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Steuerung für Umrichter Die Erfindung bezieht sich auf Umrichter,
d. h. auf Stromrichter, welche mit steuerbaren Entladungsstrecken, vorzugsweise
Gas- oder Dampfentladungsstrecken, arbeiten und zur Kupplung zwischen zwei Wechselstromnetzen
verschiedener Frequenz dienen. Zur Steuerung der Entladungsstrecken der Umrichter
werden vielfach Wechselspannungen verwendet, die den Wechselstromnetzen, 'an die
die Umrichter angeschlossen sind, entnommen werden. Zwischen die Steuerstromkreise
des Umrichters und das Wechselstromnetz sind dabei Einrichtungen in Form von Schwingungskreisen
geschaltet, die dafür sorgen, daß für die Steuerung des Umrichters möglichst nur
die Grundwelle der für die Steuerung maßgebenden Wechselspannung zur Verfügung gestellt
wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Einrichtungen zur Entnahme
von Steuerspannungen zu verbessern und insbesondere zu verhindern, daß unzulässige
Frequenzabhängigkeiten entstehen.
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Gemäß der Erfindung sind in Reihe mit dem Steuerstromkreis ein auf
die Grundwelle der Steuerspannung abgestimmter Schwingungskreis und außerdem weitere
Glättungskreise vorgesehen, die auf Oberwellen, vorzugsweise auf die dritte Oberwelle,
abgestimmt sind. Der in Reihe liegende Schwingungskreis besteht dabei zweckmäßig
aus einer Drosselspule und aus einem Kondensator, die in Reihe mit dem Steuerstromkreis
geschaltet sind. .Als auf die Oberwellen, insbesondere die dritte Oberwelle, abzustimmende
Glättungskreise können entweder Schwingungskreise, bestehend aus Induktivität und
Kapazität, zu dem Steuerstromkreis parallel geschaltet werden, man kann aber auch
Sperrkreise mit dem Steuerstromkreis in Reihe schalten. Durch die Erfindung wird
erreicht, daß nicht nur bei einer bestimmten Frequenz des Wechselstromnetzes, aus
dem die Steuerspannung entnommen wird, sondern auch noch bei in der Nähe dieser
Frequenz liegenden anderen Frequenzen die Forderung erfüllt ist, daß praktisch nur
die Grundwelle der Wechselspannung dem Steuerstromkreis zugeführt wird.
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Die Erfindung sei an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. In der Zeichnung bedeutet r ein Wechselstromnetz, aus dem die Steuerspannung
entnommen werden soll. Bei einem Umrichter zur Kupplung eines Drehstromnetzes mit
einem Einphasenwechselstromnetz kann es sich beispielsweise um das Einphasennetz
handeln. Die Steuerkreise der beiden Umrichtergefäße sind an zwei Sekundärwicklungen
eines
Transformators :2 angeschlossen. Die Primärspannung dieses Transformators ist aus
zwei Teilspannungen zusammengesetzt, die an Widerständen 3 und 4 abgegriffen werden.
Der Widerstand 3 ist unmittelbar an das Wechselstromnetz z angeschlossen; während
zwischen den Widerstand 4 und das Netz z eine phasendrehende Vorrichtung, beispielsweise
ein Zweiphasenasynchronmotor 5, geschaltet ist: Die Spannungen der Widerstände 3
und d: stehen dann aufeinander senkrecht, und durch Änderung der Spannung des Widerstandes
3 wird die Blindleistung des Umrichters geregelt; während seine Wirkleistung von
der Spannung des Widerstandes 4 abhängig ist: Zwischen das Wechselstromnetz z und
die beiden Widerstände 3 und q. ist ein Sch-,vingungskreis geschaltet, der aus einer
Induktivität 6 und einem Kondensator 7 besteht und der auf die Grundwelle der Spannung
des Wechselstromnetzes z abgestimmt ist. Parallel zu dem Widerstand 3 ist gemäß
der Erfindung ein weiterer Schwingungskreis geschaltet, der ebenfalls aus einer
Reihenschaltung eines Kondensators 8 und einer Induktivität 9 besteht, der aber
auf die dritte Oberwelle der Spannung des Wechselstromnetzes r abgestimmt ist.
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Es wurde bereits erläutert, daß der Schaltung die Aufgabe zugrunde
liegt, eine möglichst sinusförmige Spannung dem Regel-Stromkreis; d. h. im vorliegenden
Falle dem Transformator z, zuzuführen, und daß aus diesem Grunde Schwingungskreise
vorgeschaltet werden müssen. In der Verbindungsleitung zwischen dem Wechselstromnetz
und den Steuerkreisen des Umrichters liegen aber noch Apparate, die Oberwellen fordern,
insbesondere Transformatoren. Durch diese Apparate wird die Steuerspannung, welche
zunächst durch die Schwingungskreise 6, 7 geglättet war, wieder mehr oder weniger
verzerrt, und es müssen Mittel angewendet werden, um diesem Nachteil zu begegnen.
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Die Kurvenform der Steuerspannung läßt sich auch beim Vorhandensein
Oberwellen fordernder Apparate im Steuerkreis zunächst dadurch verbessern, daß man
Transformatoren mit möglichst geringer Sättigung anwendet, ferner kann man zu den
Transformatorwicklungen Widerstände parallel schalten, wie dies in der Zeichnung
beispielsweise für die Sekundärwicklungen des Transformators 2 angedeutet ist. Ein
anderer Weg ist die Wahl eines bestimmten Verhältnisses zwischen der Größe des:
Stromes, der in dem Widerstand 3 fließt, und der Größe des Stromes in der Primärwicklung
des Transformators 2. In der Zeichnung sind diese beiden Ströme mit 11 und J2 bezeichnet.
Macht man den Strom 11 groß gegenüber dem Strom 1" so werden Oberwellen, die beispielsweise
durch den Transformator: verursacht sind, verhältnismäßig wenig Einfiuß haben auf
die Spannung, welche den Sekundärwicklungen des Transformators 2 zugeführt wird.
Andererseits hat dies aber den Nachteil, daß die Frequenzabhängigkeit der Glättüng
größer wird. Je größer der Strom J1, um so stärker ist die Frequenzabhängigkeit
des aus der Induktivität 6 und dem Kondensator 7 bestehenden Schwingungskreises:
Die Beziehungen zwischen der Restspannung der den Schwingungskreis passierenden
Oberwellen und dessen Konstanten ist folgende:
dabei bedeutet a) die Frequenz des Wechselstromnetzes i, cor .die Frequenz, auf
die der Schwingungskreis 6, 7 abgestimmt ist, und I die Induktivität des Schwingungskreises.
Die Formel für ES zeigt, daß die Restspannung um so größer ist, je größer der Strom
J1 gewählt ist: Wenn man also möglichst geringe Frequenzabhängigkeit wünscht, so
wird man den Strom J1 klein' halten; denn es ist unzweckmäßig, die Induktivität
L kleiner zu machen, weil dann bei gleicher Abstimmung ein entsprechend größerer
Kondensator notwendig wäre. Man wird also den Strom J1 kleiner machen, um die Frequenzabhängigkeit
zu beseitigen, d, h. um die Restspannung Es klein zu halten.
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Der kleine Wert der Restspannung ES wirkt sich nun aber dahin aus,
daß die der Grundwelle zunächst liegenden Oberwellen um so störender wirken; je
geringer die Restspannung ist. Es folgt daraus, daß hier zwei Forderungen auftreten,
die einander entgegengesetzt sind. Auf der einen Seite ist man bestrebt, den Strom
J1 groß zu halten gegenüber dem Strom l2, um die Einwirkung von Oberwellen des Steuerstromkreises
auf die Steuerspannung zu vermeiden, auf der anderen Seite dagegen fordert das Bestreben
nach Frequenzunabhängigkeit in der Glättung einen kleinen Wert für den Strom
1, bzw. für das Verhältnis des Stromes J1 gegenüber dem Strom J2.
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Diese Schwierigkeiten beseitigt die Erfindung durch die zusätzlichen
Glättungskreise, welche in der Zeichnung in Form des Kondensators 8 und der Induktivität
9 zu dem Widerstand 3 parallel geschaltet sind. Dieser Glättungskreis ist auf die
der Grundwelle zunächst liegende dritte Oberwelle abgestimmt und bewirkt, daß auch
bei einem kleinen Strom 1i die dritte Oberwelle: sich nicht schädlich auf die Form
der Steuerspannung
auswirken kann. Eine Verbesserung .kann noch
dadurch erzielt werden, daß auch die nächste Oberwelle, nämlich die fünfte Oberwelle,
beseitigt wird durch einen auf diese Oberwelle abgestimmten Schwingungskreis, der
auch hier wieder entweder als Parallelkreis oder als Sperrkreis angeordnet sein
kann.
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Obwohl die Erfindung für die selbsttätige Steuerung von Umrichtern,
und zwar insbesondere von Netzkupplungsumrichtern, von besonderer Bedeutung ist,
so kann sie doch auch für andere Stromrichteranordnungen verwendet werden, bei denen
die Aufgabe gestellt ist, aus einem gegebenen Wechselstromnetz eine Steuerspannung
zu entnehmen, die möglichst wenig verzerrt ist, d. h. nur aus der Grundwelle der
Spannung des Wechselstromnetzes besteht.