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Verfahren zur Verbesserung der Aufladung des Kommutierungskondensatord
in Stromrichterschaltungen Bei Umformungseinrichtungen, die mit dampf- oder gasgefüllten
Entladungsgefäßen arbeiten, ist es häufig zweckmäßig oder erforderlich, die vorschriftsmäßige
Ablösung der Stromführung zwischen den verschiedenen Entladungsstrecken durch zusätzliche
Kommutierungsmittel zu erzwingen oder zu erleichtern. Hierzu sind unter anderem
Kondensatoren vorgeschlagen worden, die in verschiedenartigen Schaltungen benutzt
werden können.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung
der Aufladungsverhältnisse solcher Kommutierungskondensato ren. Der Erfindungsgedanke
soll zunächst an Hand der Schaltung nach Abb. z näher erläutert werden. Die Umformungseinrichtung
besteht aus dem Haupttransformator z mit den Phasenwicklungen R, S, T, den gesteuerten
Dampfentladungsgefäßen 2, 3 und q, und der Drossel 5. Die Kommutierungseinrichtung
enthält den Kondensator 6, den Kommutierungstransformator 7 und die gesteuerten
Entladungsstrecken 8 und 9.
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Ohne die Kommutierungseinrichtung ist in bekannter Weise ein Betrieb
des Stromrichters entweder als Gleichrichter möglich, dessen Zündung mehr oder weniger
verzögert werden kann, oder als Wechselrichter mit voreilender Zündung. Für den
voreilend gesteuerten Gleichrichter und den nacheilend gesteuerten Wechselrichter
muß dagegen die Kommutierungseinrichtung in Betrieb genommen werden.
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Zunächst soll die Arbeitsweise dieser Schaltung an Hand der Abb. 2
für einen Wechselrichterbetrieb mit Nacheilung beschrieben werden, und zwar ohne
Anwendung des Erfindungsgedankens. Der sekundäre Sternpunkt des Haupttransformators
soll als Bezugspotential dienen. Die Phasenspannung R ist während des stark hervorgehobenen
Teiles der Periode durch das stromführende Gefäß 2 an den Gleichstromkreis geschaltet.
Gleichzeitig
sei der Kondensator 6 rechts positiv, wie es in Abb.
i eingezeichnet ist. Der Kommutierungstransformator sei idealisiert, so daß er keinen
Nlagnetisierungsstrom aufnimmt. A n den Anoden der Gefäße 8 und 9 liegen daher während
der Brennzeit des Entladungsgefäßes; an Phase R die konstanten Spannungen 8 und
9 der Abb. a. Die Kommutierung von Phase R nach Phase S wird eingeleitet durch Freigabe
des Kommutierungsgefäßes 9. Da die Spannung der Anode 9 über der Phasenspannung
R liegt, erfolgt eine Kommutierung von R nach 9. Die Kommutierungszeit soll zunächst
vernachlässigt werden. Der Gleichstrom bleibt durch das Zusammenwirken der speisenden
Gleichspannung mit der Drossel 5 erhalten. Infolgedessen wird der Kondensator stetig
umgeladen, und die Spannung 9 schneidet schließlich die Phasenspannung S. Da zu
dieser Zeit das Entladungsgefäß 3 an Phase S freigegeben ist, übernimmt nunmehr
Phase S den Strom vom Kommutierungszweig. Damit ist der Kommutierungsvorgang beendet,
und die nächste Kommutierung kann durch Zündung des Gefäßes 8 eingeleitet werden.
Bei jeder folgenden Kommutierung arbeiten die Gefäße 8 und 9 abwechselnd.
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In vielen Fällen ist bei dieser Arbeitsweise die Tatsache störend,
daß die Spannung des Kondensators zu Beginn jeder Kommutierung durch den Augenblickswert
der die Gleichspannung bildenden Wechselspannungsphase am Ende der vorigen Kommutierung
fest gegeben ist (a in Abb. a). Bei Berücksichtigung der Kommutierungszeiten
kann zwar dieser Spannungsbetrag des Kondensators etwas größer werden, aber jedenfalls
ist die Kondensatorspannung durch die Auf Ladung von der welligen Gleichspannung
in ihrer Größe begrenzt. In verschiedenen Fällen reicht diese Spannung nicht mehr
aus, um die Kommutierungen sicherzustellen, beispielsweise bei Überlastung des Wechselrichters
oder bei weiterer Verzögerung der Zündeinsatzpunkte des Wechselrichters durch die
Gittersteuerung, die schließlich zum Betrieb der Anordnung als voreilend ausgesteuerter
Gleichrichter überleitet, wobei die Gleichspannung entsprechend der Gittersteuerung
verkleinert und schließlich umgepolt werden. muß.
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Erfindungsgemäß wird nun die zur Kommutierung mindestens erforderliche
Aufladung des Kondensators dadurch sichergestellt, daß die Freigabe der Hauptentladungsstrecke
während der Kommutierung gegenüber der Freigabe der Hilfsentladungsstrecke im Kommutierungszweig
um ein vorgegebenes Maß verzögert wird. Als Beispiel hierfür diene die Abb. 3, die
den Betrieb der Anordnung nach Abb. i als voreilend gesteuerten Gleichrichter darstellt.
