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Anordnung zum wechselseitigen Leistungsaustausch zwischen einem Wechselstrom-und
einem Gleichstromnetz Es ist bekannt, daß zum Energieaustausch zwischen einem`Wechselstromnetz
und einem Gleichstromnetz bzw. einem oder mehreren GleichstromverbrauchernUmformeranordnungen
verwendet werden können, die mit steuerbaren Stromrichtern, beispielsweise gittergesteuerten
Quecksilberdampfentladungsstrecken, arbeiten und die aus zwei Gruppen von Entladungsstrecken
bestehen, von denen die eine Gruppe jeweils als Gleichrichter, die andere dagegen
als Wechselrichter betrieben wird. Umformeranordnungen dieser Art werden vielfach
als Kreuzschaltung bezeichnet. Die Entladungsstrecken der beiden Gruppen der Stromrichteranordnung
müßten nun so geeeuert werden, daß, die Spannung der als Gleichrichter arbeitenden
Gruppe stets kleiner ist als die Spannung der als Wechselrichter ausgesteuerten
Entladungsstrecken, damit kein Kreis- oder Ausgleichstrom zwischen den beiden Gruppen
von Entladungsstrecken entstehen kann. Da die als Wechselrichter arbeitenden Entladungsstrecken
aus bekannten Gründen, insbesondere mit Rücksicht auf die Kommutierungssicherheit,
nicht voll ausgesteuert werden können, müssen auch die Gleichrichterentladungsstrecken
bei höchster Spannung der Umformeranordnung mit Teilaussteuerung betrieben werden.
Es läßt sich indessen nicht erreichen, daß die Spannung des Gleichrichters in jedem
Augenblick kleiner ist als die des Wechselrichters.
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In Fig. z sind die Spannungsverhältnisse einer Stromrichteranordnung
in Kreuzschal- -tung in der üblichen Weise im Diagramm dargestellt. Die Spannungskurven
oberhalb der Nullinie gelten für die Gleichrichtergruppe, die Kurven unterhalb der
Nullinie für die Wechselrichtergruppe. Durch die schraffierten Flächen ist angedeutet,
wann und in welcher Größe Spannungen auftreten, die Kreisströme zwischen den beiden
Gruppen von Entladungsstrecken fließen lassen.
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In Fig.2 sind diese Spannungen für sich herausgezeichnet. Solche Spannungen
sind immer dann wirksam, wenn der Augenblickswert der von den Gleichrichterentladungsstrecken
abgegebenen Spannung größer ist als der Augenblickswert der Wechselrichterspannung.
Die durch die Differenzspannungen hervorgerufenen . Kreisströme müssen durch entsprechend
bemessene Drosselspulen oder auch durch entsprechend verschlechterte Aussteuerung
auf ein für den Betrieb des Stromrichters zulässiges Maß begrenzt werden.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zum wechselseitigen Leistungsaustausch
zwischen einem Wechselstrom- und einem Gleichstromnetz mittels zweier- in Kreuzschaltüng
angeordneter
Gruppen von gesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken, von denen stets die eine.
als Gleichrichter; die andere als Wechselrichter ausgesteuert ist, bei welcher die
Größe der Differenzspannungen und damit auch die Größe der Kreisströme gegenüber
den bekannten Umformeranordnungen wesentlich herabgesetzt wird. Gemäß der Erfindung
wird die Anordnung so getroffen, daß die Anodenspannungen der beiden Gruppen von
Entladungsstrecken in der Phase gegeneinander verschoben sind. Die beiden Entladungsstreckengruppen
der Kreuzschaltung werden also bei dem Erfindungsgegenstand nicht mehr entsprechend
dem Diagramm der Fig. i mit gleichphasigen Spannungen betrieben, sondern die Spannungskurven
sind um ein bestimmtes Maß gegeneinander versetzt, wobei diese Phasenversetzung
so gewählt ist, daß möglichst kleine Differenzspannungen und damit möglichst kleine
Kreisströme entstehen.
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An sich sind schon Anordnungen von Entladungsstrecken bekanntgeworden,
bei denen ihrer gleichrichtenden Wirkung nach in Reihe geschaltete Entladungsstrecken
mit Anodenspannungen verschiedener Phasenlage betrieben werden. Das ist nämlich
bei gewissen Stromrichteranordnungen, bei denen die Entladungsstrecken in Graetzscher
Schaltung liegen, sowie auch in bestimmten Gleich- und Wechselrichtern der Fall,
bei denen die gesaiute Gleichspannung auf mehrere hintereinandergescbaltete, aber
an verschiedene Wechselspannungen angeschlossene Entladungsstrecken aufgeteilt ist.
Diese bekannten Anordnungen stellen jedoch keineKreuzschaltungen dar; und es fehlt
bei ihnen vor allen Dingen die Möglichkeit des Auftretens von Kreisströmen, um deren
Herabsetzung es sich bei der Erfindung handelt.
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In Fig. 3 ist das der Fig. i entsprechende Diagramm für den Fall gezeichnet,
daß die Spannungen der beiden Gruppen von Entladungsstrecken um 30° in der Phase
verschoben sind. Auch in diesem Diagramm sind ebenso wie in dem Diagramm der Fig.
i die Differenzspannungen durch schraffierte Flächen kenntlich gemacht, und in Fig.
4 sind diese Spannungen für sich herausgezeichnet. Der Vergleich zwischen den Diagrammen
der Fig.2 und 4 zeigt ohne weiteres, daß die Differenzspannungen bzw. die Kreisströme
durch die Erfindung erheblich herabgesetzt werden.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht .darin, daß sie es ermöglicht,
die Kreisströme, die bei gleichphasiger Speisung beider Entladungsstreckengruppen
bei kleinster Aussteuerung am größten sind; durch eine entsprechende gegenseitige
Verschiebung der Anodenspannungssysteme gerade bei Leerlauf am kleinsten zu machen.
Das ist außerordentlich wichtig bei Anlagen, bei denen, wie beispielsweise bei Förderanlagen,
mit längeren Leerlauf- bzw. Stillstandsperioden gerechnet werden muß.
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In Fig. 5 ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine .Schaltung
dargestellt, bei der zwei sechsphasige Entladungsgefäße i und 2 an die beiden Sekundärwicklungen
3 und 4 eines Transformators angeschlossen sind; dessen Primärwicklung 5 in Dreieckschaltung
an ein Drehstromnetz angeschlossen ist. Die Kathoden der beiden Entladungsgefäße
sind in bekannter Weise mit den Nullpunkten der beiden Sekundärwicklungen 3 und
4 des Transformators verbunden, und zwischen den beiden Kathoden liegt ein Gleichstrommotor
6, der über die Umformeränordnung mit regelbarer Drehzahl undDrehrichtung betrieben
werden soll und der jeweils über den Wechselrichter Energie an das Drehstromnetz
zurückliefern kann.
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Wie aus 'dem Schaltungsschema ersichtlich, sind die beiden Sekundärwicklungen
3 und 4 des Transformators in Zickzack geschaltet; derart, daß die resultierenden
Phasenspannungen um 30° gegeneinander versetzt sind. Für die Umformeranordnung der
Fig.5 gelten somit die Diagramme der Fig. 3 und 4.
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Die den beiden Gruppen von Entladungsstrecken zugeführten Wechselspannungen
können auch noch durch andere an sich bekannte Mittel gegeneinander in .der Phase
verschoben werden. Man kann beispielsweise für jedes der beiden Gefäße einen besonderen
Transformator verwenden und die Primärwicklung des einen Transformators in Stern,
die des anderen dagegen in Dreieck schalten.
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Es wurde bereits erwähnt, daß die Erfindung eine starke Verringerung
der Kreisströme ermöglicht, und daß dadurch die Kathodendrosselspulen gegenüber
bisher bekannten Umformeranordnungen wesentlich verkleinert werden. Ein weiterer
Vorzug `der Erfindung besteht darin, daß der sogenannte Respektabstand oder Steuerabstand
der beiden Gefäßgruppen verkleinert werden kann. Das hat zur Folge, däß bei höchster
Gleichrichterspannung mit einer Aussteuerung gearbeitet werden kann, die einer größeren
mittleren Gleichspannung entspricht. Die Entladungsgefäße werden dadurch besser
ausgenutzt; und außerdem erhält man einen besseren Leistungsfaktor der Anlage.
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Die Erfindung kann nicht nur bei Strömrichteränordnungen verwendet
werden, die zu einem wechselseitigen Leistungsaustausch zwischen einem Wechsel-
und einem Gleichstromnetz dienen, sondern überall da; wo durch die Kreuzschaltung
zweier Entladungsstreckengruppen
die Möglichkeit des Auftretens
von Kreisströmen gegeben ist. Ein Beispiel hierfür ist der Umrichter, bei dem mit
Entladungsstrecken in Kreuzschaltung Wechselstrom gegebenerFrequenz inWechselstrom
einer anderen, insbesondere kleineren Frequenz umgeformt wird.