DE692932C - Anordnung zur Gittersteuerung von Ionenventilen - Google Patents

Description

Durch gittergesteuerte Ionenventile hat man bekanntlich die Möglichkeit, einen Motor oder anderen Belastungsgegenstand derart selbsttätig zu regeln, daß er gewisse charakteristische Eigenschaften bekommt. Es ist nicht selten erwünscht, daß, diese Eigenschaften eine gewisse Diskontinuität aufweisen sollen, beispielsweise so, daß ein Motor bis zu einer gewissen Strombelastung mit konstainter Spannung, von dieser Belastung an dagegen mit konstantem Strom arbeiten soll. Dies kommt z. B. bei mit Schwungrädern zusammenarbeitenden Motoren vor. Als anderes Beispiel sei genannt, daß man bis zu einem ge- .

wissen Leistungsbetrag auf konstante Spannung und dann auf konstante Leistung regelt, was besonders bei Übertragung von einem Kraftnetz zu einem anderen vorkommen kann. Die Erfindung betrifft eine Anordnung, um

ao eine derartige diskontinuierliche Charakteristik der Belastung unter Verwendung einer Gittersteuerung der an sich bekannten Art zu schaffen, bei der die Phase der Gitterspannung durch eine Verbindung von Impedanzelementen verschiedenen Charakters, deren eines einen veränderlichen Wert hat, gedreht wird. Bei solchen Verbindungen von Im-

. . pedanzelementen ist es bekannt, eines der Elemente aus zwei Teilen gleichartiger induk- -tiver Eigenschaften aufzubauen, die in Abhängigkeit von dem Strom und der Spannung •des Ionenventils veränderlich sind, und zwar aus in Reihe geschalteten Jnduktanzen mit Eisenkern, die in Abhängigkeit dieser Größen gesättigt werden. Für die bekannte Anordnung dieser Art ist es abier kennzeichnend, daß bei der stromabhängigeri Induktanz der Strom und die Spannung einander entgegenwirken, so daß der kritische Wert des Stromes, bei der die Sättigung dieser Induktanz wegfallen soll, der Spannung proportional wird. Die Folge hiervon, wird, daß die Überschreitung eines gewissen Stromes zwar verhindert wird, die Spannung des Ionenventils aber bei der Erreichung dieses Stromwertes sofort unstetig wird, indem seine Kennlinie der eines Nebenschlußgenerators vergleichbar ist, wo die Spannung sofort wegfällt, sobald der Strom einen gewissen" Wert überschreiten will.

Gemäß der Erfindung setzt man auch ein Element der zur Drehung der Phase der Gitterspannung dienenden Impedanzverbindung aus zwei oder mehreren Teilen gleichartiger induktiver Eigenschaften zusammen, die in Abhängigkeit von für die Belastung des Ionenventils charakteristischen Betriebsgrö- _ ßen veränderlich sind; aber hierbei wird der Wert jedes der veränderlichen Impedanzteile durch den Unterschied zwischen einer vor-

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ausbestimmten Normalgröße und der betreffenden Betriebsgröße derart bestimmt, daß die Regelung in einem Gebiet die Konstanthaltung einer Betriebsgröße, in anderen Gebieten die Konstanthaltung anderer Betriebsgrößen bewirkt. Solange der Unterschied zwischen der Normalgröße und der entsprechenden Betriebsgröße groß ist, hat der entsprechende Impedanzteil keinen nennenswerten Einfluß auf die Regelung, sei es, daß er bei reihengeschalteten Impedanzen klein oder bei parallel geschalteten groß ist. Nähert sich dagegen eine der Betriebsgrößen der entsprechenden Normalgröße, so daß der Unterschied einen kleinen Wert annimmt, so wird der entsprechende Impedanzteil in einer an Hand der Zeichnung näher zu beschreibenden 'Weise derart beeinflußt, daß er durch die Gittersteuerung die Gleichspannung des Ionenventils so weit herabsetzt, daß die betreffende Betriebsgröße die gesetzte Grenze ■ niemals völlig erreichen kann. Da jedem Grenzwert eine besondere, im wesentlichen vorausbestimmte Normalgröße entspricht, wird die Regelung bei jedem solchen-Grenzwert einer Betriebsgröße vollkommen stetig. Falls auf dem unterteilten, regelbaren Impedanzelement die Spannung eines Teiles der Spannung des anderen voreilt, beispielsweise falls das erste eine Induktanz und das letztere einen Ohmschen Widerstand darstellt, wird das erstere am besten aus in Reihe geschalteten Teilen zusammengesetzt, während ein mit konstanter Reaktanz znsammenarbeitender regelbarer · Widerstand dagegen am besten aus parallel geschalteten Teilen ztisammengesetzt ist. Es zeigt sich, daß man in dieser Weise am leichtesten eine Phasendrehung der Gitterspannung im richtigen Sinne erhält, und zwar aus Gründen, auf die ein näheres Eingehen sich hier erübrigen dürfte.

Zwei Ausführungsformen der Erfindung nach diesen beiden Typen sind in Abb. 1 und 2 der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellt.

In Abb. ι ist 1 das Ionenventil eines Gleichrichters mit Kathode 10, Anoden 11 und Anodengittern 12, von welch letzteren der Einfachheit ha-lber nur eines dargestellt ist. 2 zeigt den nur schematisch angedeuteten Haupttransformator des Gleichrichters mit Primärklemmen 21, Sekundärklemmen 22 und Nullpunktklemme 20. Zwischen der letzteren und der Kathode ist die nicht dargestellte Belastung über die Klemmen g angeschlossen. Für die selbsttätige Regelung der Belastung werden den Hauptstromkreisen erstens die Gleichspannung der Belastung an den Punkten 4, zweitens ein dem primären Wechselstrom proportionaler Strom über die Stromwandler 5 entnommen. Von den Punkten 4 wird ein der Gleichspannung proportionaler Strom über einen großen Widerstand 40 an zwei Stromverzweigungspunkte 41 geleitet, in. welchen er mit einem von vornherein bestimmten Vergleichsstrom, zusammengesetzt wird. Der Unterschied zwischen dem letzteren und dem ersteren wirkt auf die Phasendrehimpedanz ein. Von den Stromwandlern 5 wird der Strom über eine Trockengleichrkhtergruppe 50 geleitet, von der der Gleichstrom über einen Widerstand 52 an zwei entsprechende Stromverzweigungspunkte 51 geleitet wird, wo er in ähnlicher Weise mit ⁷^ einem Vergleichsstrom zusammengesetzt wird wie der der Verbrauchergleichspannung proportionale Strom.

Die primäre Quelle der beiden Vergleichsströme ist gemeinsam und besteht aus einem an das Wechselstromnetz angeschlossenen dreiphasigen Spannungswandler 6. Von zwei Phasen des letzteren wird ein Strom durch einen Eisendrahtwiderstand 61 geleitet, der ihn praktisch konstant hält, und weiter durch *5 die in Reihe miteinander liegenden Primärwicklungen zweier Transformatoren 62, 63, deren einer mit regelbarer Übersetzung ausgestattet ist. Die Sekundärwicklungen der genannten Transformatoren speisen je eine Trockengleichrichteranordnung in Graetz-Schaltung 64 bzw. 65, von denen die Vergleichsströme an die Punkte 41 bzw. 51 über Reihenschlußinduktanzen 66 bzw. 68 und Parallelkondensatoren 67 bzw. 69 zum Entfernen von Oberwellen geleitet werden.

Der Unterschied zwischen dem Vergleichsstrom vom Polygon 64 und dem der Gleichspannung proportionalen Strom von den Punkten 4 wird durch eine Gleichstromwicklung 70 geleitet, die auf eine Induktanz 71 im wesentlichen bekannter Type wirkt, die in eine Impedanzgruppe zur Phasendrehung_> der Gitterspannung eingeht. Der Strom von den Punkten 51 wird in ähnlicher Weise durch eine Gleichstromwicklung 72 geleitet, die auf eine in Reihe mit der eben genannten liegende Induktanz 73 einwirkt. In Reihe mit den beiden Induktanzen liegt ein Ohmscher Widerstand 74, und das Ganze ist an die Sekundärwicklung eines einphasigen Transformators 75 angeschlossen, dessen Primärwicklung an zwei Phasenwicklungen des Spannungswandlers 6 angeschlossen ist. Für einen drei- oder sechsphasigen Gleichrichter werden drei derartige Impedanzgruppen verwendet, die über je einen Einphasentransformator an den Spannungswandler 6 angeschlossen sind und deren regelnde Gleichstromwicklungen zweckmäßig in Reihe geschaltet sind. Der Mittelpunkt der Sekundärwicklung des Transformators 75 ist an einen Gitternullpunkt 76,

angeschlossen, der ζ. Β. frei schwebend angeordnet oder beispielsweise an die Kathode über einen Widerstand angeschlossen sein kann, und der Verbindungspunkt yy zwischen der Induktanz 73 und dem Widerstand 74 ist an ein oder mehrere Gitter 12 über Widerstände 78 angeschlossen.

In Reihe mit den Gleichstromwicklungen 70, 72 liegen Trockengleichrichter 84 bzw. 85, um ein Umkehren der Ströme zu verhindern, was eine Unstetigkeit der Regelung ver^ Ursachen würde. Parallel zu diesen Trockengleichrichtern liegen Kondensatoren 86 bzw. 87, welche dazu dienen, einen dem Gleichstrom gegebenenfalls überlagerten Wechselstrom durchzulassen, so daß er beim Absinken des Hauptstromes bis auf oder nahe bis auf Null nicht gleichgerichtet wird, was die Regelung stören würde.

Die beschriebene Anordnung wirkt in folgender Weise: Der.von der Abweichung.der Gleichspannung von einem durch die Teile 61, 62, 64 bestimmten Nofmalwert bedingte Strom durch die Wicklung 70 beeinflußt die Gittersteuerung in solcher Richtung, daß der Normalwert beinahe wiederhergestellt wird. Gleichzeitig versucht zwar der Strom in der Wicklung 72, der durch die Abweichung des durch die Gruppe 50 gleichgerichteten Primärstromes von einem durch die Teile 61, 63, 65 bestimmten Normalwert bedingt wird, in solchem Sinne zu regeln, daß der Strom sich dem eben genannten Normalwert nähert, aber solange der Strom beträchtlich unter dem Normalwert liegt, wirkt die Wicklung 72 so stark erniedrigend auf den Wert der Induktanz 73, daß dieser im Vergleich mit dem Wert der damit in Reihe geschalteten größeren Induktanz 71 vollkommen vernachlässigt werden kann. Erst wenn der Strom sich dem Normalwert so viel nähert, daß die Abweichung innerhalb des von vornherein festgestellten Ungleichförmigkeitsgrades zu liegen kommt, fängt die Induktanz 73 an, beträchtlich zu steigen und dadurch einen Einfluß auf die Regelung zu bekommen. Inzwischen ist der Wert der Induktanz 71 gesunken, entsprechend dem zugelassenen Ungleichförmigkeitsgrad der Spannung, und die Induktanz 73 fängt dann allmählich an zu überwiegen, um bei fortschreitender Spannungsabnahme praktisch die ganze Regelung zu übernehmen, welche also nunmehr auf* konstanten Strom erfolgt.

In der Ausführungsform nach Abb. 2 sind der Transformator und das Ionenventil des Gleichrichters in derselben Weise wie in Abb. ι bezeichnet. Die Regelung erfolgt hier_s innerhalb eines vorbestimmten Belastungsgebietas auf Spannungscompoundierung, innerhalb eines anderen Gebietes auf konstante Gleichstromleistung. Für die Gittersteuerung selbst werden hier wie in Abb. ι Verbindungen aus Widerständen und Induktanzen verwendet, aber hier sind die letzteren konstant, während die Widerstände durch mechanische Apparate geregelt werden. Wie aus dem Folgenden hervorgeht, sollen die beiden Widerstände parallel geschaltet sein.

