DE945168C - Einrichtung zur Gittersteuerung von Stromrichtern - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Gittersteuerung von: Stromrichtern Es isst bekannt, zur Gittersteuerung- von Stromrichtern (Gleichrichter, Wechselrichter, Umrichter) eine Einrichtung zu verwenden, die aus zwei in Reihe geschalteten Gleichspannungsquellen besteht, deren Verbindungspunkt an die Kathode und deren äußere Endpole über eine Parallelschaltung aus Widerständen und einem ielektromotorisch angetriebenen Kollektor an das Gitter gelegt sind. Durch den Kollektor wild sprunghaft abwechselnd das Potential des Gitters gegenüber der Kathode zwischen einem Sperr- und deinem öffnungswert verändert. Es kann jedoch erwünscht sein, bewegte und der mechanischen Abnutzung unterworfene Teile, wie einen Kollektor, in einem solchen Zusammenhang zu vermeiden. Durch die Erfindung wird daher eine andere Lösung vorgeschlagen, die insbesondere auch neue Wege für die Übertragung der Steuerimpulse vom Erdpotential auf Hochspannungspotential und ferner, im. Zusammenhang damit, auch für die Regelung des Stromrichters eröffnet.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung für die Gittersteuerung von Stromrichtern unter Verwendung zweier in Reihe geschalteter Gleichspannungsquellen, deren Verbindungspunkt an die Kathode und deren äußere Endpole über eine Parallelschaltung- aus einem oder mehreren Widerständen und :einem periodisch öffnenden und schließenden. Schaltorgan an das Gitter gelegt sind. Erfindungsgemäß ist als Schaltorgan eine Triode, insbesondere mit Hochvakuum, verwendet.
• Im folgenden ist die Erfindung an Hand von Ausführun.gsheispielen erläutert. Fig. i zeigt beispielsweise eine Gleichrichteranordnung in 1)reiphasen-Graetzschaltung mit ihrer Steuereinrichtung. i ist das Drehstromnetz, 2 ein Transformator, der eine Graetzschältung von steuerbaren Ventilen in Gestalt von sechs gittergesteuerten Lichtbogenentladungsgefäßen 3; 4, 5, 6, 7, 8 speist. 9 ist das-- Gleichstromnetz.
• Ein Steuersatz io für eines der steuerbaren Ventile enthält hier zunächst zwei in Remhe liegende Gleichspannungsquellen 11, 12, in diesem Fall Gleichrichteranordnungen, dme aus den Drehstromnetz gespeist werden. Die Verbindungsstelle beider ist mit der Kathode des gittergesteuerten Entladungsgefäßes verbunden. Die beiden äußeren Pole der Reihenschaltung sind unter Zwischenschaltung eines Schaltorgans 13 in .Form -einer Triode, insbesondere mit Hoohvakunm, an einen Spannungsteiler 14, 15 gelegt, von dem die Steuerspannung für das Gitter des zu steuernden Ventils abgenommen wird. Bei Verwendung einer Triode mit Hochvakuum läßt sich durch Anlegereiner (negativen) Sperrspannung an deren Gitter zu jedem beliebigen Zeitpunkt eine Abschaltung vornehmen.
• Isst die Triode 13 gesperrt dann liegt das Minuspotential über dem Teilwiderstand 15 des Spannungstenlems und dem Gittervorwmderstand 16 am Gitter des Entladungsgefäßes 6; d. h. also, das Entladungsgefäß 6 ist gesperrt.
• Isst die Triode 13 geöffnet, so fließt zwischen den beiden Polen der Spannungsquellen 11, 12 ein Ausgleichstrom über die Triode 13 und die Spannungsteilerwiderstände 14, 15. Bei entsprechender Bemessung der Teilwiderstände 14, 15 wird der Anzapfungspunkt des .Spannungsteilers positiv gegenüber dem Verbindungspunkt der beiden Spannungsquellen, i i, 12 bzw. .der Kathode des Gefäßes 6. Mithin läßt sieh durch entsprechende Steuerung der Triode der in Fig. 2 dargestellte Verlauf der Steuerspannung zwischen Gitter und Kathode des zu steuernden Gefäßes 6 erreichen.
