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Verfahren und Einrichtung zum Betrieb von mit gittergesteuerten Dampf-oder
Gasentladungsstrecken arbeitenden Umrichtern Es ist bereits ein Verfahren zur Gittersteuerung
von gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken bei der unmittelbaren Frequenzumformung
bekanntgeworden. Bei diesem wird die Gitterspannung von den Augenblickswerten sowohl
der Spannung des Primärnetzes als auch der Spannung oder des Stromes oder beider
des Sekundärnetzes beeinflußt, und zwar derart, daß jeweils diejenige Entladungsstrecke
Strom führt, deren Primärphase für die Dauer der Stromführung gegenüber dem Augenblickswert
der sekundären Spannungskurve die kleinste Abweichung aufweist. Im allgemeinen wird
eine Steuerspannung verwendet, die sich aus zwei den beiden Netzspannungen zugeordneten
Teilspannungen zusammensetzt, wozu gegebenenfalls noch eine Vorspannung treten kann.
Obwohl grundsätzlich auch sinusförmige Teilsteuerspannungen anwendbar sind, wird
man doch vorzugsweise Teilsteuerspannungen verwenden, deren Spannungskurve außer
der Grundwelle noch höhere Harmonische aufweist. Durch die Anwendung solcher Teilsteuerspannungen
wird eine sichere Durchführung-des Betriebes ermöglicht.
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Die Erfindung bezweckt eine Ausgestaltung der Gittersteuerung derart,
daß Umrichter mit beliebiger Scheinleistung belastet werden können. Erfindungsgemäß
wird jede Entladungsstrecke jeweils in der niederfrequenten Halbwelle, in der negative
Sperrspannung an der Entladungsstrecke liegt, gemäß den Bedingungen des Gleichrichterbetriebes,
in der niederfrequenten Halbwelle, in der positive Sperrspannung an der Entladungsstrecke
liegt, gemäß den Bedingungen des Wechselrichterbetriebes gesteuert. Welche Gesichtspunkte
darüber hinaus zweckmäßigerweise zu berücksichtigen sind, ist nachfolgender Beschreibung
zu entnehmen. Für das Verständnis vorliegender Erfindung sei noch kurz bemerkt,
daß die Anode jeder Entladungsstrecke in der dem Gleichrichterbetrieb entsprechenden
Halbwelle negatives Potential, in der dem Wechselrichterbetrieb entsprechenden Halbwelle
positives Potential gegenüber der Kathode in der Sperrzeit führt.
In
Ahb: i ist ein Umrichter in natürlicher Normalschaltung' dargestellt, an dem der
Erfindungsgedanke erläutert werden soll. Der Umrichter enthält einen . an das hpherfrequerite
Primärnetz i i angeschlossenen Haupt-; transformator 14. mit Wicklungen 15 und 16.
Die Wicklung 16 ist mit einer Mittelanzapfung versehen und speist über die gittergesteuerten
Dampf- oder Gasentladungsgefäße 17 bis 2o den niederfrequenten Verbraucherkreis
12. Jeder der Gitterkreise erhält eine Teilsteuerspannung vom niederfrequenten und
vom höherfrequenten Netz; gegebenenfalls über Phaseneinstellvorrichtungen
23 und 28. Wie im einzelnen weiter unten erläutert wird, sollen die beiden
Teilsteuerspannungen eine von der Sinusform abweichende Wellenform aufweisen. Erwünscht
ist es, die niederfrequente Teilsteuerspannung mit einer rechteckförmigen Wellenform
zu versehen. Dies kann man dadurch erreichen, daß man parallel zu dem Steuertransformator
22 eine Glimmlampe z5 schaltet, die die Spannung ein wenig niedriger als die erforderliche
Gittererregung hält. Ferner ist in Reihe mit dieser Parallelschaltung ein Strombegrenzungswiderstand
26 geschältet. Für die Energielieferung vom niederfrequenten Netz an das höherfrequente
Netz und für Umformungen mit von i abweichendem Leistungsfaktor ist es erforderlich,
die Gitter der einzelnen Gefäße zusätzlich durch eine der höherfrequenten Spannung
zugeordnete Teilsteuerspannung zu erregen. Der Gittertransformator 27, der die höherfrequente
Teilsteuerspannung den Gitterkreisen zuführt, kann als gesättigter Transformator
ausgebildet sein, d. h. er bildet dann die sinusförmig dargebotene Steuerwechselspannung
in eine Steuerwechselspannung spitzer Wellenform um. Solche Wechselspannungen spitzer
Wellenform erweisen sich im Betrieb als sehr vorteilhaft. Es wird noch bemerkt,
daß bei Energielieferung vom niederfrequenten Netz an das höherfrequente Netz ein
Kommutierungskondensator 3o dann erforderlich ist, wenn das Netz ro keine taktgebende
Wechselspannung aufweist.
