DE661239C - Anordnung zur UEberwachung des Betriebszustandes von mit Entladungsstrecken arbeitenden Umformungseinrichtungen - Google Patents

Description

Um den ordnungsgemäßen Betrieb von Umformungseinrichtungen zu überwachen, die mit Dampf- oder Gasentladungsstrecken mit im wesentlichen lichtbogenförmiger Entladung arbeiten, genügt es nicht, wie beispielsweise bei sonstigen Umformern oder elektrischen Maschinen, die abgegebene Spannung oder den abgegebenen Gesamtstrom oder beide zu messen. Es kann vielmehr infolge der eigentümlichen Arbeitsweise derartiger Umformungseinrichtungen der Fall eintreten, daß Teile der Anlage ganz oder teilweise versagen, ohne daß damit unzulässige Änderungen in den Werten der im Außenkreis auftretenden Betriebsgrößen verbunden sind. Bei selbsttätig geregelten gittergesteuerten Gleichrichtern beispielsweise kann sogar jegliche Änderung des Mittelwertes des abgegebenen Gleichstromes bei derartigen Störungen unterbunden werden, so daß sie sich nach außen zunächst gar nicht weiter bemerkbar machen. Diese Fehler, zu denen u.a. das Durchbrennen von Anodensicherungen, Kurzschluß, Aussetzen des Entladungseinsatzes in einzelnen Entladungsstrecken oder auch Störungen im Steuerkreis einzelner Entladungsstrecken zu rechnen sind, dürfen jedoch nicht dauernd bestehen bleiben, da hierdurch die Anlage mehr oder weniger schwer beschädigt werden kann, und da außerdem Wirkungsgrad und Leistungsfaktor der Anlage durch derartige innere Störungen in Mitleidenschaft gezogen werden.

Der gegebene Weg zur Überwachung dieser inneren Vorgänge in Umformungseinrichtungen scheint zunächst in der Überwachung jedes einzelnen Entladungsstreckenstromkreises durch Meßinstrumente oder Relais zu liegen. Diese Art der Überwachung scheidet jedoch von vornherein aus wegen der zu hohen Kosten und der umständlichen und unübersichtlichen Meßschaltungen.

Auf der Grundlage der Erkenntnis, daß bei aussetzender Entladung einzelner Entladungsstrecken, beispielsweise in einem Gleichrichter, sich die Amplitude der Welligkeit des abgegebenen Stromes bzw. der abgegebenen Spannung ändert, hat man bereits vorgeschlagen, diese Amplitudenvergrößerung unter Einschaltung entsprechender Meßgeräte zu erfassen. Ferner ist eine Anordnung bekanntgeworden, bei der die beim Ausfall einer Entladungsstrecke auftretende weitere Störfrequenz in der Oberwelligkeit mit Hilfe eines genau auf diese Störoberwelle abgestimmten Schwingungskreises erfaßt wird.

Vorliegende Erfindung gestattet nun die Überwachung aller Entladungsstrecken in einfachster Weise. Sie geht dabei von der Erkenntnis aus, daß bei aussetzender Entladung

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Rudolf Buch in Berlin-Charlottenburg und Hans Gülzow in Berlin-Hermsdorf'.

entsprechend der Anzahl der aussetzenden Entladungsstrecken Oberwellen ein- oder vielfacher Ordnung der speisenden Wechselspannungsfrequenz auftreten. Erfindungsgemäß wird nun die gleichstromseitige WeHigke^t» mittels Schwingungskreise derart kontrolliert,» daß durch die Wahl der Anzahl, der Resonanz'-., lage und/oder der Dämpfung dieser Schwingungskreise beim Auftreten jeder möglichen, durch den Ausfall oder das unregelmäßige Arbeiten einzelner Entladungsstrecken bedingten Störfrequenz Signal- oder Kontrolleinrichtungen zur Wirksamkeit gebracht werden.

!5 Der Erfindungsgedanke und seine Weiterbildungen mögen an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher veranschaulicht werden.

Abb. ι zeigt ein Ausführungsbeispiel eines

»ο sechsphasigen Gleichrichters i, der aus dem Drehstromnetz io gespeist wird und aus dem Transformator 2 mit der sechsphasigen, Sekundärwicklung 3 und dem mehranodigen Gleichrichtergefäß 4 besteht. Der Gleichrichter möge auf eine Belastung 6 arbeiten, mit der er über eine Kathodendrossel 5 verbunden ist. An die Klemmen der Kathodendrossel ist die Einrichtung 7 zur Überwachung der Welligkeit des Gleichstromes angeschlossen. Sie besteht im wesentlichen aus einem parallel zur Kathodendrossel 5 angeordneten Spannungsresonanzkreis, der aus der Kapazität 8 und der Induktivität 9 aufgebaut ist und zweckmäßig noch einen veränderlichen bzw. einstellbaren Dämpfungswiderstand 11 enthält. Parallel zum Kondensator 8 ist ein Spannungsrelais, beispielsweise ein Telephonrelais 12, über ein Schaltelement mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung, beispielsweise eine Selengleichrichterzelle 13 und gegebenenfalls über einen Anpassungswiderstand 14, geschaltet.