Wieder wird der Strom durch Freigabe der Entladungsstrecke 9 von R nach 9 kommutiert.
Würde man jedoch die Aufla-. "dung des Kommutierungskondensators allein ':durch
die wellige Gleichspannung vornehmen, 'indem das Gefäß 3 an Phase S bereits währen
der Zeit freigegeben wird, zu der die Spannung 9 die Phasenspannung S schneidet,
so wurde am Ende der Kommutierung die Kondensatorspannung nur die Größe Uk (Punkt
a bis Nullinie) haben, die für die nächste Kommutierung nicht ausreicht. Mit Hilfe
von Uk könnte der Kondensator höchstens den Spannungswert 8' für die nächste Kommutierung
zur Verfügung stellen. Erfindungsgemäß wird nun das Gefäß 3 an Phase S so lange
gesperrt gehalten, bis der Kondensator durch den in der Drossel 5 aufrechterhaltenen
Gleichstrom den Spannungswert erreicht hat, der für die nächste Kommutierung notwendig
ist, d. h. er entlädt sich weiter bis zum Punkt b. Es liegt dann am Gefäß 9 die
negative Spannung von b bis zur Nullinie, während am Gefäß 8 die gleich große positive
Spannung auftritt und für die nächste Kommutierung in ausreichender Größe zur Verfügung
steht. Die Dauer dieser Verzögerung zwischen der Freigabe des Hilfs- und des Hauptgefäßes
bei jeder Kommutierung kann nach verschiedenen Gesichtspunkten gewählt werden. Da
bei niedrigem Belastungsstrom die Umladung des Kondensators langsamer erfolgt, wird
zweckmäßig die Verzögerung mit sinkendem Laststrom vergrößert. Da die Kommutierung
praktisch nicht zeitlos verläuft, müssen die Spannungen 8 und 9 stets größenmäßig
über den Phasenspannungen liegen, bei steigender Belastung steigt die Dauer der
Kotnmutierung, und es muß also dafür Sorge getragen werden, daß die Differenzspannung
zwischen 8, 9 und den abzulösenden Phasenspannungen R, S, T vergrößert wird.
Wegen der beiden genannten, einander entgegengesetzten Regelbedingungen wird sich
für jeden Belastungsfall ein besonderer optimaler Verzögerungswinkel angeben lassen.
Außerdem bedingt eine zwecks Spannungsregelung vorgenommene Zündpunktsverlagerung
der Hauptentladungsstrecken eine Veränderung der notwendigen Kommutierungsspannung
und damit der günstigsten relativen Verzögerungszeit zwischen Hilfs- und Hauptgefäßen.
Der Erfindungsgedanke ist ausführlich an dem Beispiel nach Abb. i erläutert worden,
er ist jedoch nicht auf diese Schaltung beschränkt, sondern kann in all den Fällen
Anwendung finden, in denen die auf der Gleichstromseite angeordnete Kommtttierungseinrichtung
kurzzeitig das Kathodenpotential der Hauptgefäße anhebt. Die Abb. 4 bis 8 zeigen
weitere Beispiele für Schaltungen;
bei denen das beschriebene Aufladeverfahren
des Kommutierungskondensators Anwendung finden kann. .
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Bei Abb. q. wird der Kommutierungskondensator ohne die Anwendung eines
besonderen- Kommutierungstransformators durch abwechselndes Arbeiten der Hilfsgefäße
8 und g in wechselnder Richtung geladen, weil es sich hierbei um eine Graetzschaltung
handelt. Bei Abb. 5 wird das Hilfsgefäß 8 bei jeder Kommutierung benutzt. Die Kondensatorspannung
hat daher am Ende einer Kommutierung nicht das richtige Vorzeichen für die folgende.
Daher ist die Induktivität im Kommutierungszweig vorgesehen, die so bemessen ist,
daß während der Zeit zwischen zwei Kommutierungen gerade ein Umschwingen der Kondensatorspannung
zum anderen Vorzeichen erfolgt. Abb. 6 zeigt eine Abwandlung dieser Schaltung, bei
der durch anderen Anschluß der Umladeinduktivität der Endwert der Kondensatorspannung
nach dem Umschwingen ein anderer ist. Schließlich zeigen die Abb. 7 und 8 Erweiterungen
der Schaltungen nach Abb. 5 und 6, bei denen. durch Anwendung eines zusätzlichen
gesteuerten Ladegefäßes der Zeitpunkt beliebig eingestellt werden kann, zu dem der
Umschwingvorgang einsetzt. Gleichzeitig wird bei den Schaltungen 7 und 8 zweckmäßig
die Umladeinduktivität etwas kleiner gewählt, so daß der Umschwingvörgang bereits
während eines Teiles des Zeitintervalls zwischen zwei Kommutierungen beendet ist.
Man erhält durch das gesteuerte Ladegefäß eine. weitere Möglichkeit zur Beeinflussung
der Kondensatorspannung. Die Anwendung des Erfindungsgedankens gestattet jedoch
auch hier eine regelbare weitere Erhöhung der Kommutierungsspannung.