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Steuereinrichtung für unmittelbare Umrichter Die Erfindung betrifft
eine Steuereinrichtung für unmittelbare Umrichter, :die mit gesteuerten Gas-oder
Dampfentladungsstrecken arbeiten und einen Wechselstrom gegebener Frequenz in einen
solchen anderer, vorzugsweise höhererFrequenz umformen. Es ist eine Einrichtung
vorgeschlagen worden, wonach an :den Steuerelektroden der Gas- oder Dampfentladungsstrecken
Zündimpulse von der Frequenz des zu erzeugenden Wechselstroms in Abhängigkeit von
einer Spannung wirksam sind, :die dem umzuformenden Wechselstrom frequ:enzgleich
ist.
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Gegenstand der Erfindung ist ,eine Verbesserung und weitere Ausgestaltung
einer solchen Einrichtung. Erfindungsgemäß ist in den Steuerkreis oder in einen
mit dem Steuerkreis :der Um:ric'hterentladungsstrecken verbundenen Hilfsstromkreis
eine Wechselspannung eingeschleift, deren Frequenz mit der des zu erzeugenden Wechselstroms
übereinstimmt und deren Amplitude im Takt des umzuformenden Wechselstroms veränderlich
ist. In besonders einfacher und zweckmäßiger Weise ist dabei im Stromkreis dieser
Spannungsquelle ein Reihenwiderstand angeordnet und von einem Schaltgerät, überbrückt,
das in der Frequenz des umzuformenden Wechselstroms und phasenveränderlich betätigt
ist.
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Der Erfolg dieser Maßnahme besteht in einer wesentlichen Herabsetzung
der zur Sperrung der Umric'hterentladungsstrecken benötigten Gittervorspannurigen.
Indem
die Amplitude der den Hauptentladungsstrecken zugeführten Steuerspannung von der
Frequenz des zu erzeugenden Stroms. in den Sperrzeiten durch Öffnung genannten Schaltgerätes
verhältnismäßig klein -gehalten und erst mit Schließung des Schaltgerätes auf Zündwert
vergrößert wird, braucht die Gittervorspannung nur so hoch gewählt zu werden, daß
sie die sehr kleine Sperrzeitamplitude mit Sicherheit unter Zündwert drückt. Dabei
sind während des wechselseitigen Arbeitens eines Hauptentladungsstreckenpaares an
dessen Gittern sowohl die positiven als auch die negativen höhen Amplituden der
Spannung von der Frequenz -des zu erzeugenden Wechselstroms wirksam. Das bedeutet
aber, daß beim wechselseitigen Stromiibergang von der einen zur anderen der zu einem
Wechselrichter zusammengefaßten Hauptentladtings@strecken eine hochgespannte negative
Sperrspannung zwecks schneller Entionisierung zur Verfügung steht.
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Nun wird üblicherweise die Gittervorspannung an einem Widerstand abgenommen,
.der zwischen der Kathode und dem GittervorwiJerstand der betreffenden Entladungsstrecke
liegt. Soll dabei die Steuerspannung an dem eigentlichen: Gitterv orwiderstand mit
hohem Abfall auftreten, ohne am Abnahmewiderstand: der Gittervorspannung ,einen
nennenswerten Verlustabfall zu erfahren, so muß der Gittervorwiderstand groß gegenüber
dein Abnähmewiderstand der Vorspannung gewählt sein. Ein solches Größenverhältnis
der Gitterkathodenkreiswiderstände läuft aber der Forderung nach einer Vorspann:ung
genügender Größe zuwider. Ein Ausgleich dieser einander widerstrebenden Forderungen
wird: dadurch erzielt, daß dem Abnahmewid2rstand der Gittervorspannung diese von
einer parallel geschalteten Gleichspannungsquelle, beispielsweise einem Gleichrichter,
in genügender Größe aufgezwungen wird. Die Gleichspannungsquelle ist dabei in einer
verhältnismäßig großen Typenleistung auszulegen. Bei Ergreifung dieser Maßnahme
steht mit Sicherheit sowohl eine Steuerspannung genügender:1,mplitudenhöh-e und.
geringer Verluste als auch eine ausreichende Gittervorspanttutrg zur Verfügung.
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Die Erfindung ermöglicht nun eine wesentlich verringerte Typenauslegung
der Gittervorspannungsquelle.
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Die Erfindung gelangt zu einer weiteren erhebliclaen Bereicherung
der Technik, . indem s:ie als Schaltgerät ein zu einem Doppelweggleichrichter zusamtnengefaßt:es.
Paar steuerbarer Hilfsentladungsstrecken, vorzugsweise mit Gas- oder Dampffüllurig,
vorsieht, das speiseseitig über einen Transformator an die Endpunkte des Reihenwiderstandes
angeschlossen ist. Dabei besteht erfindungsgemäß eine Kurzs hlußverbindung zwischen
den Kathoden der Hilfsentladungsstrecken und der Transformatorsekundärseit.-. Die
Hilfsenelad!ungsstrecken sind in der Frequenz des umzuformenden Wechselstroms phasenveränderlich
gesteuert.
