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Stromrichteranordnung zur Leistungsübertragung aus einem Gleichstromnetz
konstanter Stromstärke<in ein Wechselstromnetz konstanter Spannung oder umgekehrt
Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung von Stromrichteranordnungen, die zur
Leistungsübertragung aus einem Gleichstromnetz konstanter Stromstärke in ein Wechselstromnetz
konstanter Spannung oder umgekehrt Verwendung finden. Bei der Steuerung von Stromrichteranordnungen,
die insbesondere mit. gesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeiten, ist
es wichtig, daß eine geeignete Kommutierungsspannung und ein ausreichender Kommutierungswinkel
zur Verfügung stehen, damit die Entladungsstrecken die Möglichkeit haben, sich zu
entionisieren und ihre Steuerfähigkeit wiederzuerlangen, da es bei Dampf-oder Gasentladungsstrecken
bekanntlich nicht möglich ist, die Entladung mit Hilfe einer den Steuergittern zugeführten
Steuerspannung zu löschen. Aus diesem Grunde muß den Anoden während eines Zeitabschnitts,
der gleich oder größer als die Entionisierungszeit ist, eine im Vergleich zum Kathodenpotential
negative Spannung zugeführt werden, um den Entladungsstrecken ihre Steuerfähigkeit
zurückzugeben.
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Unter Kommutierungsspannung versteht man die negative Anoden-Kathoden-Spannung,
die einer Entladungsstrecke zugeführt wird, wenn sie von einer anderen in der Stromführung
abgelöst wird. Ist die Kommutierungsspannung genügend groß und die Zeit ihrer Wirksamkeit
von ausreichender Dauer, so kann das Steuergitter seine Steuerfähigkeit wiedererlangen
und die betreffende Entladungsstrecke im nichtleitenden Zustand erhalten, auch nachdem
die Anode wieder positiv geworden ist.
Da nun beim Auftreten irgendwelcher
Störungen, beispielsweise bei plötzlichen Laständerungen -oder beim Auftreten von
Wanderwellen oder sonstiger Unregelmäßigkeiten die Steuerung der Entladungsstrecken
einer Stromrichteranordnung nicht unbeeinflußt bleibt, erhalten die Entladungsstrecken
häufig nicht die notwendigen Kommutierungsspannungen bzw. die zum Entionisieren
der Entladungsstrecken erforderliche Zeit.
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Es ist daher das Ziel der Erfindung, eine geeignete Steuereinrichtung
für die Entladungsstrecken einer Stromrichteranordnung anzugeben, die die Erzeugung
angemessener Kommutierungsspannungen und Kommutierungswinkel auch bei plötzlichen
Laständerungen oder sonst im Netz auftretenden Störungen sicherstellt. Diese Steuereinrichtung
soll außerdem eine selbsttätige Regelung des Leistungsfaktors bei einer über Boucherotkreise
erfolgende Energieübertragung zwischen einem Wechselstromkreis konstanter Spannung
und einem Gleichstromkreis konstanter Stromstärke gestatten.
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Gemäß der Erfindung werden für die Steuerung der Entladungsstrecken
bei aus Stromrichtern bestehenden Energieübertragungsanordnungen Steuereinrichtungen
vorgesehen, die den Steuergittern der Entladungsstrecken aus zwei Komponenten bestehende
Steuerwe.hselspannungen zuführen, wobei die eine Komponente eine Spannung fester
Phasenlage und die andere Komponente eine dem Boucherotkreis entnommene Spannung
darstellt.
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Bisher war es bei Stromrichtern mit Boucherotschaltung üblich, die
Steuerspannungen für die Entladungsstrecken entweder aus dem Wechselstromnetz konstanter
Spannung oder aus dem Boucherotkreis, also aus einem Kreis konstanter Stromstärke,
-abzuleiten. Derartige Steuerungen genügen in vielen Fällen, insbesondere bei schwankender
Belastung, nicht. Dies gilt auch für. den Fall des Leerlaufes. Bei den Versuchen,
die zu der Erfindung geführt haben, hat es sich gezeigt, daß die dem Konstantstromkreis
der Boucherots--haltung entnommenen Spannungskomponenten zusammen mit einer Spannung
fester Phasenlage eine resultierende Steuerspannung ergeben, die die Kommutierungsspannung,
den Kommutierungswinkel und den Leistungsfaktor auch beim Auftreten von Wanderwellen
oder sonstigen Spannungsstörungen im Netz innerhalb gewisser Grenzen im wesentlichen
konstant zu halten imstande sind.
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Der Erfindungsgedanke soll im folgenden an Hand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert werden.
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Die Fig. i zeigt die Erfindung angewandt bei einer Energieübertragungseinrichtung
zum Energieaustausch zwischen einem Wechselstromnett konstanter Spannung und einem
Gleichstromnetz konstanter Stromstärke. In der Fig. 2 ist ein Spannungsdiagramm
des in der Fig. i dargestellten Ausführungsbeispiels angegeben.
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In den Fig. 3 und 7 ist der Erfindungsgedanke in etwas anderer Form
ebenfalls bei einer Anordnung zum Leistungsaustausch zwischen einem Wechselstromnetz
konstanter Spannung und einem Gleichstromnetz konstanter Stromstärke dargestellt,
während in den Fig. d, 5, 6 und 8 verschiedene Arbeitsdiagramme dieser Anordnungen
dargestellt sind.
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In Fig. i erfolgt die Leistungsübertragung zwischen dem Gleichstromnetz
konstanter Stromstärke i und dem Wechselstromnetz konstanter Spannung 2. Zur Umformung
des Wechselstromes konstanter Spannung in Wechselstrom konstanter Stromstärke oder
umgekehrt dient der Boucherotkreis 3, der aus mehreren Zweigen von aus hintereinandergeschalteten
Induktanzen :I, 5 und 6 und Kapazitäten 7, 8 und 9 bestehenden Scheinwiderständen
zusammengesetzt ist. Der Stromkreis 1o, der mit dem Boucherotkreis 3 verbunden ist,-
stellt einen Wechselstromkreis konstanter Stromstärke dar, der seine Leitung dem
Boucherotkreis 3 entnimmt oder sie an diesen überträgt. Die Leistungsübertragung
in den Gleichstromkreis konstanter Stromstärke erfolgt über den Transformator 1i
mit den Primärwicklungen 12 und den Sekundärwicklungen 13, wobei die Sekundärwicklungen
13 mit der Stromrichteranordnung 1I verbunden sind, die den Wechselstrom konstanter
'--,tr<>mstärke in konstanten Gleichstrom oder umgekehrt überführt. Die Stromrichteranordnung
14 besteht aus den Entladungsstrecken 17 bis 20, von denen jede eine Anode 21, eine
Kathode 22 und ein Steuergitter 23 enthält. Als Entladungsstrecken finden vorzugsweise
gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken Verwendung. Die Stromrichteranordnung
arbeitet dabei je nach der Richtung der Leistungsübertragung als Vollweggleichrichter
oder als Wechselrichter.
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Die Steuerung der Entladungsstrecken 15 bis 2o erfolgt über die entsprechenden
Steuerkreise 2d. bis 29, die den Steuergittern z3 geeignete, in ihrer Phase veränderliche
Steuerwechselspannungen liefern. Da die Steuerkreise 24. bis 29 in ihrem Aufbau
alle gleich sind, genügt es, wenn wir beispielsweise den Steuerkreis 27 näher betrachten.
Dieser gerört zur Entladungsstrecke 18 und besteht aus dem Transformator 3o, dem
die Steuerwechselspannung, vorzugsweise von spitzer Wellenform, für das Steuergitter
23 entnommen wird. Der Transformator 3o besteht aus dem Magnetkern 31 mit einem
kleinen sättigbaren Teil 32 und der Sekundärwie klung 34. Im Gitterkreis
liegen
in der Zuleitung zum Steuergitter 23 parallel zueinander der selbstinduktionsfreie
Widerstand 36 und das Element eindeutiger Stromdurchlaßrichtung 35. Diese im Gitterkreis
vorgesehene Parallelanordnung bietet dem normalen Gitterstrom einen verhältnismäßig
geringen Widerstand, während dem Entionisierungsstrom der Entladungsstrecke 18 ein
verhältnismäßig großer Widerstand entgegengesetzt wird. Eine weitere im Gitterkreis
liegende, aus der Kapazität 37 und dem Scheinwiderstand 38 bestehende Parallelanordnung
dient zur Lieferung einer gleichgerichteten Vorspannung für das Steuergitter. Der
Scheinwiderstand 38 hat zweckmäßigerweise eine nicht lineare Widerstandscharakteristik.
