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Anordnung zum Betrieb von Umformungseinrichtungen mit gesteuerten
Entladungsstrecken, vorzugsweise gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken
Bei Wechselrichtern und Umrichtern, insbesondere aber bei letzteren, handelt es
sich stets um die Aufgabe, die erzeugte Wechselspannung bei möglichst geringem Aufwand
möglichst sinusförmig zu gestalten. Die Sinusförmigkeit verlangt, daß die Unterschiede
der Momentanwerte zwischen Ist-und Sollwert so klein wie-möglich sind. Die Wirtschaftlichkeit
verlangt, daß jede Entladungsstrecke und jede Transformatorwicklung möglichst gut
ausgenutzt ist, d. h. das Verhältnis von Stromhöchstwert zu Strommittelwert möglichst
klein .ist. Beide Forderungen stehen einander entgegen. Bei den bisher vorgeschlagenen
Umrichterschaltungen z. B. sind selbst im Falle der Synchronumformung die.einzelnen
Entladungsstrecken und Transformatorwicklungen verhältnismäßig schlecht ausgenutzt.
Dies gilt in erhöhtem Maße für nichtstarre; also elastische Umformungen. So hat
man v. B. Transformatoren mit mehrfach angezapften Sekundärphasen vorgeschlagen,
wobei an "jede Anzapfung eine Entladungsstrecke angeschlossen ist. - Zur Vermeidung
dieser vielen, sehr schlecht ausgenutzten Entladungsstrecken hat man bereits vorgeschlagen,
die Spannung aus verschiedenen, im allgemeinen gleichzeitigen Teilspannungen zusammenzusetzen.
Auch hierbei wird die Wirtschaftlichkeitsforderung nicht immer genügend beachtet.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung zum Betrieb
vor Umformungseinrichtungen mit gesteuerter Entladungsstrecken, vorzugsweise gittergesteuerten
Dämpf- oder Gasentladungsgefäßen, die beide Forderungen weitgehend in günstiger
Weise erfüllt. Erfindungsgemäß wird dies durch die Anwendung von Verkettungstransformatoren
erreicht, die mindestens zwei Entladungsstrecken, die an derselben oder verschiedenen
Phasen liegen, zum Parallelarbeiten zwingen.
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Der Erfindungsgedanke kann, insbesondere im Zusammenhang mit a_ ngezapften
Transformatorwicklungen, in verschiedenartiger Weise weitergebildet werden. So ist
es bei Zugrundelegung des Umrichterbetriebes möglich, Entladungsstrecken an Spannungen
sowohl gleicher oder verschiedener Größe als auch gleicher oder verschiedener Phase
parallel arbeiten zu lassen. Durch die Anwendung des Erfindungsgedankens wird, wie
aus der nachfolgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele hervorgeht,
eine Ersparnis an Entladungsstrecken und Transformatörwicklungen erreicht, d. h.
der Aufwand verringert und die Anlageteile besser ausgenutzt, und trotzdem die Annäherung
an die gewünschte :Kurvenform erreicht.
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Abb. i der Zeichnung zeigt eine Anwendungsmöglichkeit für die Umformung
von Drehstrom in Einphasenstrom bei einem . Freqüenzverhältnis von 3 : i. Die Abbildung
enthält der Einfachheit halber nur die eine Hälfte der Umformungseinrichtung, mit
der die eine auf der Sekundärseite erzeugte Spannungshalbwelle gebildet wird, während
für die Bildung der anderen Halbwelle eine gleiche Einrichtung 'in symmetrischer
Anordnung in bekannter Weise erforderlich wäre. In der Abb. i bezeichnet i die Primärwicklung
des Umrichtertransformators, 2 und 3 zwei Hälften der Sekundärwicklung, die für
die Bildung der einen Halbwelle der Einphasenspannung notwendig sind, 4 und 5 die
zugehörigen mehranodigen Entladungsgefäße, 6 den Stromteiler, der die Ströme der
Teilstromrichter 2, 4 und 3, 5 miteinander verkettet. Die sekundären Phasenwicklungen
2 und 3 besitzen je: -drei untereinander um 120° versetzte Wicklungen mit je einer
Anzapfung, und zwar im Wicklungsteil e die Anzapfungen 2 1 bis a6, im Wicklungsteil
3 die Anzapfungen 31 bis 36. Jede der Anzapfungen und jeder Mittelpunkt sind zu
je einer der zugehörigen Anoden im Stromrichter 4 bzw. 5 geführt. Der als Stromteiler
wirkende Stromtransformator 6 besitzt eine Mittelanzapfung, die über ein weiteres,
gittergesteuertes Entladungsgefäß ? geführt ist. Der Stromteiler kann .gegebenenfalls
durch Verbindungen 8 und 9, die auch über je eine Anode des Gefäßes 7 zugeführt
sind, umgangen werden.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei beispielsweise angenommen, daß
die Anzapfungen jeder Phase etwa bei dem o,7fachen Wert der gesamten Phasenspannung
liegen mögen (vgl. Abb. 4, wo die dünn gezeichneten Spannungskurven die gleichen
Bezugszeichen haben wie die Enden und Anzapfungen der Transformatorwicklungen in
Abb. i). Bei Beginn einer Halbwelle möge nun die Anzapfung 2q. der Wicklung 2 durch
entsprechende Steuerung der zugehörigen Anode des Entladungsgefäßes q. für die Stromsteuerung
freigegeben sein. Führt man den über 24 fließenden Strom über den Stromteilen 6
dadurch, daß man die mit seiner Mittelanzapfung verbundene Anode des ge= steuerten
Gleichrichters 7 freigibt, *so erzwingt der Stromteiler 6 bei hinreichend großer
magnetischer Verkettung einen gleich großen Strom über die andere Hälfte seiner
Wicklung, der über die Wicklung 3 und das Gefäß 5 fließen muß. Gibt man im Gefäß
die Anode frei, die mit dem Mittelpunkt der Wicklung 3 verbunden ist, so wird sich
der Strom auf die Wicklungen 2 und 3 sowie auf die Gefäße 4 und 5 zu gleichen Teilen
verteilen und die Spannung im Verbraucher io die Hälfte der Phasenspannung 24 der
Wicklung 2 werden, da an der in der Zeichnung rechten Hälfte des Stromteilers 6
als treibende Spannung für den das Gefäß 5 durchfließenden Stromanteil praktisch
die gleiche Spannung wie zwischen dem Sternpunkt und der Anzapfung 24 der Wicklung
2 auftritt. Daher beträgt die Spannung am Verbraucher iö nur die .Hälfte der Phasenspannurig
24 der Wicklung :2 (erstes Stück der in Abb. 4 stark ausgezogenen Spannungskurve).
Die Steuerung erfolgt nun weiterhin derart, daß in dem Augenblick, wo die Spannung
der Anzapfung 34 des Wickliingsteils 3 positive Werte annimmt, die an dieser Spannung
liegende Entladungsstrecke den Strom von der Sternpunktsanode übernimmt. Das nunmehr
folgende zweite Stück der stark ausgezogenen Spannungskurve wird also durch die
Phasenspannungen 24 und 34 mit den zugehörigen Entladungsstrecken gebildet Die Phasenspannung
24 wird demzufolge durch die Phasenspannung :2i abgelöst, so daß an der Bildung
des dritten Stückes der stark ausgezogenen Spannungskurve die Phasenspannungen 21
und 34 beteiligt sind. In dein weiteren Aufbau der Spannungskurve wirken dann der
Reihe nach mit: 21 und 31: 25 und 31; 25 und 36; 24 und 36; schließlich wiederum
die Phasenspannung 24 und der Sternpunkt der Wicklung 3.
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Die Darstellung der Abb. i dient nur zur grundsätzlichen Veranschaulichung
des Erfindungsgedankens. Sie weist noch verschiedene Nachteile auf, die in der großen
Anzahl der erforderlichen Entlaidungsstrecken, in der wechselnden Belastung des
Stromteilers und in der Phasenverschiedenheit der gleichzeitig arbeitenden Spannungen
liegen. Dies läßt sich bei einer Einrichtung gemäß Abb. 2 vermeiden bzw. vereinfachen.
