DE896087C - Stromrichteranlage, insbesondere Gleichrichteranlage, in Graetzschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromrichteranlage, insbesondere eine Gleichrichterschaltung, in Grätzschaltung. Wenn an die erwähnte Anlage die Anforderung gestellt wird, daß die Ausgangsspannung zwischen einem Mindest- und einem Höchstwert kontinuierlich regelbar sein soll, kann dies grundsätzlich durch die Verwendung regelbarer Stromrichter, wie gittergesteuerter gas- oder dampfgefüllter Entladungsröhren mit Glühkathode, bewerkstelligt werden. Da der Strom bei einer Grätzschaltung stets zwei Entladungsröhren gleichzeitig durchläuft, muß die Steuerung derart eingerichtet sein, daß die betreffenden Röhren auch tatsächlich im richtigen Augenblick gleichzeitig zünden. Bei der Verwendung von Zündspannungen, die während längerer Zeit an die Röhren angelegt sind, ist dies ohne weiteres durchführbar. Wenn jedoch eine besonders genaue Steuerung des Zündmoments verlangt wird, ist es bekanntlich erforderlich, Zündspannungen mit einer steilen Wellenfront, z. B. spitze Spannungen, zu verwenden. In solchen Fällen hat es sich als besonders schwierig erwiesen, die betreffenden Röhren, die stromführend sein müssen, beide gleichzeitig im richtigen Augenblick zu zünden, da dies bedingt, daß auch die spitzen Zündspannungen genau im gleichen Augenblick erzeugt werden. Eilt die eine Zündspannung in bezug auf die andere etwas vor, so wird die erste Röhre zünden, aber sofort darauf wieder erlöschen, da der Stromdurchgang durch die zweite, noch nicht gezündete Röhre nicht erfolgen kann, so daß die Anlage nicht arbeitet. In einem solchen Fall könnte der Zweck allenfalls durch Anwendung rechtwinkliger Zündspannungen erreicht werden.

Wenn jedoch, was bei größeren Leistungen erforderlich ist, Röhren mit einer kalten, flüssigen oder festen Kathode und einer Zündelektrode verwendet werden müssen, hat es keinen Zweck, an die Zündelektrode, wie z. B. bei einem Gitter, eine rechtwinklige Spannung anzulegen, da der Zündfunke ausschließlich im Moment des Anlegens der Spannung auftritt. Auch in diesem Fall kann sich meistens keine zufriedenstellende Wirkung

ίο ergeben, da es, wie erwähnt, besonders schwierig ist, beide Spannungen genau in demselben Augenblick anzulegen.

Gemäß der Erfindung kann dieser Nachteil behoben werden, indem bei einer Stromrichteranlage in Grätzschaltung steuerbare, gas- oder dampfgefüllte Entladungsröhren mit kalter, flüssiger oder fester Kathode, mit einer Zündelektrode und mit einer Hilfsanode verwendet werden, wobei die Steuermittel derart eingerichtet sind, daß die Ausgangsspannung praktisch von dem minimal bis zum maximal erreichbaren Wert regelbar ist und die Hilfsanoden je während mehr als 180, jedoch weniger als 360 elektrischer Grade periodisch an einer positiven Hilfsspannung liegen.

Ist die Regelung der Gleichrichteranlage ζ. Β. auf eine niedrige Ausgangsgleichspannung eingestellt, so wird bei einer Grätzschaltung im allgemeinen eine Röhre, die gezündet hat und darauf wieder erloschen ist, erneut zünden müssen, wenn eine folgende Röhre gezündet wird, um auf diese Weise einen Stromdurchgang für den Strom der zuletzt erwähnten, folgenden Röhre zu bilden. Die Maßnahme gemäß der Erfindung ermöglicht dies, da die Entladungsbahn der ersten Röhre, nachdem diese erloschen ist, von dem Hilfsbogen zwischen der Hilfsanode und der Kathode, der ähnlich wie der Hauptbogen zwischen der Hauptanode und der Kathode von der Zündspannung gezündet worden ist, in ionisiertem Zustand gehalten wird, so daß diese erste Röhre unter der Wirkung der positiven Anodenspannung selbsttätig zündet, wenn die zweite Röhre zündet. Diese zweite, selbsttätige Zündung der ersten Röhre wird also nicht direkt von den Steuermitteln, sondern infolge der Zündung der zweiten Röhre eingeleitet, so daß die vorstehend erwähnte hohe Anforderung einer gleichzeitigen Zündung beider Röhren in genau demselben Augenblick unter Zuhilfenahme einer Steuerspannung in

.-.- Wegfall kommt.

