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Stromrichteranlage mit einer Zusatzeinrichtung zur Ermöglichung beliebiger
Zündzeitpunkte Es sind bereits Stromrichteranordnungen zur Abnahme von kapazitiver
Blindleistung aus einem Wechselstromnetz oder Lieferung induktiver Blindleistung
in ein Wechselstromnetz vorgeschlagen worden, die durch eine periodische Beeinflussung
der Gleichspannung mit Hilfe einer Zusatzeinrichtung eine Löschung der jeweils stromführenden
Entladungsstrecke und eine Überführung des Stromes auf die darauffolgende Entladungsstrecke
in Zeitpunkten ermöglicht, bei denen eine Phasenablösung ohne Zusatzeinrichtung
nicht eintreten würde. Eine derartige Zusatzeinrichtung besteht z. B. aus einer
Hilfsent-, ladungsstrecke, die .so angeordnet sein kann, daß sie mit mehreren Hauptentladungsstrecken
ein gemeinsames Kathodenpotential besitzt, aus einem mit dem Tränsformatorsternpunkt
verbundenen Löschkondensator und einer Umladeeinrichtung für diesen Löschkondensator.
Ist dabei die z. B. aus der Reihenschaltung einer Induktivität und einer weiteren
Hilfsentladungsstrecke bestehende Umladeeinrichtung zu dem Löschkondensator parallel
geschaltet, so kann die Umformungseinrichtung nicht als Gleichrichter oder Phasenschieber
arbeiten, sondern nur als Wechselrichter, da eine Umladung des Löschkondensators
auf die zum Gleichrichterbetrieb erforderliche positive Spannung gegenüber dem Transformatorsternpunkt
nicht ohne weiteres möglich ist.
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Gemäß der Erfindung besteht nun bei Stromrichteranordnungen :mit einer
Zusatzeinrichtung, die aus einer Hilfsentladungsstrecke (Löschstrecke), die mit
den Hauptentladungsstrecken ein gemeinsames Kathodenpotential aufweist, und einem
mit dem Transformatorsternpunkt verbundenen Löschkondensator sowie einer Umladeeinrichtung
für
den Löschkondensator besteht, die Umladeeinrichtung für den Löschkondensator, insbesondere
für den Gleichrichterbetrieb der:' Stromrichteranordnung, aus einer Umlade-; induktiv
ität und gegebenenfalls einer damit' in Reihe liegenden weiteren Entladungsstrecke
und ist der Löschstrecke unmittelbar parallel geschaltet.
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Die Erfindung ist in den Abb. i bis 5 in mehreren Ausführungsbeispielen
veranschaulicht.
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Abb. i .zeigt einen dreiphasigen Gleichrichter mit Zusatzeinrichtung,
die so ausgebildet ist, daß die Löschent'.adungsstreckeA mit den Hauptentladungsstrecken
der Phasen R, S und T gleiches Kathodenpotential besitzt. Die Hauptentladungsstrecken
und die Löschentladungsstrecken sind zu einem mehra"odigen Stromrichtgefäß G zusammengefaßt.
Es beleuten: F den Stromrichtertransformator mit den Phasenwicklungen R, S und T,
J die Chiclistromdrossel, C den Kondensator in der Zusatzeinrichtun;, B die Umladeentlalungsstrecke
für den Kondensator C und L e'ne Ladedrossel, die gemäß der Erfindung bei der Auf-
oder Umladung des Kondensators den Stromanstieg abflacht und eine Rufladung des
Kondensators C auf eine höhere a's die angelegte Spannung ermöglicht. Die Wirkungsweise
der Anordnung ist folgende: Der Kondensator C ist gegenüber dem Transforrnatorsternpunkt
positiv aufgeladen. Durch Freigabe der Löschanode A wird die Gemeinsame Kathode
über den Augenblickswert der Spannung der gerade brennenden Phase, beispielsweise
R, angehoben, die Anode der Phase R erlischt. Der durch die Drossel J konstant gehaltene
Gleichstrom wird dem Kondensator C entnommen, dieser wird dabei umgeladen. Ist das
Potential der gemeinsamen Kathode unter den Augenblickswert der Spannung der Folgephase
S gesunken, kann die Anode der Phase S den Strom übernehmen, die Anode A erlischt.
