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Einrichtung zur Strom- und spannungsabhängigen Regelung von Stromrichtern
Ein wichtiger Vorzug von mit gittergesteuerten Entladungsstrecken arbeitenden Stromrichtern,
welche als Ersatz umlaufender Maschinen zur Umformung elektrischer Energie angewendet
werden, besteht bekanntlich darin, daß in den für die Gitterspannung der Entladungsstrecken
bestimmten Steuerstromkreisen verhältnismäßig kleine Ströme und Spannungen auftreten.
Ausgehend von dieser Tatsache ist man bei der Durchbildung der in den Gitterkreisen
anzuwendenden Apparate bestrebt, möglichst weitgehend mechanisch zu betätigende
Kontakte zu vermeiden. Es sind bereits verschiedene Steuerungseinrichtungen für
Entladungsstrecken vorgeschlagen worden, welche dieser Bedingung genügen. So kann
man beispielsweise eine im Stromkreis zwischen Steuergitter und Kathode liegende
Spule mit einem Magnetkreis einer Drosselspule oder eines Gittertransformators magnetisch
koppeln, der zwei oder mehrere getrennte Erregungen besitzt. Bei einer Ausführungsform
dieser Art wird die Erregung der Gittertransformatoren oder Gitterdrosselspulen
von zwei Wechselstromerregerwicklungen abhängig gemacht, in denen Wechselströme
fließen, welche gegeneinander in der Phase verschoben sind und in der Amplitude
zum Zwecke der Steuerung des Zündzeitpunktes des Entladungsgefäßes geändert werden
können. Der Magnetkreis ist dabei so hoch gesättigt, daß nur in der Nähe des Nulldurchganges
der resultierenden Erregung Flußänderungen und damit induzierte Spannungen in der
Gitterspule auftreten. Bei einer anderen nach dem gleichen Prinzip arbeitenden Steuereinrichtung
setzt sich die Erregung der Gittertransformatoren und Gitterdrosselspulen aus einer
Wechselstromerregung und einer Gleichstromerregung zusammen, welche letztere für
Steuerzwecke veränderlich ist.
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Bei beiden Steuerungsarten kann die Ausgangsspannung des Stromrichters
selbsttätig dadurch konstant gehalten werden, daß eine der Erregungskomponenten
der Gittertransformatoren oder Drosselspulen von der Differenz zwischen zwei Erregerströmen
abhängig gemacht wird, von denen der eine der Ausgangsspannung des Entladungsgefäßes
und der andere einer gegebenen konstanten Vergleichsspannung proportional ist. Bei
der Steuerungsanordnung, welche mit einer Gleichstrom- und einer Weehselstromerregung
arbeitet, können die vorstehend genannten, gegeneinander wirkenden Gleichstromerregungen
unmittelbar auf dem Gittertränsformator
angeordnet sein. Bei der
Anordnung mit zwei Wechselstroinerregungen kann in den Stromkreis einer der beiden
Erregerwicklungen eine gleichstromvormagnetisierte Drosselspule geschaltet werden,
so daß auch hier die Differenz zweier Gleichstromerregungen für den Zweck der Steuerung
ausgenützt wird. Beide Steuerungarten haben die Eigenschaft, daß keinerlei mechanisch
bewegliche Kontakte erforderlich sind.
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Aufgabe derErfindung ist es, gemäß einer weiteren Fortbildung der
vorstehend er-,vähnten Steuerungseinrichtungen, das gittergesteuerte Entladungsgefäß
nicht nur in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung, sondern gleichzeitig auch in
Abhängigkeit von dem Belastungsstrom zu steuern.
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Als Anwendungsgebiet für derart gesteuerte Entladungsgefäße sei die
elektrische Lichtbogenschweißung genannt, bei der es erwünscht ist, zu verhindern,
daß der Schweißstrom unzulässig anwächst, wenn aus irgendwelchen Gründen der Lichtbogenwiderstand,
beispielsweise bei mechanischer Berührung zwischen Elektrode und Werkstück, unter
eine bestimmte Grenze sinkt. Ebenso ist es erwünscht, bei Speisung von Licht- und
Kraftnetzen mit selbsttätiger Spannungsregelung die einzelnen Gleichrichter nicht
über ihre zulässige Stromstärke zu belasten.
