DE678550C - Mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefaessen arbeitender Wechselrichter in Reihenanordnung fuer hoehere Frequenzen - Google Patents
Mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefaessen arbeitender Wechselrichter in Reihenanordnung fuer hoehere FrequenzenInfo
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Description
Die Anwendung gittergesteuerter Dampfoder Gasentladungsgefäße für Umformungen
von Gleichstrom in Wechselstrom empfiehlt sich, weil sie während der Zeit der Strom-·
führung einen verhältnismäßig kleinen Spannungsabfall besitzen und daher auch verhältnismäßig
niedrige Gleichspannungen, z. B. 220 Volt, wirtschaftlich umgeformt werden können. Voraussetzung für einen sicheren
Betrieb ist dabei, daß die Entionisierung jeder Entladungsbahn nach einem Stromdurchgang
schnell genug vor sich geht, d. h. das Gitter seine Sperrwirkung wieder erlangt. Nur wenn
dies erfüllt ist, kann das Einsetzen jeder einzelnen Entladung mittels der Gittersteuerung
betriebssicher beherrscht werden. Da die Entionisierungszeit in der Größenordnung von
etwa V1000 Sekunde liegt, war es bisher nicht
möglich, Wechselströme höherer Frequenz, also etwa 500 Hz und höher, zu erzeugen.
Durch die Erfindung wird es nun bei Wechselrichtern in Reihenanordnung ermöglicht,
Wechselströme höherer Frequenz zu erzeugen, als es bisher mit Rücksicht auf die Entionisierungszeit möglich erschien. Erfindungsgemäß
sind mehrere vorzugsweise eine ungerade Zahl von phasenverschoben gesteuerten Wechselrichtern in Reihenanordnung
vorgesehen, die auf einen und denselben Verbraucher arbeiten. Die Steuerung der einzelnen Entladungsgefäße erfolgt dabei in
der Weise, daß aufeinanderfolgende Halbwellen von verschiedenen Wechselrichtern
geliefert werden. Jedes einzelne der Entladungsgefäße wird demnach mit einer Frequenz
gesteuert, die ein Bruchteil der Frequenz des erzeugten Wechselstromes ist. Durch
die Erfindung wird es somit ermöglicht, daß für jedes Entladungsgefäß die erforderliche
Entionisierungszeit zur Verfügung steht, obwohl ein Wechselstrom hoher Frequenz erzeugt
wird.
Im einfachsten Fall wird man drei Wechselrichter in Reihenanordnung A, B und C (vgl.
Abb. ι der Zeichnung) vorsehen, die mit einer Frequenz gesteuert werden, die gleich einem
Drittel der Frequenz des erzeugten Wechselstromes ist. In bezug auf die S teuer frequenz
arbeiten die Wechselrichter mit einer Phasenverschiebung von 120°. Die Abb. 2 a bis 2d
der Zeichnung dienen zur Erläuterung der Wirkungsweise.