Ein zweiter, bereits erwähnter Vorteil der Erfindung besteht in der -Möglichkeit, die Röhren völlig auszusteuern.

Die Hilfsanoden dürfen nicht dauernd an die positive Hilfsspannung angeschlossen sein, da dann die Steuerbarkeit der Anlage verlorengehen würde. Außer einer Gleichrichteranlage kann auch eine Wechselrichteranlage gemäß der Erfindung eingerichtet sein, z. B. zur Rücklieferung von Wechselstromenergie in das Netz beim elektrischen Abbremsen eines dabei als Generator wirksamen Gleichstrommotors.

Es wird sich im allgemeinen als genügend ■ erweisen,- die positive Spannung während wenigstens 345 elektrischer Grade an eine jede der Hilfsanoden anzulegen, wodurch die zur Steuerbarkeit erforderliche Entionisierungszeit für eine jede der Entladungsröhren praktisch gewährleistet ist.

An Hand der andeutungsweise dargestellten Figuren wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Stromrichteranlage nach der Erfindung näher erläutert.

Fig. ι stellt eine Gleichrichteranlage in Dreiphasengrätzschaltung dar, und Fig. 2 stellt die zugehörigen Spannungen dar;

Fig- 3, 4 und 5 stellen noch eine Steuerspannung, einen besonderen Steuerkreis und die von diesem Kreis gelieferte Steuerspannung dar.

Nach Fig. 1 sind sechs gas- oder dampfgefüllte Entladungsröhren 1 bis 6 in üblicher Grätzschaltung an ein Dreiphasennetz 7 angeschlossen. Die Röhren sind mit je einer Quecksilberkathode 8, einer eingetauchten Zündelektrode 9, einer Anode 10 und einer Hilfsanode 11 versehen. Eine Belastung 12 ist an das Gleichspannungsnetz 13, 14 angeschlossen.

Fig. 2 stellt die Anodenspannungen 4' bis 6' der Röhren 4 bis 6 und die Kathodenspannungen 1' bis 3' der Röhren 1 bis 3 dar. Die Figur stellt weiter die S teuer spannungen 4" für die Röhre 4, 3" für die Röhre 3 und 5" für die Röhre 5 als spitze Spannungen dar. Diese Steuerspannungen sind in der Phase verschiebbar, und zwar wenigstens in der Strecke 15 der positiven Anodenspannung 4', wenn zumindest vollständige Regelbarkeit dieser Schaltung von minimaler bis zu maximaler Gleichspannung erwünscht ist.

Wird eine verhältnismäßig niedrige Ausgangsspannung verlangt, so wird die Zündung verhältnismäßig spät in der Halbperiode stattfinden müssen, z. B. in dem durch die Zündspitze 4" angegebenen Augenblick. In diesem Fall zündet die Röhre 4 mit Anodenspannung 4'. Es wird angenommen, daß der diese Röhre durchfließende Strom außerdem durch die Röhre 2 einen Weg findet. Die Röhre 4 führt Strom bis zum Augenblick 16, in dem die Anodenspannung negativ wird, so daß die Entladung zwischen Anode 10 und Kathode 8 unterbrochen wird. In dem Augenblick der Zündspannung 3" wird die Röhre 3 mit negativer Kathodenspannung 3' (und somit mit positiver Anoden- 110 ■ spannung) gezündet. Der diese Röhre durchfließende Strom muß bei einer Grätzschaltung naturgemäß auch noch eine andere Röhre durchfließen, und dies ist nun gemäß der Erfindung ohne weiteres möglich, indem an der Hilfsanode 11 der vorhin erloschenen Röhre 4 eine positive Hilfsspannung 17 anliegt (Fig. 2). Bei der Zündung der Röhre 4 unter Zuhilfenahme der Zündspannung 4" ■wurde auch ein Hilfsbogen zwischen der Hilfsanode 11 und der Kathode 8 gezündet; dieser Hilfsbogen wird auch nach dem Augenblick 16 (in dem der Hauptbogen abbricht) aufrechterhalten, solange die Hilfsspannung 17 positiv bleibt. Auch im Moment der Zündung der Röhre 3 durch die spitze Spannung 3" brennt der erwähnte Hilfsbogen, wodurch die Entladestrecke der vorhin im