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An sich ist der Gedanke; die Steuerung eines Stromrichters gleichzeitig
sowohl von der Gleichspannung als auch von dem Belastungsstrom abhängig zu machen,
bekannt. Man hat jedoch bisher zu diesem Zweck die Gleichspannung selbst und nicht
deren Abweichung gegenüber einer Vergleichsspannung auf den Gitterkreis zur Einwirkung
gebracht. Auf diese Weise läßt sich bekanntlich nur eine verhältnismäßig geringe
Regelgenauigkeit erzielen. Da außerdem unter der Einwirkung des veränderlichen Belastungsstromes
auf die Steuerung die Gleichspannung selber stark veränderlich ist, so ist es mit
der bekannten Anordnung kaum möglich, einen bestimmten vorgegebenen Verlauf der
Spannungsstromkennlinie genau innezuhalten.
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Gemäß der Erfindung wird zur gleichzeitigen Strom- und spannungsabhängigen
Regelung von finit gittergesteuerten Gas- oder Dämpfentladungsstrecken arbeitenden
Umformern, an deren Gitter der für die Steuerung maßgebende Potentialverlauf von
der Differenz zwischen der Ausgangsspannung und einer den Sollwert der Ausgangsspannung
festlegenden Vergleichsspannung abhängt, die Anordnung so getroffen, daß die Sollwerteinstellung
der Regeleinrichtung durch Einwirkung des Belastungsstromes der Entladungsgefäße
auf die Vergleichsspannurig von diesem Belastungsstrom abhängig ist. Auf diese Weise
läßt sich ein eindeutiger Verlauf der Spannungsstromkennlinie erzielen, da hierfür
nur noch die Abhängigkeit der Vergleichsspannung von dem Belastungsstrom maßgebend
ist. Die Ausgangsspannung der Entladungsstrecken hat dabei immer das Bestreben,
sich auf den jeweiligen Wert dieser Vergleichsspannüdg einzustellen. Eine besonders
zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn eine in die Verbindungsleitung
zwischen einer Wechselstromquelle konstanter Spannung und einem Gleichrichter geschaltete
Drosselspule in Abhängigkeit von dem Belastungsstrom des Entladungsgefäßes mit Gleichstrom
vormagnetisiert wird. Die Gleichstromerregerwicklung dieser Drosselspule kann zu
dein Zweck an einen im Gleichstromkreis des Stromrichters liegenden Widerstand angeschlossen
sein. Der Sättigungsgrad der Drosselspule wird so bemessen; däß die gewünschte Abhängigkeit
zwischen der Ausgangsspannung des Stromrichters und dem Belastungsstrom erreicht
wird. Man wird sowohl bei Elektroschweißungen als auch bei Speisung von Licht- und
Kraftanlagen die Drosselspule so bemessen. daß der Belastungsstrom erst von dieser
bestimmten Grenze an auf die Ausgangsspannung einwirkt, so daß von dieser Grenze
an gerechnet der Strom nicht weiter anwachsen kann.
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In der Zeichnung ist das Schaltungsschema für ein gittergesteuertes
Quecksilberdampfgleichrichtergefäß i dargestellt, welches mit einer Steuerungseinrichtung
nach der Erfindung ausgerüstet ist. Das Gefäß i ist in üblicher Weise über einen
Transformator 2 an ein Drehstromnetz 3 angeschlossen. Jedem der drei Steuergitter
ist ein Transformator zugeordnet, welcher zwei Wechselstroinerregerwicklungen 44
4a sowie zwei Gleichstromerregerwicklungen 43, 44 besitzt.. Die Wechselstromwicklungen
41 und 4z sind an dieAnodenleitüngen des Gleichrichtergefäßes angeschlossen, wobei
angenommen ist, daß die Anodenspannung praktisch konstant bleibt. Die Gleichstromwicklung
43 liegt an der Gleichstromspannnung, d. h. an der Ausgangsspannung des Gleichrichters,
während die Gleichstromwicklung 44, welche der ersteren entgegengeschaltet ist,
über einen: Trockengleichrichter 5 an das Anodenwechselstromnetz angeschlossen ist.