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Zur Regelung des Leistungsfaktors des Konstantstrom-Wechselstromkreises
io sowie zur Regelung des Leistungsfaktors, mit dem die Energie in den Wechselstromkreis
konstanter Spannung 2 übertragen oder aus diesem entnommen wird, ist eine Einrichtung
vorgesehen, die eine entsprechende Regelung der Phasenlage der den Steuergittern
23 der Entladungsstrecken 15 bis 2o zugeführten Steuerwechselspannungen gestattet:
Diese Steuerung regelt dabei auch die Kommutierungsspannungen und die Kommutierungswinkel
der Entladungsstrecken 15 bis 2o. Die Steuerwechselspannungen bestehen aus zwei
Komponenten, von denen die eine dem Konstantstromkreis io entnommen und den Steuerkreisen
24 bis 29 über geeignete Vorrichtungen, z. B. über die Reihentransformatoren 39,
40 und 41, zugeführt wird. Zum Verstellen der Phasenlage der dem Konstantstrom-Wechselstromkreis
io entnommenen Spannung ist zwischen diesem und den Transformatoren 39, 40 und 41
eine Phasenschieberanordnung, z. B. der Drehtransformator 42, vorgesehen. Während
die eine Steuerspannungskomponente fester Größe und Phasenlage aus dem- Konstantspannungs-
und Wechselstromnetz (2, 2, 2) über den Phasenschieber 44 erhalten wird, wird die
andere Steuers pannungskomponentedemWechselstromnetz konstanter Stromstärke (io,
io, io) über den Phasenschieber 42 und die Stromtransformatoren 39, 40 und 41 mit
den Primärwicklungen 45 und den Sekundärwicklungen 43 entnommen, wobei die Primärwicklungen
45 mit dem verschiebbaren Abgriff 46 versehen sind, mit dessen Hilfe sich die Größe
der den Steuerkreisen aus dem Stromkreis (io, io, ro) zugeführten Spannungen ändern
läßt. Beide Steuerspannungskomponenten werden dann gemeinsam den Primärwicklungen
33 der in den Steuerkreisen 24 bis 29 liegenden Steuertransformatoren
30 zugeleitet.
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Im folgenden sei nun die Wirkungsweise der in Fig. i dargestellten
Anordnung näher betrachtet. Zunächst sei darauf aufmerksam gemacht, daß die Energieübertragung
bei dieser Anordnung in beiden Richtungen erfolgen kann, d. h. die Energie kann
sowohl aus dem Gleichstromnetz x in das Wechselstromnetz 2 als auch in umgekehrter
Richtung übergeführt werden. Im folgenden wollen wir annehmen, daB die Energieübertragung
aus dem Konstantstrom-Gleichstromnetz i nach dem Wechselstromnetz 2 mit konstanter
Spannung erfolgt. Die Stromrichteranordnung 14 dient zusammen mit dem Boucherotkreis
3 zur Umbildung des Gleichstroms konstanter Stromstärke in Wechselstrom konstanter
Spannung. Zu diesem Zweck werden die einzelnen Entladungsstrecken 15 bis 2o abwechselnd
in. vorgegebener Reihenfolge während bestimmter Zeitabschnitte, die im vorliegenden
Fall i?-o' e1. betragen, leitend gemacht. Die beiden Phasenschieberanordnungen 42
und 44, die jeweils eine Komponente der Steuerwechselspannungen liefern, sind so
eingestellt, daß der Leistungsfaktor und die Ausgangsspannung vorgegebene Werte
annehmen.