Eine Abänderung der Einrichtung 7 ist in Abb. ia dargestellt. An den Klemmen der Kathodendrossel 5 liegen in diesem Ausführungsbeispiel mehrere parallel geschaltete Spannungsresonanzkreise 8', c/ bzw. 8", 9", bzw. 8"', 9'". In diese Spannungsresonanzkreise können Stromrelais unmittelbar oder wie im Aüsführungsbeispiel transformatorisch über Stromwandler 16' bzw. 16" bzw. 16"' eingefügt werden, und zwar zweckmäßig ebenfalls unter Einfügung von Relais 12', 12", 12'" sowie Gleichrichterelementen 13', 13", 13"' und Widerständen 14', 14", 14"'. Die besonderen Stromwandler 16 können hierbei wegfallen, wenn die Induktivitäten 9 der Schwingungskreise mit Sekundärwicklungen versehenwerden, denen dieEnergie zur Betätigung der Relais 12 entnommen wird, Die Wirkungsweise dieser Anordnungen ist die folgende: Die Spannungsresonanzkreise der Abb. la sind auf verschiedene Störfrequenzen abgestimmt, beispielsweise der Kreis 8', 9' auf 50 Hertz, der Kreis 8", 9" auf loo Hertz und der Kreis 8'", 9'" auf 150 Hertz.

nun beispielsweise eine Anode oder fehrere in der Phasenfolge hintereinander-Ί liegende Anoden des Gleichrichtergefäßes 4 aus, so tritt im Gleichstromkreis außer der Frequenz 300, welche der normalen Welligkeit entspricht, auch noch die Frequenz 50 auf, der Schwingungskreis 8', 9' gerät in Resonanz, und das Relais 12' betätigt ein Signal oder löst eine Schalthandlung zur Beseitigung der Störung aus. Entsprechend gerät der Schwingungskreis 8", 9" in Resonanz, wenn zwei in der Phasenlage um i8o° versetzte Anöden gleichzeitig aussetzen, und der Schwingungskreis 8'", 9"', wenn Anoden, die in der Phasenlage um 120⁰ versetzt sind, gleichzeitig aussetzen.

In Abb, ι ist statt der drei auf 50, 100 und 150 Hertz abgestimmten Schwingungskreise nur der eine Schwingungskreis 8, 9 vorgesehen, der beispielsweise auf 100 Hertz abgestimmt ist. Um nun mit diesem Schwingungskreis auch diejenigen Störungen, bei welchen die Störfrequenzen 50 bzw. 150 Hertz auftreten, erfassen zu können, wird die Dämpfung des Resonanzkreises mittels des Dämpfungswiderstandes 11 so eingestellt, daß die durch die Frequenz 50 bzw. 150 Hertz im Schwingungskreis angeregten Spannungsamplituden an den Klemmen des Kondensators 8 noch zur Betätigung des Signalrelais 12 ausreichen.

Um Fehlauslösungen der Überwachungseinrichtung mit Sicherheit zu vermeiden, kann dem Schwingungskreis bzw. den Schwingungskreisen, die auf die Störfrequenzen abgestimmt sind, ein Sperrkreis 19 vorgeschaltet werden, der auf diejenige Frequenz scharf abgestimmt ist, weiche der Welligkeit des Normalbetriebes entspricht, und der daher die Spannungsamplituden dieser Frequenz von den eigent- liehen Meßkreisen fernhält. Eine derartige Anordnung zeigt die Abb. ib. Die übrigen Bezugszeichen dieser Abb. entsprechen denen der Abb. 1.

