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Regelverfahren für mit Gas- oder Dampfentladungsstrecken arbeitende
Stromrichteranlagen Es ist bekannt, daß viele mit Gas- oder Dampfentladungsstrecken
arbeitende Stromrichteranlagen eine Spannungsstromkennlinie zeigen, die beim Unterschreiten
eines bestimmten kritischen Belastungswertes plötzlich eine starke Zunahme der Steigung
besitzt. Bei Gleichrichterbetrieb stellt sich demgemäß unterhalb des genannten Belastungswertes
eine starke Zunahme, bei Wechselrichterbetrieb eine starke Abnahme der Spannung
ein. Der Grund für diese Erscheinung ist darin zu sehen, daß für in der Stromrichteranlage
vorhandene Glättungsinduktivitäten oder Saugdrosseln unterhalb des kritischen Belastungsstromes
kein hinreichender Magnetisierungsstrom mehr zur Verfügung steht. Diese Abweichung
der Spannungsstromkennlinie von dem oberhalb des kritischen Belastungswertes vorhandenen
Verlauf ist in vielen Fällen sehr störend. So können beispielsweise bei motorischen
Antrieben unzulässig hohe Drehzahlsteigerungen der Motoren bei Entlastung eintreten.
Ganz allgemein wird hierdurch in Anlagen, in denen die Verbraucher einzeln abschaltbar
sind, die Gefahr hervorgerufen, daß die nach Abschaltung aller übrigen zuletzt noch
an den Stromrichter angeschlossenen Verbraucher, wenn ihre Stromaufnahme unterhalb
des kritischen Wertes liegt, überlastet werden.
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Es ist schon vielfach der Versuch gemacht worden, diesen sogenannten
Leerlaufsspannungsanstieg bei Stromrichtern zu unterdrücken. So hat man beispielsweise
vorgeschlagen, an die Klemmen eines Gleichrichters einen Belastungswiderstand anzuschließen,
der ständig den kritischen Stromwert aufnimmt. Eine solche Anordnung hat den Nachteil,
daß zumindest unterhalb des kritischen Wertes ein ständiger Leistungsverlust durch
den Widerstand in Kauf genommen werden muß. Ein weiterer Vorschlag geht dahin, bei
einem sechsphasigen Gleichrichter unterhalb der kritischen Grenze eine der beiden
dreiphasigen Gruppen des Transformators auszuschalten und den Gleichrichter mit
nur drei Phasen zu betreiben. Dieses Verfahren bedingt in der Nähe des Leerlaufes
eine größere Welligkeit des Gleichstromes als oberhalb der kritischen Belastungsgrenze.
Gerade bei kleinen Belastungen ist aber eine große Welligkeit des Gleichstromes
besonders störend, da dann unter Umständen der Strom zu löcken beginnt, was beispielsweise
beim Betrieb von Gleichstrommotoren eine einigermaßen genaue Einstellung ihrer Drehzahl
unmöglich macht.
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Für Stromrichter in Saugdrosselschaltung, bei denen der Leerlaufspannungsanstieg
sich besonders stark bemerkbar macht, ist u. a. ein Verfahren bekanntgeworden, bei
dem durch einen besonderen Hilfstransformator, der aus dem Netz gespeist wird, der
Saugdrossel der bei geringen Belastungen fehlende Magnetisierungsstrom zugeführt
wird. Dabei muß
naturgemäß die von dem Hüfstransförrnator gelieferte
höherfrequente Spannung eine ganz bestimmte Phasenlage in bezug auf die Anodenspannung
besitzen. Infolgedessen läßt sich dieses Verfahren nur anwenden, wenn es sich um
einen ungesteuerten Gleichrichter handelt, bei dem die Zündzeitpunkte der Anoden
festliegen.
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Es sind auch schon Anordnungen bekanntgeworden, bei denen, allerdings
aus anderen Gründen, der Stromrichter durch einen zweiten für die entgegengesetzte
Energierichtung ausgesteuerten Stromrichter belastet wird. Hierdurch ist an sich
jeder unnötige Energieverlust vermieden, da die von dem zweiten Stromrichter aufgenommene
Leistung wieder an das speisende Netz zurückgeliefert wird. Bei der einen dieser
bekannten Anordnungen handelt es sich um einen Wechselrichter, der durch einen Hilfsstromrichter
so zusätzlich belastet wird, daß seine Belastung unabhängig von der Belastung in
dem äußeren Wechselstromkreis ständig auf dem Vollastbetrag bleibt. Der Hilfsstromrichter
mu.ß infolgedessen für die volle Leistung des Hauptströmrichters bemessen sein und
stellt im übrigen über den ganzen Belastungsbereich bis zum Vollastpunkt eine zusätzliche
Belastung für diesen dar. Die äußere Charakteristik der Anordnung verläuft dann
parallel zur Abszissenachse. Bei der anderen bekannten Stromrichterschaltung handelt
es sich um eine Einrichtung zum wechselseitigen Energieaustausch zwischen einem
Drehstrom-und einem Gleichstromnetz mittels eines Gleichrichters und eines Wechselrichters.
Dabei ist der Gleichrichter mit einer Saugdrossel ausgerüstet, weist also einen
sehr starken Spannungsanstieg unterhalb des kritischen Belastungswertes auf, während
die Kennlinie des Wechselrichters unverändert bis zum Nullpunkt durchläuft. Dadurch
tritt zwar infolge der Belastung, die der Wechselrichter in dem Bereich des Spannungsanstiegs
des Gleichrichters für diesen darstellt, eine gewisse Milderung des Leerlaufspannungsanstiegs
ein; seine vollständige Beseitigung ist jedoch wegen der starren Wechselrichtercharakteristik
nicht möglich.
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Alle die erwähnten Nachteile bei der Unterdrückung des Leerlaufspannungsanstiegs
bzw. -abfalls werden nun durch die Erfindung vermieden. Die Erfindung benutzt dabei
ebenfalls zur Erzielung einer zusätzlichen Belastung der Arbeitsstromrichter Hüfsströmrichter,
die in Abhängigkeit von Betriebsgrößen des Arbeitsstromrichters gesteuert werden.
Gemäß der Erfindung wird die Steuerurig der Hilfsstromrichter derartig beeinflußt,
daß unterhalb einer kritischenBelastungsgrenze die Stromspannungskennlinie der Arbeitsstromrichter
im wesentlichen die oberhalb der kritischen Belastungsgrenze vorhandene natürliche
Neigung beibehält. Die Hilfsstromrichter werden dabei zweckmäßig wechselstromseitig
und gleichstromseitig an das gleiche Netz angeschlossen wie die Arbeitsstromrichter,
sind also den Arbeitsstromrichtern parallel geschaltet. Wenn die Arbeitsstromrichter
als Gleichrichter betrieben werden, so arbeiten die ihnen parallel geschalteten
Hüfsstromrichter als Wechselrichter und liefern die von den Arbeitsstromrichtern
kommende Energie unmittelbar in das die Arbeitsströmrichter speisende Wechselstromnetz
wieder zurück.
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Die Aussteuerung der Hilfsstromrichter kann beispielsweise von dem
Belastungsstrom der Arbeitsstromrichter abhängig gemacht werden. Mit abnehmendem
Belastungsstrom des Arbeitsstromrichters im Gleichrichterbetrieb wird unterhalb
der kritischen Belastungsgrenze der Hilfsstromrichter derart gesteuert, daß seine
Belastung allmählich zunimmt.
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Die Genauigkeit der Steuerung wird wesentlich erhöht, wenn gemäß der
Erfindung die .Aussteuerung der Hilfsstromrichter nicht vom Strom der Arbeitsstromrichter
allein abhängig gemacht wird, sondern zusätzlich auch noch von dem Strom der Hilfsstromrichter,
und zwar von der Differenz zwischen den Strömen der Arbeitsstromrichter und der
ihnen zugeordneten Hilfsstromrichter: Die vorstehend beschriebene Stromrichteranordnung
kann mit Vorteil auch bei Stromrichteranlagen angewendet werden, welche zur Kupplung
eines Wechselstromnetzes mit einem Gleichstromnetz dienen und mit Entladungsgefäßen
arbeiten, die je nach der erforderlichen Energierichtung von Gleichrichterbetrieb
auf Wechselrichterbetrieb und umgekehrt umschaltbar sind. In diesem Falle wird man
zweckmäßig auch die Hilfsstromrichter mit ähnlichen Umschalteinrichtungen versehen,
um ihren Betrieb jeweils demjenigen der Arbeitsstromrichter anpassen zu können.
Die Umschalteinrichtungen in den Gleichstromleitungen der Arbeitsstromrichter'und
der Hilfsstromrichter können dabei von der gleichen Steuervorrichtung aus betätigt
werden.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung die Schaltung
eines Arbeitsstromrichters i dargestellt, welcher an ein Wechselstromnetz 2 und
an ein Gleichstromnetz 3 angeschlossen ist, und dem ein Hilfsstromrichter q. parallel
geschaltet ist. Beide Stromrichter besitzen in der Gleichstromleitung Umschalteinrichtungen
5 und 6, welche von der gleichen Steuervorrichtung 7 betätigt werden.
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In den Verbindungsleitungen zwischen den Stromrichtern i und q. und
dem Gleichstromnetz 3 liegen Strommeßvorrichtungen in Form von Meßwiderständen 8
und g, deren Spannungen an Steuervorrichtungen io und ii angeschlossen sind. Dadurch
wird die Aussteuerung des Hilfsstromrichters 4 und damit dessen Belastung
dem
Belastungszustand des Arbeitsstromrichters i angepaßt, und außerdem werden der Arbeitsstromrichter
und der Hilfsstromrichter je nach der erforderlichen Energierichtung von Wechselrichterbetrieb
auf Gleichrichterbetrieb oder umgekehrt umgeschaltet. Auch die Umschaltung wird
hier somit von dem Strom des Arbeitsstromrichters i und im besonderen von der Differenz
zwischen den im Arbeitsstromrichter und im Hilfsstromrichter fließenden Strömen
abhängig gemacht.
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Nimmt man an, daß der Stromrichter i als Gleichrichter arbeitet, so
ist zur gleichen Zeit der Hilfsstromrichter q. als Wechselrichter geschaltet. Steigt
dann die Spannung im Gleichstromnetz bei konstant bleibender Spannung des Wechselstromnetzes
2 an, so wird die Differenz zwischen den Strömen in den Widerständen 8 und g immer
kleiner, bis sie bei vollkommener Stromlosigkeit der an das Gleichstromnetz angeschlossenen
Verbraucher gleich Null wird. Der Hilfsstromrichter q. und damit die durch diesen
Stromrichter für den Hauptstromrichter verursachte zusätzliche Belastung wird zweckmäßig
kontinuierlich geregelt. Unter Umständen kann aber auch eine stufenweise Regelung
noch ausreichend sein.
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Es wurde bereits erwähnt, daß auch die Umschaltung in dem Gleichstromkreis
der beiden Stromrichter i und q. selbsttätig von der Differenz der Ströme in den
Widerständen 8 und g abhängig gemacht ist. Diese Form der Umschaltung ist deswegen
vorteilhaft, weil sie infolge ihrer Abhängigkeit von der Differenz zweier Ströme
mit großer Genauigkeit arbeitet.
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Es sei noch erwähnt, daß der Meßwiderstand 8 auch in die Netzleitung
des Gleichstromnetzeb 3, also an die Stelle des in der Zeichnung mit 12 bezeichneten
Widerstandes gesetzt werden kann. Die Aussteuerung des Hilfsstromrichters q. und
die Umschaltung im Gleichstromkreis der beiden Stromrichter sind dann abhängig von
der Differenz zwischen dem Gleichstrom-Netzstrom und dem Strom im Hilfsstromrichter.