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Anordnung zum Betrieb von insbesondere einphasigen Stromrichtern Es
ist bekanntgeworden, bei Stromrichteranordnungen, die mit gesteuerten Entladungsstrecken
arbeiten, für Wirk- und Blindströme getrennte Gruppen von Entladungsstrecken vorzusehen.
Dabei dienen die Blindleistungsentladungsstrecken dazu, den induktiven oder kapazitiven
Strom zu führen. Es sind nun des weiteren bei Stromrichteranordnungen sogenannte
Sternpunktsentladungsstrecken verwendet worden. Bei diesen Anordnungen erhält man
auf der Seite der niedrigeren Frequenz bei Umrichtern einen lückenlosen Strom, während
auf der Seite der höheren Frequenz ein lückenhafter Strom entsteht. Auch sind Schaltungen
bei Stromrichtern bekanntgeworden, die eine Verbesserung des Leistungsfaktors dadurch
erzielen, daß Sternpunktsentladungsstrecken zur -Übernahme der Blind= last eingeschaltet
werden. Diese bekannten Anordnungen arbeiten fast ausschließlich mit Drosseln im
Gleichstromkreis, die dazu dienen sollen, den erhaltenen oder bezogenen Gleichstrom
zu glätten, ihn also möglichst lückenlos zu gestalten. Wird nun auf der Wechselstromseite
eine Drossel eingeschaltet, so erhält man in der Drossel Differenzspannungen, die
sich aus der rechteckförmigen Gegen-EMK der Stromrichteranordnung und der sinüsförmigen
Netzspannung zusammensetzen.
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Die vorliegende Erfindung erstrebt nun auf der Wechselstromseite von
Gleich- und Wechselrichtern bzw. auf der Seite der höheren Frequenz bei Umrichtern
einen lückenlosen Strom und gleichzeitig eine Annäherung der Kurvenform an die Sinuslinie,
wobei die Differenzspannung an einer gegebenenfalls vorhandenen Wechselstromdrossel
entsprechend kleiner gehalten werden kann. Erfindungsgemäß werden periodisch die
Wicklungen des '\Vechselstromtransformators über Hilfsentladungsstrecken mit im
wesentlichen lichtbogenförmiger Entladung kurzgeschlossen. Falls eine Gleichstromdrossel
vorgesehen ist, so wird auch diese gleichzeitig mit den Wicklungen des Transformators
kurzgeschlossen.
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Der Erfindungsgedanke soll an Hand der nachfolgenden Beispiele, die
sich auf einen netzgeführten Wechselrichter beziehen, näher erläutert werden. Der
Erfindungsgedanke ist selbstverständlich ebenso für die anderen Stromrichter (Gleichrichter,
Umrichter) gültig. Der Vorteil der Erfindung tritt ganz besonders bei einphasigen
Schaltungen in Erscheinung, da dort die Abweichungen zwischen Gegen-EMK und siiiusförmiger
Spannung des Netzes am größten sind.
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Abb. r stellt die vom Wechselrichter zii erzeugende Spannung dar,
die zwecks guter Annäherung an die Sinusform durch Aufbau von rechteckförmigen Spannungen
mit dazwischenliegenden Nullstücken erhalten wird. Abb.2 zeigt einen mechanischen
Wechselrichten,
der aus dem Gleichstromnetz i über den umlaufenden
Kollektor 2 und den Wechselstromtransformator 3 das Wechselstromnetz 4 mit der Wechselstromdrossel
D speist. Bei der Drehung des Kollektors werden durch das leitende Stück 5 der Reihe
nach je zwei der Bürsten 6, 7 und S miteinander verbunden. In der gezeichneten Stellung
ist z. B. die Bürste 6 mit der Bürste 7 verbunden; im Wechselstromtransformator
3 entsteht dann die positive Halbwelle der Abb. i. Dreht sich der Kollektor in Pfeilrichtung
weiter, so wird der Wechselstromtransformator 3 über 7 und 8 kurzgeschlossen, es
entsteht das Nullstück der Abb. i. In Abb. 3 sind die durch den Kollektor und die
Bürsten 6 bis 8 gebildeten Schalter durch die Entladungsstrecken 9, io und ii ersetzt.
Diese Entladungsstrecken sind in beiden Richtungen stromdurchlässig und besitzen
eine Steuerung, die willkürlich (las Einleiten und Löschen der Entladung ermöglicht.
In dieser Schaltung (Abb. 3) erhält man ebenfalls eine Spannungskurve gemäß Abb.
i ; gegenüber Abb. 2 bietet die Schaltung jedoch noch den Vorteil, daß man durch
entsprechende Steuerung der Entladungsstrecken 9 bis ii die Breite der Nullstücke
beliebig verändern und damit die Höhe der erzeugten Wechselspannung regeln kann.
An Stelle der Entladungsstrecken 9 bis ii können natürlich je zwei gegensinnig parallel
geschaltete Entladungsstrecken mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung Verwendung
finden. Die Steuerung dieser Entladungsstrecken muß dann so erfolgen, (laß stets
gleichzeitig die gegensinnig geschalteten Entladungsstrecken freigegeben bzw. gesperrt
werden. Ist die Steuerung der Entladungsstrecken 9 bis ii nicht in der Lage, die
Entladung zum Erlöschen zu bringen, so muß eine zusätzliche Kommutierungseinrichtung
verwendet «erden. Besteht diese Kommutieningseinrichtung aus einer Drossel und einem
Kon-(lensator, so ist es zweckmäßig, eine Schaltung gemäß Abb. 4 7n wählen. Bei
dieser Schaltung entsprechen die gegensinnig parallel geschalteten Entladungsstrecken
9" 9b, io, iob, und die Entladungsstrecken iiR, iib den Entladungsstrecken
9 bis ii der Abb. 3.. 13 ist der die periodische Löschung bewirkende Kondensator.
Die Entladungsstrecken ii" -und iib sind in der Wirkung gegensinnig parallel geschaltet,
da sie an den Außenklemmen des Transfor-' mators liegen. Abweichend von den
Anordnungen der vorhergehenden Abbildungen schließen die Entladungsstrecken ii"
und 14 nicht nur den Transformator, sondern auch noch die Drossel 12 kurz. Die Durchlaßrichtung
von ii" und ii,, ist derart, daß ein Kurzschluß des Gleichstromnetzes i, z. B. über
ioa und lob, vermieden wird. Die übrigen Bezugzeichen (ler Abb. 3 und 4 entsprechen
denen der Abb. 2. In Abb.5 sind die zur Abb.4 gehörenden Spannungs- und Stromkurven
gezeigt. Die Kurve U stellt die an den Klemmen des Netzes 4 auftretende Wechselspannung
dar, deren Anstieg und Abfall wegen der im Stromkreis vorhandenen Scheinwiderstände
nicht vollständig senkrecht ist. Der im Netz 4 fließende Strom J ändert je nach
der Belastung seine Größe und Phasenlage. U, stellt die Spannung an den Entladungsstrecken
9" und 9b dar, Ulo diejenige an den Entladungsstrecken io" undiob. Setzt man für
den einfachsten Fall Ohmsche Belastung voraus, so kann, wie das auch die Gittersteuerungskurve
Ute" zeigt (es sei ange-,nommen, daß die Entladungsstrecke bei einer Gitterspannung
von o Volt leitend wird), die Entladungsstrecke 9" im Zeitpunkt t zünden. Während
der Zeit t1 bis t.= besitzt die Spannung über der Entladungsstrecke, da der Spannungsabfall
in der Entladungsstrecke vernachlässigbar klein ist, den Wert Null. Es entsteht
infolge des Stromflusses über die Entladungsstrecke auf der Wechselstromseite die
positive Halbwelle der rechteckförmigen Spannung U. Im Zeitpunkt t2 wird die Nullpunktsentladungsstrecke
iid durch die Gitterspannung U@" freigegeben, und diese brennt in der Zeit von t.
bis t3. Gleichzeitig wird das Potential an der Entladungsstrecke 92 zwangsweise
und plötzlich negativ. Die mit t, bezeichnete Zeit stellt die der Entladungsstrecke
zur Löschung ihrer Entladung zur Verfügung stehende Zeit dar. Zur Zeit t3 wird die
Entladungsstrecke io" durch die Gitterspannung U#,;" leitend, übernimmt die Stromführung
bis zur Zeit t, und damit die Bildung der negativen Halbwelle der erzeugten Wechselspannung.
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Die Anordnung der Nullpunktsentladungsstrecken gemäß der Erfindung
läßt sich auch auf mehrphasige Wechselrichter anwenden, die z. B. eine gemeinsame
Kommutierungseinrichtung haben können. Abb. 6 zeigt einen zweiphasigen Wechselrichter
mit einem gemeinsamen Kommutierungskondensator 13 und einer gemeinsamen Wechselstromdrossel
mit den Wicklungen 12 und 12'. Die Entladungsstrecken des ersten Wechselrichters
sind mit denselben Ziffern 9" bis iib bezeichnet wie in Abb. 4. Die entsprechenden
Entladungsstrecken des zweiten Wechselrichters sind mit g" bis iiti bezeichnet.
Die Anordnung ist so getroffen, daß alle Nullpunktsentladungsstrecken ii" bis 11b
in einem einzigen Gefäß 14 zusammengefaßt sind. Abb.7 zeigt die Spannungsleurven
des M'echselrichters gemäß Abb.6. Diese beiden Spannungskurven 15 und 15' der beiden
Wechselrichter werden in den Sekundärwicklungen 16 und 16' (Abb. 6) hintereinandergeschaltet,
'so daß im Wechselstromnetz 4 die resultierende Spannung 17 (Abb. 7) entsteht. Am
Kondensator 13 liegt die Differenz-
Spannung 13. Es ist selbstverständlich,
daß man die gleiche Differenzspannung 13 auch dann erhält, wenn man den Kondensator
13 statt an die Wicklung ig an zwei Wicklungen legt, die auf den beiden oberen Schenkeln
des Transformators angeordnet und entgegengesetzt miteinander verbunden sind.
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Die beiden Sekundärwicklungen 16 und 16' sind in Abb. 6 hintereinandergeschaltet
; würde man die Verbindung 2o herausführen, so erhält man ein zweiphasiges Wechselstromnetz
4. Soll dreiphasiger Wechselstrom erzeugt werden, so braucht man nur das Ende der
Wicklung 16 mit der 1Vlittelanzapfung 21 zu verbinden und bekommt so die bekannte
Scottschaltung. Die Phasenspannungen 15 und 15' müssen dann um go ° gegeneinander
phasenverschoben sein, außerdem sind die Windungszahlen von 16 und 16' ungleich
zu wählen. Auf diese Art kann man das Wechselstromnetz ..1. mit jeder beliebigen
Phasenzahl ausführen.
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In allen hier angeführten Beispielen kann das Wechselstromnetz 4.
beliebig mit Wirk-und Blindlast beliefert werden, es kann sich auch dauernd die
Richtung der Energielieferung umkehren.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer -Anwendung nicht auf die zuvor
beschriebenen Beispiele, sondern findet sinngemäß Anwendung auf alle Arten von Wechselrichtern
sowie auf Gleich- und Umrichter.