DE678550C - Mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefaessen arbeitender Wechselrichter in Reihenanordnung fuer hoehere Frequenzen - Google Patents

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)

Patentansprüche:

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