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Anordnung zur unmittelbaren Umformung von Wechselströmen gegebener
Frequenz in solche anderer Frequenz vermittels gesteuerter gas- oder dampfgefüllter
Entladungsstrecken mit eindeutiger Durchlaßrichtung Zusatz zum Patent
671 450 Das Patent 671 45o bezieht sich auf die unmittelbare Umformung
von Wechselströmen gegebener Frequenz in solche anderer Frequenz und benutzt dazu
gesteuerte gas- oder dampfgefüllte Entladungsstrecken mit eindeutiger Durchlaßrichtung.
Nach der Erfindung des Hauptpatentes erfolgt die Umformung dadurch, daß die Entladungsstrecken
durch ständigie, mittels der Gitter innerhalb, eines Phasenwinkelbereiches von höchstens
i8o' bewirkte Verlegung des zeitlichen Eintritts lediglich der Zündung der einzelnen
Entladungsstrecken zwecks Erzielung einer in der Mittelwertskurve nach einem bestimmten
Gesetz verlaufenden sekundären Umrichterspannung gesteuert werden. Nach einer Ausführungsform
der
Erfindung des Hauptpatentes werden den Steuerorganen der Entladungsstrecken Steuerspannungen
zugeführt, die sich aus der Überlagerung von sinusförmigen Spannungen der gegebenen
Frequenz und ebenfalls sinusförmigen Spannungen der anderen Frequenz ergeben.
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Es hat sich gezeigt, daß bei dieser Steuerung nach dem Hauptpatent
Unregelmäßigkeiten dann auftreten können, wenn die überlagerten Steuerspannungen
den Steuergittern unmittelbar zugeführt werden, da bei den Umrichtergefäßen
je nach- ihrer Belastung sich die Steuerkennlinie der einzelnen Entladungsstrecken
verschieben kann. Außerdem kann ein schleichender Einsatz des Übergangs vom Sperrzustand
zum Zündzustand jeder einzelnen Entladungsstrecke auftreten.
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Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß
den zur Umrichtung dienenden Hauptentladungsstrecken Hilfsentladungsstrecken zugeordnet
sind, die in gleicher Weise wie die Hauptentladungsstrecken an das Wechselstrornnetz
gegebener Frequenz angeschlossen sind, daß den Steuergittern dieser Hilfsentladungsstrecken
die überlagerten Stenerspannungen zugeführt werden und daß die jeweils bei der Zündung
der Hilfsentladungsstrecken entstehenden Spannungsimpulse durch Übertrager auf die
Steuergitter der Hauptentladungsstrecken übertragen werden. Die Erfindung hat den
Vorteil, daß den Steuergittern der Umrichterentladungsgefäße Steuerspannungen steiler
Wellenfront zugeführt werden. Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. In Fig.
i bedeutet i ein Drehstromnetz, an das die Umrichtergefäße 2, und 3 über
den Eingangstransformator 4 angeschlossen sind. Die Umrichtergefäße :2 und
3 stehen ferner mit einem Einphasenwechselstromnetz 5 über den Ausgangstransformator
6 in Verbindung. Die den Anodtn 7 der Umrichtergefäße :2 und
3
zugeordneten Steuergitter 8 werden von einer Steuerapparatur
9 aus mit Steuerspannungen beaufschlagt. Die Stenerapparatur 9 besteht
aus Entladungsstrecken io, die als gas- oder dampfgefüllte Entladungsgefäße ausgeführt
werden können. Die Entladungsstrecken io werden aus dem Drehstroinnetz i über einen
Transformator i i mit Wechselspannungen gespeist. Den Steuergittern 12 der Entladungsstrecken
io werden von einem Transformator 13 Modulationsspannungen zugeführt, die sich aus
einander überlagerten Spannungen von der Frequenz der Wechselspannungen des speisenden
Netzes und solchen der Frequenz der Wechselspannung des gespeisten Netzes zusammensetzen.