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Der auf diese Weise gegenüber .der bereits vorgeschlagenen Einrichtung
erzielte technische Fortschritt liegt darin, daß bei mehrphasigen Umrichterschaltiungen
sämtliche zur Modulation der Hauptsteuerspannungen erforderlichen. Hilfsentladungsstrecken
in einem einzigen Gefäß mit einer einzigen Kathode vereinigt werden können. Esi
ist dies eine Folge der fehlenden galvanischen Verbind'ung zwischen der Kathode
des Hauptentladungsgefäßes und den Kathoden der Hilfsente ladungsstrecken. Ohne
die Gefahr eines Kurzschlusses, befürchten zu müssen, können die Kathoden der Haupt-
und Hilfseneladungsstrecken unabhängig voneinander an Erde gelegt werden. Würde
man bei ;der vorgeschlagenen Einrichtung .die Hilfsentladungsstrecken des, O tuschen
Wechselrichters in einem Gefäß zusammenfassen, so wäre ,die Folge eine Kurzschließung
jener Widerstände, über welche die Rechteckspannung in die Gitterkreise der Hauptentladungsstrecken
eingeschleift wird. Die erstrebte Umrichteraussteuerung könnte überhaupt nicht vpnstatten
gehen.
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Die Wahl eränsformatorgespeister Hilfsentladungsstrecken an Stelle
eines mechanischen Schaltgerätes (Kontaktrelais) sichert höchste Genauigkeit des
Zündeinsatzes der Hauptentladungsstrecken. Der Kurzschlußüberbrückun:g des Reihenwiderstandes
im Stromkreis der Spannungsquelle von der Frequenz des. zu erzeugenden Wechselstroms.
dient vorteilhaft ,die Wahl gas- oder dampfgefüllter Hilfsentladungsstrecken.
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In der Fig. i ist die Erfindung an einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel
grundsätzlich veranschaulicht.
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Es sind die eigentlichen UinrIchterentladungsstrecken durch ihre Gitter-
und Kathodenanschlüsse z und -2 angedeutet. 3 und 4 bedeuten bez:iehentlich Gittervorwi.derstände
und Gittervorspannungsquelle des Hauptentladungsgefäßes. Die Gitter der zu einem
Wechselrichter gehörenden Hauptentladungsstrecken sind an die Primärwicklung eines
Transformators 5 angeschlossen, dessen primäre Mittenanzapfung zur Gittervorspannungsquelle
geführt ist. Die Sekundärwicklung des Transformators. 5 liegt .in einem Stromkreis,
der den Reihenwiderstand 6 enthält und von der Spatrnungsquelle 7n gespeist ist.
Die letztere @deckr sich in ihrer Frequenz mit der des zu erzeugenden Wechselstroms.
Parallel zum Reihenwiderstand 6 ist die Primärwicklung eines Transformators 8 geschaltet;
dessen Sekundärwicklung steht in ihren Endpunkten mixt den Anoden des gas- oder,dampfgefüllten
Entladungsgefäßes. 9 und in ihrer Mittenanzapfung unmittelbar mit der Kathode von
9 in Verbindung. Die Steuergitter des Hilfsentladungsgefäßes 9 sind über die Vorwiderstände
io miteinander und mit der Kathode von 9 verbunden. Zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt
der Steuerelektroden von 9 und dem Kathodenanschlußpunkt der Mitt.enanzapfung von
8 liegt der Transformator ii, der primärseitig phasenveränderlich und in der Frequenz
des umzuformenden Wechselstroms gespeist ist.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Ist das Hilfsentladungsgefäß 9 infolge
entsprechender fierte
seiner Steuerspannung gesperrt, so liegt im
Stromkreis der Spannungsquelle 7" außer der Sekundärwicklung von 5 noch der Reihenwiderstand
6. Unter Voraussetzung einer entsprechenden Größenwahl von 6 ist die Folge hiervon
eine nur schwache Erregung des Transformators 5. Die Amplituden der den Hauptentladungsstrecken
über 5 und 3 zugeführten Steuerspannungen sind so klein, daß es unter Berücksichtigung
der von q. gelieferten Gittervorspannung zu einer Zündung der Hauptent-Ladungsstrecken
nicht kommen kann. Überschreitet nun die Steuerspannung des Hilfsentlad:ungs, gefäßes
9 den Zündwert, so zündet jene Anode von 9, die von 7, 'her gerade mit positiver
Spannung beaufschlagt ist. Infolge der dam@it verbundenen Kurzschließung des Reihenwiderstandes
6 nimmt die Erregung von 5 einen Wert an, der die Amplituden der Hauptsteuerspannung
auf Zündwert vergrößert. Es zündet jene Hauptentladungsstrecke, an der die positive
Halbwelle .der erhöhten Steuerspannung zuerst erscheint. Kehrt der Strom durch die
Primärwicklung von 8 seine Richtung um, so findet ein Stromführungswechsel zwischen
den Anoden von 9 statt. Der Kurzschluß des Reihenwiderstandes 6 bleibt bestehen.
Gleichzeitig damit tritt am Gitter der bisher stromführenden Hauptentladungsstrecke
die Steuerspannung mit vergrößerter negativer Amplitude auf, während die andere
der an 5 angeschlossenen 1-lauptsteuerlektroden eine Beaufsc'hlagung in der vergrößerten
positiven Steuerspannungsamplitude erhält. Es findet also auch hier ein Stromführungswechsel
statt. Der Vorgang setzt sich fort, bis mit dem Steuerspannungsabfall von 9 unter
Zündwert das Hilfsentladungsgefäß 9 wieder gesperrt wird.
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Vorteilhaft sind die Gittervorwiderstände 3 wie auch der Reihenwiderstand
6 veränderlich au-sgebildet. Mittels entsprechender Wahl dieses Widerstandsverhältnisses
kann das Verhältnis der Hauptsteuerspannungsamplituden während der Sperr-und Öffnungszeiten
der Hauptentladu.ngsstrecken auf beliebige Werte gebracht werden.
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Die Fig. 2 gibt das vollständige Schaltbild eines Ausführungsbeispieles
nach Fig. i für den Fall wieder, daß ein dreiphasiger Wechselstrom umgeformt werden
soll. Vom Umrichter ist dabei angenommen, daß er nach dem Prinzip des Parallelwechselrichters
arbeitet. Die Wahl der Kennziffern ist entsprechend der Fig. i getroffen. Mit Ausnahme
der Gittervorspannungsquelle q, der Spannungsquelle 7" von der Frequenz des zu erzeugenden
Wechselstroms und der Kathode desi Hilfsstromrichters kehren alle Schaltelemente
in dreifacher Anzahl wieder. Jedes zu einem Wechselrichter zusammengefaßte Paar
von Hauptentla.dungsstrecken ist mit seinen Steuerelektroden an einen Transformator
5 angeschlosisen, der sekundärseitig mit einem kurzschließbaren Widerstand 6 in
Reihe, in bezug auf die entsprec'hend'en Transformatoren 5 der anderen Hauptentladungsstreckenpaare
und die Spannungsquelle 7" jedoch parallel geschaltet ist. Die den einzelnen Widerständen
6 zugeordneten Doppelweggleichrichter sind vorteilhaft in einem einzigen Entladungsgefäß
9 mit einer einzigen Kathode vereinigt. Dabei sind die Mittenanzapfungen der das
Gefäß 9 speisenden Transformatoren 8 unter sich und unmittelbar mit der Kathode
des Gefäßes 9 verbunden. Die gemeinsamen Gitterkathodenzweige der einzelnen Doppelweggleichrichter
sind sämtlich an diese Kurzschlußverbindung angeschlossen. Die Gitterkreis.transformatoren
i i des Hi.lfsentladungsgefäßes 9 sind von den einzelnen Phasenspannungen eines
dreiphasigen Wechselstroms. gespeist, der dem umzuformenden Wechselstrom frequenzgleich
ist. Es ist angenommen, daß die Erregung dieser Transformatoren über einen regelbaren
Phasendreher erfolgt.
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Die Wirkungsweise der Schaltung nach F.ig.2 ergibt sich ohne weiteres
aus der des grundsätzlichen Ausführungsbeispieles nasch Fig. i. Wie bei der früher
vorgeschlagenen Einrichtung kann durch Phasenänderung der Spannung, welche die Transformatoren
i i speist, die erstmalige Zündung der an i angeschlossenen Wechselrichter innerhalb
der sii-e speisenden Phasenspannungen zeitlich verschoben werden. Das bedeutet eine
stetige Regelung des Umrichteraussteuerungsgrades und damit der von ihm abgegebenen
Spannung.
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Die Steuereinrichtung nach der Erfindung ist mit Vorteil auch auf
andere Umrichterschaltungen als die bisher gezeigten anwendbar; so auch auf Umrichter,
die nach dem Prinzip des Speicherwechselrichters arbeiten. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel
ist in Fig. 3 wiedergegeben,. Dabei sind Schaltungsteile, die aus den bisherigen
Ausführungsbeispielen wiederkehren, mit gleichen Kennziffern versehen.
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Der dargestellte Speicherumrichter dieat der Umformung eines dreiphasigen
Wechselstroms in einen Einphasenwechselstrom höherer Frequenz. Entsprechend einem
bereits gemachten Vorschlag verhalten sich die den Speicher 12 auf- und entladenden
Entladungsstrecken'13; lq, wie 3 : i. Es ist bei dieser Ausführungsform des Speic'herumrichters
die Aussteuerung vorteilhaft, auf die speicherladenden Hauptentladungsstrecken 13
beschränkt. Dem entspricht es, wenn im Schaltbild 3 nur dieGitterkreistransformatoren
der Entladungsstrecken 13 aus der Spannungsquelle 7 über kurzschließbare Widerstände
6 gespeist sind. Der Gittertransformator der Entladungsstrecke lq. ist dagegen unmittelbar
mit der Spannungsquelle 7 verbunden. Die letztere ist wiederum von der Frequenz
des zu erzeugenden Wechselstroms, während die aussteuernde Spannung von der Frequenz
des umzuformenden Wechselstroms an den Transformatoren i i liegt.