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Die Phasenbeziehungen der einzelnen Spannungen zueinander lassen sich
dem Spannungsdiagramm der Fig.2 entnehmen. Dort ist durch den - Vektor 0A die Spannung
einer Phase der mehrphasigen Steuereinrichtung dargestellt. Der Vektor- 0A soll
beispielsweise der Spannungskomponente entsprechen, die dem Transformator 3o des
Steuerkreises 27 aus dem Phasenschieber 44 zugeführt wird, während die andere dem
Steuerkreis 27 über den entsprechenden Transformator 41 zugeleitete Spannungskomponente
durch den Vektor AB dargestellt ist. Die in Fig. 2 angegebene Lage der beiden
Spannungskomponenten 0A und AB entspricht dabei einer ganz bestimmten Einstellung
der Phasenschieber 42 und 44, bei welcher der Leistungsfaktor und die Kommutierungsspannungen
vorgegebene Werte haben. Die aus beiden Spannungskomponenten resultierende Spannung,
die der Primärwicklung 33 des Steuertransformators 30 zugeführt wird, ist
in der Fig. 2 durch den Vektor OB dargestellt. Es hat sich nun gezeigt, daß die
Spannung des konstantstrom-Wechselstromkreises io sich in seiner Phasenlage so ändert,
daß die Kommutierungsspannungen oder der Leistungsfaktor des Stromkreises io auf
vorgegebenen Werten gehalten werden. In Konstantstromenergieübertragungseinrichtungen
.dieser Art bewirkt eine Phasenverzögerung-,der den Steuergittern 23 zugeführten
Steuerspannungen gegenüber der Spannung des Konstantspannungskreises io eine Vergrößerung
des Kommutierungsspannungswinkels und damit des Leistungsfaktorwinkels. In Fig.
2 sind zwei geometrische Orte dargestellt: Einmal der geometrische Ort für den Leistungsfaktor
bei konstanten kVA, der ein Kreis um A ist
und zweitens der geometrische
Ort für die kVA bei konstantem Leistungsfaktor, der die Gerade ABB"' ist. Unter
der Annahme konstanter kVA geht beim Größerwerden des Leistungsfaktors des Stromkreises
io die dem Steuerkreis aus der Konstantstromspannung des Stromkreises io zugeführte
Spannung AB in die Spannung AB' über und erzeugt eine Phasenverzögerung der
den Gittern zugeführten Steuerspannung bis in die Lage des Vektors OB'.
Hierdurch
werden die Kommutierungsspannung und der Leistungsfaktorwinkel so stark vergrößert,
daß die resultierende Steuerspannung wieder in ihre ursprüngliche Lage zurückkehrt.
Wenn andererseits der Leistungsfaktor unter einen bestimmten Wert heruntersinkt
und der Spannungsvektor A B in den Vektor AB" übergeht, bewirkt die Phasenlage
der dem Steuergitter zugeführten Steuerspannung OB"
eine Verkleinerung des
Kommutierungswinkels und der Kommutierungsspannung, so daß der Vektor
AB" schließlich - wieder in den ursprünglichen Vektor AB übergeht.
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Es ist ferner zu bemerken, daß die Phasenlage der den Steuergittern
zugeführten Steuerspannungen sich mit den übertragenen kVA ändert. Halten wir den
Leistungsfaktor konstant, so vergrößert sich mit ansteigendem Leistungsaustausch
die aus dem Konstantstromkreis abgeleitete Steuerspannungskomponente AB bis
zu einem dem Vektor AB"'
entsprechenden Wert. Hierdurch wird die Phase der
Steuerspannungen in eine dem Vektor OB"' entsprechende Lage gebracht, was
eine Vergrößerung der Kommutierungsspannung oder der übertragenen Blindleistung
zur Folge hat und somit eine Zurückführung der Steuerspannung in die ursprüngliche
Lage OB
bewirkt. Werden andererseits die von der Umformungsanordnung übertragenen
kVA kleiner, so eilt die Steuerspannung in ihrer Phasenlage vor und beeinflußt die
Kommutierungsspannung und die übertragene Blindleistung so, daß diese wieder ihre
ursprünglichen Werte annehmen. So ist zu verstehen, daß sich die Phasenlage der
den Steuergittern derEntladungsstrecken zugeführten resultierenden Steuerspannungen
ebensogut in Abhängigkeit von den zu übertragenden kVA als auch in Abhängigkeit
vom Leistungsfaktor und der Kommutierungsspannung ändert.