Während der Arbeitsdauer der Hauptanode der Phase S wird über die Drossel L und
die Umladeentladungsstrecke B eine Umladung des Kondensators C bewirkt, der nun
wieder für die nächste Löschung vorbereitet ist. In der gezeigten Anordnung ermöglicht
nur die durch die Drossel L hervorgerufene Rufladung des Kondensators C über die
Spannung der Kathode hinaus die richtige Arbeitsweise der Zusatzeinrichtung.
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In Abb. i ist ferner die in der Gleichstromleitung liegende Drossel
J in der Leitung zum Transformatorsternpunkt angeordnet. Das hat besonders dann
Vorteile, wenn gleichzeitig ein Gleichstromleiter und die gemeinsame Kathode des
Stromrichtgefäßes mit Erde verbunden werden sollen. Die gleichstromseitige Drossel
J kann abweichend von Abb. i auch in der Leitung zur gemeinsamen Kathode des ,Stromrichtgefäßes
G angeordnet sein.
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>' Im letzteren Falle kann die Ladeeinrich-.tung für den Kondensator
C der Zusatzeinrchtung, also die Anode der Umladeentladungsstrecke B, entweder gemäß
der Erfindung mit der Kathode des Stromrichtgefäßes G oder gemäß einer Abänderung
der Erfindung, die in Abb.2 dargestellt ist, mit der Gleichstromleitung, hinter
der Drossel J, verbunden sein. Im ersteren Falle wird der Ladestrom für den Kondensator
über den Stromrichter dem Stromrichtertransformator entnommen. Der zeitliche Verlauf
der Ströme der Hauptanoden ist nicht mehr rechteckförmig. Im zweiten Falle wird
der Ladestrom von der Gleichstromseite bezogen. Der zeitliche Verlauf der Anodenströme
der Hauptanoden ist rechteckförmig wie bei jedem gewöhnlichen Stromrichter ohne
Zusatzeinrichtung.
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Will man die gleiche Stromrichteranordnung wah'_weise für Gleichrichter-
oder Wechselrichterbetrieb verwendbar machen, so wird man gemäß der Erfindung in
der Zusatzeinrichtung eine einfache Umschaltung vorsehen. In Abb.3 ist beispielsweise
eine Stromrichteranordnung mit derart umschaltbarer Zusatzeinrichtung dargestellt.
Der Ladekreis der Zusatzeinrichtung führt zu einem Umschalter K. In Stellung i ist
die Zusatzeinrichtung für Gleichrichterbetrieb, in Stellung :2 für Wechselrichterbetrieb
geschaltet. Die übrigen Bezugszeichen der Abb.3 entsprechen denen der Abb. i und
2. Diese Umschaltung der Zusatzeinrichtung kann, gegebenenfalls zwangsläufig, beispielsweise
mit dem Umstellen der Zündeinrichtungen von Gleich- auf Wechselrichterbetrieb bewirkt
werden. Für den Fall, .daß der Übergang von Gleichrichterbetrieb auf W.echselrichterbetrieb
nicht, wie in dem Beispiel angenommen wurde, durch Spannungsumkehr, sondern durch
Stromumkehr erfolgt (besonders bei Verwendung von Entladungsstrecken mit beliebiger
Stromrichtung), läßt sich die Zusatzeinrichtung in ähnlich einfacher Weise umschaltbar
anordnen.
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In vielen Fällen wird es zweckmäßig sein, in Stromrichteranordnungen
mit Zusatzeinrichtung= neben den Hauptentladungsstrecken auch unmittelbar an den
Transformatorsternpunkt angeschlossene Sternpunktentladungsstrecken, gegebenenfalls
besonders für Wechselrichterbetrieb gesteuerte Sternpunktentladungsstrecken zu verwenden.
