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Anordnung zur Gittersteuerung bei der asynchronen Umformung von Drehstrom
höherer Frequenz in Einphasenstrom niederer Frequenz Zusatz zum Patent 681
135
Gegenstand des Patents 681 135 ist eine Anordnung zur Gittersteuerung
bei Umrichtern, d. h. Einrichtungen zur Umformung von Wechselstrom einer Frequenz
in Wechselstrom anderer Frequenz mittels gittergesteuerter Entladungsgefäße, vorzugsweise
mit Dampf- oder Gasfüllung, und zwar werden die Gitterkreise wenigstens eines Teiles
der Entladungsgefäße auf mindestens zwei sich gegenseitig ausschließenden Wegen
gesteuert. Besondere Bedeutung hat der im genannten Patent ausgesprochene Erfindungsgedanke
bei der asynchronen Umformung von Drehstrom höherer Frequenz in Einphasenstrom niederer
Frequenz, da dann die einzelnen Primärphasen wesentliche Unterschiede hinsichtlich
der Arbeitsdauer aufweisen. Vorliegende Erfindung bezweckt eine Vereinfachung -
der Steuerungsvorgänge, und zwar werden erfindungsgemäß die Steuerungen für die
ausgezeichnete und nichtausgezeichnete Phase bei Gleichrichterkommutierung vereinigt.
Dabei ergeben sich auch Vereinfachungen hinsichtlich der Steuerung der Wechselstromrichterkommutierung.
Ehe die Anwendung des Erfindungsgedankens an einem Ausführungsbeispiel erläutert
werden soll, erscheint es zweckmäßig, kurz noch einmal die sich bei Belastung mit
beliebigem Scheinwiderstand ergebenden ScheInleistungsverhältnisse beim Umrichter
und die Steuerbedingungen zu betrachten. Bei Belastung mit beliebigem Scheinwiderstand
arbeitet der Umrichter infolge der Energieverhältnisse in einem Teil der Periode
als Gleichrichter, in einem - anderen Teil der Periode als Wechselrichter. Diesen
beiden Energierichtungsrnöglichkeiten muß die Steuerung in jedem Augenblick der
Periode -als zumindest während eines Teiles jeder Halbperiode Rechnung tragen. Dies
ist noch einmal in Abb. z veranschaulicht, wobei die Steuerbedingungen für zwei
gegensinnig parallel geschaltete Entladungsgefäße der natürlichen Normalschaltung
des Umrichters, und zwar für die an der Primärspannung u2 liegenden Entladungsgefäße
und für nicht ausgezeichnete Arbeitsweise, dargestellt sind. Entsprechende Steuerbedingungen
ergeben sich auch, wie nicht noch einmal dargestellt ist,
für ausgezeichneten
Betrieb. Für das Plusgefäß ergibt sich bei Wechselrichterbetrieb das Zusammenarbeiten
der beiden Teilsteuerspannungen e"".(1+) und e"".`1'+ , bei Gleich` ' richterbetrieb
das Zusammenarbeiten der beiß tt l: Teilsteuerspannungen eg,(r-) und eg,(P-;, 14:
das Minusgefäß ergeben sich entsprechendeinerseits e".<,5+ und-e@r(p+), anderseits
er( und e"".!F-`@. Im Gegensatz zur Darstellung gemäß Abb. i des Patents 681
135 sind die Steuerbedingungen für jedes Gefäß -getrennt angegeben. Es wird
noch bemerkt, daß zwar bei Vereinigung der Steuerbedingungen für beide Gefäße ein
ordnungsmäßiger Betrieb an sich gewährleistet: ist, jedoch eine solche bei der durch
die vorliegende Erfindung beabsichtigten Vereinfachung der Steuerbedingungen mit
Rücksicht auf die Kurzschlüßmöglichkeiten nicht zweckmäßig ist.
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In Abb. z ist die Durchbildung der Steuerung gemäß der Erfindung
veranschaulicht. Wie in Abb. i ist zunächst die erzeugte Spannung e trapezförmiger
Gestalt dargestellt, wie sie sich aus den von den Primärphasen gelieferten Teilspannungen
e,+, e2+, ...e,;+, e1+, ei-, e2 usw. zusammensetzt. Im Sinne vorliegender Erfindung
soll nun eine Vereinfachung der Steuerung erzielt werden, indem die Steuerungen
für ausgezeichneten und nicht ausgezeichneten. Gleichriehterbetrieb bereinigt werden.
Für die Phase i, die sowohl in der Zeit to' ... t2 als auch in der Zeit th
... to strombereit gehalten werden muß, kann nun eine vereinfachte Steuerung
angewendet werden, wenn sie derart beschaffen ist, daß die an der Phase i liegende
Entladungsstreckefür Gleichrichterbetrieb sowohl in der Zeit 1ö ... t23 als
auch in der Zeit t56 . : . tö strombereit gehalten wird. Das -bedeutet keine Beeinträchtigung
der Arbeitsweise, da bei Gleichrichterbetrieb die Anode außerhalb der Arbeitszeit
negative Spannung gegenüber der Kathode aufweist. Entsprechendes gilt auch für die
anderen Phasen, z. B. bei Phase q. die Zeit t23 ... 1516. Die Ausbildung
der dem niederfrequenten Sekundärnetz zugeordneten Teilsteuerspannung muß nun derart
erfolgen, daß sie in der Zeit to' ... tö' den einzelnen Phasen die Strombereitschaft
ermöglicht. Hierzu' wird für die Steuerung jeder Hauptentladungsstrecke ein gittergesteuertes
Hilfsentladungsgefäß mit Dampf- oder Gasfüllung verwendet. Für das an die Primärphase
i angeschlossene Entladungsgefäß 13' sind zwei Hilfsentladungsgefäße Ho und
Ni vorgesehen (vgl. Abb. 3 und q.) und -zur Erzielung vorbestimmter rechteekförmiger
Steuerspannungen ein Hilfsentladungsgefäß V1, mit konstantem Spannungsabfall eingefügt.
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Die Wirkungsweise der Steuerung soll an Hand der Abb. 2 und 4 erläutert
werden. Für jede der beiden Hauptentladungsstrecken 13'
tin.d i3" ergeben
sich zwei sich gegenseitig ausschließende Steuerwege, von denen der ' «ine der Gleichrichtersteuerung,
der andere 4er Wechselrichtersteuerung entspricht, die je verschiedenen Halbwellen
der Sekundär-,.;s@annung wirksam sind, und zwar sind stets wenigstens annähernd
gleichzeitig die Gleichrichtersteuerung für das eine Gefäß und die Wechselrichtersteuerung
für das andere Gefäß wirksam. In Abb.2 sind zunächst die Steuereinflüsse des einen
Gefäßes, kurz Plus-gefäß genannt, bei Gleichrichter- und Wechselrichterbetrieb
dargestellt. Die auf das Hilfsentladungsgefäß Ho einwirkenden Steuereinfiüsse sind
eg,-(S+und eg,. F+). Unter Mitwirkung der Anodenspannung 300, die an sich auch synchron
mit der niederfrequenten Sekundärspannung verlaufen kann, aber vorzugsweise aus
dem Primärnetz entnommen wird, und unter Mitwirkung einer Drosselspule 3o2 und gegebenenfalls
des Hilfsentladungsgefäßes Vj, wird - eine Steuerspannung eg,- "".d(++) erzeugt.
Bei Verwendung einer Drosselspule kann nämlich die Stromführung z. B. über den Abschnitt
t5b...tö hinaus verlängert werden und kann dadurch bei reinem Wechselrichterbetrieb,
d. h. Rücklieferung reiner Wirklast aus dem niederfrequenten Sekundärnetz an das
höherfrequente Primärnetz, die Wechselrichtersteuerung für dieses Gefäß bei ausgezeichnetem
Betrieb sicherstellen, denn es muß das in der einen Halbwelle gemäß den Gleichrichterbedingungen
gesteuerte Gefäß in der nächsten Halbwelle gemäß den Wechselrichterbedingüngen gesteuert
werden. Dabei ergibt sich folgende Besonderheit beim Umrichter gegenüber dem Wechselrichter:
Bei Wechselrichterbetrieb mit reiner Wirklast wechselt der Strom in derselben Phasenlage
wie die Spannung der Vorwichen, d. h. -es genügt, das die Stromlieferung im -Nulldurchgang
übernehmende Entladungsgefäß zur Zeit iQ bzw, tä kurzzeitig leitend-zu behalten.
Infolge der Durchbildung der Steuerung im Sinne vorliegender Erfindung unter Mitwirkung
der Teiisteuereinflüsse eg,-(P+) und eg,(s+), die, wie geschildert, die wirksame
Steuerspannung eg,., ",,.@t@+ +@ ergeben, ist es möglich, die Gleichrichtersteuerung
für ausgezeichneten und nichtausgezeichneten Betrieb zu vereinigen. Es -wird noch
bemerkt, daß an Stelle der Drosselspule 3o2 auch ein Widerstand mit zusätzlicher
positiver Gleichspannung gewählt werden kann, wobei sich die gleichen Steuerwirkungen
ergeben. Die Länge des Teilsteuereinflusses ee, (s+) bzw.-e""',3-) richtet sich
nach dem Frequenzübersetzungsverhältnis. Diese Teilsteuerspannung reicht von 1ö
bis to"', d. h. sie muß bei -der in Frage kommenden
höchsten
sekundären Betriebsfrequenz noch das Arbeiten der letzten Phase, im vorliegenden
Falle Phase I, gestatten, aber das Arbeiten der darauffolgenden Phase, nämlich Phase
2, verhindern. Durch diese Bedingung ist die Zeitdauer 1ö ... t' für
die Teilstenerspannung eg,.."s+i und die Zeitdauer tö . . . t1@' für die Teilsteuerspannung
ee,(s-) festgelegt.
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Hinsichtlich der Wechselrichtersteuerung liir nicht ausgezeichneten
Betrieb wird noch bemerkt, daß sie die normalen Wechselrichterkommutierungsbedingungen
zu erfüllen hat, wobei es sich empfiehlt, wenigstens die dem höherfrequenten Netz
zugeordnete Teilsteuerspannung als Steuerwechselspannung spitzer Wellenform auszubilden.