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In der Fig. 3 ist nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt, und zwar handelt es sich hier um eine Stromrichteranordnung zur Energieübertragung
zwischen dem Konstantstrom-Gleichstromkreis i und dem Konstantspannungs-Wechselstromkreis
2, 3 und 4. Die beiden Stromkreise sind durch eine Boucherots2haltung miteinander
gekoppelt. Diese besteht aus mehreren Zweigen mit den Kapazitäten 5, 6 und 7 und
den entsprechenden Induktivitäten 8, 9 und io und dient zur Umformung des im Stromkreis
io fließenden Wechselstromes konstanter Stromstärke in Wechselstrom konstanter Spannung
oder umgekehrt. Die Blindwiderstände der Boucherotschaltung sind mit den Zuleitungen
2, 3 und .4 des Konstantspannungswechselstromkreises in der aus der Fig.3 zu entnehmenden
Weise verbunden. Zwischen dem Konstantstrom-Gleichstromnetz i und dem Konstantstrom-Wechselstromkreis
i z sind die Entladungsstrecken 12 bis 17 vorgesehen, die zusammen mit den Elementen
des Boucherotkreises die Umformung des Gleichstromes konstanter Stromstärke in Wechselstrom
konstanter Spannung bewirken. Die Entladungsstrecken 12 bis 17 sind wie bei der
Anordnung gemäß Fig. i vorzugsweise gittergesteuerte Dampf-oder Gasentladungsstrecken
mit jeweils einer Anode 18, einer Kathode i9 und einem Steuergitter 20. Zur Energieübertragung
zwischen dem Boucherotkreis und den Entladungsstrecken 12 bis 17 dient der Transformator
21 mit den Primärwicklungen 22, den Sekundärwicklungen 23, 24 und a5 und den Tertiärwicklungen
26. Die Sekundärwicklungen 23, 24 und 25 liegen jeweils mit dem einen Ende an einem
der Verbindungspunkte, die mit einem der Leitungen des Konstantstrom-Wechselstromnetzes
verbunden sind, und mit dem anderen Ende an einem Verbindungspunkt von Blindwiderständen
entgegengesetzten Vorzeichens die in Serie geschaltet eine Phase des Konstantspannungsnetzes
überbrücken.
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Die Art und Weise der Einführung der Konstantstromspannung in die
Steüerkreise zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Kommutierungswinkels und einer
vorgegebenen Kommutierungsspannung ist grundsätzlich dieselbe wie bei der Anordnung
gemäß Fig. i.
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Den Entladungsstrecken 12 bis 15 sind die, entsprechenden Steuerkreise
27 bis 32 zugeordnet, die in ihrem Aufbau alle gleich sind. Es genügt daher, wenn
wir unsere genaueren Betrachtungen auf den Steuerkreis 27 der Entladungsstrecke
12 beschränken. Die Steuerkreise 27 bis 32 enthalten jeweils einen Transformator
33, der den Steuergittern eine Steuerspannung spitzer Wellenform liefert. Dieser
besteht aus dem Kern 34 mit einem sättigbaren Teil 35 von- geringerem Querschnitt,
der Primärwicklung 36 und der Steuerwicklung 37, in der eine Wechselspannung spitzer
Wellenform induziert wird. Die mit dem Steuergitter 20 in Reihe geschalteten Parallelanordnungen
mit der Kapazität 38 und dem Widerstand 39 einerseits und dem Element eindeutiger
Stromdurchlaßrichtung 40 und dem selbstinduktionsfreien Widerstand 41 andererseits-haben
dieselbe Aufgabe und die gleiche Wirkung wie die entsprechenden Anordnungen in Fig.
i.
Die Steuerkreise 27 bis 32 erhalten ihre Steuerspannungen aus
einer geeigneten Wechselstromquelle vorgegebener Phasenlage. In der in Fig. 3 dargestellten
Anordnung werden die Steuerspannungen dem Wechselstromnetz konstanter Spannung (2,
3, 4) über eine Phasenschieberanordnung, beispielsweise den Drehtransformator 42,
entnommen. Der Phasenschieber 42 ist mit dem Wechselstromnetz (2, 3, 4) über die
Zuleitungen 43 verbunden. Es hat sich gezeigt, daß veränderliche Spannungen des
Boucherotkreises im Zusammenwirken mit einer Wechselspannung fester Phasenlage eine
Steuerwechselspannung veränderlicher Phase ergeben, die die Stromführung der Entladungsstrecken
12 bis 17 derart regelt, daß ein vorgegebener Kommutierungswinkel und eine vorgegebene
Kommutierungsspannung aufrechterhalten werden. Die Spannung, die mit der Wechselspannung
fester Phasenlage und fester Größe zusammengefügt wird, wird den Transformatoren
47, 48 und 49 entnommen und der Wechselspannung fester Phasenlage und Größe über
den Phasenschieber 51 und die Transformatoren 44, 45 und 46 aufgedrückt. In der
Anordnung nach Fig. 3 werden die an den Kapazitäten 5, 6 und 7 auftretenden Spannungen
zur Beeinflussung der Steuerwechselspannungen verwendet.