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In der Verbindungsleitung zwischen dem Gleichrichter 5 und dein Anodenwechselstromnetz
liegt gemäß der Erfindung eine Drosselspule bzw. ein Transformator 6,
dessen
Eingangswicklung 61 am Anoden-@vechselstromnetz und dessen Ausgangswicklung
6.2 am Gleichrichter 5 liegt. Eine dritte Wicklung 63 ist an einen im Gleichstromkreis
des Hauptgleichrichters liegenden Widerstand 7 angeschlossen.
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Würde die Drosselspule 6 nicht vorhanden sein, so würden mittels der
gegeneinander wirkenden Gleichstromerregerwicklungen 43 und 44 die Zündpunkte der
Entladungsstrecken des Gleichrichtergefäßes i derart eingestellt werden, daß die
Ausgangsgleichspannung des Gleichrichters selbsttätig konstant gehalten wird. Durch
die gemäß der Erfindung vorgesehene Zusatzeinrichtung in Form der Drosselspule 6
wird der Zündpunkt nicht nur von der Spannung, sondern auch vom Strom des Gleichrichters
abhängig gemacht.
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Der Transformator 6 wird zweckmäßig so bemessen, daß Primär- und Sekundärwicklungen
die gleiche Windungszahl erhalten, und daß bei dem Nennstrom des Hauptgleichrichters
die volle Sättigung erreicht wird.
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Die Wirkungsweise der Steuerungseinrichtung ist folgende: Solange
sich für die durch den Wechselstrom hervorgerufene Magrietisierung der Induktivität
6 der Arbeitspunkt im nichtgesättigten Gebiet der Magnetisierungskurve befindet,
wird sich an dem Übersetzungsverhältnis praktisch nichts ändern. Sobald der Magnetkreis
durch den von der Belastung des Gleichrichters abhängigen Gleichstrom gesättigt
wird, sinkt der induktive Widerstand der Primärspule, d. h. der Spannungsabfall
dieser Spule wird kleiner als im ungesättigten Zustand des Magnetkreises, da sich
ein größerer Teil der Primärspannung auf die Vorschalt-Transformatoren der Primärwicklung
61 verlagert. Dementsprechend ändert sich auch die Spannung auf der Sekundärseite
und diejenige des Gleichrichters 5. Die von diesem Gleichrichter gelieferte Spannung
nimmt mit zunehmender Belastung des Gleichrichters i ab, was zur Folge hat, daß
der Zündpunkt in Richtung »weniger Spannung« verstellt wird, und zwar um so mehr,
je größer der vom Gleichrichter entnommene Gleichstrom ist.
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Die an Hand des Schaltungsschemas der Figur beschriebene Steuerungsanordung
kann naturgemäß in sinngemäßer Abwandlung auch für die oben bereits erwähnte Gittersteuerung
angewendet werden, bei der die Gittertransformatoren 4 mit zwei in der Phase gegeneinander
verschobenen Wechselstromerregungen ausgerüstet sind und bei der die Amplitude einer
'dieser beiden Wechselstromerregungen mittels einer gleichstromvormagnetisierten
Drosselspule steuerbar ist.
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Die Erfindung kann ferner auch noch bei anderen an sich bekannten
Gittersteurungseinrichtungen verwendet werden, beispielsweise bei solchen, die mit
synchron umlaufenden Kontaktapparaten arbeiten. Die beiden gegeneinander geschalteten
Gleichstromerregerwicklungen 43, 44 des Transformators 4 würden dann eine Komponente
der Erregung eines Synchronmotors liefern können, welcher zum Antrieb des umlaufenden
Kontaktapparates verwendet wird.