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Einrichtung zur unmittelbaren Frequenzumformung durch gesteuerte Gas-
oder Dampfentladungsstrecken mit bogenförmiger Entladung Zusatz zum Patent 671450
Das Hauptpatent betrifft einen unmittelbaren Frequenzumformer (Umrichter) zur Umformung
von Mehrphasenström gegebener Frequenz in Einphasenstrom niederer Frequenz mit Hilfe
gesteuerter Gas- oder Dampfentladungsstrecken. Nach der Erfindung des Hauptpatents
werden die gesteuerten Gas-oder Dampfentladungsstrecken mit eindeutiger Durchlaßrichtung
durch ständige, mittels der Gitter innerhalb eines Phasenwinkelbereiches von höchstens
i8o° bewirkte Verlegung des zeitlichen Eintritts lediglich der Zündung der einzelnen
Entladungsstrecken gesteuert. Mit dem Steuerungsverfahren des Hauptpatents gelingt
es, die gewünschte Kurvenform der umgeformten Spannung zu erzielen, ohne, entsprechend
anderen Vorschlägen für die unmittelbare Frequenzumformung, den einzelnen Entladungsstrecken
Wechselspannungen - zuführen zu müssen, deren Amplituden der gewünschten Kurvenform
entsprechend abgestuft sind. Die Verwendung nicht abgestufter Anodenspannungen bringt
den Vorteil mit sich, daß die von dem Umformer erzeugte Spannung nach Größe und
Phase lediglich durch das Mittel -der Gittersteuerung beliebig geändert werden kann.
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Ein gewisser Nachteil des den Gegenstand des Hauptpatents bildenden
Verfahrens der Frequenzumformung liegt darin, daß stets nur wenige Phasen zur Erzeugung
hoher Spannungswerte herangezogen werden, während diejenigen Phasen, welche die
niedrigeren Werte der Sinuskurve der Einphasenspannung liefern, erst dann gezündet
werden, wenn ihre Spannung niedrig ist. Hierdurch tritt in diesen Phasen eine Verschiebung
zwischen Strom und Spannung ein, welche den Leistungsfaktor der ganzen Anordnung
ungünstig beeinflußt und auch auf die Typengröße der Transformatoren von Einfluß
ist.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Frequenzumformung,
welche einen nach .dem Verfahren des Hauptpatents gesteuerten Umformer hinsichtlich
des Leistungsfaktors verbessert. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß
außer der Sekundärhauptspannung an den zum Umrichter gehörigen Transformatoren noch
mindestens
eine Teilspannung je Phase abgenommen und einer der
Phasenzahl entsprechenden Anzahl von Nebenanoden zugeführt wird. Die Haupt- und
1Tebenanodengruppen werden dabei durch eine Steuereinrichtung derart an&e#-schlagen,
daß die Zündung der Nebenano>Atr' gegenüber der Zündung der von den gleichin:; Transforinatorphasen
gespeisten Hauptanoden vorverlegt ist.
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Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher erläutert. Fig. i der
Zeichnung zeigt die Schaltung eines der beiden zur Frequenzumformung (Umrichtung)
dienenden Gleichrichtersvsteme. Der Hauptstromkreis für das zweite Gleichrichtersystem
und die übrigen Teile der Umrichteranlage sind der Einfachheit halber weggelassen.
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Es bedeutet g eines der Gleichrichtergefäße mit der Kathode
k und den Anoden a und s die Sekundärwicklung eines Transformators
mit der Phasenzahl tt = 6. Zwischen dem Nullpunkt o dieser si-Pliasen und der Kathode
k verläuft ein Teil des Nutzkreises, der selbst nicht gezeichnet ist. Jede der Sekundärphasen
von s besitzt außer einer der Klemmen it, v, 7v, x, y, z für die höchsten
Spannungen bei dein gezeichneten Beispiel noch je eine Klemme itl, v1 usw. bis z1
für eine Teilspannung, beispielsweise die halbe Spannung. Statt die halbe Spannung
zu verwenden, kann man auch ein Drittel der Spannung verwerten und dafür noch weitere
Klemmen u2, v2 bis z2 an 2/g Spannung anlegen. Die gewünschte Unterteilung richtet
sich also nach dem jeweils vorliegenden Bedarfsfalle.
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Statt der Anordnung sämtlicher zu einem Gleichrichtersystem gehörigen
Anoden für die verschiedenen Spannungen in einem einzigen Gleichrichtergefäß kann
es vorteilhaft sein, die Anoden niederer Spannung in besonderen Gefäßen unterzubringen,
wodurch außer einer bequemeren Unterbringungsmöglichkeit der Gleichrichtergefäße
eine Erhöhung der Rückzündungssicherheit der einzelnen Entladungsstrecken erzielt
wird.
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Sowohl die Hauptklemmen tt bis z als auch die Nebenklemmen
tt, bis z1 sind jeweils an je eine mit einem Steuergitter versehene Anodea angeschlossen.
In der Figur sind zwei Gitter g und g, angedeutet, die zu den an die Phasenklemmen
tt und ttl angeschlossenen Anoden gehören. Die anderen Gitter sind nicht angedeutet,
da sie die gleiche Anordnung wie g und g1 besitzen und lediglich andere Anschlüsse
an die noch zu besprechenden Steuertransformatoren aufweisen.
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Ehe auf die Steuereinrichtung eingegangen wird, soll zunächst an Hand
der Fig. 2 für ein zwölfphasiges System gezeigt werden, wie die Einrichtung nach
der Erfindung arbeitet. In Fig. 2 sind nur für eine Viertelwelle der niederperiodigen
Spannung die Phasenspannungen des höherperiodigen Netzes aufgetragen, und zwar entsprechen
die Spannungen U z;4is Z den Spannungen der Anoden, die an die y:ere Spannung angeschlossen
sind, und die Spannungen U1 bis Z1 der Spannungen der noden, die entsprechend den
Anzapfungen an die kleinere Spannung angeschlossen sind. Die Steuerung der Gitter
ist nun so getroffen, beispielsweise dadurch, daß, wie schon früher vorgeschlagen
wurde, zwei verschiedene Frequenzen, nämlich die Frequenz f1 (z. B. 5o) und die
Frequenz f2 (z. B. i5), für die Gitterspannung einander überlagert werden, daß zunächst
die Anschlagspunkte der Anoden für die Spannungen U bis Z zeitlich nach und nach
auseinandergezogen sind. Diese Anschlagspunkte sind in der Fig. 2 mit i, 2, 3, 4,
5, 6 bezeichnet, und man erkennt, daß diese Anschlagspunkte der großen Spannungen
allmählich vom Maximum der Kurven auf den Nullwert hinrücken. Nun sind weiter die
Anschlagspunkte der kleineren Spannungen U1 bis Z, ebenso gestaffelt, jedoch in
der Phase um einen bestimmten Wert (in Fig. 2 mit 8 bezeichnet) gegen den entsprechenden
Anschlagspunkt der großen Spannungen vorverlegt. Die Spannungskurven U1 bis Z, haben
demgemäß die Anschlagspunkte i', 2' USW.
bis 6'. Dabei liegt also die zeitliche
Phasenverschiebung ö zwischen i und i' sowie zwischen 2 und 2', zwischen 3 und 3'
USW.
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Ein Gas- oder Dampfentladungsgefäß besitzt nun bekanntlich die Eigenschaft,
daß sich sein Lichtbogen jeweils derjenigen Anode zuwendet, welche die höchste Spannung
gegenüber allen übrigen aufweist. Mit dem Anschlagspunkt i angefangen (Fig. 2),
folgt der Strom oder die von der Kathode k aus gelieferte Spannung zunächst der
Kurvenform von U so lange, bis die Kurve V in 2 angeschlagen wird. Ähnliches
gilt für V so lange; bis die Kurve W in 3 angeschlagen wird. Während dieser Vorgänge
sind die Spanntangen U1, V1, W1 in den Punkten i', 2', 3' angeschlagen worden. Diese
Anschläge haben aber im Entladungsgefäß keinerlei Wirkung, weil die den entsprechenden
Anoden zugeführte Spannung jeweils immer niedriger liegt als die Spannung von
U, V und W. Eine Änderung tritt erst bei den in Fig. 2 gezeichneten Verhältnissen
ein, wenn der Strom nach dem Anschlag im Punkt 3 auf der Phase W dieser folgt. Es
erfolgt dann nämlich im Punkt A ein Überschneiden der Spannung W mit der bereits
im Punkt q.' angeschlagenen Spannung X, Vor diesem Schnittpunkt ist die Spannung
von W noch größer als die Spannung X1, danach aber kleiner. Infolgedessen geht.
der Strom vom Punkt A an auf die mit X1 verbundene Anode über. Dies dauert so lange,
bis
im Punkt ¢ wiederum der Anschlag der höheren Spannung der Phase X erfolgt. Dieses
Spiel setzt sich jetzt fort, indem abwechselnd die hohen und die niedrigen Spannungen
zur Benutzung kommen. Dabei ist ersichtlich, daß die Benutzung der niedrigen Spannungen
mindestens anfänglich an solchen Stellen erfolgt, wo die Spannurig der betreffenden
Wicklungsabteilungen ihre. Maxima hat. Infolgedessen wird der Leistungsfaktor verbessert
bis auf die allerletzten Augenblicke, beispielsweise wenn beim Anschlagen .des .Punktes
6' auf der kleineren Spannurig Z1 auch hier die Spannung gesunken ist.
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Man kann es nun durch geeignete Wahl des Verhältnisses zwischen den
großen und den kleinen Spannungen dahin bringen, daß über einen weiten Bereich der
erzeugten Einphasensinuskurve Transformatorphasen in der Nähe ihres Maximums arbeiten,
ohne daß man deswegen den Mangel des synchronen Verhaltens des oben beschriebenen
zweiten Verfahrens in Kauf zu nehmen hat. Hinsichtlich der Anordnung der Steuerspannungen
ist nur zu beachten, daß beispielsweise die Gitterspannungen des Gitters g1 an den
Anoden für die niedrige Spannung in der Phase etwas vorverschoben werden gegenüber
den Spannungen, welche an das Gitter g2 kommen. Dies wird dadurch erreicht, daß
nach einem bekannten Verfahren diese Gitter ebenfalls Spannungen aus Sekundärwicklungen
eines Transformators T (Fig. i) für die höhere Frequenz (f1 = 5o) erhalten, hinter
welche die Spannungen eines Transformators T2 für die niedrigere Frequenz (f2 -
15) geschaltet werden. Hierbei wird durch entsprechende Phasendrehung, beispielsweise
mit Hilfe der Sekundärwicklungen s2 und s2 dieses Transformators, dafür gesorgt,
daß die Gitter g1 eine entsprechend frühere Beaufschlagung als die Gitter g erfahren.
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Statt der rein elektrischen Steuerung der Gitter mit Hilfe von Spannungen
verschiedener Frequenz, die einander überlagert werden, kann man auch einen Kontaktapparat
anwenden, der entsprechend verteilte Kontakte auf seinem Umfang und eine Einrichtung
zur Regelung seiner Antriebsgeschwindigkeit aufweist.