-
Einrichtung zur Regelung von Stromrichtern mittels Gittersteuerung
Es sind ein Verfahren sowie Einrichtungen zur Regelung von Stromrichtern mit gesteuerten
Entladungsstrecken, insbesondere mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken
vorgeschlagen worden, bei dem bzw. denen die einzelnen Entladungsstrecken ungleichartig
in der Weise gesteuert werden, daß jeweils n im Arbeitszyklus aufeinanderfolgende
Phasen eine Steuergruppe bilden und daß jede derartige Steuergruppe gleichartig
gesteuert ist. Die Zahl n der Steuergruppen ist dabei eine ganze Zahl gleich oder
größer als a und hat keinen gemeinsamen Teiler mit der Grundphasenzahl des Stromrichters.
Zur Regelung wurde ferner vorgeschlagen, in aneinander anschließenden Regelbereichen
jeweils nur eine Phase in jeder Steuergruppe durch Gittersteuerung auszusteuern,
während die Entladungsstrecken der restlichen Phasen in beliebigerAufteilung je
nach dem gerade bestrichenen Teilbereich entweder voll leitend oder stromundurchlässig
gehalten werden. Ferner sollen jeder Entladungsstrecke n unabhängig voneinander
in ihrer Phasenlage verstellbare Zündimpulse zugeführt werden, welche durch geeignete
Schaltelemente voneinander derart getrennt sind, daß jeder Zündimpuls in vorbestimmter
Reihenfolge nur in jeder n-ten Periode der Anodenwechselspannung wirksam wird.
-
Die Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung und Verbesserung der
Steuerkreise für Regeleinrichtungen gemäß obigem und möge an Hand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die dargestellten Anordnungen
beziehen sich auf eine zweimal Sechsphasenschaltung oder besser zweimal Doppeldreiphasen-
Schaltung
mit Saugtransformator. Es sind demgemäß Steuergruppen zu j e zwei Entladungsstrecken
vorgesehen, von denen die jeweils ersten bzw. zweiten Entladungsstrecken gleichartig
gesteuert werden.
-
In dem Ausführungsbeispiel der Abb. i werden gemäß der Erfindung die
Gitter sämtlicher gleichartig gesteuerter Entladungsstrecken jeder Steuergruppe
zusammengefaßt von einem gemeinsamen Drehregler gespeist. Es ergeben sich demgemäß
zwei Regelbereiche, derart, daß in einem Bereich, z. B. für die Erzeugung von Spannungen
zwischen o und 5o °/m, nur der eine Drehregler, im anderen Bereich, nämlich zwischen
5o und iooo/o., nur der andere Drehregler zur Aussteuerung herangezogen wird. In
der Abb: i bedeutet i i einen aus Transformator 12 und Gefäß 13 bestehenden
Stromrichter in Gleichrichterschaltung, der das Gleichstromnetz 1q. versorgt und
aus dem 5operdiodi@gen Drehstromnetz 15 gespeist wird. Der Gleichrichtertransformator
i2 besitzt eine in Dreieck geschaltete Primärwicklung 21 und zwei über einen Stromteiler
miteinander verkettete Doppeldreiphasensekundärsysteme 22, 22' und 23, 23', deren
Teilwicklungen ebenfalls über Stromteiler miteinander verbunden sind. Die Verbindungsleitungen
zwischen Transformator und den Anoden sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Zur Lieferung der Steuerspannungen sind zwei Drehregler 16, 17 vorgesehen, welche
mit der 25periodi@gen Spannung der Leitung 45 über einen synchronen Frequenzumformer
18 gespeist werden, der an das Drehstromnetz 15 angeschlossen ist. Diese Speisung
der Drehregler ist vorgesehen, um nur während jeder n-ten, d. h. im Ausführungsbeispiel
jeder zweiten Periode die Zündimpulse wirksam werden zu lassen. Jeder Drehregler
speist einen für die betreffende Gruppe gemeinsamen Gittertransformator ig, 2o.
