DE967598C - Anordnung zur Steuerung von Schaltungs- und Stromwendungsvorgaengen bei Gleich- und Wechselstrom mit Hilfe gittergesteuerter Stromrichter - Google Patents
Anordnung zur Steuerung von Schaltungs- und Stromwendungsvorgaengen bei Gleich- und Wechselstrom mit Hilfe gittergesteuerter StromrichterInfo
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Description
Bei Entladungsgefäßen (Stromrichtern) besteht bekanntlich die Möglichkeit, durch das Mittel der
Gittersteuerung den Beginn der Stromübernahme durch die Anoden willkürlich zu bestimmen, solange
sie höheres Potential gegenüber den anderen Anoden haben, und man kann diese Eigenschaft für die verschiedensten
Regelvorgänge benutzen. Dagegen ist es mit der Gittersteuerung nicht möglich, den Strom der
einmal angeschlagenen Anode auch wieder zu unterbrechen. Erst wenn die treibende Spannung einer
anderen, nicht gesperrten Anode ein höheres Potential gegenüber der Kathode gibt, geht der Strom auf diese
Anode über und erlischt auf der zuvor stromführenden Anode. Das Erlöschen des Lichtbogens auf einer Anode
ist daher von der Betriebsfrequenz abhängig. Darin liegt ein Nachteil des gittergesteuerten Stromrichters,
was z. B. bei der Herabregelung der Spannung eine unerwünschte Blindleistung im Wechselstromnetz zur
Folge hat. Infolge dieser Eigenschaft der Abhängigkeit von der Betriebsfrequenz ist auch eine Verwendung
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des gittergesteuerten Stromrichters in solchen Fällen nicht möglich, wo eine vorzeitige Löschung des Lichtbogens
notwendig ist.
Es sind Anordnungen bekannt, bei denen dieser Nachteil dadurch beseitigt wird, daß den im Takt der
Betriebsfrequenz brennenden Anoden ein Strom höherer Frequenz überlagert wird, durch den die
stromführenden Anoden auch bei freigegebenen Gittern im Takt der Hochfrequenz gezündet und gelöscht
ίο werden. Bei den bekannten Anordnungen dieser Art
ist jedoch der Stromkreis für den Überlagerungsstrom über Teile des Verbrauchers geschlossen, so daß ein
Teil des Verbrauchers vom Überlagerungsstrom durchflossen wird.
Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch behoben, daß der Überlagerungsstrom jeder Stromrichterphase
über zwei für den Betriebsstrom gleichphasige, einer gemeinsamen Kathode zugeordnete
Anoden zugeführt wird. Zweckmäßig sind hierbei die beiden für den Betriebsstrom gleichphasigen Anoden
durch die Zweitwicklung eines Umspanners (Überlagerungsumspanners) verbunden, dem der Betriebsstrom über eine Mittelanzapfung zugeführt und dessen
Erstwicklung mit der Überlagerungsfrequenz gespeist wird. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann
für die Umkehr des Betriebsstromes ein zweiter Stromrichter in Kreuzschaltung vorgesehen werden. Die den
beiden Stromrichtern zugeordneten Überlagerungsumspanner können dann zu einem gemeinsamen
Umspanner vereinigt sein.
Bei der Anordnung gemäß der Erfindung wird die normale Stromführungsdauer einer Anode in eine ganze
Anzahl stromführender und stromloser Zeiten unterteilt. Durch die Frequenz des Hochfrequenzstromes
kann die stromlose Zeit so gewählt werden, daß sie zur Entionisierung der Gasstrecke ausreicht und die
Gittersteuerung wirksam wird, bevor die der normalen Frequenz entsprechende Brenndauer beendet ist.
