DE709712C - Anordnung zur Steuerung von mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefaessen arbeitenden Wechselrichtern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung von Wechselrichtern, d. h. Schaltungen, die Gleichspannung in Wechselspannung mittels gesteuerter Dampf- oder Gasentladungsgefäße umformen, und betrifft im besonderen eine verbesserte Anordnung zur Umformung von Gleichstrom in Mehrphasenwechselstrom mittels mehrerer gittergesteuerter Entladungsgefäße.

to Es ist bereits vorgeschlagen worden, Gleichstrom in Mehrphasenwechselstrom mittels eines Wechselrichters umzuformen, indem entweder der Wechselrichter mit seiner natürlichen Frequenz schwingt oder von einem Mehrphasensystem fremd erregt wird. Jedoch ist es nicht immer möglich, eine mehrphasige Wechselspannung für die Gitter zu erhalten. In verschiedenen Fällen wird die Einrichtung vereinfacht, und es ist auch sonst vorteilhaft, wenn einphasige Speisung für die Gitterkreise vorgesehen ist. Es ist nun weit« hin auch schon vorgeschlagen worden, zur 'Steuerung der Gitterkreise von mit Dampf- oder Gasentladungsgefäßen arbeitenden Wechselrichtern Steuerspannungen spitzer Wellenform zu verwenden. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ebenfalls eine Steuerung von Wechselrichtern mit.einer Wechselspannung spitzer Wellenform, bei der aber die Frequenz dieser Steuerwechselspannung ein Vielfaches der Frequenz des erzeugten Wechselstromes ist. Dabei können außer dieser Steuerspannung den Gitterkreisen noch weitere Steuerspannungen zugeführt werden.

Der Erfindungsgedanke kann bei verschiedenen Ausführungsformen Anwendung finden. So kann z. B. ein mehrphasiger Wechselrichter für jede Phase einen aus zwei Entladungsgefäßen bestehenden Einphasenwechselrichter enthalten. Die Gitterkreise der Entladungsgefäße jedes Wechselrichters werden von einer einphasigen Wechselstromquelle, die eine Wechselspannung spitzer Wellenform liefert, erregt. Außerdem ist in die Gitterkreise der einzelnen Röhren eine negative Vorspannung eingefügt. Infolgedessen erhalten die Gitter der einen Röhren positive Potentiale während Zeitteilchen, die klein gegen die Periodenlänge sind. Der mehrphasige Wechselstrom, der von der Umfor-

mungseinrichtung geliefert wird, hat eine Frequenz, die beispielsweise bei zwei Phasen gleich der Hälfte der Frequenz der Gitter.-: wechselspannung ist. An Stelle einer Sp£j sung der Gitterkreise aus einer einzigen* Wechselstromquelle kann ferner abweichend den Gitterkreisen jeder Phase eine Spannung zugeführt werden, die von der nächstfolgenden Phase abgeleitet ist. Dadurch wird erreicht, daß die einzelnen Gefäße in der richtigen Reihenfolge leitend werden.

In Abb. ι der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar bei einem Zweiphasenwechselrichter. Abb. 2 zeigt die Wellenform einer einphasigen Gitterwechselspannurig, welche bei dem Ausführungsbeispiel angewendet ist. Abb. 3 zeigt eine gegenüber Abb. 1 abgeänderte Anordnung. Abb. 4 zeigt eine Anordnung zur Erzeugung eines Dreiphasenwechselstromes.