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Abb. 2 zeigt ähnlich wie bei Abb. i die Primärwicklung i dies Umrichtertransformators
und zwei beispielsweise sechsphasige Sekundärwicklungen 2 und 3; deren Mittelpunkte
über einen Stromteiler 6 verbunden sind. Jede Wicklung enthält wieder je eine Anzapfung,
die gemeinsam mit den Enden und den Mittelpunkten zu den Anoden eines gesteuerten
Entladungsgefäßes geführt sind. Die Einrichtung arbeitet so, daß der Strom in jedem
Augenblick über beide Hälften. des Stromteilers 6 und je eine Wicklung der Wicklungsteile
2 und 3 fließt. Die Wirkungsweise
geht aus dem früher beschriebenen
unmittelbar hervor.
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Bei der Durchbildung des gesamten Umrichters läßt sich die Anlage
noch weiter vereinfachen. Der Stromteiler 6 läßt sich, wie es Abb. 3 zeigt, für
beide Umrichtergefäße gemeinsam schalten, wenn man auf der Sekundärseite ' einen
Transformator mit zwei primären Wicklungshälften verwendet. Die Abb. 3 zeigt, daß
für eine derartige Anlage außer dem Transformator mit den zwei stets gleichzeitig
arbeitenden Sekundärwicklungen und dem Stromteiler zwei Entladungsgefäße mit allerdings
großer. Anodenzahl, aber kleiner Anodenbelastung erforderlich sind.
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An Hand der Abb. q. soll noch gezeigt werden, wie man durch geeignete
Bemessung der Anzapfungen der Sinusform der erzeugten Wechselspannung möglichst
nahe kommen kann. Führt man die Sekundärwicklungen sechsphasig aus, so benötigt
man vier verschieden große Spannungen, um als Einhüllende eine sinusförmige Spannung
zu erhalten. Diese vier Spannungen kann man, wie an Hand der Abb. i beschrieben
ist, mittels je einer Anzapfung an jeder Sekundärwicklung dadurch erhalten,
daß man die erste Spannung durch gleichzeitiges Arbeiten der Anzapfüng des einen
und des Sternpunktes des anderen Teilumrichters bildet, die zweite Spannung durch
Arbeiten weiterer Wicklungen mit der Anzapfung, die dritte Spannung durch gleichzeitiges
Arbeiten der Anzapfung einer Wicklung mit dem Ende der entsprechenden anderen Wicklung
und die höchste Spannung durch gleichzeitiges Arbeiten zweier voller Phasenspannungen.
Legt man für die größte Spannung den Wert i,oo, für die Anzapfung den Wert
0,7 der Gesamt-. spannung zugrunde, so wird die erste Spannung
0,35 und die'dritte Spannung 0,85,
womit sich ein Spannungsbild wie
in der Abb. q. ergibt. Andere Werte lassen sich auch erreichen, wenn man die Abstufung
oder das Verhältnis der beiden Wicklungshälften des Stromteilers nicht gleich i
macht, d. h. wenn man verschieden große Windungszahlen verwendet.
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Wie bei allen Umrichteranlagen ist-es auch hier notwendig, die Steuerung
jeder einzelnen Entladungsstreckevon denAugenblickswerten der Spannung sowohl der
Primär- als auch der Sekundärseite abhängig zu machen. Nur ist bei der Auswahl der
jeweils höheren Spannung von zwei gleichzeitig stromführenden Wicklungsteilen finit
nicht gleichen Spannungen darauf zu achten, daß die 1VIagnetisierung des Stromteilers
mit möglichst hoher Periodenzahl erfolgt, d. h. daß die höhere Spannung abwechselnd
dem einen und dem anderen Teiltransformator entnommen wird.
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Die Einrichtung nach der Erfindung läßt sich naturgemäß auch für andere
Frequenzverhältnisse und für andere mit gesteuerten Entladungsgefäßen durchführbare
Stromumformungen verwenden.