Augenblick 16 unterbrochenen Entladung der Röhre 4 im ionisierten Zustand bleibt, so daß die Röhre 4 wieder selbsttätig zündet, wenn diese Röhre infolge der Zündung der Röhre 3 eine gegenüber der Kathode positive Anodenspannung hat. Dies ist bekanntlich stets der Fall, solange die Spannung 1' (die Fortsetzung der Spannung 4') der Röhre 4 in höherem Maße positiv als die Kathodenspannung 3' der Röhre 3 ist. Beide Röhren erlöschen dann wieder im Augenblick 18 gleichzeitig. Auf ähnliche Weise zündet die Röhre 5 im Augenblick 5", wodurch die vorhin erloschene Röhre 3 unter der Wirkung der positiven Anodenspannung wieder zwangsläufig zündet, sofern auch der Hilfsbogen zwischen Hilfsanode und Kathode infolge des Vorhandenseins einer positiven Hilfsspannung im Augenblick 3" gezündet hat; dieser Hilfsbogen hält die Ionisierung der Röhre 3 bis zum Augenblick 5" aufrecht.

Der Zeitraum, während dessen die Hilfsspannung an der Hilfsanode 11 liegen muß, muß langer als 180 elektrische Grade sein. Da im vorliegenden Fall der Gleichrichter von minimaler bis zu maximaler Spannung regelbar sein soll, bringt dies mit sich, daß bei maximaler Spannung die Steuerspannung 4" für die Röhre 4 mit Anodenspannung 4' im Augenblick 19 auftreten muß. Bei Phasenverschiebungsvorrichtungen ist es jedoch besonders schwierig, die Regelung derart einzustellen, daß der

so Zündscheitel sich genau mit dem Augenblick 19 deckt. In der Praxis ist man somit schon gezwungen, einen Spielraum für Toleranzen anzuwenden. Wird dieser Spielraum rechts vom Punkt 19 vorgesehen, so wird Zündung stets erfolgen, aber die maximale Spannung kann nicht stets erzeugt werden. Wird der Spielraum zu beiden Seiten oder links vom Punkt 19 vorgesehen, so wird Zündung der Röhre 4 nur ab und zu erfolgen bzw. ganz ausbleiben, da die Zündscheitel, die links vom Punkt 19 erzeugt werden, keine Zündung herbeiführen, weil die Anodenspannung 4' links vom Punkt 19 noch negativ in bezug auf 'die Kathode ist. Indem bewirkt wird, daß nun-die positive Hilfsspannung für die Hilfsanode n links vom Punkt 19 anfängt, wird auch ein Zündscheitel links vom Punkt 19 den Hilfsbogen zünden, worauf, sobald der Punkt 19 passiert ist, der Hauptbogen unter der Wirkung der höheren Anodenspannung 4' rechts vom Punkt 19 selbsttätig vom Hilfsbogen gezündet wird, obwohl der eigentliche Zündscheitel 4" bereits verschwunden ist.

Die Hilfsspannung muß also links vom Punkt 19 anfangen. Das Ende der Dauer der Hilfsspannung muß praktisch rechts vom Punkt 18 liegen, da zum Erzielen der minimalen Gleichspannung eine Zündung am Ende der Halbperiode 3' der Röhre 3 etwas links vom Punkt 18 stattfinden muß. Dies bedeutet jedoch auch, daß in diesem Augenblick der Hauptbogen der Röhre 4 als Folgeröhre noch unter Zuhilfenahme des etwas vor dem Punkt 16 (am Ende der Halbperiode 4') gezündeten Hilfsbogens selbsttätig zünden können muß. Da die Strecke 20 zwischen den Punkten 19 und 18 180 elektrische Grade beträgt, muß die Hilfsspannung somit über eine größere Strecke, d, h. mehr als 180 elektrische Grade, angelegt werden, wie dies durch die Hilfsspannung 17 angegeben ist.