Dadurch ist eine vorzeitige Löschung des Lichtbogens erreicht, und die Sperrwirkung des Stromrichters setzt
zu beliebigen Zeiten ein. Die eingangs erwähnten Nachteile werden dadurch vermieden; daneben aber
läßt sich das Anwendungsgebiet des gittergesteuerten Stromrichters ungemein erweitern. Man kann damit
z. B. Gleichstrom ab- und zuschalten. Ferner kann man ihn mit besonderem Vorteil zur Steuerung von
Stromwendungsvorgängen bei Gleich- und Wechselstrom verwenden, die sich mit den bisherigen Eigenschaften
des gittergesteuerten Stromrichters nicht erzielen ließen. Da es sich bei Stromwendungsvorgängen
stets darum handelt, ohne Unterbrechung des Stromes und ohne Funkenbildung von einer Anzapfung auf die
andere überzuschalten, wird man dem auf die vorgenannte Weise gesteuerten Umrichter diese Aufgabe
des Uberschaltens zuweisen, während das Weiterschalten durch stromlos arbeitende Kontakte oder
Schalter erfolgt. Man erreicht auf diese Weise eine Aufteilung der Stromwendung in Trennschaltung und
Leistungsschaltung, wobei der Stromrichter dieAufgabe des Leistungsschalters übernimmt und nur für die
Leistung einer Stufe zwischen zwei Trennschaltern zu bemessen ist. Der zum Stromrichter gehörende Umspanner
wirkt dabei im Hauptstromkreis bald wie eine unendlich große Drosselspule, bald wie ein kurzgeschlossener Umspanner. Ist der große Wert wirksam, 6g
so ist der zugehörige Trennschalter so gut wie stromlos und kann in diesem Zustand weitergeschaltet werden.
Bei kurzgeschlossenem Umspanner führt dagegen der zugehörige Trennschalter den vollen Strom. Der
Umspanner ermöglicht ferner, den Stromrichter für die günstigsten Werte zu bemessen, unabhängig von
den Verhältnissen im Hauptstromkreis. Man erreicht auf diese Weise bis zu den größten Leistungen alle
Möglichkeiten der Umformung, Umrichtung, Drehzahl- und Frequenzregelung sowohl für Gleichstrom als auch
für Wechselstrom, ohne daß die Nachteile der bisherigen Stromwendungsmittel (Stromwender, gesättigte
Drosselspulen usw.) auftreten. Man kann natürlich die von dem Stromrichter gesteuerte Schaltdrosselspule
ganz entbehren, wenn man zwei. Gefäße in Kreuzschaltung unmittelbar in die Strombahn einschaltet.
An Hand der Fig. 1 bis 15 sei die Erfindung erläutert.
Zunächst sei an Hand der Fig. 1 bis 4 grundsätzlich gezeigt, wie der von einer Gleichspannung oder
von einer einphasigen Wechselspannung gespeiste Scheinwiderstand allgemeiner Art 1 durch den als
Schalter wirkenden Stromrichter 2 zu beliebigen Zeiten, die nicht von der Frequenz der speisenden Spannung
abhängig sind, ab- und zugeschaltet werden kann. In Fig. ι wird der Scheinwiderstand 1 aus einem
Gleichstromnetz gespeist, wobei es bekanntlich möglich ist, den Stromkreis mit einem normalen gittergesteuerten
Stromrichter zu schließen, aber nicht wieder zu unterbrechen. In den Fig. 2, 3 und 4 wird
der Scheinwiderstand 1 aus einem Wechselstromnetz gespeist. Im Beispiel der Fig. 2 sind statt des einen
Gefäßes zwei Gefäße 2 α und 2 δ in Kreuzschaltung
vorgesehen, damit sich beide Halbwellen des Wechselstroms ausbilden können. In den Fig. 3 und 4 ist der
Stromrichter 2 nicht unmittelbar, sondern über den Umspanner 3 mit dem Schemwiderstand 1 in Reihe
geschaltet. Der Umspanner 3 wirkt demnach als gesteuerte Schaltdrosselspule. Die Überlagerung des
für die Löschung des Lichtbogens erforderlichen Stromes höherer Frequenz erfolgt durch den Umspanner
4 (Uberlagerungsumspanner). Damit der Betriebsstrom in diesem Umspanner keine magnetischen
Wirkungen verursacht, sind in den Beispielen der Fig. ι bis 4 zwei Anoden je Phase angeordnet, die
über eine Zweitwicklung des Überlagerungsumspanners oder der Schaltdrosselspule verbunden sind. Der
Betriebsstrom wird an einer Mittelanzapfung zugeführt. Vor sämtlichen Anoden sind Gitter angeordnet.
Über die Wirkungsweise ist folgendes zu lagen:
In Fig. ι sei die Erstwicklung des Überlagerungsumspanners 4 zunächst noch offen. Solange die Gitter
gesperrt sind, ist der Widerstand 1 stromlos. Werden die Gitter zur Zeit t0 beaufschlagt, so entsteht der
Strom/ (vgl. Fig. 5). Dieser Strom verteilt sich zu Reichen Teilen /6 und J1 auf die beiden Hälften der
'weitwicklung von 4 bzw. die beiden Anoden 6 und 7. Der Strom J4 in der Erstwicklung des Überlagerungsumspanners ist noch Null. Der Überlagerungsum-
spanner werde nun zur Zeit tx an eine Wechselspannung
gelegt. Während bis dahin die beiden Anodenströme J6
und J1 gleich waren, ändern sie sich nun im Takt der
Frequenz des Wechselstromes, /6 nimmt z. B. zu, erreicht eine Zeitlang den vollen Wert des Betriebsstromes
/, während dieser Zeit ist J1 Null. Alsdann
beginnt J1 zuzunehmen, während J6 abnimmt und zu
Null wird. Der Verlauf der Anodenströme ist in Fig. 5 a eingetragen. Während der Zeit te ist demnach die
Anode 6 stromlos und während der Zeit I1 die Anode 7.
Fig. 5 b zeigt den Verlauf des Erststromes Ji des
Überlagerungsumspanners. Werden nun zur Zeit t3 die Gitter gesperrt, so hat die Anode 7 keine Möglichkeit
mehr, neu zu zünden; der Strom J1 bleibt daher
schon von der Zeit i2 ab Null. Die Anode 6 brennt
noch weiter, bis der Strom J6 zur Zeit i4 seinen
natürlichen Nulldurchgang hat. Da als treibende Spannung für J6 hierbei die Netzspannung U wirkt,
muß der Überlagerungsumspanner, wenigstens vorübergehend, eine dieser Spannung entgegenwirkende
Spannung entwickeln können, damit der Strom J6
zum Erlöschen kommt.
Fig. 2 zeigt den Fall einer Wechselstromspeisung des Widerstands 1. Die Wirkungsweise entspricht der
von Fig. i. Wegen der beiden Halbwellen des Stromes sind jedoch zwei Gefäße 2 a und 2 δ vorgesehen. Die
positive Halbwelle schließt sich z. B. über das Gefäß 2 a mit den Anoden 6 und 7 und kann ebenso wie der
Gleichstrom in Fig. 1 zu beliebigen Zeiten gelöscht werden. Während dieser Zeit bleibt das Gefäß 2 b
völlig gesperrt. Während der negativen Halbwelle ist das Umgekehrte der Fall. Der Überlagerungsumspanner
besitzt zwei Zweitwicklungen, die abwechselnd von den zugehörigen Halb wellen durchflossen werden.
Bei der Anordnung nach Fig. 3 dient als Schalter die Schaltdrosselspule 3. Diese ist wie ein normaler
Umspanner mit möglichst gutem magnetischem Leitwert, d. h. ohne Luftspalt, ausgeführt. Die Zweitwicklung
ist in Stromrichterschaltung auf den Stromrichter 2 geschaltet, durch den die Zweitwicklung
geöffnet und kurzgeschlossen werden kann. Bei offener Zweitwicklung stellt die Drosselspule einen sehr großen
Widerstand dar. Die ganze Netzspannung legt sich nur an die Drosselspule, zu deren Erregung ein äußerst
kleiner Strom genügt, am Widerstand 1 liegt so gut wie gar keine Spannung. Wird nun die Zweitwicklung
durch den Stromrichter kurzgeschlossen, so ist der Widerstand der Drosselspule nahezu Null, und die
volle Spannung liegt am Widerstand 1. Demgemäß wird auch der Widerstand vom vollen Strom durchflössen.
Um den Stromrichter unabhängig von der Netzfrequenz zu beliebigen Zeiten zünden und löschen
zu können, wird ihm durch den Überlagerungsumspanner 4 ein Wechselstrom höherer Frequenz
überlagert. Der Stromrichter besitzt zwei Anodenpaare 6, 7 und 8, 9. Jedes Anodenpaar ist an eine
Zweitwicklung des Überlagerungsumspanners 4 angeschlossen, deren Mittelpunkte in der dargestellten
Weise an die Endpunkte der Zweitwicklung der Drosselspule 3 führen. Wenn alle Gitter freigegeben
sind, dann wirkt die Drosselspule wie ein Kurzschluß, die eine Halbwelle kann sich über das Anodenpaar 6,7,
die andere über das Paar 8,9 schließen. Im Überlagerungsumspanner hebt sich jede Halbwelle auf,
wenn ein Anodenpaar, z. B. 8,9, brennt, wie dies aus den eingetragenen Pfeilen hervorgeht. Solange die
Erstwicklung von 4 noch nicht angeschlossen ist, ist über eine Halbwelle der Netzfrequenz das eine
Anodenpaar stromführend und über die andere Halbwelle das andere Paar. Wird nun zur Zeit t0 der
Überlagerungsumspanner zugeschaltet, bei zunächst noch freigegebenen Gittern, so bleibt die Drosselspule 3
nach wie vor im Kurzschluß. Die Hochfrequenzspannung Ui bewirkt jedoch, daß ein Anodenpaar
nicht mehr über die ganze Halbwelle des Stromes / gleichmäßig Strom führt, die beiden Anoden eines
Paares wechseln sich vielmehr in der Stromführung ab. Für den in Fig. 3 dargestellten Augenblick sei die eine
Halbwelle des Stromes / von Grundfrequenz in der Zweitwicklung der Drosselspule von der Mittelanzapfung
weg nach oben gerichtet. Dieser Strom verteilt sich gleichmäßig auf die beiden Anoden 8
und 9, wie durch die Pfeile dargestellt ist. Die Halbwellen des Überlagerungsstromes seien durch Pfeile
mit Kreis und Kreuz gekennzeichnet. Die nach oben gerichtete Halbwelle dieses Stromes verstärkt den
Strom der Anode 9 und bringt den Strom der Anode 8 zum Erlöschen. Die nach unten gerichtete Halbwelle
verstärkt den Strom der Anode 8 und löscht den von 9. Der zeitliche Verlauf ist in Fig. 6 a dargestellt. In der
positiven Halbwelle ist z. B. erst die Anode 6 stromführend, dann die Anode 7 usw., in der negativen gilt
das gleiche für die Anoden 8 und 9. Der Wechselstrom in der Erstwicklung des Umspanners 4 zeigt dabei den
Verlauf nach Fig. 6 c. Auch wenn die Spannung CT4
einen gleichmäßigen Verlauf nach Fig. 6 b hat, wird dies auf den Verlauf des Stromes /4 keinen wesentlichen
Einfluß haben, weil der Hauptstromkreis des Widerstandes 1 nur diese Stromanteile durchläßt,
während die Ausbildung anderer Stromformen infolge der hohen Frequenz schon bei geringen vorhandenen
Induktivitäten verhindert wird. Da demnach die Anoden eines Paares innerhalb der Dauer
einer Halbwelle der Grundfrequenz taktmäßig mit und ohne Strom arbeiten, kann die Gittersteuerung
wirksam werden. Werden die Gitter zur Zeit ts gesperrt,
so kommt die Anode 9 nicht mehr neu zum Zünden, die Anode 8 brennt noch bis zur Zeit i4. Von
da ab bleibt die Zweitwicklung der Drosselspule 3 offen, der große induktive Widerstand der Drossel
tritt plötzlich in Erscheinung, und der Strom/ geht nahezu auf Null herab. Die Sinuskurve des Stromes /
reißt demnach zur Zeit i4 plötzlich ab. Ebenso kann
sie zur Zeit t8 wieder neu gezündet und zur Zeit t9
wieder gelöscht werden, so daß die zwischen t8 und t9
liegende Stromform zustande kommt. Wählt man die Überlagerungsfrequenz genügend groß gegenüber der
Grundfrequenz, so kann man fast jedes beliebige Stück aus der Stromkurve der Grundfrequenz herausschneiden.
Bei der Anordnung nach Fig. 4 ist der Überlagerungs-Umspanner 4 mit nur einer Zweitwicklung, die Drosselspule
3 dagegen mit zwei Zweit wicklungen ausgeführt. Die augenblickliche Stromverteilung sei wieder durch
Pfeile angedeutet. Von der einen Halb welle der Grundfrequenz herrührend würden die beiden Anoden 8 und
9 gleichmäßig brennen. Die durch einen Kreuzpfeil
gekennzeichnete Halbwelle des Hochfrequenzstromes verstärkt den Strom der Anode 8 und löscht den Strom
der Anode g. Das Gegenteil ist der Fall durch die mit einem Kreispfeil gekennzeichnete Halbwelle. Im übrigen
ist die Wirkungsweise grundsätzlich die gleiche wie bei der Anordnung nach Fig. 2. Bei mehrphasiger
Ausführung bietet diese Anordnung den Vorteil, daß nur ein einziger Überlagerungsumspanner mit zwei
Wicklungen, gegebenenfalls sogar mit nur einer einzigen Wicklung, benötigt wird.
Die Speisung des Überlagerungsumspanners muß mit einer Frequenz erfolgen, die genügend groß gegenüber
der Netzfrequenz ist, damit die Löschung des Lichtbogens in den beabsichtigten kurzen Zeiten
möglich ist. Man wählt deshalb zur Speisung des Uberlagerungsumspanners zweckmäßig eine Hochfrequenzmaschine.
Diese wird mit Vorteil spannungs- und stromabhängig, z. B. in der bekannten Gleichrichterstromschaltung,
erregt, damit ihr Erregerstrom ao stets den vom Überlagerungsumspanner zu liefernden
Strom- und Spannungswerten entspricht.
Mit besonderem Vorteil kann der Stromrichter nach vorliegender Erfindung als Überschalt- und Stromwendungsmittel
für die Zwecke der Umformung, Umrichtung, Drehzahl- und Frequenzregelung verwendet
werden, wofür im folgenden einige Ausführungsbeispiele gebracht werden sollen.
In Fig. 7 dient der mit Fremdlöschung arbeitende Stromrichter 2 als Überschaltmittel für die stromlos
schaltenden Kontakte eines Kontaktumformers. 11 bedeutet den sechsphasigen Kontaktumformer mit den
Kontakten u, v, ze», x, y, z, der über die Schaltdrosselspule 3 an das Drehstromnetz 12 angeschlossen sei.
Der Stromrichter ist in der dargestellten Weise an die sechsphasig geschaltete und mit Nullpunkt versehene
Zweitwicklung der Schaltdrosselspule angeschlossen. Der Stromrichter besitzt je Phase zwei Anoden, die
mit U1, u2, V1, v2 usw. bezeichnet sind. Jedem Anodenpaar
ist ein Überlagerungsumspanner 4„, 4„, 4W
usw. zugeordnet. Die Zweitwicklungen dieser Umspanner besitzen Anzapfungen in der Mitte, die mit den
sechs Anschlüssen der Zweitwicklung der Schaltdrosselspule 3 verbunden sind. Die Erstwicklungen
aller Überlagerungsumspanner sind parallel geschaltet und werden gemeinsam von der Hochfrequenzmaschine
13 gespeist. Wenn die Kontakte des Kontaktumformers mit synchroner Drehzahl angetrieben werden, kann
an den Klemmen 14 und 15 Gleichstrom abgenommen werden.