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Gemäß der Lehre, die durch die Anordnung nach Fig. i gegeben wurde,
kann auch die Konstantstromspannung Verwendung finden, indem die an den Enden der
Tertiärwicklungen .26 des Transformators 21 auftretenden Spannungen den Steuerkreisen
zugeführt werden. Die Transformatoren 47, 48 und 49 liegen parallel zu den entsprechenden
Kapazitäten 5, 6 und 7, denen sie die gewünschten Spannungen entnehmen können. Für
den Fall, daß als Steuerspannungskomponente zeitweise die an den Kapazitäten 5,
6 und 7 auftretenden Spannungen und zeitweise die KonstantstromT Spannung der Tertiärwicklungen
26 Verwendung finden sollen, ist ein Schalter 50 zum Umschalten vorgesehen.
Zur Veränderung der Phasenlage der in die Steuerkreise 27 'bis 32 eingefügten Spannungen
dient die Phasenschieberanordnung 51.
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Die Wirkungsweise der in Fig. 3 dargestellten Anordnung sei im folgenden
unter der Annahme, daß die Leistung aus dem Konstantstrom-Gleichstromnetz i nach
dem Konstantspannungs-Wechselstromnetz (2, 3, 4) übertragen wird, näher beschrieben.
Die Überführung der Energie erfolgt zunächst aus dem Gleichstromnetz konstanter
Stromstärke (i) über die in geeigneter Weise zu steuernden Entladungsstrecken 12
bis 17 in den Konstantstromwechselstromkreis ii mit der Primärwicklung 22 des Transformators
21. Der Boucherotkreis mit den Kapazitäten 5, 6 und 7 und, den Induktivitäten 8,
9 und io erhält die Energie aus den Sekundärwicklungen 23, 24 und 25 des Transformators
21 und bildet den Wechselstrom konstanter Stromstärke in bekannter Weise in Wechselstrom
konstanter Spannung um.
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Durch geeignete Einstellung des aus dem Wechselstromnetz konstanter
Spannung gespeisten Phasenschiebers 42 läßt sich den Steuerwechselspannungen der
Entladungsstrecken 12 bis 17 eine solche Phasenlage geben, daß die Stromrichteranordnung
in gewünschter Weise als Wechselrichter arbeitet. Die Phase kann hierbei gegenüber
der Anodenspannung jede beliebige Lage zwischen einer Nacheilung von nahezu i8o
° el. und einem im dritten und vierten Quadrat liegenden Wert annehmen. Befindet
sich der Schalter 5o in Rechtsstellung, dann werden die zur Beeinflussung der Steuerspannungen
den Steuerkreisen 27 bis 32 zuzuführenden Wechselspannungen den Kapazitäten 5, 6
und 7 entnommen und den vom Phasenschieber 42 gelieferten Steuerspannungen aufgedrückt:
Befindet sich dagegen der Schalter 50 in der Linksstellung, dann erhalten
die Steuerkreise zur Beeinflussung der Steuerspannungen Wechselspannungen, die sich
in Abhängigkeit von der Konstantstromspannung ändert.
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In den Fig. 4, 5 und 6 sind einige Arbeitsdiagramme der Anördnung
gemäß Fig. 3 angegeben. Die Kurve A soll hierbei den Verlauf der beispielsweise
an der Entladungsstrecke 12 liegenden Spannung darstellen. In dem Zeitabschnitt
a-b führt die Entladungsstrecke 12 Strom. Im Zeitpunkt b geht die Stromführung von
der Entladungsstrecke 12 auf eine der anderen Entladungsstrecken über. In diesem
Augenblick. wird die Anodenspannung unter das entsprechende Kathodenpotential gesenkt,
damit die Entladungsstrecke genügend Zeit zum Entionisieren hat. Die gestrichelt
gezeichnete Kurve B gibt den Spannungsverlauf für den Fall an, daß der Kommutierungswinkel
vergrößert ist, während die gestrichelte Kurve C den Fall darstellt, in dem der
Kommutierungswinkel kleiner ist. Im Fall der Kurve B steht, wie sich aus dem Diagramm
ergibt, der Entladungsstrecke 12 natürlich eine größere Zeit zum Entionisieren zur
Verfügung, und die Entladungsstrecke 12 erhält daher ihre Steuerfähigkeit auch mit
größerer Sicherheit zurück.