Ein der Verbrauchergleichspannung proportionaler Strom wird wie vorher zwischen zwei Punkten 4 den Hauptstromkreisen entnommen. Er fließt über einen Widerstand 40 durch eine Wicklung 94 des Spannungsreglers und eine Wicklung 104 des Leistungsreglers. Ein dem Belastungsgleichstrom pro- . portionaier Gleichstrom wird an einem Nebenschluß 55 abgenommen. Er durchfließt eine Kompoundwicklung 95 des Spannungsreglers und eine Wicklung 105 des Leistungsreglers. 80· Die beiden Regler wirken auf je einen Widerstand 91 bzw. 101 ein, welche einander parallel geschaltet sind und zusammen mit Induktanzen die Drehung der Phase der Gitterspannung bewirken. Die Impedanzen sind von derselben Art wie in Abb. 1, aber die Spannung wird den Gittern transformatorisch anstatt unmittelbar zugeführt. Auf dem über, einen Zwischentransfprmator 6 gespeisten, die Impedanzen speisenden Transformator 110 liegt also nicht nur die Sekundärwicklung in, an welche die Induktanz 112 und die untereinander parallel geschalteten Widerstände 91, ίοι in Reihe angeschlossen sind, sondern auch zwei Tertiärwicklungen 113, 114, welche zusammen mit zwei zusätzlichen Wicklungen 115, 116 auf dem Eisenkern der Induktanz 112 Spannungen ergeben, die der Spannung zwischen dem Mittelpunkt der Wicklung 111 und dem Verbindungspunkt der i°o Induktanz 112 mit den Widerständen proportional und phasengleich sind. Diese Spannungen werden zwischen Gitternullpunkte 117, 118 und die Gitter 12 eingeführt.

Die jetzt beschriebene Anordnung wirkt in folgender Weise: Die Regler sind derart eingeschaltet, daß ein Ansteigen der Spannungbzw, der· Leistung, eine Verminderung des Widerstandes 91 bzw. 101 verursacht, was seinerseits eine Drehung der Gitterspannung "» im Sinne einer verspäteten Zündung herbeiführt. Bei niedriger Leistung versucht deshalb der Leistungsregler den Widerstand 101 soweit wie möglich zu erhöhen, aber da der Widerstand 91 gleichzeitig infolge des geringen Spannungsabfalles niedrig ist, macht sich der größere der parallel geschalteten Widerstände wenig geltend, und die Regelung strebt dann nach einer konstanten (cotmpoum· dierten) Spannung. Bei hoher Leistung, wenn der Spannungsabfall groß ist, ist dagegen der Leistungsregler vorherrschend, da

sein Widerstand ιοί jetzt wesentlich niedriger als der Widerstand 91 ist.

Die Erfindung ist selbstverständlich ebenso verwendbar, falls die regelbare Impedanz nicht unmittelbar auf die Gitterspannung wirkt, sondern beispielsweise in an sich bekannter Weise in den Erregerkreis eines Synchrongenerators oder -motors eingeschaltet ist und dadurch auf die Phase der Gitterspannung drehend wirkt.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   ι. Anordnung zur Gittersteuerung von lonenventilen, bei welcher die Phase der Gitterspannung selbsttätig in Abhängigkeit von den charakteristischen Größen der Belastung durch eine Verbindung verschiedener Impedanzelemente geregelt wird, von denen eines aus zwei oder mehreren Teilen gleichartiger induktiver - Eigenschaften zusammengesetzt ist, die in Abhängigkeit von für die Belastung des Ionenventils charakteristischen Betriebsgrößen veränderlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert jedes der veränderlichen Impedanzteile durch denUnterschied zwischen einer vorausbestimmten Normalgröße und der betreffenden Betriebsgröße derart bestimmt wird, daß die Regelung in einem Gebiet die Konstanthaltung einer Betriebsgröße, in anderen Gebieten die Konstanthaltung anderer Betriebsgrößen bewirkt. ·
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die verschiedenen Impedanzelemente miteinander in Reihe geschaltet sind und die Gitterspannung zwischen ihrem Verbindungspunkt und einem Punkt der sie speisenden Stromquelle entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenseitig gleichartigen, in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsgrößen veränderlichen Impedanzelemente aus paralMgeschalteten Ohmschen Widerständen bestehen.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichsgröße für die Größen gemeinsam ist, die die gegenseitig gleichartigen Impedanzelemente beeinflussen.
4. 4. Abänderung der Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsgrößen aus einer gemeinsamen Grundgröße hergeleitet, aber im Verhältnis zueinander regelbar sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen