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Anordnung zur selbsttätigen Regelung der Spannung oder einer anderen
Betriebsgröße bei mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden
Umformungseinrichtungen mittels der Gittersteuerung Bei Umformungseinrichtungen
mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken (Gleichrichter, Wechselrichtern
und Umrichtern) kann man mittels der Gittersteuerung vorbestimmte Betriebsgrößen
beeinflussen und selbsttätig regeln. Vorteilhaft wird dabei das Einsetzen jederTeilentladung
durch eine phasenveränderliche Gitterwechselspannung gesteuert. Bei mehrphasigen
Umformungseinrichtungen kann man in einfacher Weise die Phasendrehung sämtlicher
Gitterspannungen dadurch bewirken, daß man einen Drehtransformator (Drehregler)
vorsieht. Wegen der mechanischen Trägheit eines solchen Regelorgans - gleiches gilt
übrigens auch für die äquivalente Steuerung mittels durch Synchronmotoren angetriebener
Kommutatoren, deren Bürsten verschoben werden - sind die erzielten Regelgeschwindigkeiten
nicht befriedigend.
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Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Anordnung zur selbsttätigen
Regelung der Spannung oder einer anderen Betriebsgröße bei mit gittergesteuerten
Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden Urnforrnungseinrichtungen mittels
der Gitterstenerung, die günstigere Regelwirkungen ermöglicht und vorzugsweise für
solche Gittersteuerungen Bedeutung hat, bei denen die Phasenänderung der Gitterspannung
ganz oder teilweise durch eine mechanische Vorrichtung bewirkt wird. Erfindungsgemäß
erfolgt die Beeinflussung der Gitterspannung durch eine träg arbeitende Steuerung
und eine in gleicher Richtung wirkende, im wesentlichen trägheitslos arbeitende
Steuerung. Ferner sind Vorrichtungen vorgesehen, die die Zunahme der Wirkung der
trägheitslos arbeitenden Steuerung verzögern.
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Die Kombination einer träg arbeitenden Steuerung und einer trägheitslos
arbeitenden Steuerung an sich ist zu anderen Zwecken auch schon anderweitig vorgeschlagen
worden. Dort soll jedoch die träge arbeitende Teilsteuerung lediglich den Steuerbereich
der einzelnen zusammenarbeitenden Entladungsstrecken festlegen, während die eigentliche
Steuerung des Zündpunktes innerhalb dieses Bereiches ausschließlich durch die trägheitslos
arbeitende Teilsteuerung erfolgt.
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Die selbsttätige Regelung gemäß vorliegender Erfindung wirkt in der
Weise, daß
ein träg arbeitendes Regelorgan die kleinen Spannungsschwankungen
ausregelt, während außer diesem Tragregler ein stoßartig wirkendes Regelorgan immer
dann in Tätigkeit zu treten hat, wenn die Abweichung von der Sollspannung (falls
es sich um eine Spannungsregelung handelt) größere Werte erreicht; dieses zweite
Regelorgan soll als Stoßregler bezeichnet werden.
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Eine durch einen Tragregler und einen Stoßregler erfolgende selbsttätige
Regelung bietet Vorteile, wie sich nachstehend ergibt, wenn man. eine Spannungsregelung
z. B. beim Gleichrichter zugrunde legt: i. Bei kleinen Spannungsschwankungen kann
ein einfacher; wenigstens teilweise mechanisch wirkender Regler allein die Aufgabe
der Spannungskonstantregelung bewirken. Dieser Apparat arbeitet nicht dauernd wie
beispielsweise ändere Regler (Tirillregler), sondern es kann ein Regler benutzt
werden, der im Falle eines Nichtv orliandenseins eines Stoßreglers eine unzulässig
große Trägheit aufweisen würde.
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2. Falls große Spannungsschwankungen auftreten, welche von
' besonders kurzer Dauer sind, braucht der träg arbeitende Regler nicht seinen
ganzen Regelweg zu überstreichen, sondern in diesem Falle hat der Stoßregler in
erster Linie die Aufgabe, die Sollspannung wieder herzustellen.
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3. Treten große Schwankungen von längerer Dauer auf, dann arbeiten
Träg- und Stoßregler in der Weise zusammen, daß bei einer Spannungsabsenkung sowohl
der Stoßregler im Sinne einer Spannungserhöhung arbeitet als auch der Tragregler
die Erhöhung der Spannung auf ihren Sollwert anstrebt. Es ist jedoch nicht nötig,
daß der Tragregler bereits anläßlich des ersten Regelabschnittes in eine den veränderten
Lastverhältnissen entsprechende Stellung läuft - hierzu ist er im allgemeinen zu
träge- -, sondern der geschilderte Vorgang, d. h. das Ansprechen der Stoßerregung
und das gleichzeitige Arbeiten des Tragreglers wiederholt sich so lange, bis der
Tragregler die den neuen Lastverhältnissen entsprechende Stellung angenommen hat.
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In Abb. z der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,
.das sich auf einen Gleichrichter bezieht, dargestellt. Die Gitter z eines mehranodigen
Gefäßes 2 mit Quecksilberkathode werden in bekannter Weise von einem Drehtransformator
3 gespeist. Die Steuerung des Einsetzens der einzelnen Entladungsströme wird dadurch
bewirkt, daß die Phasenlage der Gitterspannung gegenüber der derAnodenspannung,
die vom Primärnetz q. zugeführt wird, verschoben wird. Es sei angenommen, däß dieser
Drehregler mit einem Motorantrieb 5 versehen ist, welcher in Abhängigkeit von einem
Spannungsrelais 6 in der einen oder der arideren Richtung so gesteuert wird, daß
die von dem Relais 6 konstant zu haltende Betriebsgröße innerhalb vorbestimmter
Grenzen konstant gehalten wird. Dieser soeben erläuterte Teil der Regeleinrichtung
ist der oben als Tragregler bezeichnete Teil. Außer diesem Tragregler ist noch ein
sog. Stoßregler vorhanden, der im Ausführungsbeispiel ebenfalls von dem Relais 6
betätigt wird, jedoch im Gegensatz. zu der Steuerung des Drehreglers die Eigenschaft
hat, daß die Regelung praktisch träglieitslos vor sich geht. In der Zeichnung ist
ein- Transformator 7' angedeutet; welcher über einen Gleichrichter 8' mit einem
Kondensator 9 in Reihe geschaltet ist. Die Stoßreglung geht nun dadurch vor sich,
daß mittels des Relais 6 der Transformator 7' an Spannung gelegt wird, wodurch an
dem Kondensator 9 eine Gleichspannung entsteht; die zusätzlich in die Gitterkreise
eingefügt wird. Durch diese Zusatzspannung wird das Einsetzen jeder. Teilentladung
sozusagen schlagartig zeitlich verzögert. In ähnlicher Weise kann durch einen zweiten
Stoßreglerkreis 7", 8", welcher jedoch in der Zeichnung nur punktiert dargestellt
ist, eine Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen in den Gitterkreis geschaltet
werden. Auf diese Weise ist also ein Tragregler mit einem Stoßregler vereinigt.
Diese Lösung ist jedoch insofern unvollkommen, d.li. sie kann für praktische Regelvorgänge
noch nicht benutzt werden, da die Wirkung der Stoßregelung so schnell eintritt,
daß der Tragregler noch nicht Gelegenheit hat, in die Regelung einzugreifen.
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Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird diese Schaltung
in der folgenden Weise ergänzt: Es werden Vorrichtungen vorgesehen, durch deren
Anwendung die trägheitslos arbeitende Stoßregelung so abgeändert wird, daß zwar
das Einsetzen der Stoßregelung nach Ansprechen des Relais 6 vollkommen trägheitslos
erfolgt, aber die Zunahme der Wirkung der Stoßregelung in solcher Weise gesteuert
wird, daß während des Stoßregelvörganges der Tragregler Gelegenheit hat, im Sinne
einer Kompensierung der entstandenen Spannungsschwankung eine neue Stellung einzunehmen.
Weiter wird durch die neuartige Schaltung erreicht; daß das Arbeiten des Tragreglers
um so länger andauert: je mehr der Augenblickswert der konstant zu haltenden Spannung
von ihrem Sollwert abweicht.
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Praktisch ist dies bei der neuartigenSchaltung dadurch erreicht, daß
in den Sekundärstromkreis des Transformators 7 und des
Gleichrichters
$ eine Drosselspule eingeschaltet wird. Diese Drosselspule hat zur Folge, daß der
Strom in dem Stromkreis 7', 8', 9 bzw. 7", 8", 9 nach der Kurve b' der Abb. 2 ansteigt.
Würde diese Anordnung nicht Verwendung finden, dann würde das Ansteigen der dem
Dnehtransformatornullpunkt aufgedrückten Spannung praktisch trägheitslos vor sich
gehen, d. h. etwa nach der Kurve ä der Abb. 2. Die Folge hiervon wäre, daß im Falle
einer Abweichung der Spannung vom Sollwert der Stoßregler so schnell die Spannung
verbessern würde, daß der Trägregler gar nicht Gelegenheit hätte, seine Stellung
zu verlassen.
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Hinsichtlich derZeitkonstanten des Stromkreises 7', 8', 9 bzw. 7",
8", 9 sei noch folgendes unter Bezugnahme auf Abb. 3 der Zeichnung bemerkt: In dieser
Abbildung stellt die Kurve a den Verlauf der Spannung an den Gleichstrornsammelschienen
der Gleichrichteranlage dar, wenn die Regelung in Tätigkeit tritt. In dein Punkt
P erfolgt das Ansprechen des Stoßreglers. Die Spannung steigt entsprechend einer
Kurve x an, welche durch die Zeitkonstante des genannten Stromkreises festgelegt
ist. Sobald die Nennspannung wieder erreicht ist, d. h. sobald die Kurvex die Horizontaled
schneidet, hört der Stoßerregungsvorgang auf, und die Spannung fällt wieder ab.
Der Verlauf dieses Abfalles geht aus der Kurve y hervor. Während der ersten Arbeitszeit
des Stoßreglers wird der Drehtransformator 3 durch den Antrieb 5 gesteuert. Derjenige
Spannungswert, welcher an den Gleichstromsammelschienen vorhanden wäre, wenn lediglich
der Trägregler vorhanden wäre, geht aus der Kurve b hervor. Der Spannungswert, welcher
an einem gedämpften Instrument, beispielsweise an einem gedämpften Voltmeter, abgelesen
werden kann, wird durch die Kurve c veranschaulicht.- Diese Kurven zeigen, daß die
Steilheit der Kurve y größer ist als diejenige der Kurven x, was man z. B. durch
Widerstände parallel zum Kondensator 9 erreichen kann. Bei dieser Anordnung werden
günstige Regelvorgänge erzielt.
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Aus der Abb. z geht außerdem hervor, daß der Trägregler während des
Arbeitens des Stoßreglers Gelegenheit hat, um so länger zu arbeiten, je mehr der
Augenblickswert der Spannung von dem Sollwert abweicht. Der Grund hierfür besteht
darin, däß die durch den Stromkreis 7', 8', 9 bzw. 7", 8", 9 aufgedrückte Spannung
einen um so höheren Wert erreichen muß, um den Sollwert wieder herzustellen, je
mehr der augenblickliche Spannungswert von dem Sollwert abweicht. Ist beispielsweise
die Abweichung nur gering, dann genügt eine Stoßregelspannung entsprechend dem Punkt
X1 der Kurve b', um den Augenblickswert auf den Sollwert zu erhöhen. Infolgedessen
steht dem Trägregler die Zeit t1 zur Verfügung, um den Drehtransformator 3 im Sinne
einer Erhöhung zu verstellen. Ist jedoch die Abweichung des Augenblickswertes von
dem Sollwert größer und beispielsweise so groß, daß eine Nullpunktspannung des Drehtransformators
entsprechend dem Punkt X, der Kurve b' notwendig ist, uni wieder normale Spannungsverhältnisse
herzustellen, dann hat der Trägreglerwährend einer längeren Zeit, und zwar während
der Zeit t., Gelegenheit, im Sinne einer Verstellung des Drehtransformators 3 zu
arbeiten. Liegt eine sehr große Abweichung vom Sollwert vor und ist eine Stoßerregungsspannung
entsprechend dein Punkt Y3 der Kurve b notwendig, dann kann der Trägregler während
der gesamten Zeit t3 arbeiten. Hieraus geht hervor, düß beim Ansprechen der Stoßregelung
die Trägregelung um so länger wirksam ist, je größer die Abweichung des Augenblickswertes
der zu regelnden Größe vom Sollwert ist. Auch diese Wirkung wird durch die Anordnung
der Verzögerungsdrossel im Stromkeis 7', 8', 9 bzw. 7", 8", 9 erzielt. Würde der
Stoßregler nach der Kurve ä der Abb. 2 arbeiten, dann hätte der T rä gregler keine
Zeit, in Tätigkeit zu treten.