Der in Abb. 1 der Zeichnung dargestellte Wechselrichter enthält zwei Einphasenwechselrichter A und B, die von einem Gleichstromnetz 10 gespeist werden und die beiden Phasenspannungen 11 und 12 des Wechselstromnetzes erzeugen. Die positive Leitung des Netzes 10 ist mit beiden Wechselrichtern A und B über eine Drosselspule 13 und einen Zwischenphasentransformator 14 zur gleichmäßigen Verteilung der Belastung zwischen den beiden Phasen verbunden. Die beiden Wechselrichter A und B sind als Wechselrichter in Parallelanordnung dargestellt, obwohl auch gegebenenfalls ein Wechselrichter in Reihenanordnung verwendet werden könnte, ohne daß deshalb der Rahmen der Erfindung überschritten würde. Der Wechselrichter A enthält die Primärwicklung 17 eines Transformators 15, zwei Entladungsgefäße 19 und 20, die an die Enden der Wicklung 17 und andererseits an die negative Leitung 10 angeschlossen sind. Ferner ist ein Kommutierungskondensator 23 zwischen den beiden Anoden vorgesehen. In ähnlicher Weise enthält der Wechselrichter^ die Wicklung 18 eines Transformators 16, Entladungsgefäße 21 und 22 und einen Kommutierungskondensator 24. Die Kathoden der Gefäße 19 bis 22 haben gleiche Potentiale und sind sämtlich an die negative Gleichstromleitung 10 angeschlossen. Die Steuerelektroden der Gefäße 19 und 20 sind über Widerstände 25 und 26 miteinander verbunden. In ähnlicher Weise sind die Gitter der Gefäße 21 und 22 miteinander über Widerstände 27 und 28 verbunden. Die Steuerspannung für die Gitterkreise der Gefäße 19 und 20 wird der Sekundärwicklung eines Gittertransformators 30 entnommen, dessen Primärwicklung 31 mit Wechselstrom einer Frequenz gespeist wird, die doppelt so groß ist wie die Frequenz des erzeugten Wechselstromes. Die Mittelanzap-■;*iuäQg der Sekundärwicklung 29 ist über eine *-;!t%fttive Vorspannungsbatterie 32 an die ■:Rä.tiioden angeschlossen.

iiJDie Gefäße 19 bis 22 sind vorzugsweise Dampfentladungsgefäße, obwohl an sich auch jede andere Form von Gefäßen mit diskontinuierlicher Entladung verwendet werden kann. Unter einem gesteuerten Entladungsgefäß mit diskontinuierlicher Entladung soll dabei jene Kategorie von Entladungsgefäßen verstanden sein, in welchen das Einleiten der Entladung im Gefäß durch eine Steuerelektrode bestimmt wird, bei denen jedoch der Entladungsstrom im Gefäß nur erlöschen kann, wenn die am Gefäß liegende Spannung unter ihren kritischen Wert sinkt. Dadurch unterscheidet sich diese Gruppe von Entladungsgefäßen von den Entladungsgefäßen mit kontinuierlicher Steuerung, deren charakteristischer Vertreter die Hochvakuumröhre ist, bei der bekanntlich der Momentanwert des Stromes kontinuierlich durch die Gitterwechselspannung geändert werden kann.

Die Wicklung 29 führt den Gitterkreisen eine Wechselspannung spitzer Wellenform zu, beispielsweise die in Abb. 2 der Zeichnung angegebene. Eine solche Wellenform kann auf verschiedene Art und Weise erzeugt werden, vorzugsweise soll eine spitze Wellenform dadurch erzeugt werden, daß der Transformator 30 im gesättigten Zustand arbeitet und seine Primärwicklung 31 von einer sinusförmigen Wechselspannungsquelle erregt wird. Die Wirkungsweise der in Abb. 1 dargestellten Anordnung soll nachstehend erläutert werden. Es ist ersichtlich, daß bei Speisung der Primärwicklung des Transformators 30 mit Wechselspannung die Gitter der Gefäße 19 und 20 beide stets das gleiche Potential haben. Dieses Potential ist als der schraffierte Teil d der Kurve c in Abb. 2 dargestellt. Die Linie α gibt die negative Vorspannung 32 an, d. h. einmal während jeder Periode der Gitterwechselspannung wird den Gittern ein kurzer positiver Impuls gegeben. Die Erfahrung hat gelehrt, daß nicht beide Gefäße gleichzeitig leitend werden, sondern daß der Strom durch das eine oder durch das andere der Gefäße zuerst einsetzt. Es möge der Strom zuerst durch das Gefäß 19 fließen. Wenn der nächste positive Impuls der Gitterspannung auftritt, wird das Gefäß 20 leitend, und der Kommutierungskondensator 23 wird sich über <$j€ Gefäße 20 und 19 entladen und den im Gijjiß 19 fließenden Strom unverzügich. un^hen. Für ein betriebssicheres Arbeiteft-'äfer 1>eschriebenen Umformungsein- iao richtung ist es erforderlich, daß die Zeitdauer der positiven Gitterimpulse kleiner ist