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Für die Arbeitsweise des Umrichters ergibt sich folgendes, wenn man
annimmt, daß Energie vom höherfrequenten Netz an das niederftequente Netz geliefert
wird: Liegt nur eine Ohmsehe Belastung vor, so kann an sich die höherfrequente Teilsteuerspannung
fortgelassen werden, und es genügt, die Gitter der Gefäße 17' bis 2o nur mit der
dem Verbrauchernetz 12 zugeordneten Teilsteuerspannung zu steuern. Dabei sind die
Gefäße 17 und ig in der einen Halbwelle, die Gefäße 18 und 20 in der nächsten Halbwelle
leitend. Dann ist der Umrichter als ein periodisch gesteuerter Gleichrichter aufzufassen.
Die Drosselspule 21 erfüllt die Aufgabe, einerseits die' Oberwellen in der niederfrequenten
Spanntang zu glätten und andererseits einen Kurzschluß der Transformatorwicklung
16 über die Gefäße zu verhindern bzw. zu begrenzen. Solche Kurzschlüsse können auftreten,
wenn Entladungsgefäße leitend gemacht werden, während andere Gefäße noch Strom führen.
Infolgedessen muß man den Scheinwiderstand der Drosselspule, bezogen auf den höherfrequenten
- Kurzschlußkreis, verhältnismäßig groß wählen; andererseits darf der Scheinwiderstand,
bezogen auf den niederfrequenten Stromkreis, nur einen verhältnismäßig kleinen Wert
haben.
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Wenn die Umformung bei einem nacheilenden Leistungsfaktor vor sich
geht, so wechselt der Strom nicht zu gleicher Zeit mit der Spannung das Vorzeichen,
sondern später. Trifft man nun keine Vorkehrungen, so wird der Strom von dem zuletzt
führenden Gefäß, beispielsweise i9, weitergeführt werden und mit der EMK des Belastungskreises
fließen. Dieser Stromfluß wird sich auch während der nächsten Halbwelle der höherfrequenten
Spannung fortsetzen, und das bedeutet, daß Primär- und Sekundärspannung kurzgeschlossen
sind. Wie man nun die Gittersteuerung bei Betrieb mit beliebiger Belastung insbesondere
auch bei induktiver Belastung, bei einem Umrichter gemäß Abb. i durchführen kann,
soll nunmehr an Hand der Abb: a erläutert werden. In der Zeichnung stellt Kurve
A die höherfrequente Wechselspannung des Netzes io dar, Kurve B die dem Netz 12
durch den Umrichter zugeführte Spannung,. Kurve C die resultierende Gitterspannung
eines der Gefäße, beispielsweise des Gefäßes i9, und Kurve D den niederfrequenten
Strom, wie er vom Umrichter dem Belastungskreis 12 zugeführt wird'. Im Zeitpunkt
c möge das Entladungsgefäß 17 leitend werden: Dieses wird anschließend durch das
Gefäß i9 abgelöst, und es ergibt sich, daß im Zeitabschnitt c ... g die Gefäße
17 und i9 wie ein Vollweggleichrichter arbeiten, d. h. jedes Entladungsgefäß arbeitet
während der positiven Halbwelle der höherfrequenten Wechselspannung: Im Zeitpunkt
g. geht die Wechselspannung des Belastungskreises durch Null, aber infolge der Gegen-EMK
des Belastungskreises wird der Strom noch nicht sein Vorzeichen umkehren und versuchen,
den Stromfluß im letzten Gefäß, d. h. Gefäß i9, aufrechtzuerhalten. Während des
Zeitabschnittes g ... /z treibt die Gegenspannung des Belastungskreises den
Strom durch das Gefäß i9, da das Gefäß 17 nichtleitend ist, und es ergibt sich,
daß der Strom gegen die EMK des rechten Teiles der Wicklung 16
fließt,
wobei der niederfrequente Strom sich verringert, wie es der Kurve D entnommen werden
kann. Wenn jedoch das Gefäß icg auch im Zeitabschnitt h ... i Strom
führen würde, dann würde das Gefäß erneut als Gleichrichter arbeiten, und das bedeutet,
daß Primär- und Sekundärspannung über das Gefäß i9, die Drosselspule 2i und das