• Das Sperren und öffnen der Triode 13 soll entspredhend dem gewünschten zeitlichen Verlauf der Steuerspannung des Hauptventils 6 bewirkt werden. Zu diesem Zweck ist :eine Gleichspannungsquelle 16 und ein Spannungsteiler 17, 18 vorgesehen, von welchem die Gitterspannung der Triode abgegriffen wird. Vor dem Gitter kann ein Widerstand i9 angeordnet sein. Durch zeitweises Überbrücken der Spannungsquelle mittels einer lichtelektrischen Zelle 2o wird die Gitterspannung der Triode abwechselnd zwischen einem Sperr- und einem öffnungswert verändert.
• Der Steuersatz i o liegt auf dem Potential der Kathode des .steuernden Ventils 6. Ist dieses Potential gegenüber Erde Hochspannung; so mu:ß dafür gesorgt werden, daß eine entsprechende Isolation des gesamten Steuersatzes gegenüber Erde vorhanden ist. Bei dar Speisung der Gleichstromquellen i i, 12, 16, die bei dem Ausführungsbeispiel durch Trockengleichrichteranozdnungen mit Glättungseinrichtungen (hier Kondensatoren) verkörpert sein -können, kann dies mittels eines. IsohertransformatOrs 21 in befriedigender -Weise geschehen: Mit der strichpunktierten Linie 29 ist die Potentialtrennung angedeutet. Um auch die Steuerimpulse bei geringem. Aufwand einwandfrei über die Isolierstrecke zu übertragen, ist als Kupplungsglied zwischen dem Impulsgeber einerseits und dem Impulsempfänger (Steuersatz io) andererseits ein Lichtstrahl verwendet. Eine solche »Lichtbrücke« läßt sich überall da anwenden, wo es darauf ankommt, elektrische Steuer-, Kommando-, Auslöseimpulse od. dgl. über eine Isolierstrecke, die aus Luft oder einem sonstigen, für Lichtstrahlen durrchlässigen Isoliermittel (in beliebigem Aggregatzustand) besteht, zu übertragen. Als Impulsgeber i2 dient beispielsweise eine Lichtquelle- in Gestalt einer Glühlampe 23 und eine den Lichtstrahl im Takt der gewünschten Impulse freigebende und sperrende Blende 25, als Impulsempfänger eine lichtempfindliche Zelle 20. Die Blendre 25 besteht hier in einer umlaufenden Lochscheibe, die von dem Synchronmotor 26 angetrieben wird.
• Um die Aussteuerung des Stromrichters - und im Fall dieses Ausführungsbelspiels damit zugleich die Spannung des Gleichstromverbrauchernetzes -zu ändern, ist es ierforderlich, die Phasenlagen (Fig.-2) sämtlicher Zündinnpulse zugleich im gewünschten Sinne und im gleichen Ausmaß zu verschieben. Dies kann durch elektrische oder mechanische Mittel geschehen, beispielsweise .durch Einschaltung eines Drehtransformators 3o zwischen die Synchronmotoren 26 und das sie speisende Drehstromnetz i, gegebenenfalls unter Verwendung eines Zwischentransformators 3 i zur Erzielung der jeweils erforderlichen Phasenlage. Man kann gewünschtenfalls die Phasenlage der Impulse .auch mechanisch durch Anordnung eines Verstelldifferentials vor der umlaufenden Blende 25 bewirken.