Bevor die Röhre 4 beim nächstfolgenden Kreislauf beim Punkt 21 jedoch wieder an der Reihe ist, muß der Hilfsbogen erloschen sein, da der Hauptbogen sonst unmittelbar rechts vom Punkt 21 unter der Wirkung der Anodenspannung 4' wieder zünden würde, während gerade eine Zündung kurz vor dem Punkt 22 am Ende der Halbperiode erwünscht ist. Die Hilfsspannung muß also kürzer als 36oelekirische Grade (d. h. die Summe der Strecken 20 und 23) angelegt werden, und zwar um so viel kürzer, daß die Entionisierungszeit bis zum Punkt 24 genügend ist, wo die Hilfsspannung erneut angelegt wird.

Um der Röhre 4 vor dem Punkt 21 genügende Gelegenheit zum Entionisieren zu geben, ist es im allgemeinen empfehlenswert, daß die Periode 17 der positiven Hilfsspannung nicht langer als 345 elektrische Grade anhält.

Die positive Hilfsspannung kann auf verschiedene Weise an die Hilfsanoden angelegt werden, z. B. durch zeitweiliges Anschließen einer Gleichspannungs'quelle unter Zuhilfenahme mechanischer Kontakte.

Ein besseres Verfahren besteht im Anlegen einer Gleichspannung mit überlagerter Wechselspannung, wie sie in Fig. 3 angegeben ist. Die Nullspannungslinie ist mit 25, die Gleichspannung mit 26 und die Wechselspannung mit 27 bezeichnet. Während der Strecke 28 von etwa 300 elektrischen Graden ist die Hilfsspannung positiv und während der Strecke 29 ΛΌη etwa 60 elektrischen Graden negativ, damit die Entionisierung stattfindet.

Fig. 4 stellt ein besonders handliches Verfahren dar, um unter Zuhilfenahme eines üblichen, an ein Drehstromnetz angeschlossenen Dreiphasentransformators und zweier kleiner Gleichrichter die erforderliche Hilfsspannung zu erzeugen. Bei der sekundär sterngeschalteten Wicklung eines der Einfachheit halber nicht weiter dargestellten Netztransformators sind zwei Wicklungen 30 und 31 in Reihe mit je einem Trockengleichrichter 32 und 33 miteinander und über einen Belastungswiderstand

34 mit der Hilfsanode 11 verbunden. Der Stern- *¹⁰ punkt liegt an der Kathode 8. Die dritte Wicklung

35 ist nicht angeschlossen.

Die Spannung aus dieser Schaltung hat den in Fig. 5 dargestellten Verlauf, wobei die Strecke 36 mit positiver Spannung wieder 300 und die Strecke 37 mit negativer Spannung 60 elektrische Grade beträgt.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Stromrichteranlage, insbesondere Gleichrichteranlage, in Grätzschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrichter aus zündstiftgesteuerten, gas- oder dampfgefüllten Entladungsröhren mit kalter, flüssiger oder fester Kathode und einer Hilfsanode bestehen und daß die Steuermittel derart eingerichtet sind, daß

   die Ausgangsspannung praktisch vom minimal bis zum maximal erreichbaren Wert regelbar ist, wobei die Hilfsanoden je während mehr als i8o, jedoch weniger als 360 elektrischer Grade periodisch an einer positiven Hilfsspannungsquelle liegen.
2. 2. Stromrichteranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Hilfsspannung während maximal 345 elektrischer Grade einer jeden der Hilfsanoden zugeführt wird.
3. 3. Stromrichteranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Spannungsquelle aus einem an ein Drehstromnetz anzuschließenden Dreiphasentransformator besteht, bei dem sekundär zwei Phasenwicklungen in Reihe mit je einem Gleichrichter parallel geschaltet sind, während die beiden Enden der Parallelschaltung in den Hilfsanoden-Kathoden-Kreis der Entladungsröhren eingefügt sind.
4. 4. Stromrichteranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfang der positiven Hilfsspannung vor dem Punkt liegt, in dem die Zündung der Röhre unter Zuhilfenahme der Zündspannung zur Erzeugung des Maximalwertes der Ausgangsspannung möglich ist.

   Angezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 588079, 642 511, 715258, 728540, 748678.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen

   I 5530 10.53