Gefäß 18, welches jetzt ebenfalls als Gleich-' richten arbeitet, und die Transformatorwicklung
16 kurzgeschlossen würden. Diesen Kurzschlußstrom kann man nun vermeiden, wenn man
die Gefäße 17 und i9 gemäß den Bedingungen des Wechselrichterbetriebes in den Halbwellen
der niederfrequenten Spannung steuert, wenn sie gemäß den Gleichrichterbedingungen
gesperrt wären. Durch Verwendung einer phaseneinstellenden Vorrichtung 28 ist es
möglich, die für die Wechselrichterkommutierung erforderliche richtige Phasenlage
der Wechselspannung spitzer Wellenform zu erreichen, so daß der Strom vom Gefäß
i9 auf das Gefäß 17 im Zeitpunkt x übergeführt werden und dann gegen die EMK des
linken Teils der Wicklung 16 während des Zeitabschnittes x ...
i
fließen kann. Im Zeitpunkt i ist der niederfrequente Strom zu Null geworden,
und es arbeiten nunmehr die Gefäße 18 und 20 im Gleichrichterbetrieb und liefern
im Zeitabschnitt i . . . m Energie vom höhenfrequenten Netz an das niederfrequente
Netz. In ähnlicher Weise wie die Gefäße 17 und i9 während des Zeitabschnittes g
... i arbeiten die Gefäße 18 und 2o im Zeitabschnitt na . . . o
gemäß
den Bedingungen des Wechselrichterbetriebes, d. h. es wird Energie aus dem niederfrequenten
Netz an das höhenfrequente Netz zurückgeliefert. Wie zu ersehen ist, kann man die
Gleichrichter- und Wechselrichterbedingungen betriebssicher beherrschen, indem man
für die niederfrequente Teilsteuerspannung eine im wesentlichen rechteckförmige
Wellenform, und für die höherfrequente"Teilsteuerspannung eine spitze Wellenform
.vorsieht. Enthält das niederfr equente Netz 12 weitere Energiequellen, beispielsweise
einen Generator 13, so kann man den Leistungsfaktor der Umformung dadurch steuern,
daß man die Phasenlage der niederfrequenten Teilsteuerspannung ändert. Hierzu kann
beispielsweise ein Drehtransformator 23 dienen. Es wird noch bemerkt, daß bei Fehlen
von weiteren Energiequellen im Belastungskreis 12 der Leistungsfaktor der vom Umrichter
bewirkten Umformung nicht gesteuert werden kann, vielmehr ist der Leistungsfaktor
dann allein durch die Belastungsverhältnisse bestimmt.
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Abb. 3 der Zeichnung betrifft einen Umrichter, der an ein höhenfrequentes
Drehstromnett 31 und an ein niederfrequentes Einphasenstromnetz 32 unter Verwendung
von Transformatorwicklungen 35, 36 und 38, 39 bzw. 34 angeschlossen ist. Die geschilderte
Anordnung ermöglicht es, sämtlichen Entladungsstrecken ein gemeinsames Kathodenpotential
zuzuweisen, wodurch gleichzeitig die Möglichkeit gegeben ist, sämtliche Entladungsstrecken
zu einem tnehranodigen Gefäß mit gemeinsamer Kathode zusammenzufassen. Der Umrichter
enthält die beiden Gefäßgruppen 33 und 37. Die -Gefäßgruppe 33"ist über die sechsphasig
ausgeführte Wicklung 36 mit dem Drehstromnetz 31 verknüpft, entsprechend die Gefäßgruppe
37 über die ebenfalls sechsphasig ausgeführte Wicklung 39. Hinsichtlich der für
den Betrieb erforderlichen Steuerung ergeben sich gegenüber einem Umrichter nach
Abb. i keine Unterschiede, d. h. wird die Gruppe 33 gemäß den Bedingungen des Gleichrichterbetriebes
gesteuert, so wird die Gruppe 37 gemäß den Bedingungen des Wechselrichterbetriebes
gesteuert. Etwas abweichend ist jedoch die besondere Art der Gittersteuerung bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß Abb.3. Die Gitterkreise enthalten nämlich eine negative
Vorspannung 40, die, für sich allein genommen, die Entladungsstrecken gesperrt hält.
