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Einrichtung zur periodischen Stromlöschung in Stromrichtern unter
Verwendung eines Kondensators Es sind Stromrichteranlagen bekanntgeworden; bei denen
die zur Stromlöschung dienenden Entladungsstrecken mit Hilfe von Kondensatoren in
willkürlich wählbaren Zeitpunkten dadurch gelöscht werden, daB der Löschkondensator
über eine steuerbare Entladungsstrecke zu der zu löschenden Hauptentladungsstrecke
der Stromrichteranordnung parallel geschaltet wird. Stromrichteranordnungen dieser
Art lassen sich bei Gleichrichtern, Wechselrichtern oder auch Umrichtern anwenden.
Von wesentlicher Bedeutung ist bei diesen Stromrichteranordnungen die Art und Weise,
wie die zur Löschung dienenden Kondensatoren nach jedem Löschvorgang wieder auf
das für den nächsten Löschvorgang erforderliche Potential aufgeladen werden.
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Bei einer bekannten Stromrichteranordnung wird die Zuschaltung eines
einzigen Löschkondensators der Reihe nach an die zu löschenden Anoden mit Hilfe
elektrischer Ventile vorgenommen. Es arbeiten dabei zwei Stromrichter in einer gewissen
Gegentaktschaltung parallel auf ein Gleichstromnetz, wobei der Löschkondensator
abwechselnd durch den Löschvorgang des einen bzw. des anderen Stromrichters umgeladen
und so für die Löschung einer Anode des anderen Stromrichters aufgeladen wird. Dieses
Verfahren erfordert einen bedeutenden Aufwand an zusätzlichen Mitteln
(Glättungsdrosseln,
Saugdrosseln, Nullpunktsanoden) und dementsprechend Sonderschaltungen und besondere
Gefäße. Es zeigt sich außerdem, daß diese Schaltungen nicht allgemein anwendbar,
sondern auf gewisse Steuerbereiche beschränkt sind. Das bekannte Verfahren erfordert
stets zwei parallele mehrphasige Stromrichter, weswegen diese Schaltungen nur für
verhältnismäßig hohe Leistungen wirtschaftlich anwendbar sein dürften. Es ist auch
fraglich, ob das Verfahren unter allen Umständen betriebssicher arbeitet, da eine
Gefahrenquelle darin liegt, daß sich die Löschventile selbständig machen können
und dann mit voller Aussteuerung wie die Hauptstromrichter auf das Netz arbeiten.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Stromrichteranordnung mit Löschkondensatoren,
bei der die Nachteile der bekannten Schaltungen vermieden werden. Die Erfindung
geht wie die bekannten Schaltungen davon aus, daß zur periodischen Stromlöschung
in Stromrichtern ein Kondensator verwendet wird, der im gewählten Löschzeitpunkt
der zu löschenden Entladungsstrecke (Hauptentladungsstrecke) mittels einer steuerbaren
Entladungsstrecke (Löschentladungsstrecke) parallel geschaltet wird. Gemäß der Erfindung
wird der Kondensator nach seiner Entladung über die zu löschende Hauptentladungsstrecke
von der Ausgangsspannung des Stromrichters über weitere steuerbare Hilfsentladungsstrecken
aufgeladen. Nähere Einzelheiten der Erfindung und deren betriebstechnische Vorteile
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen,
bei der der Erfindungsgedanke angewendet wird.
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In Fig. i ist das Löschgefäß L parallel zum Gleichrichtergefäß Gl
an die Transformatorphasen angeschlossen, während die Kathoden K und K' über den
Löschkondensator GL miteinander verbunden sind. Zum Zwecke der Löschung wird der
Löschkondensator über das Aufladegefäß A durch die Gleichspannung U, so aufgeladen,
daß sein rechter Belag negativ ist. Im Augenblick der gewünschten Löschung einer
Anode (z. B. i) des Gleichrichters GI wird die dazu parallele Anode i' des Löschgefäßes
L gezündet, wobei sich der Löschkondensator in Richtung K - i - i'-
K' entlädt und dabei die Anode i des Gleichrichters Gl zum Erlöschen bringt.
Es vollzieht sich nunmehr dasselbe Spiel mit der nächsten Anode, wobei zuerst wieder
der Löschkondensator über das Ventil A aufgeladen wird.
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Verfolgen wir die Vorgänge an Hand des Kurven-Bildes der Fig. 6 näher.
Die Anoden werden gezündet unter einem Winkel a = -30°. Es brennt nun z. B. die
Anode i vom Zeitpunkt t1 bis t2, d. h. während i2o°, elektrisch. Bei 1, wird
die Anode i' des Löschgefäßes L gezündet, wonach dieseAnode den StromIi derAnodei
praktisch augenblicklich übernimmt, da im Kurzschlußkreis i'-K'-K-i keine Induktivität
vorhanden ist. Der Kondensatorstrom I; bleibt infolge der Induktivität der Transformatorphase
i noch eine weitere kurze Zeit (bis t3) bestehen. Nun ist der Löschkondensator CL
mit positivem Belag rechts aufgeladen auf eine Spannung, die der augenblicklichen
Differenz der Phasenspannung i gegenüber der Spannung der nächstfolgenden Phase
2 entspricht. Im Zeitpunkt t4-wird das Ventil A gezündet und der Kondensator auf
die =ihm über das Ventil zugeführte Spannung umgeladen. Wenn die Drosselspule D
entsprechend Fig. i vor dem Anschlußpunkt des Ventils A liegt, so ist dies die geglättete
Gleichspannung U" des Gleichrichters bzw. dessen Klemmenspannung auf der Gleichstromseite.
Liegt die Drossel D dagegen hinter dem Anschlußpunkt des Ventils A, so ist es der
jeweilige Augenblickswert E" der nicht geglätteten Gleichspannung. In letzterem
Falle wird der Kondensator Cl, auf eine Spannung aufgeladen, die der Gleichspannungsspitze
eamax - l/2 Es entspricht, wobei E$ die Stromrichter-' spannurig, d. h. den
Effektivwert der Phasenspannung des Stromrichtertransformators, bedeutet. Diese
Aufladung des Kondensators CL ist im Zeitpunkt t6 des Spannungsmaximums beendet.
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Die Aufladung des Kondensators zum Zwecke der Löschung erfolgt über-
den Gleichrichter GL und das Aufladeventil A. Der Ladestrom verursacht bei der Schaltung
nach Fig. x in der Drossel D einen Spannungsabfall. Fig. 6 läßt erkennen, daß dieser
Spannungsabfall eine glättende Wirkung auf die Gleichspannung ausüben kann, und
zwar dann, wenn der Zeitpunkt t4 nicht früher als t6 gewählt wird. Das ist der Punkt,
in dem die Gleichspannung E9 ihren Mittelwert E9",; überschreitet. In gleicher Weise
übt der der Löschung der Anode i nachfolgende Kondensatorstrom Ii eine glättende
Wirkung aus; denn in der Zeit, in der der Kondensatorstrom Il fließt, wird der Strom
zwischen der Hilfsanode i' auf die Hauptanode 2 kommutiert. Die Spannung geht nicht
so sprunghaft, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, auf die Anode 2 über. Die Umladung
des Löschkondensators muß spätestens im Zeitpunktt7, d. h. demAugenblick derZündung
derAnode3, beendet sein. Es muß allerdings beachtet werden, daß nach Erlöschen des
Aufladeventils A außerdem noch eine gewisse Zeit verstreichen muß, die zur Entionisierung
des Ventils A notwendig ist.
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Aus dem zuletzt Gesagten folgt, daß die Löschschaltung nach Fig. i
versagen muß, wenn die Zündung der folgenden Anode erfolgen soll, bevor die vorhergehende
ihr Spannungsmaximum e, ."" erreicht hat, da dann der Löschkondensator C,, noch
nicht voll aufgeladen und das Aufladeventil A noch nicht erloschen ist. Um den nächsten
Löschvorgang einzuleiten, müßte die Anode 2' des Löschgefäßes L geöffnet werden.
Es würde dann aber die Phase 2 des Transformators über das Gefäß L, das Ventil A
und die Drossel D kurzgeschlossen werden. Allgemein ausgedrückt muß der Zündwinkel
bei Betrieb ohne Stromteilung
und bei Stromteilung
sein, wo p die Phasenzahl und a die Zahl der in sich geschlossenen Anodenzyklen
bedeutet.