• In, Fig.3 ist die gesamte Steueranordnung für den in Dreiphaslen-Graetzschaltung ausgeführten Stromrichter nach Fig. i dargestellt. Abweichend von, diesem Ausführungsbeispiel könnte man statt jeweils Leines Synchronmotors für jedes der sechs Gefäße auch einten einzigen Synchronmotor und ein Synehrornsbellungsübertragungssystem (Drehmelder) verwenden, das mit der Frequenz des die Impulse liefernden Wechselstromnetzes dann synchron läuft. Ferner könnte man bei einer- Stromrichteranordnung der hier behandelten Art statt sechs Motoren einen einzigen Motor und eine einzige umlaufende Blende verwenden, wenn man die Lichtstrecken entsprechend hintereinander auf der Umlaufbahn der Blenderöffnung anordnet. Man -benötigt dann unter Umständen nur eine einzige Lichtquelle zur Steuerung dien sechs entsprechend angeordneten lichtempfindlichen Zellen.
• Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß, wie Fig.4 veranschaulicht, eine Glimmröhre 4o als Impulsgeber verwendet ist. Sie stellt eine mit verhältnismäßig einfachen Mitteln und trägheitslos steuerbare Lichtquelle dar, -so daß bewegte Teile wie Synchronmotoren und Lochscheibe vermieden werden können. Einer jeden Glimmröhre 4o wird über den Drehtransformator 30 und den Zwischentransformator 3 i eine Wechsel- , (vgl. Fig. 5) zugeführt, deren eire Halbspannung welle durch Beinen Einweggleichrichter 41 abgeschnitten ist. Der jeweilige Zeitpunkt des Zündens und Erlöschens der Glimmröhre ergibt sich dann entsprechend dem Verlauf der an den Glimmröhren anliegenden Spannung gemäß Fig.5. Durch Einstellwiderstände läßt sich die Lage der Zünd- und Löschzeitpunkte, d. h. also die Brenndauer der Glimmröhren, in weiten Grenzen je nach Bedarf regeln. Zu diesem Zweck liegt im Stromkreis einer jeden Glimmlampe ein Ventil 41 und ein einstellbarer Widerstand 42, ferner liegt in den Stromkreisen aller Glimmlampen ein gemeinsamer Einstellwiderstand 43. Ist der Widerstand 43 sehr klein, so bestimmen die Widerstände 42 praktisch allein die Brenndauer, und zwar brennt jede Strecke für sich unabhängig von den anderen und hat eine Brenndauer von fast i 8o'. Werden dagegen die Widerstände 42 sehr klein im Vergleich zu dem Widerstand 43 gemacht, so ergibt sich eine Brenndauer entsprechend dem Sechsphasenbetrieb von etwa 6o°, Man kann also durch entsprechende Wahl des Verhältnisses der Widerstandswerte 42 und 43 jede dazwischenliegende Brenndauer einstellen.
• Es kann vorteilhaft sein, zwischen Lichtquellen un=d lichtempfindliche Zelle Mittel zur Bündelung des Lichtstrahles in Gestalt einer geeigneten Optik einzuschalten.
• Es empfiehlt sich, bei einer Glimmröhre als Lichtquelle eine derartige spektrale Zusammensetzung des Lichtes zu wählen, auf die die Photozelle besonders empfindlich anspricht. Weiterhin empfiehlt es sich, einte lichtempfindliche Zelle mit einer für die von der verwendeten Lichtquelle bevorzugt ausgesandte Lichtwellenlänge besonders empfindlichen Zusatzsubstanz zu verwenden. Im allgemeinen haben Photozellen, die besonders empfindlich für Tageslicht sind (wie sie etwa b=ei Belichtungsmessern verwendet werden), ihre höchste Empfindlichkeit .im Spektralgebiet der Natriumlinie. Da sich Glimmröhren mit Natriumzusatz sehr gut herstellen lassen, sind solche in Verbindung mit Tageslichtphotozelleneine Kombination von sehr hoher Empfindlichkeit. Eine große Leuchtstärke läßt sich durch den Zusatz von Quecksilber zur Glimmlampe erreichen. Um die Lichtbrücke dem Einfluß des Tageslichtes zu entziehen, kann man weiterhin eine Glimmlampe bzw. einen Strahler und eine licht- bzw. strahlungsempfindliche Zelle je von solcher Ausbildung zusammenarbeiten lassen, daß der bevorzugte Bereich ihrer Wirksamkeit in einem Wellengebiet liegt, das von den veränderlichen Einflüssen. des Tageslichtes nur wenig oder gar nicht abhängig ist, also z. B. im Bereich der langwelligen, roten oder infraroten Strahlung oder im Bereich der violetten oder ultravioletten, ebenfalls nicht mehr sichtbaren Strahlung.