In Abb. ι ist mit 10 ein Gleichstromnetz
bezeichnet, aus welchem ein an die Leitungen 11 angeschlossener Wechselstromverbraueher
über den Transformator 16 gespeist wer-
den soll. Mit A, B, C sind drei unter sich gleiche Wechselrichter bezeichnet, deren jeder,
da es sich um Wechselrichter in Reihenanordnung handelt, aus zwei Entladungsgefäßen
besteht. Zum Wechselrichter A gehören die beiden Entladungsgefäße 13 und 17, von denen
das erstere mit seiner Anode am positiven Pol, das letztere mit seiner Kathode am negativen
Pol des Gleichstromnetzes 10 liegt. In der Verbindungsleitung zwischen der Kathode
des ersten und der Anode des zweiten Gefäßes liegt eine Drosselspule 14. Von ihrem
Mittelpunkt führt eine Leitung über einen Kondensator 12 an eine Klemme der Primärwicklung
15 des Arbeitstransformators 16. Die Gitter der beiden Entladungsgefäße liegen
über die Gittervorspannungsquellen 42 und 43 an zwei getrennten Sekundärwicklungen 36
und 37 eines Gittertransformators 33, welcher im Gebiete hoher Sättigung arbeitet. Die
Spannung für den Transformator 33 wird von der Sekundärwicklung 28 eines Zwischentransformators
27 geliefert, welcher von einer Wechselspannungsquelle 26 gespeist wird. Die
Schaltung der beiden anderen Wechselrichter B und C stimmt mit derjenigen des
Wechselrichters A in allen Einzelheiten überein. Ein Unterschied besteht lediglich in dem
Anschluß für die Primärwicklung der Gittertransformatoren 34 und 35. Diese sind an je
eine aus den Widerständen 29 bzw. 31 und den Kondensatoren 30 bzw. 32 bestehende
Spannungsteilerschaltung angeschlossen, die derart bemessen ist, daß die Transformatoren
33 bis 35 Spannungen erhalten, die gegeneinander um 120 elektrische Grad, bezogen auf
die Frequenz der Wechselstromquelle 26, phasenverschoben sind.
Die Wirkungsweise der Einrichtung soll an Hand der Abb. 2,a bis zd erläutert werden. In
Abb. 2 a, 2 b, 2 c ist durch die punktierten Sinuslinien
die an den Primärwicklungen der Gittertransformatoren 33 bis 35 liegende Spannung angedeutet. Durch die bereits erwähnte
Eisensättigung der Gittertransformatoren wird die in ihren Sekundärwicklungen
36 bis 41 erzeugte Spannung derart verzerrt, daß in der Mitte jeder Halbwelle eine stark
ausgeprägte Spannungsspitze entsteht. Diese wirkt im Zusammenhang mit den Gittervorspannungsquellen
42 bis 47 derart, daß die Entladung in jedem Gefäß jeweils in einem
Zeitpunkt einsetzt, der um 30 elektrische Grad vor dem Maximum der betreffenden
Gitterspannungsspitze liegt. Zündet beispielsweise das Entladungsgefäß 13, so kommt ein
Aufladestromkreis über dieses Entladungsgefäß und die linke Hälfte der Drosselspule
14 für den Kondensator 12 zustande, der demgejmäß etwa die doppelte Spannung der
Gleichstromquelle 10 annimmt. Die Größe der Induktivität 14 und des Kondensators 12 sind
dabei derart bemessen, daß ungefähr innerhalb 60 elektrischer Grad nach dem Zeitpunkt
der Zündung der Strom wieder auf den Wert Null abgeklungen ist. Der Ladestrom muß
dabei offenbar ein Maximum durchlaufen und besitzt also annähernd die Gestalt einer Sinushalbwelle. In Abb. 2 a ist dieser Ladestrom
als ausgezogene Kurve eingezeichnet. Die Ionenraumladung in dem Gefäß 13, die unmittelbar
nach dem Erlöschen der Entladung noch vorhanden ist, kommt nun langsam zum Verschwinden. Die nächste Halbwelle wird
von dem Gefäß 20 des Wechselrichters B gebildet,
und zwar durch Entladung des Kondensators 18 über die rechte Hälfte der
Drosselspule 21 und das Entladungsgefäß 20. Die Ladung des Kondensators 18 wurde zu
einem Zeitpunkt, der 180 elektrische Grad vor dem Auftreten der Gitterspammugsspitze
am Gefäß 20 liegt, gebildet, und zwar durch eine Entladung in dem Gefäß 19. Für die
Kurvenform dieser negativen Halbwelle gilt dasselbe wie für den vorher von dem Gefäß-"85
13 gebildeten positiven Stromstoß (Abb. 2 b ausgezogene Kurve). Nach Erlöschen der
Entladung in dem Gefäß 20 zündet das Gefäß 23, und der Kondensator 22 wird über die
linke Hälfte der Drossel 25 angenähert auf die doppelte Spannung der Gleichstromquelle aufgeladen.
Auch bezüglich der Kurvenform dieses Ladestromes gilt das bei der Ladung des Kondensators 12 Gesagte (Abb. 2 c ausgezogene
Kurve). Nunmehr hat die an dem Wechselrichter y4 liegende Gitterspannung ihre
Polarität gewechselt, und das Gefäß 17 wird gezündet. Der Kondensator 12, dessen Ladevorgang
anfänglich eingehend beschrieben ist, entlädt sich nun über die rechte Hälfte der
Drosselspule 14 und dieses Entladungsgefäß. Der Entladungsstromstoß hat dieselbe Kurvenform wie der Ladestrom, aber entgegengesetzte
Polarität, und ist daher in der Abb. 2 a nach unten aufgetragen. Es folgt nun ein
neuer Ladestromstoß für den Kondensator 18 über das Gefäß 19 und ein neuer Entladestromstoß
für den Kondensator 22 über das Gefäß 24 usf. Da die Ladeströme sowohl wie die Entladeströme der Kondensatoren 12, 18
und 22 alle über die Primärwicklung 15 des Arbeitstransformators 16 fließen, ergibt sich
für den dem Wechselstromverbraucher zugeführten Strom eine aus den verschiedenen
Lade- und Entladeströmen zusammengesetzte Kurve, d. h. angenähert eine Sinuslinie
(Abb. 2-d). Jedes einzelne Entladungsgefäß, beispielsweise das Gefäß 13, bleibt dabei während
je nahezu 360 elektrischer Grade, gemessen an der Frequenz der Wechselstromquelle
26, in Ruhe, seine Ionenraumladung kann daher abklingen, während andere Ent-
ladungsgefäße in Betrieb sind. Mit einer derartigen Einrichtung läßt sich offenbar eine
höhere Frequenz erreichen als bei Verwendung nur zweier Entladungsröhren unter Berücksichtigung
der notwendigen Entionisierungszeit. Um eine möglichst günstige Kurvenform
auf der Wechselstromseite zu erhalten, ist es zweckmäßig, die Frequenz der abgegebenen
Spannung, die von der Größe der Induktivitäten 14, 21, 25 und den Kapazitäten
12, 18, 22 der Wechselrichter abhängt, als
ungerades ganzes Vielfaches der Frequenz der. Gitterspannungsquelle 26 zu wählen.
Claims (6)
1. Mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefäßen arbeitender Wechselrichter
in Reihenanordnung für höhere Frequenzen, gekennzeichnet durch die Verwendung mehrerer vorzugsweise einer
ungeraden Zahl von Wechselrichtern, die derart gesteuert werden, daß aufeinanderfolgende
Halbwellen des erzeugten Wechselstromes von verschiedenen Wechselrichtern geliefert werden.
2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder einzelne
Wechselrichter eine Steuerspannung erhält, deren Frequenz gleich der Frequenz des erzeugten Wechselstromes dividiert
durch die Anzahl der Wechselrichter ist, und daß die Phasenverschiebung zwischen
den S teuer spannungen je zweier Wechselrichter bei feiner ungeraden Zahl (n) von
Wechselrichtern -— oder ein ganzes Vielfaches davon beträgt.
3. Wechselrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
den Gitterkreisen der einzelnen Entladungsgefäße zugeführte Steuerwechselspannung
eine wenigstens annähernd spitze Wellenform besitzt.
4. Wechselrichter nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß
die den Gitterkreisen der einzelnen Entladungsgefäße zugeführten Wechselspannungen
einer einphasigen Wechselstromquelle (26) über Phaseneinstellvorrichtungen (29, 30 bzw. 31, 32) entnommen
werden.
5. Wechselrichter nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gitterspannungen von einem mehrphasigen Generator geliefert werden.
6. Wechselrichter nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in
die Gitterkreise außer der Steuerwechselspannung vorzugsweise negative Vorspannungen
(42 bis 47) eingefügt sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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