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Schaltanordnung zur Erhöhung der Rückzündungssicherheit von steuerbaren
Stromrichtern Bei steuerbaren Stromrichtern zeigt es sich häufig, daß bei Belastungen,
die bei voller Aussteuerung zu keinerlei Betriebsstörungen Anlaß geben, Rückzündungen
auftreten, wenn der Steuerwinkel des Stromrichters vergrößert wird. Man führte diese
Tatsache bisher darauf zurück, daß mit zunehmendem Steuerwinkel die sog. Sprungspannung,
d. h. die Spannung, die an der eben erloschenen Anode sprunghaft als Sperrspannung
in Erscheinung tritt, immer größer wird. Verschiedene bekannte Vorschläge zur Erhöhung
der Rückzündungssich-erheit laufen deshalb auch darauf hinaus, daß die Sprungspannung
über den gesamten Steuerbereich möglichst klein gehalten wird. Maßgebend für die
Möglichkeit des Auftretens einer Rückzündung ist aber neben der Sprungspannung auch
die Restionisation, die im Augenblick des Erlöschens einer Anode vor dieser noch
vorhanden ist. Je größer diese Restionisation, um so höher ist auch die Neigung
der betreffenden Anode zu Rückzündungen. Um die Restionisation klein zu halten,
hat man bereits vorgeschlagen, den Anoden Drosselspulen vorzuschalten, welche im
Bereich normaler Ströme voll gesättigt sind und sich erst bei Unterschreitung
sehr
kleiner Stromwerte plötzlich entsättigen. Solche Drosselspulen haben zur Wirkung,
daß der Kommutierungsvorgang von .dem Augenblick ab, wo der Strom der abzulösenden
Anode unter den Sättigungswert gesunken ist, unter dem Einfluß der plötzlich erhöhten
Induktivität der Drossel nur noch ganz langsam verläuft, so daß eine Stufe geringen
Stromes entsteht, die den Ladungsträgern Zeit läßt, weitgehend aus der Entladungsbahn
zu verschwinden.
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Die Erfindung geht von oder Erkenntnis aus, daß für die oben geschilderte
Tatsache; daß die Rückzündungsgefahr bei Stromrichtern, die bei voller Aussteuerung
einwandfrei kommutieren, mit wachsendem Steuerwinkel erheblich . zunimmt, darauf
zurückzuführen ist, daß bei gegebenem Belastungsstrom und zunehmendem Steuerwinkel
die im Augenblick des Erlöschens der Anode vorhandene Restionisation immer größer
wird. Je größer nämlich der Steuerwinkel wird, um so rascher verläuft wegen der
Zunahme der Wendespannung der Kommutierungsvorgang, um so näher rückt also der kritische
Zeitpunkt des Erlöschens der Anode an den Zeitpunkt heran, in welchem ,die Anode
noch den vollen Strom führt. Daß tatsächlich die Vergrößerung der Restionisation
bei zunehmendem Steuerwinkel für die Erhöhung der Rückzündungsgefahr in erster Linie
verantwortlich ist, geht z. B. daraus hervor, daß die Rückzündungsneigung :auch
bei größeren Aussteuerungswinkeln wieder beseitigt werden kann, wenn die Belastung
des Stromrichters entsprechend verkleinert wird, obwohl die Sprungspannung von der
Belastung im wesentlichen unabhängig ist. Die Erfindung schlägt deshalb vor, Mittel
vorzusehen, durch welche bei gegebenem Belastungsstrom die jeweils im Augenblick
'des Erlöschens einer Anode vor dieser vorhandene Restionisation unabhängig von
dem Steuerwinkel konstant gehalten oder so beeinflußt wird, @daß sie mit zunehmendem
Steuerwinkel kleiner wird. Mit einer Verkleinerung der Restionisation - mit zunehmendem
Steuerwinkel kann zusätzlich dem Umstand Rechnung getragen werden, daß die Sprungspannung
mit zunehmendem Steuerwinkel wächst.
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Die Durchführung des Erfindungsgedankens kann ebenfalls mit Hilfe
von den Anoden vorgeschalteten Drosselspulen erfolgen. Die Erfindung hat in dieser
Ausführungsform gegenüber den bekannten Anordnungen, die mit übersättigten Anodendrosselspulen
arbeiten, den Vorteil, daß das angestrebte Ziel mit einem wesentlich geringeren
Aufwand erreicht wird. In Durchführung des, Erfindungsgedankens erhalten die Anodendrosseln
eine zusätzliche Erregung, welche mit zunehmendem Steuerwinkel verkleinert wird.