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In. Fig. 5 ist die Wirkungsweise eines Zweiges des in der Anordnung
nach Fig. 3 verwendeten Boucherotkreises näher erläutert. Die Kapazität 6 und die
Induktanz 9 liegen hierbei in Reihe miteinander zwischen den beiden Stromschienen
3 und 4 des Wechselstromnetzes konstanter Spannung. Der Vektor DE stellt
die an der Kapazität 6 auftretende Spannung ohne Belastung und der Vektor DF die
an der Kapazität 6 bei voller Belastung auftretende
Spannung dar.
Die Kurven G und H sind die geometrischen Orte der bei veränderlicher Belastung
für einen Betriebszustand mit nacheilendem Leistungsfaktor bzw. #. für einen Betriebszustand
mit dem Leistungsfaktor Z an der Kapazität auftretenden Spannungen. Unter der Annahme,
daß die am Wechselstromnetz konstanter Spannung liegende Last induktiv ist, folgt
die kapazitiv e Spannung als geometrischen Ort der Kurve G. In der Fig. 6 sind die
Kurven und Vektoren der Fig. 5 in entsprechender Weise und gleicher Bezeichnung,
aber zum besseren Verständnis in verschiedenen Lagen angegeben. Hier stellt der
Vektor JD die dem Phasenschieber 4.2 entnommene Steuerwechselspannungskomponente,
und der Vektor DF die den Steuerkreisen über den Schalter 5o an den Kapazitäten
der Boucberotschaltung abgenommene Spannung dar. Als resultierende Steuerspannung
für die Entladungsstrecke 12 ergibt sich daraus der Spannungsvektor JF.
Dreht
sich der Vektor DF im Sinne des Uhrzeigers um den Punkt D bis in die Lage des gestrichelt
gezeichneten Vektors DF', dann erleidet die resultierende Steuerspannung eine Phasenvcrzögerung
in bezug auf die Wechselspannung der entsprechenden Spannung des Konstantspannungssystems
und geht in den ebenfalls gestrichelt gezeichneten Vektor JF' über. Außerdem ändert
sieh die resultierende Steuerspannung in Abhängigkeit von der übertragenen Leistung
und in Abhängigkeit vom Leistungsfaktor. Wächst z. B. die übertragene Leistung von
einem dem Punkt F entsprechen- li den Wert bis zu einem Wert, der dem Punkt F entspricht,
so geht die resultierende Steuerspannung in JF' über, wobei die Kommutierungswinkel
und die Kommutierungsspannungen der Entladungsstrecken größer werden. Ändert sich
der Leistungsfaktor der Umformungseinrichtung, und werden damit irgendwelche Änderungen
des Kommutierungswinkels und der Kommutierungsspannung bewirkt, so wird die den
Steuergittern zugeführte Steuerspannung derart beeinflußt, daß der Kommutierungswinkel
und die Kommutierungsspannung innerhalb eines vorgegebenen Intervalls konstant bleiben.
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In dem Fall jedoch, in dem der Leistungsfaktor des Konstantstrom-Wechselstromkreises
unter einen dem Punkt F' entsprechenden Wert auf den beispielsweise dem Punkt F"
entsprechenden Wert herabsinkt, tritt eine Verzögerung der Phasenlage der Steuerspannungen
ein, wobei die Steuerspannung in den Vektor JF" übergeht, was eine Vergrößerung
der Kommutierungsspannungen und der Kommutierungswinkel und damit schließlich eine
Wiederherstellung der ursprünglichen Verhältnisse bewirkt. Wenn kurzzeitige Änderungen
der Leistung und des Leistungsfaktors den Vektor der kapazitiven Steuerspannungskomponente
zu drehen ° suchen und damit die resultierende Steuerspannung beeinflussen, wird
der Kommutierungswinkel und die Kommutierungsspannung so geändert, daß ein stabile
Arbeiten der Entladungsstrecke sichergestellt ist. Es sei bemerkt, daß während der
Kommutierungswir_kel und die Kommutierungs-Spannung in den Konstantspannungskreisen
durch Vorverlegung der Phasenlage der den Steuerkreisen - zugeführten Steuerspannungen
größer werden, in den Konstantstromkreisen vom Boucherottypus eine Vergrößerung
der Kommutierungsspannung und des- Kommutierungswinkels durch eine Phasenverzögerung
der Steuerspannungen hervorgerufen wird.