In die Gitterkreise sind ferner Sekundärwicklungen von Transformatoren 43 bis 45
geschaltet, die die Wechselspannung spitzer Wellenform der höheren Frequenz liefern.
Ferner sind außer Strombegrenzungswiderständen 46 bzw. 49 Widerstände 4z bzw. 42
vorgesehen, denen eine vom niederfrequenten Netz abhängige Teilsteuerspannung zugeführt
wird. Diese Teilsteuerspannungen werden von Entladungsgefäßen 51 und 52 in Gleichrichterschaltung,
die über einen Transformator 5o an das niederfrequente Netz 32 angeschlossen sind,
geliefert. Die von diesen Gefäßen gelieferte Spannung ist ausreichend, um die negative
Vorspannung 40 unwirksam zu machen und die eine oder die andere Gruppe von Entladungsgefäßen
gemäß den Bedingungen des Gleichrichterbetriebes während der vollen Halbwelle leitend
zu halten. Es wird noch bemerkt, daß in ähnlicher Weise wie bei der Ausführungsform
gemäß Abb. i eine Einstellung der Phasenlagen beider Teilsteuerspannungen mit Hilfe
phasendrehender Vorrichtungen 47 und 53 möglich ist. Beim Betrieb dieses mehrphasigen
Umrichters hat sich ergeben, daß die Steuerung einer Gruppe von Gefäßen gemäß dem
Wechselrichterbetrieb zur Verhinderung von Kurzschlüssen bei Scheinleistungen mit
beliebigem Leistungsfaktor nicht ausreicht. Zur Verhinderung solcher Kurzschlüsse
kann man nun Vorkehrungen
treffen, die die eine Gruppe von Gefäßen
noch nicht gemäß den Gleichrichterbedingungen steuert, bis der Strom in der anderen
Gruppe zu Null geworden ist. Hierfür sind zwei Stromtransformatoren 55 und 56 im
niederfrequenten Netz 32 vorgesehen, deren Sekundärwicklungen .die Gitter der Hilfsgefäße
5 1 'und 52 beeinflussen. Die Anordnung ist derart getroffen, daß, solange Strom
in der einen Gefäßgruppe, beispielsweise 33, fließt, die Sekundärspannung des Reihentransformators
55 . negativ ist und dem Gitter des Gefäßes 51 eine negative Spannung aufgedrückt
wird, so daß das Gefäß 51 gesperrt ist. Infolgedessen fließt durch den Widerstand
42 kein Strom, und es ist die negative Vorspannung 4o voll wirksam, d. h. die Gruppe
37 wird nicht gemäß den Bedingungen des Gleichrichterbetriebes gesteuert. Sobald
der Strom in der bisher stromführenden Gruppe erlischt, wird auch die negative Vorspannung
des Gefäßes 51 unwirksam und somit das Gefäß 51 leitend. Dadurch wird unter Vermittlung
des Widerstandes 42 die Sperrwirkung der negativen Vorspannung 4o aufgehoben, d.