als die für die Entladung der Kapazität 23 erforderliche Zeit, so daß, sobald wieder eine positive Spannung an der Anode des Gefäßes 19 auftritt, sein Gitter bereits eine solche S negative Spannung besitzt, daß das Gefäß nichtleitend wird. In ähnlicher Weise erfolgt die Kommutierung zwischen Gefäß 19 und 20 beim nächsten positiven Impuls der Gitterspannung. Dieser Vorgang wiederholt sich periodisch.

Die Gefäße 21 und 22 werden von der entgegengesetzten Halbwelle der Sekundärwicklung 29 gespeist. Die den Gittern des ersten Wechselrichters zugeführten Spannungen sind um i8o° verschoben gegenüber denen der Gefäße 19 und 20. Daraus folgt, daß die negativen Halbwellen der Kurve c positiv in bezug auf die Kathoden dieser Gefäße sind und bei Hinzurechnung der negativen Vorspannung δ der Batterie 32 als positive Impulse an den Röhren 21 und 22 auftreten, wie durch die schraffierten Teile e der Kurve c angedeutet ist. Es ist offensichtlich, daß der Wechselrichter B eine Wechselspannung an

as die Phase 12 liefert, die der vom Wechselrichter^ erzeugten weitgehend ähnlich ist, aber um i8o° in bezug auf die Phase der Gitterwechselspannungen verschoben ist. Da die Gitterwechsel spannung die doppelte Frequenz hat, so folgt daraus, daß der vom Wechselrichter B erzeugte Wechselstrom um go° gegen den vom Wechselrichter^ erzeugten Wechselstrom ■ verschoben ist. In Abb. 1 ist eine Anwendung der Erfindung bei einem Zweiphasenwechselrichter dargestellt. Es ist jedoch offensichtlich, daß der Erfindungsgedanke auch bei einem Einphasenwechselrichter allein Anwendung finden kann, der mit einer Frequenz arbeitet, die halb so groß ist

♦o wie die Frequenz der Gitterwechselspannung. Dadurch ergibt sich, von einem anderen Gesichtspunkt aus betrachtet, daß die Erfindung eine Umformungseinrichtung ermöglicht, die die Frequenz^ von Wechselspannungen herabsetzt.

In Abb. 3 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher dieselbe Steuerwechselspannung' allen vier Gefäßen 19 bis 22 zugeführt wird, und zwar aus dem Transformator 30 mit den Wicklungen 31 und 29 über die Widerstände 33 und 34. Damit die Gefäße in der Reihenfolge 19, 21, 20 und 22 wie bei der Anordnung nach Abb. 1 leitend werden, wird dem Gitterkreie jedes

'65 der beiden aus dem Gleichstromnetz 10 über die Drossel 13 und den Zwischenphasentransformator 14 gespeisten und je eine Phasenspannung 11 und 12 erzeugenden Wechselrichter eine Spannung zugeführt, die'von dem anderen Wechselrichter abgeleitet ist. Diese Hilfsspannung für den Wechselrichter ./ί wird der Sekundärwicklung 37 des Transformators 35 entnommen, deren entgegengesetzte Hälften an die Gitter der Gefäße 19 und 20 angeschlossen sind. Die Primärwicklung 39 dieses Transformators ist an den Wechselstromkreis des Wechselrichters B angeschlossen, und eine Anordnung zur Konstanthaltung der ' Spannung, beispielsweise eine Glimmlampe 41, ist vorgesehen, um eine wesentlich konstante Wechselspannung aufrechtzuerhalten. In gleicher Weise wird eine Hilfsspannung den Gitterkreisen der Gefäße 21 und 22 mittels der Sekundärwicklung 38 eines Transformators 36 zugeführt, dessen Primärwicklung40 von der vom Wechselrichter^ erzeugten Wechselspannung gespeist wird. Eine entsprechende Anordnung 42 zur Konstanthaltung der Spannung liegt parallel zu den Klemmen der Primärwicklung 40. In einzelnen Fällen kann es wünschenswert sein, Strombegrenzungswiderstände 43 und 44 in den Stromkreisen der Glimmlampen 41 bzw. 42 vorzusehen. 15 und 16 sind die Ausgangstransformatoren, 17 und 18 ihre Primärwicklungen, 23 und 24 sind die Kommutierungskpndensatoren der beiden Wechselrichter.

