DE967354C - Stromrichter mit Entladungsstrecke fuer Gas- oder Funkenentladung - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 7. NOVEMBER 1957

S 16948 VIII c 121g

(Ges. v. 15. 7.1951)

Es ist bekannt, bei Schaltern und ähnlichen Einrichtungen zum Unterbrechen von elektrischen Stromkreisen zwecks Verringerung oder vollständiger Unterdrückung des Schaltlichtbogens Eisen,-drosseln in Reihe mit der Unterbrechungsstelle zu schalten, deren, aus magnetisch hochwertigem Eisen bestehender Kern nur bei kleinen, Strömen in. der Nähe des Stromnulldurchganges ungesättigt, während des übrigen Stromveriaufs jedoch gesättigt ist. Derartige Drosseln werden im folgenden auch als Schaltdrosseln bezeichnet. Durch diese wird der Verlauf des Stromes in der Nähe des Nullduirchganges abgeflacht, so daß er während einer längeren Zeit sehr niedrige Werte hat und somit zeitliches Spiel für den Augenblick der Unterbrechung gewonnen wird. Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, derartige Drosseln auch für die Verbesserung der Arbeitsweise von Stromrichtern, mit Entladungsstrecke für Gas- oder Funkenentladung nutzbar zu machen.

Dazu werden nach der Erfindung diet an, sich, bekannten Sättigungsdrosseln zur Verlängerung der Entionisierungsze.it und zur Vermeidung von. Rückzündungen in den Anodenkreis des Entladungsstromrich'ters eingeschaltet. Hierbei können,, wie bei den bekannten Drosseln in Verbindung mit Schaltern und mechanischen Stromrichtern bereits vorgeschlagen ist, die Magnetkerne der Drosseln

*) Von der Patentsucherin ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing, Floris Koppelmann, Berlin-Siemensstadt

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durch besondere Erregung vormagnetisiert sein und zu den Entladungsstrecken parallel geschaltete Widerstände zwecks Verzögerung des Wiederanstiegs der Spannung· verwendet werden. In der Zeichnung ist in Fig. ι ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematise!! dargestellt. Sie zeigt z. B. eine Gleichrichteranordnung für Drehstrom, i, 2, 3 sind die Sekundärwicklungen eines dreiphasigen Transformators, an, welche die Entladungsgefäße 4, 5, 6 angeschlossen sind. Parallel zu den letzteren, liegen Widerstände 7, 8, 9 und in Reihe damit die Schaltdrosseln 11, 12, 13, deren Kerne aus ferromagnetischem. Material mit 14, 15, 16 bezeichnet sind und je eine weitere Wicklung 17, 18, 19 zur Vormagnetisierung mit Gleich- oder Wechselstrom besitzen. Die Gleichstrombelastung ist durch einen Varbraucherwiderstand 10 angedeutet. Die Erregerwicklungen 17, 18, 19 sind beispielsweise hintereinandergeschalteit und an eine gemeinsame Stromquelle angeschlossen, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist.

Die Fig. 2 und 3 dienen zur Erläuterung der Wirkungsweise.

Betrachtet man in Fig. 2 zunächst nur den Anfangsteil der ersten Halbperiode, so stellt die Kurve α den sinusförmigen normalen Wechselstromverlauf dar. Die Kurve b gibt den verzerrten Stromverlauf an, wenn der Stromkreis im Sinne der Erfindung beeinflußt wird. Wie diese Kurve b zeigt, sind die Stromwerte über eine längere Zeitspanne T^x wesentlich vermindert. Diese Zeitspanne T^x wird, wenn, die Abflachung der Stromkurve sehr stark ist, als stromschwache Pause bezeichnet.

Die Schaltdrossel wirkt um so günstiger, je weniger Streuung sie hat. Man führt sie deshalb mit großem Eisenquerschnitt und verhältnismäßig geringer Windungszahl aus. Hierzu werden mit Vorteil Eisensorten mit geringer Koerzitivkraft, vor allem aber mit großer Permeabilität, scharfem Sättigungsknick sowie hoher Sättigungsinduktion verwendet, z. B. eine Silicium-Eisen-Legierung mit 2 bis 4% Silicium oder eine Nickel-Eisen-Legierung mit 78 % Nickel, die zur Erzielung der genannten Eigenschaften einer besonderen Wärmebehandlung und mechanischen Bearbeitung unterworfen worden sind. Um auch Eisen mit größerer Koerzitivkraft verwenden zu können,, kann nach der weiteren Erfindung eine Vormagnetisierung durch Gleich- oder Wechselstrom oder auch durch permanente Magnete angewendet werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die plötzliche Änderung des Kraftflusses in den vormagnetisierenden Windungen eine Gegen-EMK induziert. Diese schädliche Wirkung kann, durch eine weitere Drossel 21 in dem Erregerkreis der Schaltdrossel odeir durch Induzierung zusätzlicher Spannungen, insbesondere fremder Phasen, kompensiert werden. Ferner kann im Vormagnetisierungskreis ein Widerstand 20 vorgesehen sein, der vorteilhaft einstellbar ist.

Fig. 3 dient zur Erläuterung, wie die in Fig. 2 dargestellte· Verzerrung der Stromkurve mit Hilfe der Schaltdrossel zustande kommt. Fig. 3 stellt die aus den, beiden Kurvenzweigen r und ί bestehende Hysteresisschleife der Schaltdrossel dar, wobei auf der horizontalen Achse die dem Strom i bzw. den Amperewindungen aw proportionale Feldstärke und auf der vertikalen Achse die magnetische Induktion B aufgetragen ist. Auf dem absteigenden Kurvenast, also bei abnehmender Feldstärke, ist infolge der Remanenz im Stromnulldurchgang die Induktion B₀ vorhanden und daher der Eisenkern noch angenähert magnetisch gesättigt. Erst nach dem Stromnulldurchgang gelangt die Induktion in das ungesättigte Gebiet, so daß infolge der in diesem Gebiet zunehmenden Induktivität die Abflachungen c, c' der Kurve b (Fig. 2) erst hinter dem Stromnulldurchgang auftreten. Der Kurventeil d am Ende der ersten. Halbperiode stellt den Stromverlauf dar, wenn der Schaltdrossel eine die Koerzitivkraft kompensierende Vormagnetisierung von der Größe/_v gegeben wird. Nach Fig. 3 verschiebt sich infolge dieser Vormagnetisierung die Hysteresisschleife nach rechts in, die strichpunktiert eingezeichnete Lage, falls die Vormagnetisierung in beiden Stromhalbwellen die gleiche Richtung hat. Infolgedessen geht nunmehr die Induktion auf dem absteigenden Kurvenast/ beiderseits das Stromnullwertes durch das ungesättigte Gebiet, und die Abflachung e der Stromkurve d liegt nunmehr nach Fig. 2 beiderseits des Stromnulldurchganges. Die Stromwerte sind jetzt im Zeitintervall t^x bis zum Nulldurchgang des Stromes klein. An der Stelle des Sättigungsknickes hat der Strom die Größe i^x. Will man diese Wirkung auch für den ansteigenden Strom erzielen, dann muß man. eine Vormagnetisierung von. wechselnder Polarität einführen, die in Fig. 2 als J_w angegeben ist. Es liegen dann alle Abflachungen e, e'... der Stromkurve d beiderseits des Stromnull du rchganges.

Man hat es in. der Hand, durch die Wahl der Vormagnetisierung die Abflachung der Stromkurve so weit nach links, d. h. vor den Stromnulldurchgang, zu verlegen, daß im Grenzfalle, wie die Kurve/ angibt, der StromnuHdurchgang ganz am rechten Sättigungsknick der Stromkurve liegt. Man hat in diesem Fall eine besonders große Zeitspanne!, nämlich die ganze stromschwache Pause T^x für die Stromwendung zur Verfügung.

Die Parallelwiderstände 7, 8, 9 werden vorteilhaft so bemessen, daß ihr Widerstandswert kleiner ist als der Widerstandswert der in Reihe liegenden Schaltdrosseln in ihrem ungesättigten Zustand. Tritt dann die Stromunterbrechung während der stromschwachen Pause ein, so steigt die Spannung an der Unterbrechungsstrecke nicht sofort bis auf den vollen Wert der Spannung des Stromkreises an, sondern nur auf einen verhältnismäßig kleinen Wert, da sich die Gesamtspannung auf den Parallelwiderstand und den damit in Reihe liegenden induktiven Widerstand aufteilt, und da infolge des hohen Wider stands wertes der Schaltdrossel der auf den Parallelwiderstand entfallende Spannungsanteil nur gering ist. Über den Par-

allelwiderstand kann nach der Unterbrechung ein kleiner Bruchteil des Stromes weiterfließen.

Bleibt nun dieser Widerstand, während die Hauptunterbrechungsstrecke geöffnet ist, mit unverändertem Wert in den Stromkreis eingeschaltet, so fließt über ihn ein Rückstrom, der insbesondere bei hoher Betriebsspannung unerwünscht hohe Werte annehmen kann. Zur Beseitigung dieses Nachteiles wird nach der weiteren Erfindung der

ίο Widerstandswert des parallelen Strompfades mit der Periode des Wechselstromes veränderlich gemacht. Zwecks Anpassung an die in den angeschlossenen Stromkreisen herrschenden Strom- und Spannungsverhältnisse wird nach der weiteren Erfindung sowohl der Betrag als auch der innerhalb einer Halbwelle sich abspielende zeitliche Verlauf der periodischen Widerstandsänderungen des parallelen Strompfades regelbar gemacht. Mit der Regelung des zeitlichen Verlaufs kann außer

so der Verbesserung der Kommutierung auch eine Regelung des Stromes und der Spannung im Gleichstromkreis erzielt werden. Die periodische Veränderung des Widerstandes erfolgt z. B. mit Hilfe von Regelschaltern, die im vorliegenden Fall Ausschalter 22, 23, 24 sind, über welche die Anschlüsse der Parallelwiderstände 7, 8, 9 an die Anodenleitungen der Entladungsgefäße 4, 5, 6 führen, und die derart betätigt werden, daß jeweils der parallele Stromzweig über den Widerstand kurz vor der Zündung der Entladungs strecke geschlossen und erst nach der Stromunterbrechung an der Entladungsstrecke wieder geöffnet wird. Durch Veränderung des Widerstandswertes der regelbaren Widerstände 7, 8, 9 kann der Betrag der Widerstandsänderung der parallelen Strompfade geregelt werden. An Steile des Schalters 22 bzw. 23 bzw. 24 kann in den Parallelpfad des veränderlichen Widerstandes ein gittergesteuerter Stromrichter eingeschaltet sein, welcher ganz von selbst für die rechtzeitige Schließung des parallelen Strompfades sorgt, nämlich in. dem Augenblick, in welchem die Spannung an der Hauptunterbrechungsstrecke den mit Hilfe der Gittervorspannung eingestellten Wert der Sperrspannung des HilfsStromrichters übersteigt. Damit in diesem Fall der Strom nicht während der ganzen Sperrzeit der Hauptentladungsstrecke über den Parallelpfad fließt, wird in diesen noch ein Kondensator von verhältnismäßig großer Kapazität in an sich bekannter Weise eingeschaltet, dem ein verhältnismäßig hoher Widerstand unmittelbar parallel geschaltet ist. Statt dessen kann zur Sperrung des Stromflusses durch den Hilfsstromrichter in bekannter Weise auch eine Einrichtung benutzt werden, mit der die Spannung am Gitter stoßweise in negativer Richtung erhöht wird.

Nach der weiteren Erfindung werden die vorhandenen Anodendrosseln, als Sättigungsdrosseln mit den obenerwähnten Eigenschaften ausgebildet. Dadurch wird die Anzahl der zur Stromrichteranlage gehörenden Hilfseinrichtungen verringert. Eine andere Möglichkeit dazu ist die, daß nach der weiteren, Erfindung die Sättigungsdrosseln, mit dein Speisetransformator zusammengebaut sind. Das geschieht insbesondere durch, die an. sich bekannte Vereinigung des Magnetkörpers der Drosseln mit dem des Transformators. Hierbei können die Endwindungen des Transformators die Drosselspule bilden.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE: Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1. Stromrichter mit Entladungsstrecke für Gas- oder Funkenentladung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verlängerung der Entionisierungszeit und zur Vermeidung von Rückzündungen in, den Anodenkreis an sich bekannte Drosseln mit magnetischem Rückschluß eingeschaltet sind, deren Kern nur bei kleinen Strömen in der Nähe des Stromnulldurchganges ungesättigt, während des übrigen Stromverlaufs jedoch gesättigt ist.

2. Stromrichter nach Anspruch, 1, gekennzeichnet durch eine Vormagnetisierung der Sättigungsdrosseln mittels Gleich- oder Wechselstrom oder durch permanente Magnete.

3. Stromrichter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine derartige Vormagnetisierung, daß die Abflachung der Stromkurve (stromschwache Pause·) beiderseits des Stromnull durch ganges, insbesondere annähernd zu gleichen Teilen davor bzw. dahinter, oder überwiegend vor dem Stromnulldurchgang liegt.

4. Stromrichter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Entladungsstrecken, parallel geschaltete, vorzugsweise bis zur völligen Unterbrechung veränderbare Widerstände, mit denen gegebenenfalls Strom und Spannung im Gleichstromkreis geregelt werden.

5. Stromrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorhandenen Anodendrosseln als Sättigungsdrosseln ausgebildet sind.

6. Stromrichter nach Anspruch, 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sättigungsdrosseiln mit dem Speisetransformator des Stromrichters, insbesondere durch Vereinigung der Magnetkörper, zusammengebaut sind.

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