h. es arbeitet nunmehr die Gefäßgruppe 37 gemäß den Gleichrichterbedingungen. Zur
Förderung der Betriebssicherheit empfiehlt es sich, die Gitterspannung der Gefäße
5 i und 52 innerhalb vorbestimmter Grenzen zu halten, gleichgültig welcher
Belastungsstrom vom Umrichter dem Netz 32 zugeführt bzw. entnommen wird. Dies kann
man erreichen, indem man an die Sekundärwicklungen der Transformatoren 55 und 56
Strom- bzw. spannungsabhängige Widerstände anschließt, z. B. Glimmlampen 57 und
58, gegebenenfalls in Verbindung mit Belastungswiderständen 59 und 6o. Beim Arbeiten
auf induktive Belastung kann eine gewisse zusätzliche Sicherheit erwünscht sein,
und dies kann man z. B. in der Weise durchführen, daß man das Erlöschen der negativen
Vorspannung der Gefäße 51 und 52 durch Drosselspulen 61 und 62 verzögert. Zur Festlegung
genauer Spannungsverhältnisse in den Gitterkreisen wird man Widerstände 63 und 64
einfügen. Es kommt gelegentlich, insbesondere beim Betrieb mit sehr höhen Spannungen,
vor, daß die Steuerwirkung der Gitter -einzelner Gefäße durch Schaltvorgänge in
den Hauptstromkreisen unwirksam gemacht wird. Die Entladungsstrecken können dann
in .unvorschriftsmäßigen Phasenlagen leitend werden. Solche Betriebsstörungen kann
man vorteilhaft vermeiden, indem man zwischen Gitter und Kathode jedes Hauptgefäßes
einen hinreichend groß bemessenen Kondensator 65 schaltet.
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Hinsichtlich der Wirkungsweise des in Abb.3 dargestellten Umrichters
ergibt sieh gegenüber Abb. i der Unterschied, daß jedes Gefäß nicht während einer
vollen Halbwelle der zugehörigen Phasenspannung leitend ist, sondern wie beim sechsphasigen
Gleichrichter öder Wechselrichter während etwa 6ö° bezogen auf die Periodenlänge
der höherfrequenten Phasenspannung. Bei der Durchbildung der Gittersteuerung sind
dieselben Gesichtspunkte wie bei Abb. i zu beachten. Es arbeiten also die Gruppen
33 .und 37 abwechselnd gemäß den Bedingungen des Gleichrichterbetriebes, und zwar
wird die Steuerung unter Zuhilfenahme der Widerstände 41 und 42, wie bereits beschrieben
ist, bewirkt. Infolgedessen können beide Gefäßgruppen nicht gleichzeitig gemäß den
Bedingungen des Gleichrichterbetriebes arbeiten. ' Abb.4 der Zeichnung betrifft
einen Umrichter, der Energie von einem Wechselstromnetz verhältnismäßig niedriger
Frequenz 13 an ein Wechselstromnetz 69 konstanter oder veränderlicher Frequenz liefert.
In solchen Fällen ist es vorteilhaft, die Umformung zweimal vorzunehmen, indem man
nämlich zunächst den Wechselstrom verhältnismäßig niedriger Frequenz in Wechselstrom
verhältnismäßig hoher Frequenz und erst diesen in Wechselstrom regelbarer Frequenz
umformt. Unter verhältnismäßig hoher Frequenz soll dabei eine 'Frequenz verstanden
sein, die immer noch groß ist gegenüber der größten erreichbaren Frequenz auf der
Verbraucherseite. Solche Umformungen kommen überall da in Frage, wo die Frequenz
des Primärnetzes und die größte Frequenz des Verbraucherkreises angenähert gleich
groß sind. Bei der Anordnung gemäß Abb. 4 wird daher der dem Primärnetz 13 entnommene
i Wechselstrom zunächst unter Verwendung von Entladungsstrecken 17 bis 2o, einer
Drosselspüle 21, eines Kommuterungskondensators 30 und eines Transformators
14 in einphasigen Wechselstrom höherer Frequenz i umgeformt und alsdann dieser höherfrequente
einphasige Wechselstrom, dessen Frequenz angenähert konstant ist, wiederum in niederfrequenten
Wechselstrom, und zwar in Drehstrom veränderlicher Frequenz. Es sind also gewissermaßen
zwei Umrichter in Reihe geschaltet. Der bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