• Fig.6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der ebenfalls Glimmröhren und Photozellen zusammenarbeiten. Die Steuerung der Glimmlampe zur Erzielung der gewünschten Brenndauer erfolgt hier durch einen magnetischen Umformer. Der Umformer besteht aus einem oder mehreren Kernen 5o aus normalem Eisenblech mit je einem Joch 5 1 aus hochlegierten Blechen, wobei das Joch jeweils eine Wicklung trägt, an die über ein Ventil 52 die Glimmröhre angeschlossen ist. Der Kern, wird vom Zwischentransform tor 31 her erregt, der über den Drehtransformator 30, wie bei dien vorigen Ausführungsbeispielen, aus dem Drehstromnetz gespeist wird. Ferner ist eine mittels eines Widerstandes 53 einstellbare Glei,chstromvorerregung des bzw. der Kerne 50 vorgesehen.
• Dadurch wird an der Glimmröhre bei anliegender Wechselspannung eine Kurvenform erreicht, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist. Die eine Halbwelle der Wech=selspannung ist jeweils abgeschnitten, und die Lage der ansteigenden und abfallenden Flanken bzw. die Breite der Impulse läßt sich durch die Gleiehstromvormagnetislerung willkürlich verstellen. Auf diese Weise lassen sich Impulse von etwa 6o° Breite herstellen. Sind breitere Impulse, wie sie z. B. für die Drehstrom-Graetzsichaltung b=enötigt werden, erwünscht, so kombiniert man zweckmäßig zwei oder auch mehrere dieser Sättigungswandler, die nunmehr von Phasenspannungen gespeist werden, welche um einen entsprechenden Winkel gegeneinander versetzt sind, so daß sich die gebildeten Impulse lückenlos aneinander anschließen.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Gittersteuerung von Stromrichtern (Gleichrichter, Wechselrichter, Unirichter) unter Verwendung zweier in Reihe geschalteter Gleichspannungsquellen, deren Verbindungspunkt an die Kathode und deren äußere Endpole über .eine Parallelschaltung aus einem oder mehreren Widerständen und einem periodisch öffnenden und Schließenden Schaltorgan an das Gitter gelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltorgan eine Triode, insbesondere mit Hochvakuum, verwendet ist.
