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Einrichtung zur Steuerung von steuerbaren Entladungsgefäßen Die Erfindung
betrifft eine Steuerungseinrichtung für Stromrichter, die mit steuerbaren Gas- oder
Dampfentladungsgefäßen, insbesondere gittergesteuerten Entladungsgefäßen, arbeiten.
Die Erfindung ist dabei von besonderer Bedeutung für Stromrichter, welche für den
Betrieb sogenannter Stromrichtermotoren bzw. ventilgesteuerter Elektromotoren verwendet
werden. Die Erfindung ist jedoch darüber hinaus ganz allgemein für solche Stromrichteranordnungen
von Bedeutung, bei denen die Frequenz der Steuerspannung, mit der die Steuerkreise
der Entladungsstrecken gespeist werden, von der Frequenz der die Entladungsstrecken
speisenden Wechselspannung unabhängig sein soll. Diese Unabhängigkeit der Steuerfrequenz
von der Speisefrequenz ist bei Stromrichtermotoren dann von Bedeutung, wenn diese
Motoren mit Hilfe der Steuerung der ihnen zugeordneten Entladungsgefäße vom Stillstand
aus angelassen oder auch bei sehr niedrigen Drehzahlen geregelt werden sollen. Die
Steuereinrichtung nach der Erfindung kann beispielsweise für eine Stromrichtermotoranordnung
verwendet wenden, bei der ein Wechselstromsynchronmotor reit Gleichstromerregung
über einen Wechselrichter an eine regelbare Gleichspannung, beispielsweise einen
gittergesteuerten Gleichrichter, angeschlossen ist und bei der in den Ankerkreis
des Motors bzw. in den Anodenstromkreis der zugehörigen Entladungsstrecken während
des Anlasseng Hilfswechselspannungen geschaltet sind, die für die Kommutierung der
Entladungsstrecken im
Stillstand und bei niedrigen Drehzahlen sorgen.
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Die Erfindung, ist weiterhin für solche StroinrichteTanordnungen von
Bedeutung, bei denen. die zum Stromrichter gehörigen Entladungsstrecken in Graetz-
oder Brückenschaltung angeordnet sind und bei denen daher die Kathoden der zum Stromrichter
gehörigen Entladungsstrecken sich nicht auf
gleichem Potential befinden.
Die Erfindung hat die Eigenschaft, daß trotz der unterschiedlichen Potentale der
Kathoden solcher Brückenschaltungen die Gesamtsteuerung mit verhältnismäßig einfachen
Mitteln arbeitet.
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Die Erfindung geht von bekannten Steuerungen für Gas- oder Dampfentladungsstrecken
aus, bei denen jeder Hauptentladungsstrecke des Stromrichters eine steuerbare Hilfsentladungsstrecke
zugeordnet ist, in denen Anodenstromlkreis die Primärwicklung eines Wandlers geschaltet
ist, dessen Sekundärwicklung an die Steuerelektrode der zugehörigen Hauptentladungsstrecke
angeschlossen ist. Gemäß der Erfindung wird dem Anodenkreis der Hilfsentladungsstrecken
eine Folgekurzzeitiger Spannungsimpulse zugeführt, deren für eine Hilfseutladungsstrecke
wirksame Gesamtdauer durch eine im Gitterkreis der Hilfsentladungsstrecken liegende
Steuereinrichtung, beispielsweise einen umlaufenden Kontaktapparat, einstellbar
ist. Ein besonders vorteilhaftes Mittel zur Speisung der Hilfsentladungsstrecken
mit einer Folge von kurzzeitigen Spannungsimpulsen besteht darin, daß die Hilfsentladungsstrecken
anodenseitig je an einen Kondensator angeschlossen sind, der über einen hochohurigen
Widerstand mit einer Gleichstromquelle verbunden ist. Sobald eine Hilfsentladungsstrecke
gezündet wird, entlädt sich der an ihre Anode angeschlossene Kondensator und erzeugt
