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Stromrichteranordnung für hohe .Gleichspannungen " Bei den üblichen
Gleich- oder Wechselrichtern, die mit gesteuerten Entladungsstrecken als Schalteinrichtung
arbeiten, ist es normalerweise nicht möglich; eine Leistungsübertragung bei beliebig
hohen Gleichspannungen vorzunehmen, da die einzelnen Entladungsstrecken nicht für
beliebig hohe Sperrspannungen gebaut werden können. In solchen. Fällen wird es daher
notwendig, die auftretenden Beanspruchungen auf mehrere im wesentlichen hintereinandergeschaltete
Entladungsstrecken zu verteilen. Hierfür sind biereits verschiedene Lösungen angegeben
worden.
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Eine Möglichkeit besteht nach Abb,. i z. B. darin, auf einem Transformator
i o sekundärseitig mehrere dreiphasige Wicklungen ioi, toi, 301; 102, 202,
302 vorzusehen, die mit je drei Entladungsstrecken i 1, 21, 31;
12, 22, 32 einen Teilstromrichter bilden, wobei die einzelnen Teilstromrichter
gleichspannungsseit;g in Reihe geschaltet sind. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil,
daß beim Auftreten ein-er Rückzündung oder allgemein einer Fehlzündung ineiner einzigen
Entladungsstrecke hohe Kurzschlußströme auftreten können, die,eineAbschaltungerforderlich
machen. Durch den hohen Kurzschlußstrom, der durch eine Störung, beispielsweise
der Entladungsstrecke i i, auftritt, wird bei dieser Anordnung verhindert, daß die
Entladungsstrecke 12 spannungsmäßig stark überbeansprucht wird; denn gleichzeitig
mit dem Zusammenbruch der Spannung an der Wicklung i o i geht auch die. Spannung
an der Wicklung zog stark zurück.
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Zur Vermeidung der Nachteile dieser Anordnung ist schon vorgeschlagen
worden, die Teilstromrichter wie in Abb. 2 mit getrennten Transformatoren 1o, 20,
30; 1o', 20', 30' auszurüsten, die primärseitig in Reihe geschaltet sind. Eine derartige
Primärverkettung verhindert im Falle einer Fehlzündung einer Entladungsstrecke die
Ausbildung größerer Fehlerströme. Die falsch gezündete Entladungsstrecke kann dann
nur einen Strom von der Größenordnung der Magnetisierungsströme führen, während
die zusammengebrochene Spannung der fehlgezündeten Entladungsstrecke von den übrigen
normal arbeitenden Entladungsstrecken der gleichen Phase zu gleichen Teilen zusätzlich
übernommen wird. Der Betrieb bleibt also ohne Kurzschlußwirkungen aufrechterhalten.
DieseAnordnung arbeitet aber im Wechsel'richt:erbetrieb nicht ohne weiteres sicher,
da der kleine
Fehlerstrom hierbei stärker stört, indem er die vollständigen
Kommutierungen anderer Phasen in ihrem Ablauf behindert, wodurch der Wechselrichter
kippt. Das Kippen läßt sich zwar mit Hilfe verschiedener, für diesen Zweck vorgeschlagener
Steuerverfahren vermeiden, die :entweder auf einer verfrühten Freigabe anderer Entladungsstrecken
im Störungsfall oder auf einer zusätzlichen Sperrung anderer Entladungsstrecken
beruhen. Diese Hilfslösungen haben aber, abgesehen von der durch die erforderlichen
Steuereingriffe hervorgerufenen Komplikation, den Nachteil, daß im Störungsfall
einzelne Entladungsstrecken den Laststrom während eines verhältnismäßig langen Zeitabschnittes
führen müssen, so daß sich unter Umständen infolge dieser überlastung eine neue
Störung anschließen kann. Außerdem weicht der Wechselstrom kurzzeitig von der normalen
Form ab.
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Als eine weitere Möglichkeit zur Leistungsumformung bei hohen Gleichspannungen
wurde vorgeschlagen, einen Transformator mit nur einem sekundären Wicklungssystem
für die Gesamtspannung vorzusehen, an den an Stelle der :einzelnen Entladungsstrecken
jeweils mehrere hintereinandergeschaltete Entladungsstrecken angeschlossen sind.
Die Schaltung dieser Anordnung ist in Abb. 3 für jeweils zwei in Reihe geschaltete
Entladungsstrecken 11, 12; 21, 22; 31, 32 dargestellt. Bei einer Fehlzündung ;einer
Entladungsstrecke wird hierbei eine Kurzschlußwirkung vermieden, solange das in
Reihe liegende zweite Gefäß die dann auftretende höhere Spannurig sicher aufnehmen
kann. Die Schaltung arbeitet auch als Wechselrichter unter der genannten Voraussetzung
bei: Fehlzündung einer Entladungsstrecke störungsfrei, ohne daß dazu noch irgendwelche
Hilfsmaßnahmen notwendig sind.
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Während jedoch bei den obengenannten Schaltungen nach Abb. i und 2,
bei denen die einzelnen vollständigen Teilstromrichter gleichstromseitig hintereinandergeschaltet
sind, die gleichmäßige Aufteilung der Spannungsbeanspruchung auf die Entladungsstrekken
im ungestörten Betrieb ohne besondere Maßnahmen sichergestellt ist, muß bei der
Schaltung nach Abb.3 die gewünschte Aufteilung der Sperrspannung auf die in Reihe
geschalteten Entladungsstrecken durch die zusätzlichen Spannungsteiler q., 5 und
6 erzwungen werden. Da diese Widerstände in den Sperrzeiten der Entladungsstrecken
dauernd unter Spannung liegen, müssen die Spannungsteiler für eine verhältnismäßig
hohe Leistung ausgelegt werden, wobei natürlich unerwünschte Verluste auftreten.
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Die vorliegende Erfindung erreicht nun die Sicherheitswirkung der
in den Abb. 2 und 3 dargestellten Schaltungen mit einem einfachen Transformator
wie in Abb. i, ohne daß dabei im Falle einer im Wechselrichter auftretenden Störung
die zusätzlichen Steuermaßnahmen wie bei der Anordnung nach Abb. 2 und die Anwendung
hochbelastbarer Widerstände, wie in der Schaltung 3, notwendig sind.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens ist in Abb, q. dargestellt.
Der übersichtlichkeit ;halber ist dort nur eine der Primärphasen gezeichnet. Jeder
Teilstromrichter besteht dabei aus den Wicklungen i o i, 2o i, 301 bzw. io2, 2o2,
3o2 und den Entladungsstrecken 11, 21, 31 bzw. 12, 22, 32. Abweichend von der Anordnung
nach Abb. i sind hierbei die Kathoden der Entladungsstrecken innerhalb eines Teilstromrichters
jedoch nicht zusammengefaßt, sondern über die Sternschaltung der Widerstände 71
miteinander verbunden.
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Die Wirkungsweise der Anordnung nach Abb. 4. ist folgende: Im normalen
Betrieb führen z. B. die Entladungsstrecken 11, 12 gleichzeitig den Gleichstrom.
Da die Wicklungen i o i und i o2 gleiche Teile der gesamten Gleichspannung liefern,
sind die Spannungen an den gesperrten Entladungsstrecken 201, 2o2 bzw.
301, 302 der beiden übrigen Phasen einander gleich. Die Spannungsaufteilung
auf die gesperrten Entladungsstrecken erfolgt also in ,ähnlicher Weise wie bei der
Schaltung nach Abb. i. Bei der Kommutierung werden die Entladungsstrecken 11, 12
dann von den Entladungsstrecken 21, 22 der nächsten Phase abgelöst.
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Beim Auftreten einer Störung hat die Schaltung eine vollwertige Sicherheitswirkung,
Nehmen wir beispielsweise an, daß die Entladungsstrecke i i während der Sperrzeit
der Phase i fehlerhaft zündet, dann kann sich der Fehlerstrom nur über den Widerstandsstern
71 schließen, wobei eine Potentialverlagerung an den Widerständen 71 auftritt. Bei
entsprechender Bemessung der Widerstände bleibt dabei der Fehlerstrom in ungefährlichen
Grenzen. Trotzdem tritt aber, ähnlich wie bei der Anordnung nach Abb. i, ein gewisser
Zusammenbruch der Spannungen der betreffenden Phase ein, so daß die Spannungsbeanspruchung
der gesunden Entladungsstrecken der gleichen Phase nicht wesentlich über die normale
Beanspruchung hinausgeht.
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In Abb. 5 sind an Stelle von zwei Teilstromrichtern nach dem gleichen
Schemawie in Abb. q. drei Stufen vorgesehen. Da ergibt sich zunächst der Nachteil,
daß bei einem fehlerhaften Durchbruch der Entladungsstrecke ii die hierdurch verursachte
Spannungserhöhung allein von der Entladungsstrecke 12 zusätzlich übernommen werden
muß,
weil sich zwar die Potentiale des Widerstandssternes 71 verlagern, nicht jedoch
das Potential des Sternes 72. Es wäre jedoch wünschenswert, wenn .sich diese überspannung
auf die beiden. gesunden Entladungsstrecken 12 und 13 verteilen ließe.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird daher bei mehr als zwei
in Reihe geschalteten Stufen im Fallre einer Störung eine Beeinflussung des Potentials
der im Störungsfall stromlos bleibenden Widerstandssterne derart vorgenommen, daß
damit eine Verteilung der zusätzlichen Spanhungsbeanspruchung auf die in Reihe liegenden
noch gesunden Entladungsstrecken erreicht wird. Zu diesem Zweck überbrückt man die
beiden Widerstandssberrne 71 und 72 vorteilhafterweisie mit Hilfe eines Kondensators
C, der in Abb. 5 gestrichelt eingezeichnet ist. Den Kondensator kann man natürlich
auch durch eine Gleichspannungsquelle ersetzen. Der Kondensator wird zweckmäßigerweise
so bemessen, daß er während er voraussichtlichen Dauereiner Störung seinen Spannungswert
nicht wesentlich ändert. Er überträgt beim Durchbruch der Entladungsstrecke i i
die Potentialschwankung des Sternpunktes derWiderstände 7.I in voller Größe ' auf
den Sternpunkt der Widerstände 72 und bewirkt damit, daß im Störungsfall auch die
Entladungsstrecke 13 einen Teil der Überspannungen übernehmen muß. Wenn die Entladungsstrecken
i i, 12 und 13 vor der Störung jeweils eine Spannung ioo zu sperren hatten, so liegt
in dem in der Abb.5 dargestellten Beispiel beim Durchbruch der Entladungsstrecke
i i an der Entladungsstrecke i i die Spannung o, an der Entladungsstrecke 12 die
Spannung 167 und an der Entladungsstrecke 13 die Spannung 133. Dabei: wird gleichzeitig
auch die Spannungsaufteilung auf die Entladungsstrecken der Phasen 2 verändert.