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Diese Schwierigkeit ist bei der Schaltung der Fig. z vermieden. Legen
wir der Betrachtung das Kurvenbild der Fig. 7 zugrunde. Im Zeitpunkt t1 (Zündwinkel
a = -gö°) werde die Anode i gezündet. Der Löschkondensator Cl; wird über den Kondensator
CA entsprechend dem Gleichspannungsverläuf aufgeladen. Nehmen wir fürs erste an,
beide Kondensatoren seien gleich groß (CL = CÄ), so wird auch die Spannung-
an beiden gleich groß und an CZ im Zeitpunkt t2 gleich
dem zugehörigen
Wert von E9 im Zeitpunkt t, sein, und zwar wird der rechte Belag des Löschkondensators
CL wieder negativ sein. Wird nun im Zeitpunkt 1,
die Anode i' des Löschgefäßes
I_ gezündet, so fließt wiederum ein Entladestrom über i' - K' - K - i und
bringt die Anode i des Stromrichters Str zum Erlöschen. Im selben Zeitpunkt
t2 wird die Anode 2 des Stromrichters Str gezündet. Der Ladestrom I; des
Kondensators CL wird fließen bis zum Zeitpunkt der größten Spannungsdifferenz
zwischen Anode i und 2 bzw. wegen der Induktivität der Transformatorphase i etwas
darüber hinaus. Im Falle der Fig. 7 ist dies der Zeitpunkt t3. Der Löschkondensator
wird dabei aufgeladen auf eine Spannung, die gleich dem Spannungssprung der Gleichspannung
beim Übergang des Stromes von Anode i auf Anode 2 ist. Im Zeitpunkt t4 werde das
Aufladeventil A geöffnet. Liegt der Umschalter (I nach links, so wird ein Ladestrom
auftreten und die Spannung des Löschkondensators auf den an der Glättungsdrossel
Dl vorhandenen Wert absinken. Sind die beiden vorgesehenen Drosseln Dl und D2. gleich
groß, so ist diese Spannung höchstens gleich der halben Welligkeit der Gleichspannung
F_ g. Das Aufladeventil A erlischt, und die weitere Entladung und Umladung
des Löschkondensators CL vollzieht sich lediglich über den Aufladekondensator
CA. Das Ventil A wird also im Zeitpunkt t3 stromlos. ImZeitpunkt t, ist der
Löschkondensator auf eine Löschspannung ecmax umgeladen, womit die nächste Anodenlöschung
und Zwangskommutierung vollzogen werden kann.
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Es ist im Falle der Steuerung nach Fig. 7 belanglos, ob der Umschalter
in Fig. 2 nach links oder nach rechts liegt, da der Gleichspannungsmittelwert U,
gleich Null ist. Bei Gleichrichterbetrieb, Polarität +/-, wird der Umschalter zweckmäßig
nach rechts gelegt, so daß der Löschkondensator CL zusätzlich auf eine negative
Spannung aufgeladen wird. Im Falle des Wechselrichters, Polarität (-)l(-+-). liegt
der Umschalter zweckmäßig nach links, um eine positive Aufladung von CL zu
vermeiden. Doch kann die Schaltung nach Fig. 2 sowohl im Gleichrichter als auch
im Wechselrichterbetrieb arbeiten, wenn der Umschalter stets nach links liegt.
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Es sei aber erwähnt, daß die Fig. 2 mit nach rechts gelegtem Umschalter
zugleich die Schaltung der Fig. i für Gleichrichterbetrieb in sich schließt, die
sich besonders für hohe Aussteuerungen (a klein) geeignet erweist.
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Die beiden Kondensatoren CL und CA sind bisher gleich groß
angenommen worden. Zweckmäßigerweise wird man, um CL möglichst hoch aufzuladen,
CL < CA wählen. Die Drosseln Dl und Dz brauchen ebenfalls nicht gleich
groß zu sein. Verzichtet man auf den Umschalter U und legt die Kathode von
A an den linken Gleichspannungspol, so kann D2 mit Dl vereinigt werden.