Die Sekundärwicklung dieser Gittertransformatoren besteht jeweils aus zwei um 6o°
gegeneinander verschobenen Dreiphasensternen i, 3, 5 und 2, q., 6, von denen jeweils
eine Phase, im Ausführungsbeispiel die Phasen 3 bzw. q. mit umgekehrter Polung an
die anderen Phasen angeschlossen sind, so daß sich ein Spannungsstern mit 30° Phasenverschiebung,
bezogen auf 25 Hz, d. h. einem Winkelunterschied, der zeitlich 6o° Phasenverschiebung
bei 5o Hz entspricht, ergibt. Jede Phase der Sekundärwicklungen des Transformators
ig, 2o ist mit je einer Primärwicklung weiterer Steuertransformatoren
30 verbunden, welche primärseitig entsprechend den Steuergruppen in n (im
Ausführungsbeispiel zwei) Sternschaltungen zusammengefaßt sind und deren Sekundärwicklungen
sämtlich über herausgeführte Mittelanzapfungen miteinander verbunden sind. Parallel
zur Primärwicklung jedes der Transformatoren 3o sind zweckmäßig Kondensatoren 3i
geschaltet. Die Transformatoren 3o dienen zur Erzeugung der eigentlichen Steuerspannungsimpulse,
d. h. zur Umwandlung der zugeführten Wechselspannungen in solche möglichst spitzer
Kurvenform und sind zu diesem Zweck als hochgesättigte Transformatoren ausgeführt.
Durch die Ausführung des Transformators 30 mit mittelangezapfter Sekundärwicklung
ist es möglich, die Transformatoren ig, 2o in der beschriebenen Weise auszuführen,
d. h. auf deren Sekundärseite die halbe Phasenwicklungszahl einzusparen. Die Enden
der Sekundärwicklung jedes Steuertransformators 30 sind jeweils mit den Gittern
gleichphasiger Anoden einer Doppeldreiphasengruppe, z. B. i, i' oder 2, 2', 3,-3'
usf. verbunden. Umgekehrt ist jedes einzelne Steuergitter an die Sekundärwicklung
zweier Steuertransformatoren 3o angeschlossen, die zu verschiedenen Gruppen gehören
(wobei diese Gruppen nicht mit den Steuergruppen gemäß dem Hauptpatent zu verwechseln.
sind), und bei gleicher Stellung der Drehregler 16, 17 von den Transformatoren ig,
2o mit 18o° Phasenverschiebung, bezogen auf 25 Hz, gespeist werden. Diese Entsprechungen
sind in der Abbildung dadurch gekennzeichnet, daß die mit den den Anoden i, i' bis
6, 6' zugeordneten Gittern verbundenen bzw. sie mittelbar speisenden Wicklungen
der Transformatoren ig, 2o und 30 jeweils mit den entsprechenden Bezugsziffern
i, i' bis 6, 6' versehen sind. Durch die Zuordnung der Ziffern i bis 6 bzw. i' bis
6' an den Phasenwicklungen der Transformatoren ig, 2o wird bei der dargestellten
Schaltung der Primär- und Sekundärwicklungen der Transformatoren 30 zum Ausdruck
gebracht, daß an gleichbezifferten Wicklungsenden der Sekundärwicklungen der Transformatoren
3o bei gleicher Stellung der Drehregler 16, 17 um i8o° gegeneinander verschobene
Spannungen *auftreten, bezogen auf 25 Hz. Um die von den Transformatoren 3o der
verschiedenen Steuergruppen herrührenden, je einem einzigen Gitter über Strombegrenzungswiderstände
zugeführten Spannungen an einer gegenseitigen Beeinflussung zu hindern, sind Trockengleichrichterelemente
32 vorgesehen. Die Verbindungsleitungen zwischen den den Gittern vorgeschalteten
Strombegrenzungswiderständen 33 und den Gittern sind, ebenso wie die Gitter selbst,
der Übersichtlichkeit halber in der Zeichnung nicht dargestellt. Der Verbindungspunkt
zwischen dem Widerstand 33 und den Gleichrichterelementen 32 jeder Steuerleitung
ist über einen weiteren strombegrenzenden Widerstand 34 und gegebenenfalls über
eine gemeinsame, eine negative Vorspannung liefernde Spannungsquelle 35 an die Kathode
des Gefäßes angeschlossen, was durch die Verbindung K jeweils angedeutet ist. Ebenso
ist auch der gemeinsame Sternpunkt der Sekundärwicklungen der Transformatoren 3o
an die Kathode bzw. die Vorspannungsquelle 35 angeschlossen.