Ein anderes Ausführungsbeispiel für die no Überwachungseinrichtung einer im übrigen gemäß Abb. 1 aufgebauten Gleichrichteranlage zeigt die Abb. 2. Anstatt parallel zur Kathodendrossel 5 kann die Überwachungseinrichtung 7 auch zwischen den Sternpunkt der Sekundärwicklung 3 des Gleichrichtertransförmators 2 und die Kathode des Gleichrichtergefäßes 4 geschaltet werden, so daß unmittelbar die Welligkeit der erzeugten Gleichspannung gemessen wird. AlsSchwingungskreis ist wieder ein Spannungsresonanzkreis 8,9 vorgesehen, der im Falle des Ausführungs-

beispiels über einen Isoliertransformator 15 an die Gleichrichterkreise angeschlossen ist, wodurch die Stromkreise der Signalanlage völlig von den Gleichrichterkreisen hinsichtlieh irgendwelcher Bezugspotentiale unabhängig gemacht werden können. Der Dämpfungswiderstand 11 kann entsprechend der Abb. 1 unmittelbar im Schwingungskreis auf der Sekundärseite des Transformators 15 oder aber auch, wie im Ausführungsbeispiel der Abb. 2, auf der Primärseite des Transformators 15 angeordnet werden. Um ferner eine unerwünschte Gleichstromvormagnetisierung des Isoliertransformators 15 zu vermeiden, wird zweckmäßig ein genügend großer Kondensator 18 in Reihe mit dem Transformator 15 angeordnet, so daß in den Überwachungskreis 7 nur die der Gleichspannung überlagerte Wechselspannungskomponente eingehen kann.

Die Anordnung eines Isoliertransformators zur Trennung der Signalanlage von den Potentiäfen der Gleichrichteranlage ist natürlich auch bei Anordnungen gemäß Abb. Ί ohne weiteres möglich.

Abb. 2a. zeigt eine Abänderung der Abb. 2 insofern, als hier wieder ein Sperrkreis 19 für die der normalen Welligkeit entsprechende Frequenz von 300 Hertz in Reihe zum Resonanzkreis angeordnet ist. Der Resonanzkreis ist in diesem Beispiel ohne Zwischenschaltung eines Isoliertransformators angeordnet. Eine unerwünschte Gleichstrommagnetisierung der Induktivitäten 9, 19 oder der Relaiswicklung 12 kann hier auch ohne Einfügung eines besonderen Blockierungskondensators vermieden werden, wenn das Gleichrichterelement 13 mit entsprechender Polung in den Stromkreis des Relais 12 eingefügt wird.

Die Abb. 3 und 4 zeigen die Anwendung des Erfindungsgedankens auf eine Gleichrichteranlage, bei der in erster Linie solche Störungen zu überwachen sind, welche von der für sämtliche Einzelgleichrichter gemeinsamen Steuereinrichtung ausgehen. Dieser Fall ist in der Praxis insbesondere dann gegeben, wenn die Steuereinrichtung derartiger Umformungsanlagen unter Verwendung von Hilfsentladungsstrecken, beispielsweise Glühkathoden, aufgebaut ist; der verhältnismäßig verwickelte Aufbau derartiger Steuerschaltungen ist natürlich gegen Störungen besonders empfindlich. Eine Überwachung gemäß den obigen Ausführungsbeispielen ware bei ' derartigen Anlagen, bei denen die Anzahl der jeweils im Betrieb befindlichen Entladungsgefäße sich nach der Belastung richtet, nur möglich, wenn für jedes Entladungsgefäß eine besondere Überwachungseinrichtung vorgesehen würde. Demgegenüber bedeutet die Überwachung im gemeinsamen Gittersteuerkreis eine bedeutende Vereinfachung im Aufbau und eine bemerkenswerte Kostenerparnis.