2. 2. Einrichtung zur Übertragung von Impulsen, insbesondere Steuerimpulsen für die Gittersteuerung von Stromrichtern nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur über-.brü.ckung einer Hochspannungsisollerstrecke aus Luft oder einem sonstigen für elektromagnetische Strahlungen, insbesondere Lichtstrahlen, durchlässigen Isolierstoff zwischen dem Impulsgeher und dem Impulsempfänger eine elektromagnetische Strahlung in dem Bereich zwischen den Gebieten der ultravioletten bis infraroten Strahlung, insbesondere eint Strahl des .sichtbaren Lichtes, verwendet ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch i und 2, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (Glühlampe) und eine den Lichtstrahl im gewünschten Takt der Impulse freigebende und wieder sperrende Blende als Impulsgeber und eine licht-.empfindliche Zelle (Photozelle) als Empfänger.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende meiner unnAaufenden Lochscheibe besteht.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge# kennzeichnet, daß die Blende (Lochscheibe) von einem Elektromotor (Synchronmotor) oder einem motorartigen Synchronstellungsüberträgungasystem (Drehmelder) angetrieben ist, der bzw. das mit der Frequenz eines die Impulse liefernden Netzes synchron läuft.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische oder mechanische Mittel :zur Regelung der Phasenlage der Impulse vorgesehen sind.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6; dadurch gekennzeichnet, daß vor dem .aus dem die Impulse- liefernden Netz gespeisten Synchronmotor ein- DTelrtransformator eingeschaltet ist. B. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gehennzeichnet, daß vor dem -von dem die Impulse. liefernden Netz gespeisten Synchronmotor ,ein Synchrongenerator mit verdrehbarem Ständer (eingeschaltet ist. 9. Einrichtung nach Anspruch 6,- dadurch gekennzeichnet, daß vor der umlaufenden Blendre sein Verstelldiffereutial angeordnet ist. i o. Eia@rchtung -nach -Anspruch i und 2, gekennzei:chnlet durch Verwendung einer Glianmröhre als. Impulsgeber und - einer lichtempfindlichen Zelle als Empfänger. ii. Einrichtung nach Anspruch 3 oder io, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Bündelung des von der Lichtquelle auf die licht-,empfindliche Zelle geworfenen Lichtes vorgesehen sind. 12. Einrichtung nach Anspruch i o, - dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmröhre, einen Zu. satz von Natrium enthält. - 13. Einrichtung nach Anspruch i o, dadurch gekennzeichnet, daß die Glvmmröhreeinen Zusatz von Quecksilber .enthält. 14. Einrichtung nach Anspruch i o, dadurch gekenllzeichnet, daß eine lichtempfindliche Zelle ;mit Zusatz einer für die von der Lichtquelle bevorzugt ausgesandten Lichtwellenlänge besonders empfindlichen Substanz verwendet ist. 15.. Einrichtung nach Anspruch i o, dadurch ;gekennzeichnet, daß eine GEmmröbre mit ,Solchen Eigenschaften verwendet ist, daß sie bevorzügt -Licht von solcher @ Wellenlänge- -aussendet, für das die lichtempfindliche Zelle besonders empfindlich ist.. i 6.,EinrichtungnachAnspruch i, 2 und/oder i o, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glimmlampe und eine lichtempfindliche-Zelle bzw.,ein Strahler und ein Strahlungsempfänger je von solcher Ausbildung zusammenarbeiten, daß der bevorzugte Bereich ihrer Wirksamkeit m einem Wellengebiet liegt, daß von den, veränderlichen Einflüssen des Tageslichtes nur wenig oder gar nicht abhängig- ist. -17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der bevorzugte Bereich im Gebiet der infraroten Strahlung liegt. 18. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der bevorzugte Bereich im Gebiet der ultravioletten Strahlung liegt. i g. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Brenndauer der Glimmlampe. bzw. des Strahlers ,ein magnetischer Umformer vorgesehen ist, der ,aus einem oder mehreren Kernen aus normalem Eisenblech mit je feinem Joch aus hochlegierten Blechen besteht (Sättigungswandler), wobei das Joch jeweils eine Wicklung trägt, .an die über .ein Ventil die Glimmröhre (der Strahler) angeschlossen ist, während der Kern von einem aus dem die Impulse liefernden Netz gespeisten, über ,einer Drehtransformator angeschlossenen Zwischentransformator her ,erregt ist: 20. Einrichtung nach Anspruch i g, dadurch g e kenn7 eichnet, daß zur Erzielung von Impulsen von, mehr .als 6o° Breie (z. B. für die Drehstrom-Graetzschaltung) zwei oder mehrere von Phasenspannungen des Drehslronmetzes, gespeiste Sättigungswandler kombinüert sind. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 368 367, 4.59 10i, 592885, 6oi 5o9, 64i i76, 64i 72i, 644534, 652817, 663264, 686382, 719195, 734579, 741 i75#