Bei der Erläuterung der Arbeitsweise dieser Ausführungsform nehmen wir an, daß das Gefäß 19 zuerst leitend wird. In diesem Falle kann angenommen werden, daß das Gefäß 22 ebenfalls leitend wird. Bei dem Auftreten des nächsten positiven Gitterimpulses wird die Polarität der im Transformator 35 induzierten Spannung im Gitterkreis des Wechselrichters A derart sein, daß sie dem positiven Impuls für das Gitter des Gefäßes

20 entgegenwirkt, so daß dieses Gefäß nichtleitend wird. Jedoch die im Transformator 36 induzierte und dem Gitter des Gefäßes 21 zugeführte Spannung addiert sich zu dem positiven Impuls. Dieses Gefäß wird daher leitend, und der zwischen den Gefäßen 22 und

21 erfolgende Kommutierungsvorgang verläuft in bereits beschriebener Weise. Diese Umkehrung des Stromes im Wechselricher B bewirkt eine Umkehrung der Polarität der den Gittern der Gefäße 19 und 20 zugeführten Spannungen, so daß beim Auftreten des nächsten positiven Gitterimpulses das Gefäß 20 leitend wird. Es erfolgt eine Stromumkehrung im Wechselrichter A und entsprechend eine Umkehrung der Polarität der dem Transformator 36 zugeführten Spannung, d. h. das Gefäß 22 wird als nächstes leitend. Dieser Vorgang wiederholt sich periodisch, wobei die Gefäße in der Reihenfolge 19, 21, 20 und

22 genau wie bei der Anordnung in Abb. r leitend werden. Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird ein Zweiphasen- wechselstrom erzeugt und den Kreisen 11 und 12 zugeführt. In diesem Falle ist es er-

sichtlich, daß die Frequenz der den Wechselstromkreisen Ii und 12 zugeführten Wechselspannung '/4 der Frequenz der den Gitterkreisen zugeführten Spannung ist. In Abb. 4 ist eine Umformungseinrichtung zur Umformung von Gleichstrom in Dreiphasenwechselstrom dargestellt. Bei dieser Anordnung ist der Gleichstromkreis 10 mit dem Wechselstromnetz 50, 51 und 52 über ία Transformatoren 56, 57 und 58 sowie Entladungsgefäße 65, 66, 67 verbunden. Die positive Gleichstromleitung ist über eine Drosselspule 13 an den Sternpunkt der in Stern geschalteten Primärwicklungen 53, 54 und 55 angeschlossen. Zwischen die äußeren Klemmen dieser Primärwicklungen und die negative Gleichstromleitung 10 sind die Entladungsgefäße 65, 66 und 67 geschaltet. In den einzelnen Hauptkreisen der Gefäße 65, 66 ao und 67 sind ferner die Wicklungen 62, 63 und 64 vorgesehen, die jeweils mit den Gefäßen in Reihe geschaltet sind; von diesen Wicklungen ist jede induktiv mit dem Transformator der nächstfolgenden Phase verkettet, d. h. die Wicklung 63 ist zwischen die Primärwicklung 53 und das Gefäß 65 eingefügt, und das Gefäß 65 ist induktiv mit dem Transformator 57 verbunden, usw. Die Wechsel-Stromleitungen 50, 51 und 52 werden von den in Stern geschalteten Sekundärwicklungen 59, 60 und 61 gespeist. Ferner sind Kommutierungskondensatoren 68, 69 und 70 zwischen den einzelnen Anodenkreisen vorgesehen. Die Gitterkreise der Gefäße 65, 66 und 67 enthalten eine negative Vorspannung 32 und die Wicklung 29 des Transformators 30, der, aus der Wicklung 31 erregt, eine Wechselspannung spitzer Wellenform liefert. Ferner enthalten die Gitterkreise die Sekundärwicklungen 71, 72 und 73 der Transformatoren 74, 75 und 76. Die Primärwicklungen 77, 78 und 79 dieser Transformatoren sind zwischen die zugehörige Anodenleitung und die Anodenleitung des nächsten Gefäßes geschaltet. Die Wirkungsweise der dargestellten Anordnung ist ähnlich den früher beschriebenen. Jede der drei Röhren empfängt einen positiven Gitterimpuls zu derselben Zeit. Aber nur dasjenige Gefäß wird leitend, welches auch eine positive Anodenspannung von dem zugeordneten Transformator erhält. Wird beispielsweise das Gefäß 65 zuerst leitend, so wird Strom über die Primärwicklung 53, die Wicklung 63 und das Gefäß 65 fließen. Der Stromfluß in der Wicklung 63 induziert ein noch stärkeres positives Potential in der Wicklung 54, so daß die linke Klemme der Primärwicklung 78 des Transformators 75 höheres Potential hat als die Gleichstromleitung. In gleicher Weise wird eine Spannung in der Wicklung 62 infolge des Stromflusses in der Wicklung 53 induziert, so daß die Anode des Gefäßes 67 das gleiche Potential hat wie die Anode des Gefäßes 66 und daher kein Strom dem Gittertransformator 75 65' zugeführt wird. Jedoch ist die Anode des Gefäßes 65 annähernd auf gleichem Potential wie die negative Gleichstromleitung 10, und ein entsprechendes negatives Potential wird· durch den Transformator 76 dem Gitter des Gefäßes 67 zugeführt. Wenn der nächste positive Gitterimpuls auftrifft, wird das,Gefäß 66 leitend. In ähnlicher Weise wird jedes der Gefäße 65, 66 und 67 nacheinander leitend. Die Verkettung der Primärwicklungen 53, 54 und 55 und der Wicklungen 62, 63 und 64 bezeichnet man als Zickzackschaltung. Infolge dieser Verkettung der Primärwicklungen der Transformatoren 56, 57 und 58 wird ein Arbeiten während beider Halbwellen mit nur drei Gefäßen erreicht, da der durch die Hilfswicklungen 62, 63 und 64 fließende Strom entgegengesetzte Richtung hat wie der in den Hauptwicklungen 53, 54 und 55. Diese Verkettung ist auch vorteilhaft, da sie die Gleichstromkomponente in den Transformatoren aufhebt, die andererseits die Schenkel sättigen würde, und sie dient ferner dazu, den Kurzschlußstrom im Falle eines Fehlers in einer der Röhren zu begrenzen. Es ist offenbar, daß die in Abb. 4 dargestellte mehrphasige Anordnung anwendbar ist auf eine mehrphasige Anordnung beliebiger Phasenzahl, ohne daß der Rahmen der Erfindung überschritten würde.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Steuerung von mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefäßen arbeitenden Wechselrich- »°° tern, deren Steuerung durch Wechselspannungen spitzer Wellenform erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Wechselspannung spitzer Wellenform ein Vielfaches der Frequenz des erzeug- »05 ten Wechselstromes ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Gitterkreisen noch weitere Steuerspannungen zugeführt werden. no

3. Anordnung nach Anspruch 2, insbesondere für mehrphasige Wechselrichter, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterkreise außer der im Anspruch 1 angegebenen Steuerspannung noch eine Steuerspannung derselben Frequenz wie die des erzeugten Wechselstromes erhalten.

^^^Bratrdnung nach Anspruch 3, dadufch''4p|fcennzeichnet, daß diese Steuerwechselspannung von der nächstfolgenden tao Phase abgeleitet wird.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet, daß diese Steuerwechselspannung ebenfalls spitze Wellenform besitzt.

6. Anordnung nach Anspruch 3 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwechselspannungen derart bemessen werden, daß das Einleiten der Entladung nur dann erfolgt, wenn sämtliche Steuerwechselspannungen angenähert ihren positiven Größtwert erreicht haben.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer eines positiven Impulses der Wechselspannung spitzer Wellenform kleiner gewählt ist als die Dauer des Kommutierungs-Vorganges zwischen zwei Anoden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen