DE700992C - Mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitende Umformungseinrichtung zur Energieeis in einen Konstantspannungs-Wechselstromkreis - Google Patents

Description

Es sind bereits verschiedene Umformungseinrichtungen bekanntgeworden, die mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeiten und zur Energieübertragung aus einem Gleichstrom- in ein Wechselstromnetz dienen, von denen das eine eine konstante Stromcharakteristik besitzt. Diese Einrichtungen arbeiten im allgemeinen immer mit einer größeren Anzahl gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsstrecken. In vielen Fällen ist es jedoch vorteilhaft, z. B. wenn größere Energie übertragen werden soll, in einer solchen Umformungseinrichtung möglichst wenig Entladungsstrecken zu verwenden.

Die Erfindung bezieht sich nun auf eine derartige Umformungseinrichtung, die mit einem Minimum von Entladungsstrecken arbeitet. Die verwendete Anordnung ähnelt im großen ganzen einem Wechselrichter in Parallelanordnung. Sie ist mit einem Transformator mit nichtsättigbarem Kern versehen, und an Stelle des normalen Kommutierungskondensators wird ein wesentlich größerer Kondensator verwendet, der nicht nur die notwendigen Kommutierungsspannungen für die Entladungsstrecken liefert, sondern auch einen Teil der Energielieferung übernehmen und damit im Ausgangskreis eine gewünschte Charakteristik aufrechterhalten kann. Die hierbei verwendeten Entladungsstrecken sind in üblicher Weise mit Steuergittern versehen. Mit deren Hilfe können die leitenden Peri-

öden der Entladungsstrecken verändert werden. Auf diese Weise ergibt sich die Möglichkeit, die Energieübertragung zwischen den beiden Stromkreisen zu regeln und im Ausgangskreis innerhalb des gesamten Arbeitsbereiches der Umformungseinrichtung eine konstante Spannung aufrechtzuerhalten.

Der Erfindungsgedanke sei im folgenden an Hand der beiliegenden Zeichnungen näher ίο erläutert. In der Abb. ι ist die Gesamtanordnung dargestellt, während die Charakteristiken der Abb. 2 dessen Wirkungsweise näher erläutern sollen. Die Umformungseinrichtung gemäß Abb. ι überträgt die Energie aus dem Konstantstrom-Gleichstromnetz 10 in das Konstantspannungs-Wechselstromnetz 11. Die Anordnung ist mit einem Transformator mit dem nichtsättigbaren magnetischen Kern 12 mit den beiden Wicklungen 13 und 14 versehen, von denen die Wicklung 13 an dem Wechselstromnetz 11 liegt und die Wicklung 14 in ihrem Mittelpunkt mit der einen Seite des Gleichstromnetzes 10 verbunden ist, während ihre beiden freien Enden über die gittergesteuerten, mit Dampf oder Gas gefüllten Entladungsstrecken 15 und 16 zu der anderen Seite des Gleichstromnetzes 10 führen. Eine in den Gleichstromkreis eingefügte Drossel 17 dient zur Verhinderung unerwünschter Wechselwirkungen zwischen dem Gleichstromnetz und der Umformungseinrichtung.

Parallel zur Wicklung 14 der Transformatoranordnung 12 ist ein Kondensator 18 geschaltet, der den Entladungsstrecken 15 und 16 die erforderlichen Kommutierungsspannungen liefert und darüber hinaus an die Transformatorwicklung 14 so viel Energie abgibt, daß die Charakteristik der Umformungseinrichtung verändert wird. Die Steuergitter der Entladungsstrecken 15 und 16 sind über einen Teil der Transformatorwicklung 20 des sättigbaren Transformators 21 und jeweils über einen strombegrenzenden Widerstand mit der Gittervorspannungsbatterie 19 verbunden. Der sättigbare Transformator 21 ist außer mit der Wicklung 20 mit der Primärwicklung 22 versehen, die aus einer Wechselstromquelle 23 über den Transformator 24 gespeist wird. Die Wicklung 22 erhält weiterhin noch eine Gleichspannung aus dem Gleichstromnetz 25 zugeführt, wo sie an dem Spannungsteiler 26 abgegriffen wird und demgemäß beliebig eingestellt werden kann. Damit der vom Transformator 24 gelieferte Wechselstrom das Gleichstromnetz nicht beeinflußt, ist die am Spannungsteiler 26 abgegriffene Spannung durch den Kondensator 27 überbrückt.

