-
Schalteinrichtung zur Erzeugung von Steuerimpulsen für beliebige Steuer-
und Regelzwecke, insbesondere für die Steuerung von Stromrichtern Die an einem Stromrichter
zur Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom abgenommeneGleichspannung kann man
bekanntlich durch Gittersteuerung des Stromrichters in ihrer Größe beeinflussen.
Diese besteht darin, daß die an jedes zwischen Anode und der Kathode angeordnete
Steuergitter angelegte negative Sperrspannung, die die Lichtbogenbildung und damit
den Stromfluß verhindert, durch Zündimpulse, d. h. steil ansteigende positive Spannungsstöße
unterbrochen wird. Diese Zündimpulse und damit der Zeitpunkt der Lichtbogenbildung
können in bezug auf die Phasenlage der Anodenspannung beliebig verschoben werden,
womit die Möglichkeit gegeben ist, den Mittelwert der Gleichspannung und des Gleichstromes
stetig herabzuregeln.
-
Für die Einstellung und Verschiebung der Zündimpulse und damit des
Zeitpunktes der Lichtbogenzündung sind verschiedene Mittel bekannt: Zum Beispiel
erfolgt die Abgabe und zeitliche Verschiebung der Zündimpulse mittels einer motorisch
angetriebenen kollektorartigenKontaktvorrichtung, bei der durch Verschiebung der
den Stromschluß herstellenden Bürsten die Spannungsimpulse im
Vergleich
zu der Phasenlage der Anodenspannung eingestellt bzw. verschoben werden können.
-
Einer derartigen Kontaktvorrichtung zur Steuerung des Zündeinsatzes
von Stromrichtern werden aber im allgemeinen andere Mittel vorgezogen, bei denen
rotierende Teile vermieden werden.
-
Bei einem anderen Verfahren zur Regelung des Zündeinsatzes wird an
die Steuergitter eine aus dem den Stromrichter speisenden Netz entnommene Spannung
gelegt und diese Spannung mittels eines Drehtransformators in ihrer Phasenlage gegenüber
der Anodenspannung des Stromrichters verschoben (Verfahren nach T o u l o n) . Statt
dessen kann auch dieser konstanten Gitterwechselspannung eine Gleichspannung überlagert
und der Zündpunkt durch Ändern der Gleichspannung verschoben werden.
-
Praktisch häufig angewendetwird die sogenannte magnetische Stoßsteuerung,
bei der die Spannungsstöße (Zündimpulse) durch Hilfsdrosseln, sogenannte Steuerdrosseln
oder entsprechende Transformatoren, erzeugt werden. Diese Steuerdrosseln werden
von zwei Wicklungen erregt, von denen die eine von Wechselstrom aus dem den Stromrichter
speisenden Netz und die -zweite von einem Gleichstrom durchflossen wird. Durch Regelung
der Gleichstromvormagnetisierung der Steuerdrossel kann die Lage des Zündpunktes
in bezog auf die positive Halbwelle der Anodenspannung beliebig eingestellt werden.
Diese Steuerung ergibt zwar steil einsetzende Zündimpulse, die dadurch gegebene
Üffnungszeit der Anode kann jedoch in ihrer Dauer nicht sicher beherrscht werden.
-
Um ohne Verwendung von rotierenden Kontakteinrichtungen steile Zündimpulse
von bestimmter Dauer zu erreichen, können nach einem gleichfalls bekannten Verfahren
die Zündimpulse mittels eines Hilfsstromrichters erzeugt und über Stromwandler,
die in den Anodenleitungen des Hilfsstromrichters liegen, den Gittern des Hauptstromrichters
zugeführt werden. Die Gitter des Hilfsstromrichters ihrerseits werden dabei mit
einem der zuvor beschriebenen Mittel hinsichtlich ihres Zündeinsatzes gesteuert.
Dieses Steuerverfahren hat aber den :-NNachteil, daß mit wachsender Zündverzögerung
der Strom der Hilfsstromrichter entsprechend dem Obengesagten zurückgeht, wodurch
sich die Zündimpulse für den Hauptstromrichter in ihrer Größe und Form ändern. Bei
großem Regelbereich wird im unteren Teil des Bereiches die Impulshöhe nur dann genügend
groß, wenn man den Hilfsstrom und damit die Steuerapparatur entsprechend reichlicher
bemißt, als es bei einem konstanten Hilfsstrom für die Erzeugung der Steuerimpulse
erforderlich wäre. Dieser größeren Bemessung des Hilfsstromrichters sind aber, abgesehen
von den Kosten, enge Grenzen gesetzt, da bei zu reichlicher Bemessung des Hilfsstromes
und großer Aussteuerung die Steuergitter des Hauptstromrichters unzulässig hoch
beansprucht werden. Auf alle Fälle wird also durch die Abnahme der Impulshöhe bei
abnehmender Aussteuerung der Regelbereich stark eingeschränkt. Die vorliegende Erfindung
beschäftigt sich mit der Aufgabe, diese Schwierigkeiten bei einem Stromrichter,
dessen Zündeinsatz unter Zuhilfenahme eines Hilfsstromrichters geregelt wird, zu
beseitigen. Erfindungsgemäß werden die geschilderten Nachteile dadurch vermieden,
daß in Reihe mit dem für die Regelung des Zündeinsatzes des Hauptstromrichters dienenden
Hilfsstromrichter ein weiterer Hilfsstromrichter geschaltet wird und die an sich
bekannten Steuereinrichtungen zur Regelung des Zündeinsatzes beider Hilfsstromrichter
gegenläufig betätigt werden. Diese Maßnahme bringt den großen Vorteil, daß die Abnahme
der Impulshöhe bei fortschreitender Zündverzögerung des ersten Hilfsstromrichters
durch den gegenläufig gesteuerten, mit ihm in Reihe liegenden zweiten Hilfsstromrichter
so kompensiert wird, daß der gemeinsame Gesamtstrom über den ganzen Regelbereich
annähernd oder völlig konstant bleibt oder sich durch entsprechende Steuerung der
beiden Hilfsstromrichter in einer vorgeschriebenen Weise ändert.
-
Die praktische Ausführung, in der das gegenläufige Steuern der beiden
in Reihe geschalteten Hilfsstromrichter vorgenommen wird, hängt nun ganz davon ab,
auf welche Weise der Zündeinsatz der beiden Hilfsstromrichter geregelt wird. Wird
letzterer beispielsweise mit Hilfe der oben beschriebenen magnetischen Stoßsteuerung
geregelt, bei der die Lage des Zündpunktes durch Änderung der Gleichstromvormagnetisierung
mittels eines Regelwiderstandes geändert wird, so kann in weiterer Ausbildung der
Erfindung für die gemeinsame gegenläufige Steuerung der beiden Hilfsstromrichter
ein Spannungsteilerwiderstand verwendet werden, derart, daß bei einer Schwächung
der Vormagnetisi:erung der Steuerung des ersten H'ilfsstromrichters gleichzeitig
eine Verstärkung der Gleichstromvormagnetisierung für die Steuerung des zweiten
Hilfsstromrichters erzielt wird, so daß für jede beliebige Zündverzögerung ein gleich
hoher Zündimpuls entsteht.
-
Werden dagegen die Gitter der Hilfsstromrichter nach dem Toulon-Verfahren
gesteuert, so können in weiterer Ausbildung der Erfindung die für die Steuerung
erforderlichen beiden Drehtransformatoren so miteinander gekoppelt werden, daß sie
beim Aussteuern gegenläufig verstellt werden, derart, daß bei einer Phasenverschiebung
der Gitterspannung des ersten Hilfsstromrichters im Sinne einer Nacheilung die Gitterspannung
des zweiten Hilfsstromrichters im Sinne einer Voreilung zur Phasenlage der Anodenspannung
verschobenwird.Die für beideHilfsstromrichter durch Kopplung der Regelglieder gemeinsame
Steuereinrichtung kann entweder von Hand oder auch automatisch betätigt werden.
-
In der Abb. i ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung
schematisch dargestellt, während die Abb. 2 und 3 die elektrischen Verhältnisse
der Schalteinrichtung an Hand von Strom- und Spannungskurven veranschaulichen.
In
der Abb. i bedeutet i den zu regelnden Hauptstromrichter, der über den Transformator
2 an ein Drehstromnetz 3 angeschlossen ist. Die Primärwicklungen des Transformators
2 sind dabei in Dreieck geschaltet, während für die Sekundärwicklung die 6-Phasen-Schaltung
verwendet ist. Die Gitter 15 erhalten ihre Sperrspannung von der Batterie 18. Die
Steuerimpulse für den Hauptstromrichter i, dessen Gleichspannung an den Klemmen
+ und - abgenommen wird, werden dessen Steuergittern 15 über Vorwiderstände q. und
Ableitwiderstände 5 von den Stromwandlern 6 zugeführt, die in den Anodenleitungen
des Hilfsstromrichters 7 liegen. Mit dem Hilfsstromrichter 7 ist gemäß der Erfindung
ein weiterer Hilfsstromrichter 8 in Reihe geschaltet. Die beiden in Reihe liegenden
Hilfsstromrichter 7 und 8 werden von einem mit dem Hauptnetz 3 synchronen Hilfsnetz
i i über Transformatoren 9 und io gespeist, wobei letztere primär- und sekundärseitig
in gleicher Weise wie der Haupttransformator 2 geschaltet sind. 13 zeigt in an sich
bekannter Weise einen Belastungswiderstand für die Hilfsstromrichter sowie 1q. eine
Glättungsdrossel. Die Gitter 16 und 17 der beiden Hilfsstromrichter 7 und
8 werden von der gestrichelt umrandeten gemeinsamen Gittersteuerapparatur 12 gesteuert,
und zwar gemäß der Erfindung in gegenläufigem Sinne, so daß der Zündeinsatz des
Hilfsstromrichters 7 beliebig verzögert werden kann, der gemeinsame Gesamtstrom
beider Hilfsstromrichter aber konstant bleibt bzw. sich in einer beliebig gewollten
Weise ändert.