an dem in ihrem Anodenkreis liegenden Wandler einen Stromstoß, der sich als Zündimpuls
auf den Steuerkreis des zugehörigen Hauptentladungsgefäßes der Stromrichteranordnung
überträgt. Damit .dieser Zündimpuls möglichst kurzzeitig wirksam ist, muß der Stromstoß
bzw. Entladestoß des Kondensators möglichst schnell beendet sein, und es muß dafür
gesorgt werden, daß möglichst vor dem Verlöschen des Entladestromes im Hilfsgefäß
auch dem Steuergitter dieses Hilfsgefäßes eine Sperrspannung zugeführt wird. Zu
dem Zweck ist in den Stromkreis leer Hilfsentladungsgefäße, und zwar je nach deren
Schaltung in den Anoden- oder Kathodenstromkreis, eine stromabhängige Hilfseinrichtung
geschaltet. Diese schaltet abhängig von dem das Hilfsgefäß durohfließenden Entladestoß
des zugeordneten Kondensators in den Gitterkreis des Hilfsgefäßes kurzzitig eine
negative Spannung oder unterbricht kurzzeitig den zugehörigen Steuerstromkreis des
Hilfsgefäßes. Die Hilfseinrichtung kann dabei entweder aus einem mechanischen Relais
bestehen, Welches direkt oder über einen im Stromkreis des Hilfsgefäßes liegenden
Stromwandler angeschlossen ist und unmittelbar nach dem Einsetzen des Hilfsgefäßstromes
dessen Steuerkreis unterbricht oder aber eine negative Sperrspannung in diesen Steuerstromkreis
schaltet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß an den im Stromkreis des Hilfsgefäßes
liegenden Stromwandler sekundärseitig über einen Trockengleichrichter ein Widerstandkondensatorglied
angeschlossen ist, welches in den Gitterkreis des Hilfsgefäßies eine negative schaltet,
sobald der zugehörige Stromwandler primärseitig durch einen Stromstoß durchflossen
wird. Diese Einrichtung hat dien Vorteil, daß sie ohne bewegliche Teile arbeitet.
Wesentlich für die Hilfsgefäßschaltung ist es demnach, daß den Steuergittern eine
Folge von Zündimpulsen zugeführt wird, Die mit Kondensatoren im Anodenkreis der
Hilfsentladungsgefäße arbeitende Schaltung ist eine besonders zweckmäßige Ausführungsform
für die Speisung der Hilfsgefäße mit solchen Zündimpulsen. Die Zeitdauer, während
der an einem Hilfsgefäß solche Zündimpulse aufrechterhalten werden, hängt von einer
Steuereinrichtung ab, die im Gitterkreis bzw. Steuerkreis der Hilfsentladungsstrecken
liegt. Diese Steuereinrichtung besteht zweckmäßig ans einer Verteileranordnung,
die mit beliebiger Drehzahl bzw. beliebiger Frequenz betrieben werden kann. Die
Steuereinrichtung kann entweder aus einem umlaufenden Kontaktapparat oder aus einer
Lichtzellensteuerung oder aus anderem an sich bekannten Steuerungseinrichtungen,
beispielsweise magnetisch arbeitenden Steuerungseinrichtungen, bestehen.
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Die im Gitterkreis der Hilfsgefäße liegende Steuerungseinrichtung,
beispielsweise ein Kontaktapparat, führt dem Steuerkreis positive Steuerspannung
während einer Zeitdauer du, die größer ist als die Zeitdauer eines Entladestoßes
der Hilfsentladungsgefäße. Das bedeutet, daß unmittelbar nach dem Verlöschen des
Entladestoßes eines Hilfsgefäßes das gleiche Hilfsgefäß noch einmal wiedergezündet
wird und daß der oben beschriebene Steuervorgang für dieses gleiche Hilfsgefäß noch
einmal abläuft. Dieses geschieht so lange, wie durch den Kontaktapparat das Steuergitter
des betreffenden Hilfsgefäßes an eine positive Steuerspannung angeschlossen bleibt.