-
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist die folgende: Die Drehregler
16 und 17 sind in der Ausgangsstellung gegenseitig so eingestellt, daß die Transformatoren
ig, 2ö mit Spannungen, die um i8ö° gegeneinander versetzt sind, gespeist werden.
In den Sparsekundärwicklungen der Transformatoren ig, 2o werden Wechselspannungen
erzeugt, die um 30° gegeneinander versetzt sind. Die Transformatoren 30 sind
nun mit derartig wechselnder
Polarität, bezogen äuf die mit den
Gittern gleicher Gruppen verbundenen Sekundärwicklungsenden, angeschlossen, daß
z. B. das Gitter i einen positiven, darauf das Gitter :2 einen negativen Stoß erhält,
dann das Gitter 3 einen positiven, das Gitter q. einen negativen Impuls usf., sämtlich
herrührend vom Drehregler 16. Die gleichen Impulse werden vom Drehregler 16 den
Gittern von i', 2', 3' usf. zugeführt, jedoch mit der jeweils umgekehrten Polarität.
Ferner erhält jedes Gitter der gestrichenen wie der ungestrichenen Gruppe von Entladungsstrecken
von dem Drehregler 17 her einen weiteren Impuls, dessen Polarität der des vom Drehregler
16 herrührenden Impulses am gleichen Gitter jeweils entgegengesetzt ist. Durch die
Trockengleichrichterelemente 32 werden negative Steuerspannungshalbwellen unterdrückt.
Erfindungsgemäß wird gleichzeitig nur höchstens ein Drehregler 16 bzw. 17 zwecks
Aussteuerung verstellt. Nehmen wir an, der Drehregler 16 diene zur Aussteuerung,
während der Drehregler 17 zunächst für volle Öffnung der Entladungsstrecken fest
eingestellt bleibt, so erhält in einer Periode nacheinander die Entladungsstrecke
i einen verzögerten, 2 einen unverzögerten, 3 einen verzögerten, ,I einen unverzögerten
Impuls, usf. Umgekehrt erhalten verzögerte Impulse die Entladungsstrecken 2', 4',
6', unverzögerte die Entladungsstrecken i', 3', 5'. In -der nächsten Periode, in
der ja die an den Transformatoren i9, 2o auftretenden Spannungen um 1801 gegen die
zuerst betrachtete Lage verschoben sind, liegen die Verhältnisse gerade umgekehrt.
Die Entladungsstrecken i, 3, 5 und 2', .4.', 6' werden unverzögert, die Entladungsstrecken
i', 3', 5' und 2, 4., 6 verzögert gesteuert, usw. Damit ist die Forderung nach gleichmäßiger
Strombelastung sämtlicher Anoden erfüllt. Wird umgekehrt der Drehregler 16 festgehalten
und der Drehregler 17 verstellt, so ändert sich an der abwechselnden Reihenfolge
ungesteuerter und gesteuerter Entladungsstrecken nichts. Durch Betätigung des einen
Drehreglers, z. B. 16, kann die Spannung von ioo bis 5o%, mit dem anderen Drehregler,
z. B. 17, anschließend von 5o '/o, bis Leerlauf geregelt werden.
-
Die Schaltung gemäß der Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel
beschränkt, sondern für beliebige Verhältnisse, insbesondere für beliebige "Zahl
-n der Entladungsstrecken je Steuergruppe, anwendbar. Gemäß der Erfindung werden
jeweils ja Gruppen von Entladungsstrecken, wobei jedoch jede Entladungsstrecke des
Stromrichters jeder derartigen Gruppe angehört, gebildet, welche getrennt nacheinander,
z. B. mittels n verschiedener Drehregler, gesteuert werden, wobei den Drehreglern
eine Wechselspannung von der Frequenz
zugeführt wird, wenn f die Frequenz der Anodenwechselspannungen ist.
-
Anstatt der im Ausführungsbeispiel dargestellten Schaltung der Primärwicklungen
des Transformators 30 kann der Wechsel zwischen den Impulsen, die von verschiedenen
Drehreglern herrühren, an einer Entladungsstrecke bzw. an den aufeinanderfolgenden
Entladungsstrecken auch durch entsprechende Umpolung der an die Sekundärseite der
Transformatoren 3o angeschlossenen Verbindungsleitungen oder durch entsprechende
Schaltung der Phasenspannungen der Transformatoren i9, 2o usf. erzielt werden.
-
Eine auf schaltungsmäßige Vereinfachungen beruhende Verbesserung der
Steuereinrichtung gemäß der Erfindung ist in Abb.2 beispielsweise dargestellt. Die
Weiterbildung des Erfindungsgedankens geht davon aus, daß bei einer Steuerung entsprechend
dem Ausführungsbeispiel der Abb. i im Allgemeinfall jeder der n Drehregler jeweils
nur in dem ihm zugeordneten Regelbereich betätigt wird. Zur besseren Ausnutzung
der Drehregler sieht die Erfindung deshalb vor, nur einen einzigen Drehregler anzuordnen
und diesen jeweils an die Gruppe von Steuertransformatoren 3o anzuschalten, welche
gerade ausgesteuert werden soll. Die Gittertransformatoren sind während dieser Zeit
entweder unmittelbar an das den Drehregler speisende Netz angeschlossen (volle Öffnung)
oder erhalten überhaupt keine Impulse (Stromundurchlässigkeit der zugeordneten Entladungsstrecken).
Eine Steuerung nach Abb. i kann beispielsweise entsprechend dem Ausführungsbeispiel
nach Abb. 2 abgeändert werden. Der Drehregler 16 falle fort. Angenommen, im ersten
Regelbereich (ioo bis 50 0/0) werde die an den Transformator :2o angeschlossene
Gruppe von Entladungsstrecken ausgesteuert, so wird die Primärspannung des Transformators
2o zunächst mittels des Drehreglers 17 geregelt, während der Transformator i9 an
die Speisespannung der Leitung 45 angeschlossen ist. Ist das Ende dieses Regelbereiches
erreicht, so führen die über den Drehregler 17 und Transformator 2o gegebenen Steuerimpulse
zu keiner Zündung mehr, weil sie zeitlich so spät liegen, daß die jeweils folgenden
Entladungsstrecken der noch nicht ausgesteuerten Gruppe den Strom bereits übernommen
haben. Der Transformator 2o kann also vom Drehregler abgeschaltet, d. h. die Zündimpulse
weggenommen werden, ohne daß sich dadurch an der Steuerung in diesem Regelpunkt
etwas ändert. Der Drehregler 17 wird nun sekundärseitig in geeigneter Phasenlage,
gegebenenfalls über passende Scheinwiderstände .I0, parallel zum Netz .45 auf die
zweite Gruppe geschaltet und darauf deren Verbindung mit dem Netz 4.5 gelöst. Numnehr
kann der gleiche Drehregler 17 zur Regelung im zweiten Bereich (50%: bis o) verwendet
werden. Den Gittern der voll gesperrten Gruppe wird während dieser Zeit lediglich
die Sperrspannung der in Abb. i dargestellten Vorspannungsquelle 35 aufgedrückt.
-
Wie schon an Hand der Abb. i gezeigt wurde, kann die Schaltung der
Gittertransformatoren i9, 20, 30 so getroffen werden, daß die Drehreglerausgangsstellungen
für die beiden Gruppen um i 8o° in der Phase gegeneinander versetzt sind. Bei einer
Steuerung gemäß der Ausführung Abb. 2 bedeutet das, daß der Drehregler 17 praktisch
über den ganzen Regelbereich monoton verdreht werden
kann und zum
Durchlaufen beider Regelbereiche eine volle Umdrehung benötigt. Wie leicht eingesehen
wird, gilt dies allgemein, da bei n Drehreglern eine Drehung jedes Einzeldrehreglers
um
genügt, um den zugehörigen Regelbereich zu überstreichen. Denn es ist zu berücksichtigen,
daß bei der Anordnung gemäß der Erfindung stets auch die den Drehreglern zugeführte
Frequenz gleich
ist, wenn f die Frequenz der Anodenwechselspannung bedeutet. Das heißt, ein Drehregler
kann nacheinander zur Regelung von n Gruppen dienen, während die übrigen Gruppen
in der gekennzeichneten Art entweder unmittelbar oder gar nicht mit Wechselspannung
der Frequenz
gespeist werden.
-
Aus den geschilderten Gründen läßt sich die erfindungsgemäße Umschaltung
eines einzigen Drehreglers leicht selbsttätig in Abhängigkeit von der Drehung des
Rotors durchführen. In Abb. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Umschalter
6o und der Ausschalter 61, die in der dem ersten Regelbereich entsprechenden Stellung
abgebildet sind, werden durch Wechselspannungsrelais 6a und 63 betätigt, welche
z. B. vom Netz 15 gespeist werden. In der dargestellten Stellung (erster Regelbereich
ioo bis 5o °/a) ist :das Relais 62 nicht erregt, das Relais 63 dagegen über den
Selbsthaltekontakt 65' und den Ruhekontakt 66 erregt. Trifft nun der mit der Drehreglerwelle
gekuppelte Schaltarm 64 bei Drehung in Pfeilrichtung (Verkleinerung der Gleichspannung)
am Ende des ersten Regelbereiches auf den Kontakt 67, so ändert sich zunächst nichts.
Berührt er dagegen kurz darauf den Kontakt 68, so wird die Spule des Relais 62 erregt
und der Umschalter 6o in der oben besprochenen Weise umgelegt. Gleichzeitig wird
der Kontakt 66 unterbrochen, so daß das Relais 63 abfällt und kurz nach der Umschaltung
des Drehreglers von 2o auf i9 den Schalter 61 öffnet, d. h. den Transformator 1g
und die Sekundärseite des Drehreglers 17 vom-Netz 45 abtrennt. Bei Weiterdrehung
des Drehreglers 17
wird nun der zweite Regelbereich (50%, bis o) durchlaufen.
Das Relais 62 bleibt dabei über den Ruhekontakt 65" erregt.
-
Wird der Drehregler, von Leerlauf beginnend, in umgekehrter Richtung
verstellt, d. h. im Ausführungsbeispiel entgegen dem Uhrzeigersinn, so wird erst
der Kontakt 68 durch den Arm 64 ohne besondere Wirkung berührt. Trifft darauf aber
der Arm 64 den Kontakt 67, so wird das Relais 63 erregt, der Schalter 61 geschlossen
und der Kontakt 65" geöffnet, so daß das Relais 62 abfällt und der Drehregler vom
Transformator i9 getrennt und an den Transformator 2o angeschlossen wird. Gleichzeitig
schließen sich die Kontakte 66 und 65' wieder, so daß bei weiterer Drehung des Drehreglers
das Relais 63 angezogen bleibt.
-
Die an Hand des Ausführungsbeispiels gezeigte selbsttätige Anordnung
kann sinngemäß auch für Mehrfachumschaltungen angewendet werden, wenn die Zahl n
der Entladungsstrecken je Steuergruppe größer als 2 ist und ein Drehregler sämtliche
Regelbereiche bestreichen soll.
-
Ferner kann die selbsttätige und zwangläufige Reihenfolge der notwendigen
Umschaltungen im Rahmen des Erfindungsgedankens auch mit anderen an sich bekannten
Mitteln, z. B. mit Hilfe von Steuerwalzen u. dgl., in Abhängigkeit von der Stellung
des Drehreglers durchgeführt werden.
-
Weiterhin ist es möglich, mehrere Gruppen bzw. mehrere Regelteilbereiche
beliebig zusammenzufassen und mittels mehrerer Gruppendrehregler zu regeln, wobei
die Zahl der Drehregler größer als i, aber kleiner als n ist.