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Der Entladestrom des Löschkondensators CL über A
erbringt
wiederum eine glättende Wirkung auf die Gleichspannung U, In Fig. q. ist eine Schaltung
dargestellt, in der unter Vermeidung des Umschalters U der Fig. 2 das Ventil
A
in zwei Ventile Al und AZ unterteilt ist (A1 für Gleichrichter-, AZ für
Wechselrichterbetrieb). Fig. 3 zeigt in Anlehnung an Fig. i eine Schaltung für Wechselrichterbetrieb,
bei der der Löschkondensator durch die volle Gleichspannung aufgeladen wird. Die
Aufladung geschieht über die Ventile A 1 und A2, wobei der obere Belag von
CL negativ wird. Zur Anodenlöschung wird CL mit seinem unteren positiven
Belag über das Ventil I_' an die Kathode K gelegt.
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Betrachten wir in diesem Zusammenhang einen Wechselrichterbetrieb
nach Fig. 3 und 8 mit einem Zündwinkel a = -i5o°. Bei t1 werde Anode i gezündet.
Im Zeitpunkt t2 wird der aufgeladene Kondensator über L' und die Anode i'
des Löschgefäßes I_ an die Anodenstrecke i des Wechselrichters W gelegt, wodurch
die augenblickliche Löschung der Anode i bewirkt wird. Gleichzeitig wird wieder
die Anode 2 des Wechselrichters W gezündet. Der nachfolgende Kondensatorstrom Il
fließt, bis die Transformatorphase i ihren Spannungshöchstwert gegenüber der jetzt
arbeitenden Anode 2 erreicht hat, also bis zum Zeitpunkt t3. Nun erlischt sowohl
L als auch I_'. Die Umladung des Löschkondensators kann nunmehr über A1 und
AZ vollzogen werden, z. B. ab 1" und ist, da die Spannung Eg im Abnehmen
begriffen ist, rasch beendet, t,. Wir erkennen, daß der Löschstrom 1i sehr lange
anhält, und zwar um so länger, je größer der Verfrühungswinkel a ist. Im Falle des
Zündwinkels a = i8o° (vgl. Fig. 9) bleibt für die Umladung des Löschkondensators
nur noch eine sehr kurze Zeitspanne (1,- t., 3o° elektr.) übrig. Das ist unter Umständen
zu kurz, wenn man bedenkt, daß vor Einleitung des neuen Löschvorganges die Aufladeventile
A 1 und A 2 bereits entionisiert sein müssen.
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Man wird daher danach streben, die Zeit t8-t, möglichst abzukürzen.
Das kann dadurch geschehen, daß man bei Einleitung des Schlußvorganges außer der
Anode i' des Löschgefäßes L auch noch andere Anoden desselben öffnet, um die Aufladung
des Löschkondensators zu beschleunigen und die Brenndauer des Löschgefäßes
L zu verkürzen z. B. auf t3 - t2; um anschließend mehr Zeit zur Umladung
des Löschkondensators zur Verfügung zu haben. Dabei können z. B. die Anoden 2' und
3' des Löschgefäßes L kurze Zeit nach i' oder auch ohne Schaden gleichzeitig mit
t' geöffnet werden, letzteres da ihr Stromanstieg durch die Induktivität der Transformatorphasen
2 und 3 verlangsamt einsetzt. Es ist nicht schädlich, die Anode 2' gleichzeitig
mit i' und 3' zu öffnen, da sie wegen ihrer geringen Spannung im Zeitpunkt t2 keinen
Strom führen wird.
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Das letzte Verfahren würde gestatten, die Steuerung des Löschgefäßes
I. bedeutend zu vereinfachen, da seine sämtlichen Gitter mit demselben Steuerimpuls
gesteuert werden könnten bzw. ein Kathodengitter statt sechs Anodengittern zur Steuerung
ausreichen würde. Statt dessen könnten auch z. B. sechs Trockengleichrichter in
Reihe mit einem einzigen einanodigen Steuerventil verwendet werden.
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In Fig. 5 ist eine Vereinigung der Löschschaltungen nach Fig. 3 und
q. dargestellt. Diese Schaltung eignet sich in gleich guter Weise für den gesamten
Steuerbereich von a = o bis a = i8o°, also für den gesamten Bereich des frühgezündeten
Gleich- und Wechselrichters.
In den verschiedenen Steuerbereichen
wird die Umladung des Löschkondensators und die Löschung auf folgenden Wegen vorgenommen
| Steuerbereich Schalter S Umladung über Löschung über |
| a = o bis - '. ................. geschlossen A2 S |
| 2 |
| a = - bis @- fz @- . . . . . desgl. A, S |
| 2 |
| rx z + P ) bis - .z ....... offen AI-As I' |