allein interessierende Umrichten ist der, der die Umformung von höherfrequentem
Einphasenstrom in niederfrequenten Drehstrom regelbarer Frequenz umformt. Dieser
Umrichter enthält die Gefäße 7o bis 81 und die zur Unterstützung des Umrichterbetriebes
dienenden Drosselspulen 82 bis 84, an deren Mittelanzapfungen die Phasen
A, B und C des Verbraucherkreises 69 angeschlossen sind. Wie zu ersehen ist;
ist
jede Phase des Belastungskreises über je zwei gegensinnig parallel
geschaltete Gefäße mit jedem Leiter des höherfrequenten Einphasenwechselstromzwischenkreises
io verbunden. Zur Verbesserung der Kurvenformen kann man in die Phasenleitungen
A, B und C Drösselspulen 85 und parallel zu den Klemmen des Zwischenkreises
io einen Kondensator 86 schalten. Letzterer erfüllt auch zugleich die Aufgabe, die
Kommutierung zu erleichtern. Nimmt man zunächst an, daß die Schalter 87 und 88 geöffnet
sind, so ist zwar der erste Umrichter arbeitsfähig, jedoch nicht der zweite. Für
die Durchführung eines Betriebes mit beliebiger Scheinleistung muß man, wie weiter
oben bereits erläutert wurde, jedes Gefäß des Umrichters in Abhängigkeit von den
Momentanwerten der Primär- und der Sekundärspannung steuern. Die niederfrequente
Teilsteuerspannung liefert ein mit dem Belastungsnetz 69 synchron laufender Hilfsgenerator
9o. Diese Teilsteuerspannung wird den Gittertransformatoren 92 bis 94 über eine
Phaseneinstellvörrichtung 9i zugeführt. Wie bei der Anordnung in Abb. 3 werden die
Gitter der Gefäße 7o bis 81 mit einer negativen Vorspannung 95 versehen, die für
sich allein das Einsetzen der Entladung in den Gefäßen verhindert. Die einzelnen
Wicklungen der Gittertransformatoren 92 bis 94 liefern den verschiedenen Widerständen
96 Gleichspannungsstöße, die den Vorspannungen 95, entgegengerichtet sind. Hierfür
dienen Hilfsentladungsgefäße 97, die ebenfalls vorzugsweise ionisierbares Medium
aufweisen. Für den Betrieb mit beliebigem Leistungsfaktor muß man die Möglichkeit
von Kurzschlüssen, wie sie sich ergeben können, wenn gleichzeitig mehrere Gefäße
bzw. Gefäßgruppen Strom führen bzw. leitend gemacht werden, vermeiden. Dies kann
man erreichen, indem man den Gleichrichteranteil der Gitterspannung, wie er durch
die Widerstände 96 geliefert wird, nur während vorbestimmter Abschnitte der niederfrequenten
Spannung wirken läßt. Die Steuerung dieser dem Gleichrichterbetrieb entsprechenden
Teilsteuerspannung erfolgt durch entsprechende Beeinflussung des Gitters des zugehörigen
Gefäßes 97. Es empfiehlt sich, auch für die genaue Einstellung der Gitterspannung
des Hilfsgefäßes 97 eine Phaseneinstellvorrichtung 98 vorzusehen. Durch entsprechende
Einstellung der beiden Vorrichtungen 9i und 98 kann man die Stromführung der Gefäße
97 in vorbestimmter Weise auf die in Frage kommende Zeitdauer innerhalb der Periode
der niederfrequenten Spannung beschränken. Nur während dieser Zeitabschnitte sind
die zugehörigen Hauptgefäße auf Gleichrichtersteuerung eingestellt. Die höherfrequente
Teilsteuerspannung spitzer Wellenform ist nach wie vor derart zu bemessen, daß -das
zugehörige Entladungsgefäß stets gemäß den Wechselrichterbedingungen arbeiten kann.
Für die genaue Einstellung des positiven Impulses der Wechselspannung spitzer Wellenform
dient eine Phaseneinstellvorrichtung 99. Die Umwandlung der sinusförmig dargebotenen
höherfrequenten Teilsteuerspannung in die Wechselspannung spitzer Wellenform kann
im Gittertransformator 102 oder in einem besonderen, zwischen Drehtransformator
99 und Gittertransformator 102 geschalteten gesättigten Transformator ioi erfolgen.
