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Als Gleichrichter oder Wechselrichter arbeitende Umformungseinrichtung
Es sind bereits viele Kosnmutierungseinrichtungen bekanntgeworden, mit deren Hilfe
die Überführung des Stromes von einer stromführenden Entladungsstrecke auf eine
andere zu einem Zeitpunkt bewirkt werden kann, zu dem dieser Stromübergang ohne
Zubilfenahm@e einer Kommutierungseinrichtung nicht möglich wäre. So ist es mit Hilfe
einer zusätzlichen Kommuti:erungseinrichtung beispIelsweise möglich, Gleichrichterentladungsstrecken
vor dem Zeitpunkt der Spannungsgleichheit einander ablösender Phasen zu zünden und
damit den Gleichrichter zu befähigen, dem speisenden Wechselstromnetz neben der
Wirkleistung auch kapazitive Blindleistung zu entnehmen .oder, was damit gleichbedeutend
ist, induktive Blindleistung an das Wechselstromnetz zu liefern. Die Mehrzahl der
bekannten Kommutierungseinrichtungen verwenden eine oder mehrere Hilfsentladungsstrecken.
Dabei sind in den meisten Fällen zusätzliche Steuereinrichtungen für die Hilfsentladungsstrecken
erforderlich, die sehr genau arbeiten müssen, da oft schon geringe Abweichungen
von den vorbestimmten Zündzeitpunkten zu Unregelmäßigkeiten im Arbeiten der betreffenden
Umformungseinrichtung Veranlassung geben können. Durch die erforderlichen Hilfsentladungsstrecken
mit den dazugehörigen Steuereinrichtungen weisen derartige Anordnungen zusätzliche
Verluste auf und sind oft umfangreich und teuer.
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Diese Nachteile beseitigt die Erfindung dadurch, daß bei als Gleichrichter
oder Wechselrichter arbeitenden Umformungsei4richtungen bzw. -teileinrichtungen
mit gesteuerten
Entladungsstrecken, vorzugsweise gittergesteuerten
Dampf- oder Gasentladungsstrecken, mit zwischen dem Transformatorsternpunkt und
dem Verbindungspunkt der Entladungsstrecken der Umformungseinrichtung bzw. -teilein.
Hchtung angeschlossener Kommutierungseint: richtung als Kommutierungseinrichtung
ausschließlich ein aus :einer Reihenschaltung von Induktivität und Kapazität bestehender
Schwingkreis dient, hinter dem das Gleichstromnetz über eine Drosselspule angeschlossen
ist.
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In der Abb. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Mit den Sekundärwicklungen 2, 3 und 4 des primärseitig an das Wechselstromnetz i
angeschlossenen Transformators sind in bekannter Weise die Anoden der Entladungsstrecken
12, 13 und 14 verbunden. Der sekundärseitige Sternpunkt 5 des Transformators ist
mit dem einen Pal des Gleichstromnetzes 6 verbunden, dessen anderer Pol über die
Glättungsdrossel7 mit dem Verbindungspunkt 8 der Kathoden der Entladungsstrecken
12, 13 und 14 in Verbindung steht. Zwischen den Punkten 5 und 8 ist eine Kommutierungseinrichtung
gemäß der Erfindung angeschlossen, die aus einer Reihenschaltung aus Induktivität
9 und Kapazität io besteht. Die Wirkungsweise der Kommutierungseinrichtung sei für
einen Gleichrichterbetrieb der Umformungseinrichtung nach Abb. i beschrieben. An
der Reihenschaltung von Drossel und Kondensator - liegt die ungeglättete Gleichspannung,
die in dem gezeigten Falle des dreiphasigen Gleichrichters eine starke dritte Oberwelle
enthält. Für die Gleichspannung ist der Kondensator ein unendlich großer Widerstand,
aber die überlagerte Wechselspannung treibt einen Strom durch die Reihenschaltung
von Drossel und Kondensator. Ist der Scheitelwert dieses Str omes ebenso groß wie
der durch die Kathodendrossel7 fließende Gleichstrom, so erlischt die vorher stromführende
Entladungsstrecke, und der Strom wird für kurze Zeit voll von der Kommutierungseinrichtung
übernommen. In der Abb. 2 sind Strom- und Spannungsverläufe an einer Anordnung nach
Abb. i im Gleichrichterbetrieb dargestellt. U., i2 sind Spannung und Strom der Phasenwicklung
2 des Transformators; u8 ist die Spannung zwischen den Punkten 5 und 8; ulo und
ilo sind Strom und Spannung des Kondensators io. Die Entladungsstrecke 12 führt
den Strom!..
Da Gleichstrom i7 durch die Drossel 7 annähernd konstant gehalten
wird, ist die Summe 12 + ilo = 11 = konstant. Infolgedessen erlischt die Entladungsstrecke
12, wenn der Strom ilo=i7 geworden ist. Der Strom der Kommutierungseinrichtung wird
durch die Wirkungsweise der Dro.sse17 weiterhin konstant gehalten, d. h. es liegt
an der Induktivitat 9 keine Spannung, und die Spannung tc,, wird gleich der Spannung
u,0 des Kondensators. Dem Kondensator io wird nun der konstante Gleichstrom i7 entnommen,
daher ällt die Spannung a1.0 und damit u3 annähernd geradlinig ab. Ist die Spannung
tts negativ gelvo.rden gegenüber dem Augenblickswert der Spannung der Folgephase
3, kann die Entladungsstrecke 13 den Strom übernehmen, so d.aß dann i7 = ilo -(-
i3 wird. Der Schwingkreis 9, io führt nun, seiner Eigenfrequenz folgend, eine Schwingung
aus. Sobald die Bedingung i7= ilo wieder erfüllt ist, erlischt die Entladungsstrecke
13, und der Vorgang wiederholt sich bei der Entladungsstrecke 14.
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Mit Hilfe der Steuerung der Entladungsstrecken 12-14 läßt sich der
Zündzeitpunkt im Verhältnis zur Spannung verschieben. In der Abb. 2 ist beispielsweise
ein Gleichrichterbetrieb dargestellt, bei dem der Strom L, der Spannung u2 um fast
9o° e1. voreilt, so daß die Anordnung als Phasenschieber wirkt und induktive Blindleistung
an das speisende Wechselstromnetz i abgibt. Aus den Kurvenverläufen der Abb.2 und
der vorstehenden Beschreibung ist zu erkennen, daß die Eigenfrequenz des Kommutierungsschwingkreises
zweckmäßig etwas höher gewählt wird, als die sich aus Grundfrequenz mal Phasenzahl
der betreffenden Umformungseinrichtung bzw. -teileinrichtung erbebende Oberwellenfrequenz,
da ja während der Zeit, in der die Kommutierungseinrichtung allein den vollen Gleichstrom
führt, die Eigenschwingung des Kreises unterbrochen ist. Durch Verändern der Größen
des Schwingkreises kann die Phasenlage des Stromes zu der der Gleichspannung überlagerten
Wechselspannung weitgehend geändert werden. Für den gezeigten Fall eilt der Strom
ilo der Kommutierungseinrichtung der entsprechcenden Wechselspannung vor. Die Reihenschaltung
wirkt, bezogen auf die dritte Oberwelle, überwiegend kapazitiv; die Drossel ist
kleiner, als es bei der gegebenen Kapazität dem Resonanzfalle entsprechen würde.
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In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, zur besseren Anpassung
an die Betriebsverhältnisse, beispielsweise bei sehr großen Unterschieden in der
Betriebsstromstärke der Umformungseinrichtung, die Größen der Elemente des Schwingungskreises
verändern zu können. Je nach den Betriebserfordernissen kann diese Veränderung vor
der Inbetriebnahme oder während des Betriebes wie auch von Hand oder selbsttätig
durchgeführt werden. Die Inbetriebnahme einer Umformungseinrichtung gemäß der Erfindung
wird in vielen Fällen dadurch- besonders einfach sein, daß die Umformungseinrichtung
zunächst ohne die erfindungsgemäße Kommutierungseinrichtung,
jedoch
mit normalen Kommütierungsmitteln (Spannung des Wechselstromnetzes, Kommutierungskondensator)
bei üblichen Zündzeitpunkten der Entladungsstrecken in Betrieb genommen wird, und
daß, darauf die Kommutierungseinrichtung etwa mittels eines Schalters. hinzugeschaltet
wird. Dieses Zuschalten kann beispielsweise selbsttätig mit Hilfeeiner geeigneten
Automatik bewirkt werden.
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In dem in der Abb. i gezeigten Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens
sind die Entladungsstrecken der Umformungseinrichtung als. @einanodige Gefäße dargestellt.
Selbstverständlich können diese in bekannter Weise zu einem mehranodigen S:tromri.chtergefäß
zus:ammengefaßt werden. In der Abb. 3 ist als weiteres Beispiel,eine; zweimal Dreiphasen
anordnung mit Saugdrossel gezeigt, bei der ein sechsanodiges Stromrichtergefäß Verwendung
finden kann. Hier ist für jede Teilumformungseinrichtung eine eigene Kommutierungs.einrichtung
g, io bzw. 9a, ioa gemäß der Erfindung vorgesehen. Entsprechende Schaltungselemente
sind in der Abb. 3 mit den gleichen Bezugsziffern versehen wie in der Abb. i. Die
Schaltungselemente des zweiten Teilsystems sind durch den Index a gekennzeichnet.
In ähnlicher Weise ist in der Abb. q. ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt, ebenfalls einezweimaldreiphasige Umformungseinrichtung mit Saugdrossel,
wobei durch ,andere Anordnung der letzteren ein normaler Sechsphasentransformator
mit nur einem Sternpunkt, dafür aber zwei getrennte dreianodige Stromrichtergefäße
Verwendung finden. Auch hier ist jedem der beiden Teilsysteme eine eigene Kommutietierungseinrichtung
gemäß der Erfindung (9; 1o bzw. ga, ioa) zugeordnet. Natürlich ist der Erfindungsgedanke
nicht auf die gezeigten E,rfindungsb.eispiele, insbesondere nicht auf den beschriebenen
Gleichrichterbetrieb mit den Umformungseinrichtungen, beschränkt.