Die Abhängigkeit der zusätzlichen Erregung der Drosselspulen von dem Steuerwinkel
kann auf einfache Weise mit Hilfe eines in, dem betreffenden Erregerstromkreis liegenden
Regelwiderstandes erzielt werden, welcher mit dem - .die Aussteuerung des Stromrichters
beeinflussenden Steuerorgan, ialso beispielsweise mit einem- Gitterdrehregler, gemeinsam
versteilbar gekuppelt ist. Soll die Restionisation im Augenblick :des Eriöschens
der Anode bei einem Steuerwinkel, dessen Kosinus rund o,9 ist, denselben Wert besitzen
wie bei voller Aussteuerung, so muß bei gleichem Anodenstrom der Überlappungswinkel
rund die Hälfte .des Überlappungswinkels bei voller Aussteuerung betragen. Bei noch
größeren. Steuerwinkeln kann in erster Annäherung angenommen werden, @daß die Induktivitat
der Anodendrosseln linear mit der Zunahmedes Steuerwinkels vergrößert werden muß,
so daß der Überläppungswinkel annähernd konstant bleibt. Daß, bezogen auf gleichen
Belastungsstrom und gleiche Restionisation, der Überlappungswink.el bei cos = o,9
kleiner sein kann. als, bei cos. - I, d. h. also bei voller Aussteuerung, rührt
daher, daß bei voller Aussteuerung der Anodenstrom während des Kommutierungsintervalles
zunächst nur langsam abnimmt, so daß die Verhältnisse für die Größe der Restionisation
besonders ungünstig sind. Man muß die Gesetzmäßigkeit, nach der der zusätzliche
Erregerstrom der Anodendrosseln von dem Steuerwinkel abhängt, also so bemessen,
daß bei cos = o,9 der Überlappungswinkel mindestens halb so groß ist wie bei voller
Aussteuerung.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung :dargestellt.
Der Stromrichter 9 ist in dreiphasiger Nullpunktschaltung übel den Transformator
$ an ein Drehstromnetz angeschlossen. Jeder Anode ist eine Drosselwicklung z vorgeschaltet.
Diese Drosselwicklung z sitzt zusammen mit einer Zusatzerregerwicklung 2 auf einem
gemeinsamen Eisenkern 6. Der Ström in der Erregerwicklung 2 und die Gleichstromkomponente
des Anodenstromes in der Wicklung r wirken auf den Eisenkern 6 im gleichen Sinn
magnetisierend. Der zusätzliche Erregerstrom für die Wicklung 2 wird von einer Stromquelle
5 geliefert. Eine Drosselspule 3 dient zur Afbriegelung der in den Wicklungen 2
unter dem Einfluß des Anodenstromes induzierten Wechselspannungen. Die Größe des
Erregerstromes hängt von der Einstellung eines Regelwiderstandes ,q. ab, welcher
elektrisch oder mechanisch mit dem nicht dargestellten Gitterregler gekuppelt ist.
Wenn der Stromrichter mit dem Steuerwinkel o arbeitet, besitzt der Widerstand q.
seinen kleinsten Wert. Die Kerne 6 der Anodendrosseln sind dann übersättigt, so
daß die Überlappung durch die Wicklungen z nicht nennenswert beeinflußt wird. Je
größer der Aussteuerungswinkel des, Stromrichters wird, um @so größer wird auch
der Widerstandswert des Regelwiderstandes q, und um so kleiner entsprechend der
zusätzliche Magnetisi@erungsstrom in den Wicklungen 2. Dadurch wächst die Induktivität
oder Wicklungen z und ihr Einfluß auf die Vergrößerung der Anodenstromüberlappung.
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Die dargestellte Schaltung kann auch zur Begrenzung der Stromstärke
bei Störungen benutzt werden. Hierzu dienen die Kontakte 7, die von einem Schnellrelais
so betätigt werden mögen, daß sie bei einer Betriebsstörung geschlossen werden.
Dann werden die Vormagnetisierungswicklungen 2
kurzgeschlossen,
und der Magnetisierungsstrom sinkt rasch auf Null, so @daß die Induktivität der
Drosselwicklungen i in wenigen Augenblicken ihren Höchstwert erreicht und den über
den Stromrichter fließenden Strom wirkungsvoll begrenzt.