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Befindet sich der Schalter 5o in der Linksstellung, so werden den
Steuerkreisen 27 bis 32 Steuerspannungen zugeführt, die von der Konstantstromspannung
des mit den Tertiärwicklungen des Transformators 21 versehenen Boucherotkreises
abhängen. Es hat sich gezeigt, daß diese Spannungen mit den vom Phasenschieber 4.2
gelieferten Spannungen zu resultierenden, den Entladungsstrecken 12 bis 17 zuzuführenden
Steuerspannungen zusammengesetzt werden können, und sich dabei in ihrer Phasenlage
derart ändern, daß der Kommutierungswinkel und .die Kommutierungsspannung der Entladungsstrecken
bei vorübergehenden Störungen konstant gehalten werden.
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Die Fig. 7 zeigt schematisch eine Abwandlung= der Anordnung nach Fig.3,
wobei die entsprechenden Teile mit den gleichen Bezifferungen versehen sind. In
der Anordnung gemäß Fig. sind die Transformatoren ,47, .I8 und .I9 mit den entsprechenden
Blindwiderständen zo, 8 und 9 verbunden. Die von den Blindwiderständen 8, 9 und
io gelieferten Spannungen können ebenso zur Steuerung der Phasenlage der den Steuergittern
2o zugeführten resultierenden Steuerspannungen verwendet werden, wodurch die Konstanthaltung
des Kommutierungswinkels und der Kommutierungsspannung ; der Entladungsstrecken
12 bis 17 bei vorübergehend auftretenden Störungen bewirkt wird. Die Wirkungsweise
der in Fig. 7 dargestellten Anordnung ist im wesentlichen dieselbe wie bei der Fig.
3. Die Fig. 8 läßt die gegenseitigen Beziehungen der verwendeten Spannungen erkennen.
Der Vektor EL stellt die vom Phasenschieber 4.2 gelieferte Wechselspannung dar,
und die Vektoren L,'17 und I_1' entsprechen den an den Induktivitäten abgenommenen
Spannungen ohne Last und bei Vollast, und zwar bei nacheilendem Leistungsfaktor.
Der mit dem größeren Halbmesser gezeichnete Kreis ist der geometrische Ort für veränderliche
Last bei dem Leistungsfaktor z. Der Vektor 71 N
bildet die Vektorsumme und
damit die resaltierende Steuerwechselspannung. Wird die Belastung
der
Umformungseinrichtung, zeitweilig kleiner, so dreht sich der Vektor ZN der von der
Induktanz gelieferten Spannung entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn um den Punkt I_
und verzögert damit die Phasenlage der Steuerspannungen bis zu der dem Vektor
KN' entsprechenden Stellung. "Hierdurch erfährt der Kommutierungswinkel und
die Kommutierungsspannung eine Vergrößerung, und das Arbeiten der Entladungsstrecken
geht wieder in der ursprünglichen Weise vor sich.
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Ändert sich der Leistungsfaktor des Wechselstromnetzes konstanter
Stromstärke und damit der Kommutierungswinkel und die Kommutierungsspannung der
Entladungsstrecken, so wird auch die Phasenlage der den Steuergittern zugeführten
Steuerspannungen verschoben. Verringert sich z. B. der Leistungsfaktor des Konstantstromwechselstromkreises
von dem durch den Punkt N angegebenen Wert bis zu dem Punkt N", so erleidet die
Steuerspannung eine Phasenverzögerung bis in die Stellung KN", wodurch die
Kommutierüngswinkel und Kommutierungsspannungen größer werden und damit der Leistungsfaktor
usw. wieder ihre ursprünglichen Werte annehmen. Es ist klar, daß sich die Steuerspannungen
ebenso in Abhängigkeit von der übertragenen Leistung und dem Leistungsfaktor ändern,
wenn die an den Induktivitäten des Boucherotkreises auftretenden Spannungen verwendet
werden. Im praktischen Betrieb ist die Änderung der Phasenlage der Steuerspannungen
in Abhängigkeit vom Leistungsfaktor außerordentlich wichtig. Da der Kommutierungswinkel
und die Kommutierungsspannung mit dem Leistungsfaktor zusammenhängen, bei welchem
die Energie in das Konstantspannungsnetz übertragen wird, ergibt sich; daß der Leistungsfaktor
bei Einhaltung eines bestimmten Kommutierungswinkels und einer bestimmten Kommutierungsspannung
konstant bleibt.