Dem Steuergitter des zugehörigen Hauptgefäßes der zugehörigen Stromrichteranordnung
wird dementsprechend eine Folge von kurzzeitigen Spannungsspitzen zugeführt, deren
gegenseitiger Zeitabstand von der Bemessung des Entladestromkreises der einzelnen
Hilfsgefäße und außerdem von der oben beschriebenen Hilfseinrichtung abhängig ist.
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Die bei der Steuerungseinrichtung nach der Erfindung angewendete,
an sich von anderen Steuerungsanordnungen her bekannte Trennung des Hilfsgefäßstromkreises
von ,dem Steuerkreis der zu steuernden Hauptentladungsstrecken durch einen Wandler
hat .den Vorteil, daß der eigeh-tliiche Steuerstromkreis der Hauptentladungsstrecken
von der ,Sten-erspännunigsqualle und den zu ihrer Schaltung dienenden Hilfsmitteln
elektrisch getrennt ist. Die Primärwicklungen der den einzelnen Hauptentladungsstrecken,
zugeordneten Wandler können zu. einer gemeinsamen ,Steuerungseinrichtung vereinigt
werden ohne, Rücksicht darauf, .daß ihre Sekundärwicklungen mit Steuerkreisen verschiedener
Kathodenpotentiale verbunden sind.
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Inder Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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In Fig. r ist .das Gitter .einer Hawptentladungsstrecke z an die Sekundärwicklung
eines Isolierwandlers 2 angeschlossen, wobei in ühlicher Weise
in
den Steuerkreis noch eine Sperrspannungsquelle 3, ein Trockengleichrichter g4 ein
Parallelkondensator 5 und ein Entionisierungswiderstand 6 geschaltet sind. Die Primärwicklung
des Isolierwandlers 2 liegt im Anodenkreis einer Hilfsentladungsstrecke 7. Jedem
Hilfsentladungskreis ist ein Kondensator g zugeordnet, der über einen hochohmigen
Widerstand Io an eine Gleichstromquelle m angeschlossen ist und aus dieser Stromquelle
aufgeladen wird. Für den Gitterkreis der Hilfsentladungsstrecken ist eine an sich
bekannte Kontaktapparatsteuerung vorgesehen. Die Steuergitter sind über Widerstände
I2 an eine negative Steuerspannungsquelle I3 angeschlossen und können über die Kontakte
I4 des umlaufenden Kontaktapparates an eine positive Steuerspannungsquelle I5 angeschlossen
werden. Zur Herstellung der Schaltverbindung zwischen dieser positiven Steuerspannungsquelle
und den Steuergittern können, wie bereits erwähnt, auch andere an sich bekannte
Steuereinrichtungen verwendet werden.
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Im Kathodenstromkreis der Hilfsgefäße 7 liegen Stromwandler I6, an
deren Sekundärwicklung über Trockengleichrichter I7 Kondensatoren I8 und Parallelwiderstände
Ig angeschlossen sind.
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Die Hilfseinrichtungen I6 bis Ig, welche dazu dienen, die Gitterkreise
der Hilfsentladungsstrecken kurzzeitig negativ zu beaufschlagen oder von der Stenerstromquelle
zu trennen, werden entbehrlich, wenn die Steuerungseinrichtung I4 nicht während
der Beaufschlagungsdauer der Hauptentladungsstrecken des Stromrichters durchgehend
mit einem. positiven Potential arbeitet,sondern ein und derselben Hilfsentladungsstrecke
7 kurzzeitige positive Steuerimpulse zuführt. In diesem Falle wird schon. durch
den Kontaktapparat I4. selbst dafür gesorgt, daß das Steuergitter einer Hilfsentladungsstrecke
7 negativ wird, nachdem ein Entladestoß dieser Entladestrecke verloschen ist. Mit
besonderem Vorteil kann diesem Zwecke eine lichtelektrische Steuerungseinrichtung
an Stelle der Steuerungseinrichtung I4 dienen. Eine solche lichtelektrische Steuerungseinrichtung
gibt mit v-erhältnismäß;ig einfachen Mitteln die Möglichkeit, beliebig kurzzeitige
Steuerimpulse den Steuergittern der Hilfsentladungsstrecke 7 zuzuführen.
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In Fig.2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
welches zum größten Teil mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. I Übereinstimmt. Diejenigen
Teile der beiden Schaltungen, die die gleiche Funktion haben, sind in beiden Schaltungen
mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Der Unterschied der Schaltung der Fig. 2
gegenüber der Schaltung der Fig. I besteht im wesentlichen darin, daß die Hilfsentladungsstrecken
7 in einem gemeinsamen Entladungsgefäß 8 zusammengefaßt sind und daß die Hilfseinrichtung
I6 bis Ig, deren Wirkungsweise an Hand der Fig. I erläutert wurde, im Kathodenkreis
dieses gemeinsamen Hilfsentladungsgefäßes 8 liegt. Dementsprechend ist nicht wie
bei der Schaltung nach Fig. I jeder Hilfsentladungsstrec1ke 7 eine besondere Hilfseinrichtung
n6 bis Ig zugeordnet, die Schaltung der Fig. 2 kommt vielmehr nur mit einer einzigen
Hilfseinrichtung I6 bis Ig aus. Diese Vereinfachung ist jedoch nur dann möglich,
wenn, die zu steuernden Hauptentladungsstrecken des Stromrichters mit einer Brenndauer
arbeiten, welche kleiner ist als
d. h. wenn die Zeitabschnitte, während der den Hauptentladungsstrecken Steuerimpulse
zugesführt werden, einander zeitlich nicht überlappen. Nur in diesem, Falle führen
niemals zwei Hilfsentladungsstrecken 7 gleichzeitig Strom. Die Sperrung einer Hilfsentladungsstrecke
7 ist beendet, bevor die in der Phasenfolge benachbarte Hilfsentladungsstrecke mit
der Stromführuug beginnt. Im Gegensatz dazu kann die Schaltung mit einzelnen Hilfsgefäßen
7 nach Fig. I unabhängig davon angewendet werden, ob die Steuerzeiten der Hilfsentladungsstrecken
bzw. der ihnen zugeordneten Hauptentladungsstrecken einander zeitlich überlappen
oder nicht.
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Bei der Schaltung nach Fig. 2 ist noch eine Hilfseinrichtung 20, 2I
angegeben, welche an die Stelle der Hilfseinrichtung I6 bis Ig treten kann. Die
Hilfseinrichtung 2o, 2I besteht aus ebnem Stromwandler 2o, der ein mechanisches
Relais 2I betätigt, um abhängig von dem Strom einer Hilfsentladungsstreoke 7 den
positiven Steuerstromkreis der Hilfsentladungsstrecke kurzzeitig zu unterbrechen
oder gegebenenfalls auch in diesen Stromkreis eine negative Sperrspannung zu schalten.
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Es wurde bereits erwähnt, daß die Steuerungseinrichtung nach der Erfindung
für Stromrichtermotoren von besonderer Bedeutung ist. Sie kann hier mit besonderem
Vorteil für einen vorgeschlagenen Stromrichtermotor angewendet werden, dessen wesentliches
Kennzeichen darin besteht, daß in Reihe mit den die Motorwicklung speisenden Wechselrichterentladungsstrecken
ein,e Hilfswechselspannung geschaltet ist, welche bei Stillstand und bei niedrigen
Drehzahlen des Motors für eine sichere Kommutierung sorgt. Die Hilfsspannung erzeugt
an den einzelnen Entladungsstrecken des Wechselrichters gegeneinander schwankende
Spannungen, ähnlich den Anodenspannungen eines mehrphasigen Gleichrichters. Die
Amplituden der Hi.lfswechsel:spannungen wird man so klein. machen, daß die zur Verfügung
stehende Kommutierungsfläche mit einer gewissen Sicherheit gerade ausreichend ist.