Man erreicht damit neben den bekannten Vorteilen der Nullanoden (besserer Leistungsfaktor
bei spätgezündeten Gleichrichtern, niedrigere Spannungen an den Glättungseinrichtungen
usw.)
eine weichere Kommutierung und die Möglichkeit, durch Zündwinkelverstellung den
Leistungsfaktor und die Spannung des Stromrichters getrennt einzustellen. Auch die
Sternpunktentladungsstrecken wird man vorteilhaft mit den Hauptentladungsstrecken
und einer oder mehreren Entladungsstrecken der Zusatzeinrichtung zu einem gemeinsamen
Stromrichtgefäß zusammenfassen.
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In der Abb. q. ist eine Strornrichteranordnung mit Nullanode M und
umschaltbarer Zusatzeinrichtung gemäß Abh.3 dargestellt. Die Wirkungsweise entspricht
der der Stromrichteranlage nach Abb. 3. Auch die Bezugszeichen entsprechen denen
der Abb.3. Es wird beispielsweise im Gleichrichterbetrieb mit Hilfe der Zusatzeinrichtung
eine Hauptanode gelöscht und der Strom über die Hilfsanode A auf die Nullanode
11l übergeführt. Von hier geht der Strom in bekannter Weise auf die nächste Hauptanode
über. Die Wirkungsweise der Zusatzeinrichtung entspricht auch bei Verwendung von
Nullanoden der oben angegebenen Beschreibung. Für Wechselrichterhetrieb wird es
in vielen Fällen zweckmäßig sein, entsprechend einem anderweitigen Vorschlag, nicht
die Hauptentladungsstrecken bzw. Hauptanoden, sondern die Sternpunktentladungsstrecken
bzw. - Nullanoden mit Hilfe der Zusatzeinrichtung zwangsweise zu löschen und den
Hauptstrom sodann auf die folgende Hauptanode überzuführen.
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Eine getrennte Regelbarkeit von Spannung und Leistungsfaktor ist in
Stufen auch ohne Verwendung von Nullanoden durch Anzapfungen am Stromrichtertransformator
erzielbar. Jedoch wird man vorteilhaft auch bei Verwendung von Nullanoden Anzapfungen
am Stromrichtertransformator vorsehen.
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Bei Stromrichtern. mit hoher Phasenzahl ist es oft zweckmäßig, die
Anordnung durch Verwendung von Verkettungseinrichtungen, insbesondere von Saugdrosseln,
in mehrere niedrigerphasige, untereinander nicht kommutierende Teilsysteme zu zerlegen.
Man erreicht so eine bessere Ausnutzung :der einzelnen Entladungsstrecken und der
Transformatoren. Auch hierbei ist die Anwendung der Zusatzeinrichtungen möglich
und vorteilhaft. Man wird dabei zweckmäßig jedem so gebildeten Teilstromrichter
eine eigene Zusatzeinrichtung zuordnen. Die Arbeitsweise jedes Teilstromrichters
entspricht .dann der einer Stromrichteranordnungder entsprechenden niedrigeren Phasenzahl.
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In Abb. 5 ist ein sechsphasiger Stromrichter mit Nullanoden dargestellt,
der durch die Saugdrossel AT in zwei dreiphasige Teilsysteme aufgetrennt ist. Die
Drossel N kann dabei aus zwei einzelnen, magnetisch nicht miteinander verketteten
Teildrosseln bestehen. In vielen Fällen ist jedoch eine Zusammenfassung zu einer
mittelangezapften Drossel vorteilhaft. Im letzteren Falle wird man zweckmäßig die
Anordnung so treffen, daß die durch den hindurchfließenden Gleichstrom hervorgerufene
Vormagnetisierung gering wird.
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Bei dem in der Abb. 5 dargestellten Beispiel .der Erfindung sind alle
Hauptentladungsstrecken R1, S1, T1 und R2, S2, T2, die Nullpunktanoden M1 und 1V12
sowie die Hilfsentladungsstrecken A1 und A2 zu einem mehranodigen Stromrichtgefäß
G mit gemeinsamer Kathode zusammengefaßt. Die Bezugszeichen der Abb. 5 entsprechen
sinngemäß denen der vorhergehenden Abbildungen. Die Hälften der Stromrichteranordnung
sind durch die Beiziffern i und z gekennzeichnet. Der Umschalter K ermöglicht in
der bereits angeführten Weise eine Umschaltung der Zusatzeinrichtung von Gleich-
auf Wechselrichterbetrieb.
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Abweichend von der in Abb. 5 dargestellten Weise ist es auch möglich,
einzelne Entladungsstrecken oder beispielsweise je ein mehranodiges Stromrichtgefäß
für jede Stromrichterhälfte zu verwenden. Unter gewissen Umständen kann die Umladeentladungsstrecke
B auch fortfallen, so daß eine weitere wesentliche Vereinfachung der Zusatzeinrichtung
erreicht wird. Die Umladeinduktivität L muß dann so bemessen sein, daß die Umladung
des Kondensators C gerade während der Arbeitszeit einer Hauptentladungsstrecke beendet
ist. Alle vorstehend angegebenen und beschriebenen Einrichtungen gemäß der Erfindung
sind sinngemäß auch dann anwendbar. Gerade unter diesen Umständen ist es besonders
vorteilhaft, die Hilfsentladungsstrecken mit den Haupt- und gegebenenfalls Sternpunktentladungsstrecken
zu mehranodigen Stromrichtgefäßen zusammenzufassen, da dann für die Zusatzeinrichtung
keine zusätzliche Entladungsstrecke benötigt wird.
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In vielen Fällen, in denen mehrere Entladungsstrecken oder Gruppen
von Entladungsstrecken, beispielsweise die Lösch-und Umladeentladungsstreck en (bzw.
-anoden) einer Stromrichteranlage mit Zusatzeinrichtung, stets in einem festen zeitlichen
Abstand voneinander arbeiten können, ist es zur Vereinfachung .der Steuer- bzw.
Zündeinrichtungen sowie deren Bedienung vorteilhaft, ihre Steuerung oder Zündung
mit einer gezneinsamen Einrichtung zu bewirken. Das kann beispielsweise dadurch
geschehen, daß an einen Drehregler zwei Steuervorrichtungen mit der entsprechenden
Phasenverschiebung gegeneinander angeschlossen sind oder daß eine Steuereinrichtung,
beispielsweise durch Anordnung mehrerer Sekundärwicklungen
auf den
Steuertransformatoren, mehrere Entladungsstrecken bzw. Gruppen von Entladungsstrecken
steuert.
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In vielen Fällen, insbesondere bei Verwendung von Entladungsstrecken
mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung, wird es möglich sein. die Freigabe der Hauptentladungsstrecken
mittels ihrer Steuerung oder Zündung schon recht früh zu bewirken, da ja die Stromübernahme
durch die folgende Hauptentladungsstrecke, insbesondere im Gleichrichterbetrieb,
erst erfolgen kann, wenn die Spannung der gemeinsamen Kathode (in der Abb. i) infolge
der Wirkung der Zusatzeinrichtung negativ ist gegenüber dem Augenblickswert der
Phasenspannun; der Folgephase. Durch die genannte vorzeitige Freigabe kann beispielsweise
bei gemeinsamer Verstellung der Zündzeitpunkte von Haupt- und Löschanoden um deiche
Beträge die Stromiibernahme durch die Hauptanoden sofort erfolgen, wenn die genannten
Voraussetzungen erfüllt sind, obgleich die Dauer des Löschvorgangs in gewissen Grenzen
abhängig ist von den Betriebsbedingungen der Anlage (Stromstärke, Zündtvinkel).
Unter Umständen ist es auch möglich, die Freigabe der Hauptanoden so früh zu bewirken,
daß die Regelung des Löschanodenzündzeitpunktes oder der Zündzeitpunkt der Lösch-
und Umladeentladungsstrecken allein zur Regelung der Stromrichteranlage ausreicht.