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Nimmt man an, daß der Schalter 88 in seiner oberen Stellung ist, so
wird Energie von der Sammelschiene io an das Verbrauchernetz 69 geliefert, wie bereits
für einphasige Verbrauchernetze in Abb. i erläutert ist. So kann z. B. während einer
Halbwelle der höherfrequenten Spannung, beispielsweise wenn die obere Klemme der
Sammelschiene io positives Potential führt, eine Speisung der Phasen A und
B durch das Gefäß 70 und das Gefäß 7 6 unter Mitwirkung der beiden
Drosselspulen 8a und 83 erfolgen. In der folgenden Halbwelle der höherfrequenten
Spannung erfolgt die Stromführung mittels der Gefäße 74 und 8o. Entsprechende Verhältnisse
ergeben sich für das Zusammenarbeiten der Phasen A und C sowie B und C. Die Kurzschlußmöglichkeiten,
wie sie insbesondere bei mehrphasigem Betrieb und bei beliebiger Belastung denkbar
sind, werden gemäß der Ausführungsform dadurch vermieden, daß grundsätzlich die
Gefäße nur entsprechend den Bedingungen des Wechselrichterbetriebes gesteuert werden,
während die Steuerung entsprechend den Bedingungen des Gleichrichterbetriebes nur
innerhalb vorbestimmter Zeitabschnitte möglich ist. Diese Gleichrichtersteuerung
wird durch Hilfsentladungsgefäße bewirkt, deren Anodenspannung synchron mit der
niederfrequenten Spannung verläuft und deren Gitterkreise entweder in Abhängigkeit
vom Strom (vgl. Abb. 3) oder von der Spannung der Verbraucherseite gesteuert werden.
Eine Steuerung, die nur die Bedingungen des Wechselrichterbetriebes berücksichtigen
würde, wäre an sich arbeitsfähig, jedoch würde diese Steuerung den Bedingungen hinsichtlich
der Momentanwerte von Strom und Spannung nicht entsprechen. Die genaue Berücksichtigung
der Momentanwerte ist nur bei Verwendung einer zusätzlichen Teilsteuerspannung,
wie sie durch die Hilfsgefäße geliefert, wird, möglich.
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Nimmt man an, daß der Schalter 88 in seiner unteren Stellung ist,
so ist der Urnrichter
unmittelbar mit der Maschine 9o, die als
Generator oder als Motor wirken kann, verbunden. In diesem Falle wirkt die niederfrequente
Spannung unmittelbar auf die Gitterkreise bzw. die Gitterkreise der Hilfsgefäße
ein.
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Eine weitere Ausführungsform ist in Abb. 5 der Zeichnung dargestellt.
Der Hauptstromkreis dieser Anordnung unterscheidet sich von der Anordnung gemäß
Abb. 3 dadurch, daß je Gruppe nicht sechs, sondern nur zwei Gefäße vorgesehen sind
und der Hintertransformator 3q. in Fortfall gekommen ist. Dafür weist er ähnlich
wie der Umrichter gemäß Abb. i eine Drosselanordnung 2i' mit zwei elektrisch getrennten
Wicklungen auf. In diesem Falle kann man die beiden Gruppen von Entladungsgefäßen
zu je einem mehranodigen Gefäß mit gemeinsamer Kathode zusammenfassen. Die Durchbildung
der Gittersteuerung weicht von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen insofern
ab, als Transformatoren i io bis 113 verwendet werden, die zwei Primärwicklungen
aufweisen, von denen die eine von der höherfrequenten Spannung, die andere von der
niederfrequenten Spannung erregt werden. Auf den Stromkreis der der niederfrequenten
Spannung zugeordneten Wicklung wirkt ferner eine Gleichspannung i2o unter Verwendung
von Widerständen 121, 122, 125
und 126 sowie zweier Gleichrichterelemente
127 und 128, beispielsweise Kontaktgleichrichter, ein. Die Anordnung ist hierbei
derart getroffen, daß die Batteriespannung in der einen Halbwelle der vom Transformator
123 gelieferten niederfrequenten Spannung dieser Spannung entgegenwirkt, in der
folgenden Halbwelle sich addiert.' Dadurch wird erreicht, daß die Sättigung der
Transformatoren i io bis 113 periodisch gesteuert wird. Im gesättigten Zustand wird
in den in die Gitterkreise eingefügten Sekundärwicklungen dieser Transformatoren
keine Spannung induziert. Außer Strombegrenzüngswiderständen und negativen Vorspannüngen
129 enthalten die Gitterkreise noch die Sekundärwicklungen von Gittertransformatoren
27 und 27', die nur von der höherfrequenten Spannung gespeist werden. Bemerkt wird
noch, daß die Gleichrichterelemente 127 und 128 eine Sättigung der Transformatoren
iio bis 11.3 mit verkehrtem Vorzeichen verhüten sollen.