Unter Kommutierungsfläche ist dabei die Fläche zwischen zwei Spannungswellien zu
verstehen, die zu zwei in der St romifo,lge aufeinanderfolgenden Anoden des Wechselrichters
gehören. Man wird, beispielsweise diese Fläche so bemessen, -daß die Koimutieruing
in einem Zeitwinkel'bereich von etwa i6,ö elektrischen Graden mit Sicherheit vollendet
ist. Wendet man die Steuerungseinrichtung nach der Erfindung für einen solchen Stromrichtermötor
an, so. wird man den Steuergittern der Hauptentladungsstrecke i in den Fig. i und
2, die bei dem Strommichterm,otor als Entladungsstrecken des Wechselrichters arbeiten,
im. Stillstand und bei sehr kleinen Drehzahlen je-
weils eine .größere Anzahl
von Zündimpulsen zuführen.
Von wesentlicher für die Sicherstellung
der Kommutierung ist das Verhältnis der Frequenz dieser Zündimpulse bzw. ihreis
zeitlichen Abstandes gegenüber der Frequenz der überlagerten Hilfswechselspannung.
Es läßt sich zeigen, daß es vorteilhaft ist, die Frequenz der Zündimpulse mindestens
viermal so groß zu machen wie die Frequenz der überlagerten Wechselspannung und
außerdem dafür zu sorgen, daß die Frequenz der Zündimpulse kein ganzes Vielfaches
der Frequenz der Hilfswechselspannung ist. Arbeitet man also mit einer Frequenz
der Hilfswechselspannung von 5o Hz, so wird man vorteilhaft eine Zündimpulsfrequenz
von etwa 22o bis 24o Hz wählen, oder man wird zu noch höheren Frequenzen greifen.
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Die Erfindunghat hier den Vorteil, daß die Beaufschlagungsdauer der
Hauptentladungsstrecken beliebig lang gewählt werden kann, so daß beispielsweise
bei einer Brückenschalkung der Hauptentladungsstrecken die wegen der besonderen
Art dieser Schaltung an die Steuerung gestellten Anforderungen ohne weiteres erfüllbar
sind. Zum Antrieb der Steuerungseinrichtung für den Gitterkreis der Hilfsentladungsstrecken
7 kann ein Gleichstrommotor verwendet werden, der vom Stillstand aus bis zu einer
bestimmten Drehzahl des Motors die Steuerung übernimmt. Zusätzlich muß noch für
den oberen Drefizahlbereich ein Wechselstrommotor zum Antrieb verwandt werden, der
den Synchronismus zwischen der Steuerung der Hilfsentladungsstrecken 7 und der Wechselspannung
des Stromrichtermotorsherstellt. Die Steuerungseinrichtungen der Hilfseritladungsstrecken
7 werden mit an sich bekannten Hilfseinrichtungen ausgerüstet, um die Phasenlage
der Steuerspannung den Anforderungen des Betriebes der Wechselrichterentladungsstrecken
anzupassen. Diese Hilfseinrichtungen können entweder an den Kontaktibürsten eines
mechanischen Kontaktapparates oder an den zum Antrieb dienenden Wechselstrommotor
angebracht sein. Es sei noch erwähnt, daß die beiden zum Antrieb der Steuerungseinrichtung
I4 dienenden Motoren auch zu einem einzigen Motor vereindigt werden können, indem
der Wechselstrommotor als Synchronmotor mit asynchronem Anlauf ausgebildet wird.
Unter Umständen kann die Steuerungseinrichtung auch von Hand angelassen werden.
In diesem Falle genügt nur ein Synchronmotor zum Antrieb der Steuerungseinrichtung.