In dem Beispiel der Abb. 3 sind zwei sechsphasige, parallel arbeitende Gleichrichtergefäße 4' bzw. 4" vorgesehen, welche über den Gleichrichtertransformator 2 aus dem Drehstromnetz 10 gespeist werden und ihrerseits Energie in das Gleichstromnetz 6 liefern. Die' Steuergitter, welche einander entsprechenden Anoden in den beiden Entladungsgefäßen zugeordnet sind, sind jeweils an die gleiche Spannung, gegebenenfalls über Begrenzungswiderstände 25 angeschlossen. Die Steuer- spannung wird von einer Gleichstromquelle 23 bzw. aus dem Drehstromnetz 10 über den Gittertransformator 20 und über Hilfsentladungsstrecken 21 geliefert. Die Gleichspannungsquelle 23 ist mit ihrem positiven Pol über Widerstände 24, welche das ordnungsmäßige Arbeiten der Kathodendrosseln 5' bzw. 5" sicherstellen sollen, an die Kathoden der Entladungsgefäße 4' bzw. 4" angeschlossen, während ihr negativer Pol über in Stern geschaltete Widerstände 22 mit den zu den verschiedenen Steuergittern führenden Steuerleitungen verbunden ist. Solange die Hilfsentladungsstrecken 21 des Steuerkreises gesperrt sind, erhalten daher die Steuergitter der Hauptentladungsstrecken ein gegenüber den Kathoden der Entladungsgefäße negatives Potential, so daß in den Hauptentladungsstrecken keine Entladung einsetzen kann. Wird dagegen eine der Hilfsentladungsstrecken 21 durch ihre im einzelnen nicht näher dargestellte Steuerung für den Stromdurchgang freigegeben, so wird damit der betreffenden Steuerleitung der Hauptgleichrichter außer der negativen Spannung der Spannungsquelle 23 noch eine vom Gittertransformator 20 gelieferte Wechselspannung aufgedrückt. Wenn die Widerstände 22 genügend groß bemessen sind, überwiegt dabei der Einfluß der Wechselspannung derart, daß die negative Spannung der Spannungsquelle 23 den Entladungseinsatz nicht mehr verhindern kann. Die Hilfsentladungsstrecken 21 werden in bekannter Weise gesteuert und ergeben so in Zusammenarbeit mit den vom Gittertransformator 20 gelieferten, entsprechend in der Phase verschobenen Wechselspannungen und der Gleichspannung der Batterie 23 eine resultierende Steuerspannung, welche die Hauptentladungsstrecken in der gewünschten Weise zu beeinflussen gestattet. Zur Überwachung des ordnungsmäßigen Arbeitens der Steuereinrichtung und damit der Hauptentladungsstrecken wird in denjenigen Teil des Steuerstromkreises, welcher von den Gitterwechselströmen sämtlicher Phasen gemeinsam durchflossen wird, eine Überwachungseinrichtung 7

eingebaut. Im Ausführungsbeispiel sind beispielsweise drei auf die Frequenzen 50, 100 bzw. 150 Hertz abgestimmte Stromresonanzkreise 8', 9', 8", 9" bzw. 8"', 9'" zwischen den Sternpunkt des Gittertransformators 20 und den Punkt A des Steuerkreises eingefügt, welcher andererseits mit der Gleichspannungsquelle 23 und den Kathodenwiderständen 24 verbunden ist. Die Induktivitäten 9 der Stromresonanzkreise sind gleichzeitig als Primärwicklungen von Stromwandlern ausgebildet, an deren Sekundärwicklungen die Relais 12', 12", 12'" über Gleichrichterzellen 13', 13", 13'" angeschlossen sind.

Statt für jeden Stromresonanzkreis ein gesondertes Relais vorzusehen, können auch gemäß der Abwandlung, wie sie in Abb. 4 dargestellt ist, die sämtlichen Sekundärwicklungen der Stromwandler 9', 9", 9"' untereinander und mit einer einzigen Gleichrichterzelle 13 bzw. einem einzigen Relais 12 in Reihe geschaltet werden.

Die Wirkungsweise der Überwachungseinrichtung ist die gleiche wie die der in Abb. 1 und 2 dargestelltenÄnordnungen. Fällt irgendeine der Entladungsstrecken 21 aus, d.h.bildet sich ein Dauerkurzschluß über eine der Hilfsentladungsstrecken oder findet in ihr keine Entladung mehr statt, so ändert sich die WeI-ligkeit der Gitterspannung bzw. des Gitterstromes in dem Kreis, der sich über die Schaltelemente 7, 23, 22, 21 und 20 schließt, und es spricht derjenige Resonanzkreis an, welcher auf die entsprechende Störfrequenz abgestimmt ist.

Auch bei Anordnungen gemäß Abb. 3 läßt sich zur weiteren Sicherung des Betriebes und zur Vermeidung von Fehlauslösungen ein Sperrkreis einbauen, welcher auf die der bei Normalbetrieb vorhandenen Welligkeit entsprechende Frequenz abgestimmt ist. Dieser Sperrkreis kann wie in den früheren Ausführungsbeispielen in Reihe zu den Resonanzkreisen zwischen den Sternpunkt des Gittertransformators 20 und den Punkt A geschaltet werden. Mit Rücksicht darauf, daß die Amplituden der Gitterströme bzw. der Gitterspannungen sich mit der Zahl der gerade jeweils im Betrieb befindlichen Gleichrichtergefäße 4 unter Umständen merklich ändern können, empfiehlt es sich jedoch, diesen Sperrkreis für die Normalfrequenz unmittelbar vor die Hilfsspannungsquelle23, d.h. zwischen die Punktet und B der Schaltung einzufügen. Die Beeinflussung der Spannungsamplituden durch die Zahl der eingeschalteten Gleichrichter ist in diesem Zweig geringer, so daß die Ansprechgrenze schärfer eingestellt werden kann.

