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Einrichtung zur Unterdrückung des negativen Anodenspannungssprunges
beim Löschen der Anoden eines Wechselrichters Es ist bekannt, daß sowohl im Gleichrichter
als auch im Wechselrichter unmittelbar beim Löschen einer Anode die Spannung Anode-Kathode
sprunghaft auf einen hohen Wert ansteigt, was oft zu Rückzündungen führen kann.
Dieser Spannungssprung ist gleich der Wendespannung, d. h. gleich der Differenz
zwischen der Spannung der neu gezündeten und der eben gelöschten Anode und infolgedessen
um so größer, je weiter entfernt sich der Löschzeitpunkt vom Schnittpunkt der beiden
Anodenspannungskurven befindet. Um den erwähnten Spannungssprung beim Löschen einer
Anode zu unterdrücken und dadurch die Betriebssicherheit der Anlage erhöhen zu können,
ist es erforderlich, den Nulldurchgang des abfallenden Teiles der Anodenstromkurve
zeitlich in den Nulldurchgang der Wendespannung zu legen. Voraussetzung für die
Verwirklichung dieser Betriebsweise ist jedoch, daß infolge der stromabhängigen
Überlappung der Zündpunkt der Anoden im Maße der Vergrößerung der überlappung vorgeschoben
wird, damit das Ende der Überlappung immer an die gleiche Stelle zu liegen kommt,
d. h. dauernd mit dem Nullpunkt der Wendespannung zusammenfällt.
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Zweck der Erfindung ist, für Wechselrichter eine Einrichtung zu schaffen,
die es ermöglicht, den erwähnten negativen Spannungssprung beim Löschen der Anoden
zu unterdrücken. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß an den Wicklungen
des Transformators eines Hilfsgleichrichters positive Steuerimpulse erzeugt werden,
denen eine Verzögerung im Maße derjenigen überlappung erteilt wird, welche im Haupttransformator
bei der entsprechenden Belastung auftreten würde, falls dieser auf einen ungesteuerten
Gleichrichter arbeiten würde, und daß sodann diese Steuerimpulse den Gittern eines
gesteuerten Hilfsgleichrichters zugeführt werden, welcher die Impulse mit mit wachsender
Belastung des Wechselrichters zunehmender
Verzögerung in andere
Steuerimpulse mit gleichwertiger Vorschiebung (Verfrühung) derselben umsetzt und
diese den Steuergittern des Wechselrichters zuführt, und daß endlich der Zündpunkt
der Anoden des Wechselrichters so angesetzt ist, daß die Anoden unmittelbar vor
oder in dem Nulldurchgang der Wendespannung des Wechselrichters löschen.
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An Hand der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert, und zwar
ist in Fig. i in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung dargestellt,
während in Fig. 2a bis 2f verschiedene Strom- und Spannungskurven, und zwar der
Einfachheit halber nur einphasig, gezeigt sind.
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In Fig. i bedeutet i den vom Wechselrichter 12 gespeisten Transformator.
Zunächst muß nun die bei der gewünschten Betriebsweise auftretende stromabhängige
überlappung in diesem Transformator gemessen werden. Zu diesem Zweck sind in der
Wechselstromleitung zum Haupttransformator i die Stromwandler 2 vorgesehen, welche
über die Hilfsgleichrichter 3 einen dem Belastungsgleichstrom des Wechselrichters
proportionalen Gleichstrom erzeugen. Dieser Gleichstrom wird nun durch ein weiteres
Hilfsgleichrichtersystem, bestehend aus den Gleichrichtern 5, dem Hilfstransformator
6 und den Drosselspulen 7, geleitet, wobei die letzteren an das zum Wechselrichter
synchrone Hilfsnetz 13 angeschlossen sind. Bei konstanter Spannung am Hilfsnetz
13 und geeigneter Wahl der Gesamtreaktanz in den Drosseln 7 und im Hilfstransformator
6 erhalten die in den Gleichrichterelementen 5 fließenden Ströme eine überlappung,
welche gleich derjenigen im Haupttransformator i ist, und zwar bei jeder Belastung.
Am Ende der überlappung dieser Hilfsströme tritt in bekannter Weise ein senkrechter
Anstieg des Momentanwertes der Wechselspannung am Hilfstransformator 6 auf, und
zwar um so später, je größer die Überlappung ist. Somit ist vorerst einmal ein Maß
für die notwendige Vorschiebung des Zündpunktes am Wechselrichter 12 entsprechend
der in ihm auftretenden überlappung gewonnen.
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Während aber die eben beschriebene Einrichtung eine mit der Überlappung
zunehmende Verzögerung des Spannungssprunges an der Wicklung i i des Hilfstransformators
ergibt, muß in die Steuerkreise des Wechselrichters eine mit der gleichen überlappung
wachsende Voreilung des Zündpunktes eingeführt werden. Die stromabhängige Verzögerung
des Spannungssprunges in der Wicklung i i muß somit noch in eine gleich große zeitliche
Voreilung umgeformt werden. Hierzu dient nun die aus dem Hilfstransformator 8, dem
gesteuerten Hilfsgleichrichter io und den Drosseln 9 bestehende Einrichtung, deren
Wirkungsweise an Hand der Kurven der Fig.2 erläutert ist.
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In Fig. 2a entsprechen den Strömen 1" bzw. J" im Hilfsstromkreis q.
die überlappungen rii und u.. Der überlappung tt. entspricht in
F!-. 2 b ein Spannungsverlauf A B C D E F G
der Spannungen an der Wicklung
i i des Hilfstransformators 6 der Fig. i. Diese letzteren werden nun als Steuerspannung
den Gittern 15 des Hilfsgleichrichters io ziigeführt, dessen zugehörige Anodenspannung
A B' B D F ' G gemäß Fig. 2 c gegenüber der Gitterspannung nacheilt.
Da nun der Hilfs-Bleichrichter io kurzgeschlossen ist, entstehen unter der Voraussetzung,
daß die Ohmschen Widerstände in 8, 9 und io gegenüber den induktiven Widerständen
verschwinden, in den Anoden des Hilfsgleichrichters io nur kurze Stromimpulse
ABC bzw. D E F gemäß Fig. 2 d, deren Stromkurve achsensymmetrisch zur Ordinate
durch den Spannungsnullpunkt D (Fig.2c) der Anodenspannung verläuft. Während dieser
Stromimpulse verschwindet jeweils die Spannung an den Sekundärwicklungen des Hilfstransformators
8, um nach dem Erlöschen der Anoden des Hilfsgleichrichters i o wieder senkrecht
anzusteigen. Erfolgt beispielsweise die Zündung einer Anode zur Zeit C (Fig. 2 c),
so fließt in der Anode ein Stromimpuls gemäß der Kurve D E F (Fig. 2 d) ;
erfolgt die Zündung aber schon im Punkte C (Fig. 2c), so tritt ein größerer und
längerer Stromimpuls A B C (Fig.2d) auf, welcher erst in C erlischt. Je früher die
Zündung der Anoden erfolgt (D bzw. A, Fig. 2 d), um so später erlischt der Anodenstrom
(F bmv. C, Fig.2d), und um so später tritt also auch der Spannungssprung an der
zugehörigen Transformatorwicklung ein (E F bzw. E' F', Fig.
2 c), und zwar unter der gemachten Voraussetzung in genau gleichen Beträgen. Diese
Wechselspannung weist nun wunschgemäß einen senkrechten Spannungssprung auf, welcher
um so früher auftritt, je größer die überlappung im Hilfstransformator 6 und also
auch im Haupttransformator i ist, und kann somit bei richtiger Phasenlage für die
stromabhängige Steuerung des Wechselrichters verwendet werden. Dementsprechend werden
die Anoden des Hilfsgleichrichters io mit den Gittern des Wechselrichters 12 und
der Sternpunkt des Hilfstransformators 8 über eine Gittervorspannungsquelle 14 mit
der Kathode des Wechselrichters 12 verbunden. Je größer somit die Belastung (J,
bzw. .J. in Fig.2c) des Wechselrichters 12 wird, um so mehr wird der Zündpunkt (B
bzw. A, Fig.2e, seiner Anoden vorgeschoben, so daß die Löschung der
Anoden
(C, Fig.2e) immer im Nulldurchgang (S, Fig. 2 f) der Wendespannung ew erfolgt und
die elektrische Durchschlagfestigkeit der Anoden weniger beansprucht wird. Gleichzeitig
wird auch durch das stetige, langsame Abklingen des Anodenstromes die Betriebssicherheit
erhöht, weil die Nachionisation beim Löschen einer Anode um so geringer ist, je
langsamer der Strom abnimmt.
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Die Anoden und Gitter des Hilfsgleichrichters i o können in den Hauptstromrichter
12 eingebaut werden, weil die Kathoden von io und 12 elektrisch unmittelbar miteinander
verbunden sind.
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Zur Herabsetzung der störenden Wirkung der Nachionisation im Gitterraum
können sodann in Verbindung mit der beschriebenen Einrichtung an Stelle der gewöhnlichen
Zündgitter die an sich bekannten Löschgitter verwendet werden.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung ergibt den weiteren Vorteil, daß
die vom Wechselrichter aufgenommene nacheilende Blindleistung vermindert wird.