-
Beim Ausführungsbeispiel der Abb. i werden die Gitter 17 und
16 der Hilfsstromrichter 7 und 8 durch eine Wechselspannung und eine überlagerte
Gleichspannung gesteuert, wobei letztere geändert wird. Die Wechselspannung wird
durch die beiden Hilfswandler a und b erzeugt, die Gleichspannung durch die
Batterien c und d. Die letztere wird verändert mit Hilfe der gegenläufig bewegten
Schnellreglersektoren e und f, die an einem Spannungsteiler entlang gehen. Die Mitte
der Batterien c und d ist jeweils mit der zugeordneten Kathode derHilfsstromrichter
7 und 8 verbunden. In den Gitterzuleitungen liegen Gitterwiderstände g und g'sowie
Aufladewiderstände h und h'. Die Batterien i9 und 2o dienen zur Erzeugung
der negativen Sperrspannung für die Gitter 17 und 16.
-
Entgegen dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann die gegenläufige
Steuerung der Hilfsstromrichter 7 und 8 z. B. auch mittels vormagnetisierter Drosseln
erfolgen, die vom gleichen Steuerstrom, jedoch in entgegengesetztem Sinne durchflossen
werden.
-
In Abb.2 zeigt a eine Anodenspannung des Hilfsstromrichters 7 (punktiert),
während ausgezogen die gezündete Spannung desselben Hilfsstromrichters dargestellt
ist. In gleicher Weise gibt b die entsprechenden Spannungen für den zweiten Hilfsstromrichter
8 wieder; c zeigt die Summenspannung beider Hilfsstromrichter und d den Strom einer
Anode des Hilfsstromrichters 7 in der richtigen relativen Tage zu der punktiert
gezeichneten Anodenspannung a. Die Abb. 3 zeigt von a bis d dieselben Verhältnisse,
jedoch für eine größere Zündverzögerung des Hilfsstromrichters 7, wobei also der
zur Kompensation dienende Hilfsstromrichter 8 früher zündet als in Abb. 2.
-
Bei einem Vergleich der Abb. 2 und 3 erkennt man, daß die Gesamtspannung
c in beiden Abbildungen den gleichen Mittelwert aufweist und damit der Gesamtstrom
d und folglich auch der Steuerimpuls hinsichtlich Form und Größe bei jeder beliebigen
Zündverzögerung des Hilfsstromrichters 7 unverändert bleibt. In Abb. 3 ist der Steuerimpuls
beispielsweise um etwa i5o° el. gegenüber der Abb.2 im nacheilenden Sinne verschoben.
-
Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung bringt den großen Vorteil,
daß durch die Reihenschaltung der beiden Hilfsstromrichter bei gegenläufiger Aussteuerung
derselben für jede Zündverzögerung des ersten Hilfsstromrichters gleich große und
gleichförmige Zündimpulse gewonnen werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen
Einrichtung besteht darin, daß die beiden Hilfsstromrichter als Gleichrichter oder
auch als Wechselrichter ausgesteuert werden können, wodurch sich ein Gesamtregelbereich
von annähernd i8o° ergibt. Demgegenüber läßt sich bei der bekannten Schaltung, bei
der nur ein Hilfsstromrichter verwendet wird, nur ein Regelbereich von weniger als
9o° erzielen. Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung ist im übrigen nicht auf die
Steuerung des Zündeinsattes von Stromrichtern beschränkt; sie kann in gleicher Weise
auch für alle anderen Regelzwecke gefordert werden.
-
Wenn in dem behandelten Beispiel angenommen wurde, daß die Steuerimpulse
für den Hauptstromrichter an Stromwandlern in den Anodenleitungen des Hilfsstromrichters
abgenommen werden, so ist damit nicht gesagt, daß die Erfindung nur in diesem Sonderfall
anwendbar ist. Sie läßt sich z. B. ebensogut verwirklichen, wenn die Steuerimpulse
in bekannter Weise an Widerständen oder Reaktanzen in den Zuleitungen des betreffenden
Hilfsstromrichters oder auf ähnliche Weise abgenommen werden. Schließlich braucht
der Hilfsstromrichter nicht ein mehranodiges Gefäß zu sein, sondern kann statt dessen
auch in einer entsprechenden Anzahl von einanodigen Entladungsgefäßen bestehen.