Der Erfindungsgedanke kann je nach der Art der zu schützenden Anlage in der verschiedensten Weise angewendet und ausgebildet werden. So ist es z. B. möglich, bei vielphasigen Anordnungen, in denen Saugspulensysteme verwendet werden, eineüberwachungseinrichtung der genannten Art statt an einer gemeinsamen Kathodendrossel an jedem Saugspulensystem anzuordnen. Dadurch wird im praktischen Betrieb die Auffindung der Fehlerstelle bedeutend erleichtert.

Die Ausführungsbeispiele bezogen sich auf den Schutz von Gleichrichteranlagen. Es geht jedoch schon aus den Abbildungen hervor, daß eine derartige Überwachung sich auch ebenso bei Wechselrichterbetrieb derartiger Anlagen ausführen läßt, und darüber hinaus können bei geeigneter Anordnung von Sperrkreisen für die bei Normalbetrieb vorkommenden Frequenzen auch Umrichteranordnungen durch eine Anordnung gemäß der Erfindung überwacht bzw. geschützt werden.

Die Anzahl der benötigten Resonanzkreise richtet sich nach der Anzahl der möglichen Störfrequenzen, d. h. aber nach der Phasenzahl der zu schützenden Umformungseinrichtungen. Bei vielphasigen Anordnungen lassen sich die Kosten der Überwachungseinrichtung in der bereits oben angedeuteten Art schon dadurch niedrig halten, daß immer für zwei bis drei benachbarte Störfrequenzen ein gemeinsamer Resonanzkreis mit entsprechend großer Dämpfung vorgesehen wird.

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Überwachung des Betriebszustandes von mit Entladungsstrecken arbeitenden Umformungseinrichtungen durch Kontrolle der gleichstromseitigen Welligkeit mittels Schwingungskreise, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schwingungskreise hinsichtlich ihrer Anzahl, Resonanzlage und/oder Dämpfung derart gewählt sind, daß sie beim Auftreten jeder möglichen durch den Ausfall oder das unregelmäßige Arbeiten einzelner Entladungsstrecken bedingten Störfrequenz Signal- oder Kontrolleinrichtungen zur Wirksamkeit bringen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, da- no durch gekennzeichnet, daß Schwingungskreise für jede beim Ausfall einzelner Entladungsstrecken auftretende Frequenz vorgesehen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein einziger Schwingungskreis vorgesehen ist, der eine derartige Dämpfung besitzt, daß er bei sämtlichen bei Ausfall einer oder mehrerer Entladungsstrecken auftretenden Frequen- iso zen mehr oder weniger stark in Resonanz kommt. ,

4· Anordnung nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwingungskreis nach Art einer Siebkette vorgesehen ist, dessen Durchlässigkeitsgrenze bei einer Frequenz unterhalb der der Welligkeit bei Normalbetrieb entsprechenden Frequenz liegt.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oderfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwingungskreise Spannungsresonanzkreise zur Anwendung gelangen, die in die Hauptstromkreise der Umformungseinrichtung eingefügt sind.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder •5 folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwingungskreise Stromresonanzkreise verwendet werden, die in die Steuerkreise der Umformungseinrichtung eingefügt sind.

7. Anordnung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsresonanzkreis bzw. mehrere parallel geschaltete Spannungsresonanzkreise zwischen dem Transformatorsternpunkt und der Kathode des Entladungsgefäßes angeordnet sind.

8. Anordnung nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsresonanzkreise parallel zur Kathoden- drossel angeordnet sind.

9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromresonanzkreis bzw. mehrere in Reihe geschaltete Stromresonanzkreise zwischen den Sternpunkt des Gittertransformators und die Kathode des Entladungsgefäßes eingefügt sind.

10. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in die Resonanzkreise unmittelbar oder transformatorisch Strom- oder Spannungsrelais eingeschaltet sind, welche beim An-

\ sprechen des Schwingungskreises selbsttätig Signale oder Schalthandlungen auslösen.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Schwingungskreis ein besonderes Stromoder Spannungsrelais vorgesehen ist.

12. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für sämtliche auf die verschiedenen Störfrequenzen abgestimmte Schwingungskreise ein gemeinsames Strom- oder Spannungsrelais vorgesehen ist.

13. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu den auf die Störfrequenzen abgestimmten Schwingungskreisen ein auf " die der Welligkeit des Normalbetriebes entsprechende Frequenz abgestimmter Sperrkreis angeordnet ist.

14. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Überwachungseinrichtung und den Stromkreisen der Umformungseinrichtung ein Isoliertransformator vorgesehen ist«

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Isoliertransformator mit" Anzapfungen versehen ist, welche eine Anpassung der Signaleinrichtung an jede beliebige Umformungseinrichtung gestattet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen