DE665071C - Einrichtung zur Kommutierung von gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken - Google Patents

Einrichtung zur Kommutierung von gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken

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DE665071C
DE665071C DEA76628D DEA0076628D DE665071C DE 665071 C DE665071 C DE 665071C DE A76628 D DEA76628 D DE A76628D DE A0076628 D DEA0076628 D DE A0076628D DE 665071 C DE665071 C DE 665071C
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DE
Germany
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commutation
resonant circuit
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current
auxiliary discharge
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Expired
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DEA76628D
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English (en)
Inventor
Josef Erlach
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AEG AG
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AEG AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0061Details of apparatus for conversion using discharge tubes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Kommutierung von gittergesteuerten Dampf- oder Gasentlädungsstrecken Die gebräuchlichen gesteuerten Entladungsstrecken mit Ventilwirkung haben bekanntlich die Eigenschaft, daß. man mittels der Gittersteuerung zwar die Entladung willkürlich zünden, al)er nicht willkürlich löschen kann. Infolgedessen kann der Übergang des Lichtbogens von einer Entladungsstrecke zur folgenden, d. i. die Kommutierung, nur dann stattfinden, wenn die Folgeanode gegenüber dem gemeinsamen Kathodenpunkt ein höheres positives Potential hat als die abzulösende Anode.
  • Will man die Kommutierung auch dann herbeiführen, wenn die Folgeanode weniger positiv ist als die abzulösende Anode; so muß man bei den heutigen Gefäßen durch eine zusätzliche äußere Schaltung -- im folgenden kurz Kommutierungseinrichtun` genannt -dafür sorgen, daß die Folgeanode im gewünschten Zeitpunkt zumindest kurzzeitig höher positiv ist als die abzulösende Anode.
  • Die bekanntgewordenen Kommutierungseinrichtungen arbeiten nun derart, daß man außer den Hauptentladungsstrecken noch Hilfsentladungsstrecken anordnet, denen Hilfsspannungen zugeordnet werden. Dabei wird zuerst von der abzulösenden Hauptentladungsstrccke auf die höher positive Hilfsentladungsstrecke kommutiert. Sobald diese Korninutierung beendet ist, fällt das Potential der betreffenden Hilfseiitladungsstreclle so stark ab, daß die im Arbeitszyklus folgende Hauptentla.dungsstrecke gegenüber der Hilfsentladungsstrecke positiv wird und nun die Kommutierung von dieser Hilfsentla@dungsstrecke auf die folgende Hauptentladungsstrecke durchgeführt werden kann. Die bisher verwendeten Anordnungen gestatten es nicht, bei einer Umformung von Gleich- in Wechselstrom beliebiger Energierichtung einen ununterbrochenen Wechselstrom fließen zu lassen, da die Kominutierungse@inrichtung nicht in der Lage ist, während des Kommutierungsv organfies die Stromlieferung der abzulösenden Phasen zu übernehmen, sondern eine Stromlieferung: für die an der Kommutieruüg nicht beteiligten Phasen vornimmt.
  • Die erzwungene Kommutierung hat nun ganz besondere Bedeutung für Wechsel- und Umrichter. Die bekanntgewordenen Anordnungen haben, abgesehen von dem bereits weiter oben geschilderten Nachteil, auch stets noch eine große Typenleistung der Kommutierungseinrichtung besessen. Meist ist die Typenleistung eines derartigen Kommutier rungskondensators größer als die vom Stromrichter abgegebene Scheinleistung. Die vorliegende Erfindung beschreibt nunmehr eine Kommutierungseinrichtung, die sowohl in der Lage ist, die Kominutierung bei jedem von t abweichenden Leistungsfaktor als auch mit einer recht kleinen Typenleistung sicherzustellen. Der Erfindungsgedanke verwendet einen aus einem Kondensator und einer Drossel gebildeten Schwingkreis als Kommutierungsenrichtung, die während der Koin-' mutierung die Stromlieferung der abzulösenden Phasen übernimmt. Erfindungsgemäß wird dieser Schwingkreis über eigene Hilfsentladungsstrecken unmittelbar oder transformatorisch erst im Augenblick der Kommutierung zugeschaltet bzw. wirksam gemacht. Diese Anordnung besitzt gegenüber den bekannten Anordnungen recht wesentliche Vorteile. Während der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kommutierungen ist der Schwingkreis außer Tätigkeit; abgesehen .davon, daß dadurch der Schwingkreis in seiner Bemessung kleiner werden kann, werden unnötige Kömmutierungsströme bzw. -spannurigen von den Hauptstromwegen, das sind der Haupttransformator und die Hauptentladungsstrecken, ferngehalten, und somit die Typenleistungen der in den Hauptstromwegen enthaltenen Schaltelein ente durch die Kommutierungseinrichtung nur unwesentlich vergrößert.
  • Ein weiterer Erfindungsgedanke gestattet es nunmehr, die Typenleistung der Kommatierungseinrichtung weiterhin dadurch herabzusetzen, daß eine einzige Kommutierüngseinrichtung durch geeignete periodische Umschaltung der Reihe nach die Kommutierung an den einzelnen Phasen bzw. Teilstromrichtern bewirkt. Es besteht ferner aber auch die Möglichkeit, sowohl bei der Zuordnung einer Konrmutierungseinrichtüng für jede Phase bzw. jeden Teilstromrichter als auch bei derZuordnüng nur einerKommutierungseinrichtung für alle Phasenströme oder Tei1-stromrichter die Eigenfrequenz des Kömmutierungsschwingkreisesheraufzusetzen. Durch diese Maßnahme kann man die Typenleistung weiterhin verkleinern.
  • Der Erfindungsgedanke werde an Hand der dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Abb. i zeigt zunächst einen einphasigen Wechselrichter bekannter Bauart. Das Gleichstromnetz i speist den Wechselrichtertransformator 2 über die gesteuerten Wirklastgefäße 3 und d. und die angesteuerten Blindlastgefäße 5 und 6. An den Transformator 2 ist sekundär das zu speisende Wechselstromnetz 7 angeschlossen. Die vom Wechselrichter erzeugte Wechselspannung, d. i: die Spannung an den Netzklemmen 7, ist in Abb. ä als Kurve 8 dargestellt. Sie ist, eine Rechteckspannung von der Höhe U. Der Übergang von -[- U auf - U, d. i. zugleich der Übergang von der linken Röhrengruppe 3, 5 auf die rechte Röhrengruppe ¢, 6, mit anderen Worten, die Kommutierung, wird durch den zur Last 7 parallel geschalteten Schwingkreis mit dem Kondensator 9 und der Drossel io bewirkt. Dieser Schwingkreis liegt zu den Hauptstromwegen parallel, d. h. es handelt sich um eine Stromkommutierung.
  • @Abb.2 zeigt ferner den Verlauf der übrigen Größen: Kurve i i stellt den Laststrom, Kurve 12 den Strom des Schwingkreises 9, io und Kurve 13 den resultierenden Strom, bestehend aus Last- und Schwingkreisstrom, dar; der in der Sekundärwicklung des Transformators 2 fließt.
  • Die Erfindung besteht nun darin, an Stelle dieses urigesteuerten Schwingkreises 9, io einen gesteuerten Schwingkreis 14,15 zu verwenden, wie er in Abb. 3 angegeben ist. In Abb. 3 haben die entsprechenden Schaltangsteile dieselben Ziffern wie in Abu. i. Neu hinzugekommen sind die beiden gesteuerten Entladungsstrecken 16 und 17, mittels deren der Schwingkreis zu- oder abgeschaltet werden kann.
  • Abu. q. zeigt die Strom- und Spannungskurven, die bei der Anordnung der Abb.3 auftreten. Die vom Wechselrichter erzeugte Wechselspannung 8 sowie der Laststrom i i sind unverändert. Dagegen besteht der Schwingkreisstrom 18 nicht mehr aus zwei regulären: Halbwellen, sondern nur noch aus zwei unzusammenhängenden Stromstößen, deren zeitliche Lage durch die Steuerung der Entladungsstrecken 16,17 beliebig verschoben werden kann.
  • Die Steuerung geht folgendermaßen vor sich: Die Gitter der Entladungsstrecken 3, .I werden im Takt der Wechselspannung geöffnet und geschlossen, d. h. während der positiven Halbwelle der Wechselspannung 8 ist z. B. Entladungsstrecke 3 freigegeben und Entladungsstrecke 4 gesperrt. Während der negativen Halbwelle ist .I offen und 3 gesperrt. Mit Bezug auf Abu. d. wird somit zur Zeit T3 das Rohr d. freigegeben In der Zeit T@-Ti sind die Entladungsstrecken 16 und 17 gesperrt, d. h. der Schwingkreis 1d., 15 ist abgeschaltet. Zur Zeit T". wird mittels des- Gitters die Entladungsstrecke 16 geöffnet. Dadurch kommt- der positive Stoß des Schwingkreisstromes i8 zustande. Da zur Zeit T4 der Schwingkreisstroni 18 seine Richtung wechseln will, die Entladungsstrecke 17 jedoch gesperrt ist, setzt der Schwingkreisstrom aus, so lange, bis zur Zeit T,, das Rohr 17 geöffnet wird.
  • Die Größe der Schwingkreisstrornstöße hängt ab von der Voreilung T3-T@, d. h. wieviel früher das Offnen des Kommutierüngsgefäßes 16 bzw. 17 vor dein Öffnen des Wirkgefäßes 3 bzw. d. erfolgt. Abb. 5 zeigt, wie die Form der Kommutierungsstromstöße i8 gei verschiedener Voröffnung der Entladungsstrecken 16 bzw. 17 vor den Hauptentladungsstrecken sich ändert. Der Beginn der KommutierungsstromstÖße ist mit T2 , T." und T2"' bezeichnet. T3 bezeichnet den Arbeitsbeginn des Rohres 4. Variiert man somit durch Gittersteuerung .:der Voreilzeiten T3-T2 bzw. T6-T5 (Abb. ¢), so kann man damit die Größe der Kommutierungsstromstöße regeln.
  • Die durch die Kurve 18 dargestellten Kommutierungsstromstöße (Abb. 4.) müssen in jedem Falle größer sein als der Augenblickswert des Laststroms zur Zeit der Kommutierung. Da der Kommutierungsstrom bei plötzlichen Änderungen der Voreilzeiten T3-T2 bzw. T6-T5 sich nicht plötzlich, sondern allmählich auf die in Abb.5 angegebenen stationären Werte einschaukelt, empfiehlt es sich, den Kommutierungsstrom immer genügend; größer als den jeweiligen Laststrom zu machen, damit nicht bei plötzlicher Lastzunahme die Kommutierung vereitelt wird.
  • In den Zeiten T.-T,., T5-T4 usw. (Abb. q.) ist der Schwingkreis abgeschaltet. Wie schon oben erwähnt, kann man bei mehrphasigen Wechselrichtern diesen abgeschalteten Schwingkreis in der Zwischenzeit für die Kommutierung in den anderen Phasen verwenden. Abb.6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines derartigen dreiphasigen Wechselrichters. Der dreiphasige Wechselrichter ist aus drei einphasigen Wechseltrichtern nach Abb. 3 zusammengesetzt. Die den Entladungsstrecken von Abb. 3, entsprechenden Anoden der Phase R haben dieselben Ziffern, wie in Abb. 3; z. B. entspricht Anode 3 in Abb. 6 der zur Lieferung von Wirkleistung dienenden Entladungsstrecke 3 in Abb. 3 usw. Die Anoden der Phase S sind mit 3', q.` usw., die Anoden der Phase T mit 3", q." usw., der Transformator mit 2o bezeichnet.
  • Gegenüber der einphasigen Anordnung ist neu hinzugekommen, der Verteilertransformator 19, der über die Anoden 16, i6', 16" und 17, i7', 17" den Schwingkreisstrom den einzelnen Phasen zuführt. Die erzeugten Phasenspannungen sind, wie beim Einphasenweehselrichter, Rechteckspannungen (Kurve 8, Abb. q.). Die verkettete Drehstromspannung, die infolge der Sternschaltung der Sekundärwicklung des Drehstromtransformators 20 entsteht, ist dementsprechend die Differenz von zwei Rechteckspannungen, wie sie in Abb.7 mit uR-us angegeben ist, wo uR bzw. us jeweils die in einer Phase der Transformatorprimärwicklung erzeugte Spannung ist.
  • Durch Hintereinanderschalten derartiger phasenverschobener Rechteckspannungen gelingt es, als resultierende Wechselspannung Treppenkurven zu erhalten, die sich weitgehend der Sinusform nähern.
  • Die gesteuerte Stromkommutierung, die soeben beschrieben wurde, läßt sich sehr gut auch auf den Umrichter anwenden. Abb. 8 zeigt die Schaltung eines derartigen Drehstromeinphasenumrichters und Abb. 9 die vom Umrichter gelieferte Einphasenspannung.
  • In Abb. 8 ist 2o das speisende Drehstromnetz, welches über das Gefäß 21 mit den sechs Hauptanoden 22 bis 27 ein beispielsweise niederfrequentes Einphasennetz 30 speist. Im Umrichtergefäß sind außerdem noch zwei Kommutierungsanoden 28 und 29 angeordnet, durch welche der Kommutierungsschwingkreis 1q., 15 transformatorisch auf die beiden Phasen der Einphasensekundärseite umgeschaltet wird. In Abb. 9 ist die erzeugte Einphasenspannung dargestellt. Wie ein Vergleich mit Kurve 8 der Abb. q. zeigt, erhalten wir für den Schwingkreis praktisch dieselben Verhältnisse wie beim einphasigen Wechselrichter (Abb. 3), nur daß jetzt die Rechteckspannung eine durch die Gleichrichtung des Drehstromes bedingte Welligkeit aufweist.
  • Die Abb. 9 zeigt ferner noch den. Zusatzstrom des Kommutierungsschwingkreises i4., 15. Die einzelnen Stromstöße in positiver bzw. negativer Richtung sind mit 28 bzw. 29 bezeichnet, entsprechend den Anoden 28 und 29 der Abb.8, über die die entsprechenden Stromstöße fließen. Strom und Spannung auf der Einphasenseite sowie der Strom des Kommutierungsschwingkreises stimmen weitgehend mit dem Verlauf der Kurven der Abb. q. für den Wechselrichter überein.
  • Will man die Welligkeit der erzeugten Einphasenspannung glätten, so kann man mehrere Umrichter nach Abb.8 hintereinanderschalten, wobei die einzelnen Umrichterspannungen gegeneinander so phasenverschoben sind, daß sich die einzelnen Oberwellen gegenseitig aufheben.
  • Abb. io zeigt als Ausführungsbeispiel die Schaltung von drei vom Netz 20 gepeisten, ausgangseitig hintereinandergeschalteten Umrichtern mit den Spannungen U1, U2, US, die genau wie der dreiphasige Wechselrichter, nur einen einzigen gemeinsamen Kommutierungsschwingkreis benötigen.
  • Abb. i i zeigt, wie durch die Hintereinanderschaltung der Einphasenspannungskurven U1, U2 und U3 die Gesamtspannung U1 + U2 U3 verbessert wird.
  • Die angeführten Beispiele sollen die vielseitiges Anwendung der Kommutierungseinrichtung bei Umrichter wie Wechselrichterschaltungen zeigen. In allen Fällen, wo eine Zwangskommutierung erforderlich ist, läßt sich der gesteuerte Schwingkreis verwenden. Insbesondere möge hervorgehoben werden, daß man von einer Spannung führenden Anode auf eine Nullanode kommutieren kann; wie dies das Ausführungsbeispiel der Abb. r2 für den einphasigen Umrichter zeigt; die Schaltung stimmt bis auf die Nullanoden 31 und 32 mit der Schaltung der Abb. 8 überein. Die erzeugte Spannung (Abb. 13) enthält außer der positiven und der negativen gleichgerichteten Spannung Zwischenstücke, das sind die Zeiten, während deren die Nullanoden 31 und 32 brennen. Durch das Einfügen der Nullanoden ist die erzeugte Spannung des einphasigen Umrichters der Sinusform mehr angenähert.
  • Die in Abb. 1q. dargestellte Anordnung zeigt einen einphasigen Wechselrichter mit abgestuften Transformatorspannungen, bei denen ebenfalls der abschaltbare Schwingungskreis als Kommutierungseinrichtung dient. Die Schaltung entspricht im übrigen dem einphasigen Wechselrichter nach Abb.3. Die erzeugte Wechselspannung, die sich der Sinusform recht gut anschmiegt, ist in Abb. 15 dargestellt.
  • In allen Fällen handelt es sich um eine Schaltung mit Stromkommutierung, bei der somit die Kommutierungseinrichtung parallel 'I zum Hauptkreis liegt. Allen Fällen läßt sich eine Spannungskommutierung zuordnen, bei der die Kommutierungseinrichtung in Reihe mit dem Hauptstromkreis liegt. Steuert man dabei den Schwingkreis gemäß der Erfindung, so ergibt sich immer der Vorteil, einen einzigen Schwingkreis höherer Frequenz der Reihe nach für die Kommutierung mehrerer aufeinanderfolgenden Phasen verwenden zu können.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: z. Einrichtung zur Kommutierung von gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungstrecken unter Verwendung eines aus Kondensator und Drossel gebildeten Schwingkreises, der während der Kommutierung die Stromlieferung der abzulösenden Phasen übernimmt, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Schwingkreis über eigene Hilfsentladungsstrecken immittelbar oder transformatorisch erst im Augenblick der Kommutierung zugeschaltet bzw. wirksam gemacht wird. Einrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis für eine Eigenfrequenz gleich einem Vielfachen der Kornmutierungsfrequenz bemessen ist. 3. Einrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, däß der im Schwingkreis befindliche Kondensator so bemessen ist, daß der außer der Übernahme der Stromlieferung an die Last auch noch, zwecks Löschung der abzulösenden Phase, ins Gleichstromnetz zurückarbeiten kann. q.. Einrichtung nach Anspruch f bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündeinsatzpunkt der den Schwingkreis steuernden Hilfsentladüngsstrecke in Abhängigkeit von der Belastung im voreilenden Sinne gegenüber der Spannungskommutierung verlegt wird. 5: Einrichtung nach Anspruch z und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Schalten des Schwingkreises dienenden Hilfsentladungsstrecken in den mehranodigen Hauptentladungsgefäßen untergebracht sind. 6. Einrichtung nach Anspruch r zur Kommutierung von mehrphasigen Stromrichtern, die mit gittergesteuerten Dampf-oder Gasentladungsstrecken arbeiten; dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Kommutierungsvorrichtung durch geeignete periodische Umschaltung der Reihe nach die Kommutierung in den einzelnen Phasen bzw. Teilstromrichtern bewirkt: 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungseinrichtung unmittelbar oder transformatorisch durch besondere gesteuerte Hilfsentladungsstrecken mit Dampf- oder Gasfüllung während der Kommutierungslauer mit den Hauptstromkreisen verbunden wird. B. Einrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gittersteuerung der Hilfsentladungsstrecken in Abhängigkeit von der Belastung so durchgeführt wird, daß stets die Höhe des Kommutierungsstromes bzw. der Kommutierungsspannung den wechselnden Lastverhältnissen angepaßt ist: g. Einrichtung nach Anspruch 6 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die die Umschaltung der Kommutierungseinrichtung bewirkenden Hilfsentladüngsstrecken in den mehranodigen Hauptentlädungsgefäßen untergebracht sind.
DEA76628D 1935-07-25 1935-07-25 Einrichtung zur Kommutierung von gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken Expired DE665071C (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3089076A (en) * 1958-09-08 1963-05-07 Basler Electric Co Converters
US3273046A (en) * 1961-05-08 1966-09-13 Gen Electric Inverter circuits with independent commutation circuits
DE2134598A1 (de) * 1971-07-07 1973-03-22 Licentia Gmbh Verfahren zur steuerung eines stromrichters mit steuerbaren stromrichterventilen und ihnen zugeordneten loescheinrichtungen

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