Der aus dem Gleichstromnetz 25 der Transformatorwicklung 22 zugeführte Gleichstrom fio läßt sich mit Hilfe einer besonderen Steueranordnung in Abhängigkeit von irgendeiner elektrischen Größe des Wechselstromausgangsnetzes regeln. Diese Steueranordnung besteht aus der mit Trockengleichrichtern versehenen Graetzschaltung 28, die mit zwei gegenüberliegenden Ecken an das Wechselstromnetz 11 angeschlossen ist, während die beiden übrigen Ecken über eine Glimmentladungsstrccke 29 und- eine mit dieser in Reihe geschalteten Spule 30 eines Schnellrelais miteinander verbunden sind. Den beiden hintereinandergeschalteten Elementen ist zur Erzielung eines einwandfreien Arbeitens außerdem ein Kondensator 31 parallel ge- . schaltet. Die Glimmentladungsstrecke 29 befindet sich immer im gezündeten Zustand und liefert eine konstante Vergleichsspannung. Überschreitet die Differenz zwischen dieser Vergleichsspannung und der von dem Graetzpolygon gelieferten Gleichspannung einen bestimmten Wert, so wird das Schnellrelais 30 betätigt, dessen Schalter im Normalzustand , mittels einer Feder geschlossen gehalten wird, so daß die am Spannungsteiler 26 abgegriffene und dem Transformator 21 zugeführte Spannung kurzgeschlossen ist. Die Entladungsstrecken 15 und 16 werden in dem Augenblick gezündet, in dem ihren Steuergittern die vom Transformator 20 gelieferten Spannungen spitzer Wellenform zugeführt 9<> werden.

Zunächst sei einmal angenommen, daß das Wechselstromnetz 11 die größtmögliche Leistung abgibt, so daß die Ausgangsspannung den normalen Wert hat oder unter dem normalen Wert liegt. In diesem Zustand ist das Relais 30 geschlossen und die am Spannungsteiler 26 abgegriffene Spannung kurzgeschlossen. Der sättigbare Transformator 21 erhält infolgedessen keine Gleichstromkom- 1°° ponente, und der vom Transformator 24 an den sättigbaren Transformator 21 gelieferte Wechselstrom erzeugt in dessen Sekundärwicklung 22 lediglich Spannungsspitzen, die einen Abstand von io° voneinander haben. '°5

Es werden daher auch die Entladungsstrecken 15 und 16 nur abwechselnd, um 180 elektrische Grad versetzt, gezündet. Die Brenndauer der beiden Entladungsstrecken ist in diesem Falle gleich. Unter diesen Be- no dingungen arbeitet die Umformungseinrichtung in der gleichen Weise wie ein Wechselrichter in Parallelanordnung und liefert dabei ein Maximum an Wechselstromleistung.

Wenn nun die dem Wechselstromnetz 11 ntnommene Leistung geringer wird und infolgedessen die Spannung ansteigt, so muß zur Kompensation der Zeitpunkt der Zündung der Entladungsstrecken 15 und 16 verschoben werden. Das geschieht auf folgende Weise: Das Anwachsen der Spannung im Wechselstromnetz 11 ergibt eine Vergrößerung der

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1. vom Graetzpolygön 28 gelieferten Gleichspannung, und die dann an der Betätigungsspule 30 des Schnellrelais auftretende Spannung genügt, um den Relaisschalter zu öffnen. Dadurch wird dem Transformator 21 ein Gleichstrom zugeführt.

   Das Schnellreläis 30 ist so eingerichtet, daß es auf Spannungsänderungen im Wechselstromnetz innerhalb einer Periode anspricht.

   · In welcher Weise,, die Verschiebungen der Zündzeitpunkte der Entladungsstrecken vorgenommen werden, ergibt sich am besten aus der Abb. 2, in der die Kurvet den magnetischen Wechselfluß in der Transformatorwicklung 22 darstellt. In dem Augenblick, in dem die Änderung des magnetischen Flusses am größten ist, entsteht am Transformator 20 eine Spannungsspitze, die die Entladungsstrecken 15 und 16 zündet. Diese Wechseiao spannungsspitzen sind in der Kurve B dargestellt, wobei die positive Spannungsspitze die Zündung in der Entladungsstrecke 16 bewirken möge. Wenn nun der Transformatorwicklung 22 ein zusätzlicher Gleichstrom zugeführt wird, bekommt die Kurve des magnetischen Flusses des gesättigten Transformators 21 die unter C dargestellte Form, und die Wechselspannungsspitzen entstehen zu anderen Zeitpunkten, wie es in der Kurve D angegeben ist.

   Die Wechselspannung ist dann nicht mehr symmetrisch. Die positive Halbwelle ist größer als 180 elektrische Grad, und die negative Halbwelle ist kleiner als 180 elektrische Grad. Es ist daher z. B. die Entladungsstrecke 15 von dem Augenblick an leitend, in dem ihrem Gitter eine positive Spannungsspitze zugeführt wird, bis zu dem Augenblick, in dem die Entladungsstrecke 16 an ihrem Gitter den Zündspannungsstoß erhält. Die Entladungsstrecke 15 wird erst dann wieder gezündet, wenn ihrem Gitter die nächste positive Spannungsspitze zugeführt wird, wie das aus der Kurve D zu ersehen ist.