Dies wird dadurch erreicht, daß der Transformator 13 einerseits mit se,iner
Primärwicklung an das Drehstromnetz i angeschlossen ist und andererseits dem Nullpunkt
der Transformatorsekundärwicklung eine Wechselspannung von der Frequenz der Spannung
des zu speisenden Netzes aus einem Hilfsnetz 14 über einen Transformator
15 zugeführt wird. In die Verbindungsleitung des Transformators 15 mit dem
Nullpunkt der Sekundärwicklung des Transformators 13
ist eine veränderliche
Gleichspannung eingefügt, die von einem Potentiometer 16 abgegriffen wird. An den
-Nullpunkt der Sekundärwicklung des Transformators i i ist ferner eine Entladungsgefäßanordnung
17 angeschlossen, die aus dem Hilfsnetz 14 über den Transformator 18 mit Wechselspannungen
von der Frequenz des zu speisenden Netzes beliefert wird. In den unmittelbaren Stromkreis
der Hilfsentladungsstrecken io sind Übertrager ig eingefügt, an deren Sekundärwicklung
die für die Steuergitter 8 der Umrichtergefäße 2 und 3 erforderlichen
Zündspannungen oder Zündimpulse abgenommen werden. An den Steuerkreis der Steuergitter
8
ist außerdem eine Spannungsquelle2o eingefügt, die den Steuergittern ständig
ein gegenüber der Kathode des zugehörigen Umrichtergefäßes negatives Potential aufdrückt.
Ferner sind in die Steuerkreise Begrenzungswiderstände2i eingefügt. Die Stromkreise
der Hilfsentladungsstrecken io sind mit Belastungsmitteln versehen, indem beispielsweise
in den Anodenleitungen der Hilfsentladungsstrecken regelbare Widerstände 2:2 angeordnet
sind. Die Wirkungsmeise der Anordnung ist folgende: Die den Umrichtergefäßen:2 und
3 aus dem Drehstromnetz i zugeführten Wechselspannungen sollen derart ausgestenert
werden, daß in dem zu speisenden Netz 5 ein Wechselstrom der gewünschten
Kurvenform, Amplitude und Phasenlage erzeugt wird. Die hierzu erforderlichen Steuerspannungen
werden von der Steuerapparatur 9 geliefert. Zu diesem Zweck werden den Steuergittern
1:2 der Hilfsentladungsstrecken io Modulationsspannungen aufgedrückt, die sich aus
einer Überlagerung der Wechselspannungen von der Frequenz des speisenden Netzes
und von Wechselspannungen der Frequenz des zu speisenden Netzes ergeben. Durch diese
Modulationsspannungen werden die von Spannungen von der Frequenz des zu speisenden
Netzes gespeisten Hilfsentladungsstrecken io zu bestimmten Zeiten stromdurchlässig.
In den Pritnärwicklungen der Übertrager ig entstehen Stromflüsse, die in den Sekundärwicklungen
entsprechende Spannungsspitzen hervorrufen. Die an den Steuergittern 8 anliegende
negative, von der Spannungsquelle 2o
herrührende Sperrspannung wird
durch diese Spannungsimpulse kurzzeitig überwunden und die dem Steuergitter
8 zugehörige Entladungsstrecke leitend. Da bei Stromdurchgang durch die Entladungsstrecke
7 auch in dem Gitterkreis dieser Entladungsstrecke ein gewisser Stromfluß
eintritt, sind zur Begrenzung dieses Stromes Widerstände 2 1 in diesem Kreis angeordnet.
Vorteilhaft werden die übertrager ig so ausgebildet, daß in ihnen möglichst schroffe
Spannungsspitzen entstehen, Zu diesem Zweck können die Übertrager mit Luftspalten
versehen werden.
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Die vorstehend beschriebene mittelbare Steuerung von Umrichtern über
Hilfsentladungsstrecken bringt unter anderem den Vorteil mit sich, daß den Steuergittern
8 der Umrichtergefäße genauestens bestimmbare und scharfe Steuerspannungsimpulse
zugeführt werden. je nach der Belastung von gas- oder dampfgefüllten Entladungsgefäßen
wird sich nämlich die Ionisationsdichte in der Entladungsstrecke ändern und dadurch
die Zündkennlinie der einzelnen Entladungsstrecken sich verschieben. Würde man nun
den Steuergittern dieser Entladungsstrecken eine festliegende Steuerwechselspannung
aufdrücken, so würde durch die belastungsabhängige Verschiebung der Zündkennlinie
eine ungenaue oder falsche Aussteuerung der einzelnen Entladungsstrecken in den
Hauptgefäßen eintreten. Dadurch, daß nun die Hilfsentladungsstrecken nicht den Belastungsschwankungen
-des Verbraucherstromes wie die Hauptentladungsgefäße ausgesetzt sind, ist bei diesen
eine konstante Lage der Zündkennlinie gegeben und damit eine exakte Aussteuerung
möglich. Es ist jedoch zweckdienlich, die Hilfsentladungsstrecken nicht etwa im
Leerlaufzustand auszustenern, sondern sie auf eine bestimmte Belastung arbeiten
zu lassen. Es sind deshalb in den Stromkreisen dieser Entladungsstrecken konstante
oder regelbare Belastungswiderstände vorgesehen. Beispielsweise können hierzu, wie
in dem Ausführungsbeispiel dargestellt ist, regelbare Widerstände 22 angeordnet
werden.
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Wie nun jedem mit dem Gebiet der Steuerumrichter vertrauten Fachmann
bekannt ist, werden die einzelnen Speisespannungswellen zwecks Erzielung einer angenähert
sinusförmigen Wechselspannungskurve zu verschiedenen Zeiten auf den Flanken ihrer
Kurven angeschlagen. Betreffs der Hilfssteuerapparatur 9, deren Entladungsstrecken
io mit der vorbeschriebenen Modulationsspannung beaufschlagt werden, bedeutet dies,
daß in den Primärwicklungen der Übertrager ig einmal ein hoher Stromfluß und ein
anderes Mal ei nsehr geringer Stromfluß auftritt und hierdurch in den Sekundärwicklungen
der Übertrager einmal eine hohe und steile Spannungsspitze und ein anderes Mal eine
niedrige und weniger steile Spannungsspitze erzeugt wird. Diese Ungleichheit der
Höhe der einzelnen Steuerspannungsimpulse würde wiederum eine Ungenauigkeit in der
Aussteuerung der Umrichtergefäße, ja unter Umständen ein Versagen der Zündung der
einzelnen Hauptentladungsstrecken zur Folge haben. Zur Vermeidung dieses Übelstandes
wird deshalb gemäß der vorliegenden Erfindung den Speisespannungen der Hilfsentladungsstrecken
io eine zusätzliche Wechselspannung aufgedrückt, die aus dem Hilfskreis 17, 18 und
14 gewonnen wird. In diesem Hilfskreis wird nämlich eine dem Hilfsnetz 14 entnommene
Wechselspannung von der Frequenz des zu speisenden Netzes in den Hilfsientladungsgefäßen
17 "-lei,ch#,g-erichtetu#nd der Sekundärwicklung des Transformators ii zugeführt.
Die von dem Hilfskreis gelieferte gleichgerichtete Spannung wird infolge der Speisung
mit niederfrequenter Wechselspannung eine große Welligkeit aufweisen, und zweckmäßig
wird man die Lage der Wechselspannungswellen in der gleichgerichteten, vom Hilfskreis
gelieferten Spannung zu der Lage der auszusteuernden, höherfrequenten Wechselspannungen
der Hilfsentladungsstrecken io so einstellen, daß je nach dem Aussteuerungswert
der höherfrequenten Wechselspannungen in den Hilfsentladungsstrecken diesen jeweils
eine mehr oder weniger große Zusatzspeisespannung aufgedrückt wird. Dadurch wird
erreicht, daß in den Anodenleitungen der Hilfsentladungsstrecken und damit auch
in den Primärwicklungen der Übertrager io für alle.Ausstenerungswerte ein gleicher
Stromfluß auftritt, so daß die Erzeugung von in ihrer. Höhe gleichen Steuerspannungsspitzen
in den einzelnen Steuerkreisen der Umrichtergefäße gewährleistet ist. Es ist jedoch
auch
möglich, in den Stromkreis der Hilfsentladungsstrecken eine elektrische
Maschine, insbesondere eine Nebenschlußmaschine, zu schalten, durch die die Hilfsentladungsstrecken
auch bei verschiedener Ausstenerung mit einem gleichbleibenden Strom belastet werden.
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Es ist dafür Sorge zu tragen, daß der Steuerapparatur der Umrichteranordnung
möglichst rein sinusförmige Spannungen zugeführt werden. Bekanntlich treten jedoch
in fast jedem Wechselstromnetz Spannungs# verzerrungen auf, die durch Anschaltung
verschiedenartiger Verbraucher, Einschaltvorgänge u. dgl. hervorgerufen werden.
Um diese Spannungsverzerrungen von der Steuerapparatur fernzuhalten, werden erfindungsgemäß
Siebkreise 23 beliebiger Art in die Verbindungsleitungen der Hilfsentladungsstrekkenkreise
mit
dem speisenden Drehstromnetz bzw. mit dem Einphasennetz eingeschaltet.
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Würde die Umrichteranlage nur rein ohm-- sche Belastung erhalten,
so wäre nur erforderlich, daß jeweils ein Gefäß offengehalten wird, während das
andere sich im Zustand der Sperrung befindet. Normalerweise wird jedoch die Umrichteranlage
eine vorwiegend induktive Belastung erhalten, so daß eine Verschiebung zwischen
Strom und Spannung der abgegebenen Leistung auftritt, oder mit anderen Worten, der
Umrichter muß zur Ab-
gabe einer Blindleistung befähigt sein. Für den Steuerzustand
der Entladungsstrecken bedeutet dies, daß jede Entladungsstreckengruppe über den
Bereich einer Wechselspannungshalbwelle hinaus offengehalten werden muß, oder mit
anderen Worten, die Entladungsgefäße werden nicht nur als Gleichrichter, sondern
auch als Wechselrichter ausgesteuert. Da somit die ausgesteuerte Spannungskurve
der einen Entladungsstreckengruppe in die der anderen Entladungsstreckengruppe hinübergreift,
muß dafür Sorge getragen werden, daß keine zu weitgehende überschneidung der beiden
ausgesteuerten Spannungskurven eintritt. Es muß der sogenannte Respektabstand zwischen
den beiden Spannungskurven der Entladungsstreckengruppen eingehalten werden. Rücken
die beiden Spannungskurven zu nahe aneinander, so kann ein Ausgleichsstrom in dem
von den beiden Entladungsstreckengruppen gebildeten Achterkreis eintreten. Andererseits
ist ein minimaler Ausgleichsstrom manchmal erwünscht, da von diesem die Magnetisierung
der eventuell vorhandenen Saugdrosseln bzw. der Spannungsteiler unterstützt wird.
Die Einstellung eines günstigen Wertes des Respektabstandes ist deshalb für die
gediegene Arbeitsweise der Umrichteranlage sehr wesentlich. Dieser günstigste Wert
kann gemäß der vorliegenden Erfindung durch Einfügung einer Gleichspannung 16 in
den Steuerkreis der Hilfsentladungsstrecke 1.2 erzielt werden. Durch diese Gleichstromkomponente
wird nämlich eine parallele Verschiebung der in den Hilfsentladungsstrecken ausgesteuerten
Umrichterspannung erzielt und damit eine Einstellung des Steuerabstandes beider
Gefäße ermöglicht.
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Schließlich sei erwähnt, daß bekanntlich die von der Umrichteranlage
abgegebene Wechselspannung ein getreues Abbild der niederfrequenten Steuerwechselspannung
darstellt. Verändert man also die Amplitude oder Phasenlage der von dem Hilfsnetz
14 den Steuerkreisen der Hilfsentladungsstrecken io zugeführten niederfrequenten
Steuerwechsel-#pannung, so hat diese eine entsprechende Veränderung der von der
Umrichteranlage dein Netz 5 zugeführten Wechselspannung zur Folge. Erfindungsgemäß
wird deshalb in der Verbindung des Transformators 15 mit dem Hilfsnetz 14
eine Vorrichtung:24 angeordnet, durch die die Amplitude und Phasenlage der niederfrequenten
Steuerwechselspannung beliebig verändert werden kann.