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Für die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Steueranordnung
ergibt sich folgendes: Nimmt man an, daß während einer -bestimmten Halbwelle der
niederfrequenten Spannung 124 die vom Transformator 123 an die Wicklungen 116 und
117 gelieferte Spannung der Gleichspannung 120 entgegenwirkt, so werden die Transformatoren
i io und i i i entsättigt, Eine Wechselspannung spitzer Wellenform wird nunmehr
den Gittern der Gefäße 17 und i9 durch die Transformatoren i i o und z i i aufgedrückt,
und die Gefäße 17 urid i9 arbeiten gemäß den Bedingungen des Gleichrichterbetriebes.
Während des gleichen Zeitabschnittes sind bei den Transformatoren 112 und
113 Batteriespannung und niederfrequente Wechselspannung derart wirksam,
daß diese Transformatoren gesättigt sind und infolgedessen keine Steuerspannung
liefern. Die @i Gefäße 18 und 2o empfangen während dieses Zeitabschnittes
lediglich eine solche Steuerspannung, die nur den Bedingungen des Wechselrichterbetriebes
genügt, und zwar wird eine Steuerwechselspannung spitzer Wellenform durch den Transformator
27' zugeführt. Abgesehen von der Besonderheit der Steuerung, die sich aus der Verwendung
der Transformatoren, iio bis 113 ergibt, unterscheidet sich die Arbeitsweise des
Umrichters nicht von der der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Eine Regelung
der an das niederfrequente Netz 12 gelieferten Energie kann man vorteilhaft dadurch
bewirken, daß man die Phase der zusätzlichen Gleichriehterteilspannung ändert, und
dies bewirkt man, indem man die Phaseneinstellvorrichtung 114 entsprechend einstellt.
Die genaue Festlegung der Phasenlage der Steuerspannung für den Wechselrichterbetrieb
erfolgt mittels der Vorrichtung 28.
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Die Ausführungsform gemäß Abb.6 ist weitgehend ähnlich der gemäß Abb.5.
Es ergibt sich nur der Unterschied, (iaß bei der zusätzlichen Gleichrichtersteuerung
die zugehörigen Transformatoren nicht magnetisch, sondern elektrisch kurzgeschlossen
werden. Hierfür dienen Hilfsentladungsgefäße 136 bis 139. Den Transformatoren i
io und i i i gemäß Abb.5 entspricht der Transformator 13o, der ausschließlich von
der höherfrequenten Wechselspannung gespeist wird. Seine Sekundärseite kann durch
das Entladungsgefäß 136 bzw. 137 kurzgeschlossen werden. Diese Entladungsgefäße
werden durch eine mit der niederfrequenten Spannung synchron verlaufende Steuerspannung,
die durch den Transformator 123 zugeführt wird, beeinflußt Die Gitterkreise der
Hauptgefäße enthalten negative Vorspannungen 140 und 144 und ein Teil dieser Vorspannungen
wird in die Hauptstromkreise der Hilfsgefäße 136 bis '139 1 eingefügt. Man erreicht
dadurch, daß die Unterbrechung des Stromes in diesen Gefäßen in einem vorbestimmten
Zeitpunkt erfolgt. Falls es erwünscht ist, kann man den Hilfsgefäßen eine positive
Vorspannung zuführen, i die man zweckmäßigerweise den Batterien 140 und 141 entnimmt.
Dadurch kann man
erreichen, daß die Hilfsentladungsgefäße während
der vollen Halbwelle der niederfrequenten Spannung leitend sind. In sonstiger Hinsicht
ergeben sich keine grundlegenden Unterschiede gegenüber der Ausführungsform gemäß
Abb. 5.