   Die beschriebene Umformungseinrichtung liefert selbst bei sehr großen Lastschwankungen im Ausgangsnetz 11 eine konstante Wechselspannung, da der an den Transformator 22 gelieferte Gleichstrom bzw. gleichgerichtete Strom mit Hilfe des schnell arbeitenden bzw. vibrierenden Relais 30 kontinuierlich geregelt wird. -Das Graetzpolygon liefert immer eine Spannung, die ausreicht, um die Glimmentladungsstrecke 29 leitend zu erhalten, und es genügen schon geringe Änderungen der gleichgerichteten Spannung, um in dem durch die Glimmentladungsstrecke 29 fließenden Strom verhältnismäßig große Änderungen hervorzurufen, da der Spannungsabfall an der Glimmentladungsstrecke im wesentlichen konstant ■ bleibt. Diese Stromänderungen bringen das Betätigungsrelais 30 zum Ansprechen.

   Sobald die Kontakte des Vibrationsrelais 30 geschlossen sind, steigt die Wechselspannung im Stromkreis 11 an. Sie fällt ab, wenn die Kontakte geöffnet sind. Da jedoch das Öffnen und Schließen der Kontakte außerordentlich schnell und kontinuierlich erfolgt, bleibt die im Wechselstromnetz herrschende Spannung im wesentlichen auf einem mittleren Wert, und durch das schnelle Öffnen und Schließen der Relaiskontakte wird auch der der Wicklung 22 des Transformators 21 zugeführte Gleichstrom auf einem Durchschnittswert gehalten. Dieser Gleichstrom stellt zufolge- der hohen Frequenz, mit der das Relais 30 arbeitet, und zufolge der glättenden Wirkung der Selbstinduktion der Wicklung 22 einen kontinuierlichen Gleichstrom dar. Die Steueranordnung ist so eingerichtet, daß, wenn die gesamte Last vom Wechselstromnetz 11 weggenommen wird, der Transformatorwicklung 22 ein entsprechender Gleichstrom, zugeführt wird, so daß z. B. die Entladungsstrecke 15 während 280 elektrischer Grade und die Entladungsstrecke 16 nur während 80 elektrischer Grade arbeiten.· Auf diese Weise läßt sich die Größe der Ausgangsspannung innerhalb enger Grenzen konstant halten.

   Der Erfindungsgedanke ist nun nicht auf die beschriebene Anordnung beschränkt. Die Regelung des dem sättigbaren Transformator zugeführten Gleichstromes läßt sich z. B. auch in Abhängigkeit von irgendeiner anderen elektrischen Größe des Wechselstromnetzes 11, beispielsweise des Stromes, vornehmen. Es kann selbstverständlich auch der Steuerkreis, mit dessen Hilfe die Arbeitsperiode der einen Entladungsstrecke verlängert und die der anderen verkürzt wird, anders angeordnet sein, ohne daß dabei vom Erfindungsgedanken abgewichen wird.

   Ein solcher Steuerkreis kann z. B. auch aus einer Wechselstromquelle und aus einer 'besonderen veränderlichen Gleichspannung bestehen, die in Abhängigkeit von irgendeiner elektrischen Größe des Wechselstromnetzes 11 geregelt wird.

   Pa τ ε ν tans ρ it ü c η ε :

   ι. Mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitende Umformungseinrichtung zur Energieübertragung aus einem Konstantstrom-Gleichstromkreis in einen Konstantspannungs-Wechselstromkreis, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie zwischen dem Gleichstromkreis und dem Wechselstromkreis mit Hilfe eines mit einem Transformator mit nichtsättigbarem Kern versehenen Wechselrichters erfolgt, dessen Kommutierungskondensator so dimensioniert ist, daß er nicht nur

   die Kommutierungsspannungen für die gittergesteuerten Entladungsstrecken, sondern auch einen Teil der Last liefern kann.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß den Gittern der Entladungsstrecken des Wechselrichters in an sich bekannter Weise Steuerspannungen spitzer Kurvenform zugeführt werden, die die Entladungsstrecken abwechselnd zünden.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Steuerkreis, der in Abhängigkeit von der zu regelnden elektrischen Größe des Wechselstromkreises die Brenndauer der einen Entladungsstrecke verlängert und die der anderen entsprechend verkürzt.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannungen für die Entladungsstrecken ac einem Transformator mit sättigbarem Kern entnommen werden, dessen Primärwicklung eine Wechselspannung und eine von der zu regelnden elektrischen Größe des Wechselstromkreises abhängige Gleich- «5 spannung zugeführt werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen