == Ic_n der Wert von φ = ο. Ferner wird man fordern, daß die konstante Phasenverschiebung der sinusförmigen Spannung gleieh sein wird

—°'-. Die Kurve (aib) der Abb. 6 zeigt den

Verlauf von Ugc in Abhängigkeit von Ic, der verwirklicht werden muß, um die Gleichspannung Ec konstant zu halten,

Die Abb. 7 zeigt das Schaltungsbild einer zur Durchführung dieser Regelung geeigneten Anlage.

A ist 'ein Transformator mit sechsphasiger Sekundärwicklung, B ist ein Induktionsregler mit sechsphasiger Sekundärwicklung, R ist ein Gleichrichter mit sechs Anoden, F sind

die Anoden, G sind die Gitter des Gleichrichters, N ist ein Dreiphasennetz, C ist ein Gleichstromerzeuger für die Gittererregung, D ist der Antriebsmotor für den Stromerzeuger, % ist eine Fremderregungswicklung des Stromerzeugers C, a₂ ist eine in Reihe mit dem Gleichrichter liegende, von dem erzeugten Gleichstrom durchflossene Erregerwicklung des Gleichstromerzeugers C, e ist eine

ίο Stromquelle für die Wicklung a_v

Die Erregerwicklungen Ct₁ und a₂ des Gleichstromerzeugers C sind gegengeschaltet. Da der den Gittern gelieferte Strom außerordentlich gering ist, kann man die Spannung Ugc als Leerlauf spannung des Stromerzeugeis betrachten. Die Abb. 8 zeigt die Spannung Ugc des Stromerzeugers in Abhängigkeit von den resultierenden Amperewindungen AT. Bei m ist nur die Wicklung a_± durch einen von e gelieferten Strom durchflossen, so daß otn = Na₁ · -M₁ ist, wobei Na₁ die Windungszahl von a_t und Ia₁ den in der Wicklung a_t fließenden Strom bezeichnen. Wenn der Gleichstrom Ic ansteigt, haben die resultierenden Amperewindungen die Größe Na₁ · Ia₁ — Na₂ · Ic, wobei Na₂ die Windungszahl der Wicklung a₂ bezeichnet.

Die in Abb. 8 gezeigte Kurve hat einen ganz ähnlichen Verlauf wie die Kurve nach Abb. 6. Um die Regelung zu vervollkommnen, kann man die Phasenverschiebung der sinusförmigen Gitterwechselspannung beeinflussen oder die Drehzahl des Stromerzeugers von C verändern. Man könnte auch die Sättigung der Erregerpole von C beeinflussen.

Der Stromerzeuger C wird zweckmäßig mit geblätterten Polen ausgerüstet, um die Verzerrung der Spannungskurve Ugc durch Hysterese, je nachdem, ob Ic zu- oder abnimmt, zu vermindern.

Im Falle des vorher beschriebenen Beispiels kann man auch bei großer erforderlich werdender Regelung eine Umpolung des Stromerzeugers C vermeiden. Es genügt, wenn man den Phasenverschiebungswinkel der sinusförmigen Gitterwechselspannungskomponente regelt, so daß sein Wert = ο ist, wobei man immer als Ursprung der Abszissen die Achse xy der Abb. S zugrunde legt. Unter diesen Umständen muß die Gittergleichspannung Ugc in Abhängigkeit von Ic den durch Abb. 9 dargestellten Charakter besitzen. _

Der Gleichstromerzeuger C ist mit zwei gegengeschalteten Erregerwicklungen a_x und a₂ ausgerüstet; man kann auch zusätzlich den Erregerstrom ia_t auf verschiedene Weise regeln, so daß die Charakteristik Ugc in Abhängigkeit von den erregenden Amperewindungen den Verlauf hat, wie ihn Abb. 10 zeigt.

Die vorher beschriebenen Einrichtungen können verwendet werden, um Charakteristiken verschiedenen Verlaufes zu verwirklichen. Ohne weitere Einzelheiten zu erwähnen, soll auf Abb. 6 verwiesen werden, in 65, welcher die Kurven Ugc = f (Ic), die zwischen der Kurve ab (die dem kompensierten Betrieb entspricht) und der Horizontalen db liegen, die Spannungen des Generators C (Abb. 7) in Abhängigkeit von Ic wiedergeben. Sie fallen um so mehr ab, je weiter man sich der Kurve db nähert, welcher die äußere Charakteristik des ungesteuerten Gleichrichters entspricht.

Die unterhalb der Kurve ab gelegenen Kurven, z. B. fb, entsprechen einem Betrieb mit überkompensierter Charakteristik. Die ganze betrachtete Kurvenschar geht durch den Punkt b, was bedeutet, daß für alle Charakteristiken die Spannung bei Belastung Ic = Ic_n dieselbe ist. Man kann sich noch andere Kurvenscharen vorstellen, beispielsweise solche, die alle durch den Punkt i (Kurve mim' der Abb. 6) gehen. Diese Kurven können leicht mit demselben Stromerzeuger verwirklicht werden, wozu es genügt, seine Drehzahl oder seine Sättigung zu verändern. Der Verlauf der Gleichspannungscharakteristiken des Gleichrichters ist verändert, der Kurve Ugc = f (Ic) mim' der Abb. 6 entspricht die Charakteristik I der Gleichspannung des Gleichrichters der Abb. 11. Der Kurve nin' der Abb. 6 würde die Charakteristik Ec = f (Ic) entsprechen, die durch die Kurve 2 der Abb. 11 dargestellt ist. Es lassen sich Kurvenscharen finden, die analog zu der nach Abb. 9 sind.

Die Regelung der Gleichspannung eines Gleichrichters in Abhängigkeit von seiner Belastung ist zurückgeführt auf die Herstellung einer Gleichspannung, deren Größe in Abhängigkeit von dem durch den Gleichrichter gelieferten Gleichstrom nach einer bestimmten Kurve geändert wird. Man kann für den Gleichrichter eine beliebige äußere Charakteristik erhalten. Die Spannungsregelung vollzieht sich fortschreitend und trägheitlos. Die Trägheit wird lediglich bestimmt durch die Zeitkonstante der Erregerwicklung des für die Gitter Steuerung dienenden Gleich-Stromerzeugers, die aber sehr klein gemacht werden kann. Diese Vorteile sind von großer Bedeutung und verleihen der Regelung eine große Schmiegsamkeit.

Die Gitterwechselspannung braucht nicht sinusförmig zu sein.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beschriebenen Schaltungen, sondern umfaßt jede Regelung, bei der die Größe der von einem Gleichrichter abgegebenen Gleichspannung in Abhängigkeit von dem abgegebenen Gleichstrom mit Hilfe einer Gitterspannung

geregelt wird, deren veränderliche Gleichspannungskomponente durch einen umlaufenden Gleichstromgenerator erzeugt wird,

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Regelung der Gleichspannung eines mit gittergesteuerten Entladungsstrecken arbeitenden Quecksilber • dampfgleichrichters mit Hilfe einer Gitterspannung, die sich aus einer Wechselspannung und einer dieser überlagerten, selbsttätig in Abhängigkeit von dem abgegebenen Gleichstrom veränderlichen Gleichspannung zusammensetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die lastabhängig veränderliche Gittergleiehspannung von einem fremderregten umlaufenden Gleichstromgenerator geliefert wird, dessen Erregung i sich in Abhängigkeit von Schwankungen des vom Gleichrichter-abgegebenen Gleich- ao stromes in beliebig einstellbarer Richtung und Größe ändert.
2. 2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstromgenerator mit zwei Erregerwicklungen versehen ist, von denen die eine durch eine besondere lastunabhängige Stromquelle und die andere von dem Ausgangsstrom des Gleichrichters gespeist wird, und daß der Gleichstromgenerator zwischen die Kathode des Gleichrichters und den neutralen Punkt einer die Gitterwechselspannungskomponente lief ernden Mehrphasenwicklung eines Induktionsreglers oder Transformators geschaltet ist. ·

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen