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Einrichtung zur gleichzeitigen Regelung der Spannung und des Leistungsfaktörs
in Gleich- und Wechselrichteranlagen Steuerungseinrichtungen für Entladungsgefäße,
bei denen der Zündzeitpunkt periodischer Entladungen in Gasentladungsventilen mit
geheizten oder ungeheizten Kathoden beeinflußt wird, . haben den Nachteil, daß bei
geringer Aussteuerung, d. h. also bei verminderter Gleichrichterspannung, aus dem
speisenden Wechselstromnetz erhebliche nacheilende Blindströme entnommen werden.
Die Blindstrombelastung durch die Ventilsteuerung entspricht ungefähr derjenigen,
die bei Verwendung ungesteuerter elektrischer Ventile zur Gleichrichtung und bei
Regelung der abgegebenen Spannung durch eine veränderliche Induktivität (Regeldrossel)
in dem primären Wechselstromkreis erhalten wird. Obwohl somit irgendwelche Magnetisierungsströme
außer denjenigen des Gleichrichtertransformators an sich nicht erforderlich sind,
verhält sich das gesteuerte Ventil doch wie ein Blindstromverbraucher, weil durch
die Gittersteuerung nur die Zündung, nicht aber die Löschung eines Lichtbogens bewirkt
werden kann und weil daher eine Regelung nur durch Spätzündung, also durch Verzögerung
der Stromphase gegenüber der Spannungsphase, möglich ist. Es ist vorgeschlagen,
diesem Nachteil dadurch zu begegnen, daß zusätzliche Energieträger, beispielsweise
Kondensatoren, vorgesehen sind, die es ermöglichen, den Anodenstrom zu einem beliebig
wählbaren Zeitpunkt zu unterdrücken und den Kommutierungsvorgang in jedem gewünschten
Augenblick einer jeden Wechselstromperiode stattfinden zu lassen. Dadurch läßt sich
erreichen, daß die Stromphase der Entladungsstrecke gegenüber der Spannungsphase
vorverlegt und dementsprechend die Umformeranordnung mit voreilendem Leistungsfaktor
arbeitet.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der gleichzeitigen Regelung der Spannung
und des Leistungsfaktors in Gleich- und Wechselrichteranlagen dadurch gelöst, daß
zwei Gruppen von Entladungsstrecken vorgesehen sind, von denen die eine mit Löschpunktregelung,
die andere dagegen mit Zündpunktregelung arbeitet, und daß die Zeitpunkte der Zündung
bzw. Löschung der Lichtbögen der Entladungsstrecken der beiden Gruppen derart gewählt
sind, daß der wechselstromseitige Strom der Entladungsstrecken der einen Gruppe
der Wechselspannung voreilt, der Strom der anderen Gruppe der Spannung dagegen
nacheilt.
Die Erfindung verwendet somit zwei Gruppen von Entladungsgefäßen, die in verschiedener
Weise- gesteuert werden. Die eine Gruppe arbeitet in der üblichen Form mit Einrichtungen,
die lediglich den Zündzeitpunkt der Entladungsstrecken gegenüber der Anodenspannung
zeitlich verschieben. Die andere Gruppe von Entladungsstrecken ist mit Hilfseinrichtungen,
beispielsweise Löschkondensatoren, ausgerüstet, durch die nicht der Zündzeitpunkt,
sondern der Löschzeitpunkt der Entladungsstrecken willkürlich verändert werden kann.
Bei Gleichrichterbetrieb arbeitet die erste Gruppe von Entladungsgefäßen gegenüber
der Wechselstromseite mit einem nacheilenden Leistungsfaktor, die zweite Gruppe
dagegen mit einem voreilenden Leistungsfaktor. Durch geeignete Abstimmung der Steuerungsanordnungen
der beiden Gruppen aufeinander läßt sich erreichen, daß der Leistungsfaktor beider
Gruppen zusammen für alle Spannungswerte auf dem Wert r gehalten wird.
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Die Erfindung sei an Hand der in der beiliegenden Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Fig. i zeigt ein Beispiel einer Schaltung zur Parallelarbeit und Fig.
2 ein anderes Ausführungsbeispiel der Lichtbogenlöschung; Fig.3 bis 5 veranschaulichen
die Wirkungsweise der gegenseitigen Blindstromkompensation eines mit nacheilenden
und eines mit voreilenden Strömen arbeitenden Ventilsystems: Die Erfindung fußt
auf der Erkenntnis, daß nach erfolgter Löschung eines Lichtbogenweges die
Polarität des Löschkondensators zu einer neuen Löschung ungeeignet ist, so daß also
eine Umpolung notwendig wird. Dies kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden,
insbesondere funkenfrei durch Anordnung von Ventilen oder Anoden zur Löschung, deren
Einschaltung durch besondere Steuergitter durchgeführt wird. Der Kontaktapparat
besorgt das Anlegen in stromlosem Zustand: Die Trennung unter Strom erfolgt praktisch
funkenlos, weil es sich hierbei lediglich um Ladestrom handelt. Es lassen sich dabei
mehrere Kondensatoren ersparen, da die Löschung sämtlicher Anodenströme bereits
mit einem einzigen Kondensator beherrscht werden kann.
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In Fig. i ist das Drehstromnetz mit r und das Gleichstromnetz mit
2 bezeichnet. Der Gleichrichter 3 ist über den Transformator 4. an das Wechselstromnetz
i angeschlossen. Die Kathode liegt an der Leitung 5 und der Nullpunkt der Sekundärwicklung
des Transformators 4 an der Leitung 6 des Netzes 2. Mit 7 ist ein gleich großer
Steuergleichrichter bezeichnet, dessen Kathode 8 ebenfalls an die Leitung 5 des
Netzes .2 angeschlossen ist. Die abwechselnd als Haupt- und Löschanoden arbeitenden
.Anoden g des Gleichrichters 7 stehen mit den festen Kontakten io in Verbindung.
Zwischen den Anoden befinden sich Löschkondensatoren i z. Mit 12 sind bewegliehe
Kontakte bezeichnet, die über die Schleifringe 13, 14 und 15 sowie die Schleifkontakte
16, 17 und 18 an die Sekundärwicklungen des Transformators ig angeschlossen
sind. Die Schleifringe und Kontakte sind in der Zeichnung in abgewickeltem Zustande
schematisch dargestellt.
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In Fig. 2 sind besondere Löschanoden vorgesehen, während in Fig. i
jede Anode dauernd ihre Arbeitsweise als Arbeits- und Löschanode wechselt. Die Kontakte
sind in ihrer Breite so zu bemessen, daß der zur Löschung der folgenden Anoden gewünschte
Ladezustand erreicht werden kann. Die Kontaktapparate werden vorteilhaft mit den
Steuerapparaten der Gitter vereinigt, ferner können die Steuerapparate des mit voreilenden
Strömen arbeitenden Systems mit denjenigen des mit nacheilenden Strömen arbeitenden
Systems gemeinsam geregelt werden. In Fig. 2 sind mit 2i, 22, 23 und 24 Leitungen
bezeichnet, die die festen Kontakte mit den Anoden verbinden. Die festen Kontakte
sind in dem beiliegenden Abwicklungsbild ebenfalls mit 2i, 22, 23 und 24 bezeichnet:
Beweglich ist der Teil 25. Die Schleifbürsten 20 und. 26 sind mit dem Löschkondensator
27 verbunden.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist das speisende Wechselstromnetz
3o dreiphasig, der Transformator 28 ist primär im Stern 29 geschaltet und sekundär
in sechsphasiger Gabelsternschaltung 31 angeordnet. Jede Gruppe von Entladungsstrecken
besteht aus einem Gleichrichter 3, 7. Der mit nacheilenden Strömen betriebene Gleichrichter
3 hat 6 Anoden und der mit voreilenden Strömen i betriebene Gleichrichter ? hat
12 Anoden. Die Hälfte der Anoden des mit voreilenden Strömen betriebenen Gleichrichters
7 werden als- Löschanoden 32-, 33; 34, 35, 36, 37 benutzt. Die Arbeitsanoden 38,
39, 40, 41, 42, 43 beider Gleichrichter sind paarweise parallel an die Transformatorklemmen,
an den Stellen, die die entsprechenden Bezugszeichen tragen, angeschlossen.
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Im folgenden wird nun der Stromverlauf in einer Primärwicklungsphase
näher betrachtet. In Fig. 4 ist ein periodischer Ausschnitt des sinusförmigen Verlaufs
der vom Netz aufgedrückten Spannung gezeichnet und zugleich der von den Gleichrichtern
3, 7 herrührenden Strombeläge. Der nacheilende Strom des Gleichrichters 3 hat bekanntlich
konvex
gekrümmte Begrenzungslinien, der voreilende des Gleichrichters 7 hat jedoch eine
konkav gekrümmte Begrenzungslinie. Beide Strombelagkurven sind entgegengesetzt schräg
schraffiert. Die Nach- bzw. Voreilung der Strombeläge beträgt in demAusführungsbeispiel
je 6o°. Die abgegebene Gleichspannung ist dementsprechend kleiner, und zwar um mindestens
141/, kleiner als ihr höchster Wert. Der resultierende Strom der primären Wicklung
ist aus dem unteren Teil der Fig. 4 zu ersehen und zeigt beliebige Phasengleichheit
mit der Spannung.
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Eine entsprechende Darstellung zeigt Fig. 5 für den Fall der Nach-
bzw. Voreilung von i 5o °/o der Einzelströme. Hier ist die Energierichtung umgekehrt,
die Betriebsspannung an den gemeinsamen Gleichrichterkl-emmen (Sternpunkt - Kathoden)
weist jetzt etwas mehr als den halben umgekehrten Höchstwert der gleichgerichteten
Spannung auf, wobei natürlich eine äußere Gleichstromspannungsquelle vorhanden sein
rnuß. Auch in diesem Falle ergänzen sich die beiden Strombeläge zu einem resultierenden,
zur Spannung entgegengesetzt . phasengleichen Primärstrom. Vernachlässigt wurden
bei den Fig. 4 und 5 die nur sehr kurzzeitig fließenden Löschströme der Löschkondensatoren.