Die Anordnung wirkt folgendermaßen: Es sei der Augenblick festgehalten, in dem die Phase u den
Höchstwert führt, der über die beiden Phasen y und ζ zurückfließt. Demgemäß müssen die Anoden U1, U2,
yx, y2 und Z1, Z2 von ihren Gittern freigegeben sein,
während die übrigen Anoden gesperrt bleiben. Während der Dauer dieses Augenblicks würden unter dem
Einfluß der Hochfrequenzmaschine 13 abwechselnd die Anoden U1, ylt Z1 und U2, y2, Z2 stromführend sein.
Nach einer !/^-Periode würde der Strom in der
Phase y zu Null geworden sein und der Strom in den Phasen u und ζ sich auf 86% des Höchstwertes geändert
haben. Die Gitter vor den Anoden ylt y2 werden
jedoch schon vorher gesperrt, und zwar, während die durch einen Kreispfeil gekennzeichnete Halbwelle des
Hochfrequenzstromes wirksam ist. Bis zum Ende dieser Halbwelle führen alle drei Anoden U2, Z2, y%
Strom. Wird nun die durch einen Kreuzpfeil gekennzeichnete Halbwelle wirksam, so geht der Strom von
M2 auf U1 und von Z2 auf Z1 über, y1 kommt dagegen
nicht mehr neu zum Zünden, weil diese Anode gesperrt ist. Die durch einen Kreuzpfeil gekennzeichneten
Überlagerungsströme von den Anoden % und Z1,
die sich nach dem Erlöschen der Anoden U2 und z2
nicht mehr über diese schließen können, stürzen sich auf die noch den Betriebsstrom führende Anode y2
und bringen diesen Strom zum Erlöschen. Die Kreuzpfeil-Halbwelle in der Erstwicklung des Überlagerungsumspanners 4„ bestimmt diesen Verlauf der überlagerten
Anodenströme von U1 und Z1. Mit dem Stromloswerden
der Anode y2 wird auch der zugehörige Kontakt y am Kontaktumformer stromlos. Der geringe
Erregerstrom der Schaltdrosselspule kann durch Kondensatoren parallel zu den Kontakten oder auch
parallel zu den Wicklungen der Schaltdrosselspule aufgenommen werden. Die Schaltdrosselspule muß
einen vierten Ausgleichschenkel besitzen, damit jeder Schenkel unabhängig von den anderen durch den
Stromrichter kurzgeschlossen und geöffnet werden kann. Weil das Verhalten der Schaltdrosselspule durch
den Stromrichter gesteuert wird, kann ihr magnetischer Kreis aus normalen Blechen bestehen. Lediglich
ihr Leerlauferregerstrom soll möglichst klein sein. Statt der sechs Überlagerungsumspanner kann auch
ein einziger vorgesehen werden mit einer Erstwicklung und sechs Zweitwicklungen. gs
Fig. 8 zeigt im wesentlichen die gleiche Anordnung. Der Überlagerungsumspanner ist nur mit einer einzigen
Zweitwicklung versehen, die an die beiden Nullpunkte der Schaltdrosselspule angeschlossen ist. Im
übrigen ist die Wirkungsweise die gleiche wie in Fig. 7. Die Steuerung der Gitter erfolgt zweckmäßig von der
Drehzahl des Kontaktumformers bzw. einer verhältnisgleichen Größe aus.
Fig. 9 zeigt die Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung auf eine Maschine mit Stromwender, bei
der dieser jedoch nur mehr die Aufgabe eines Trennschalters hat, während die Stromwendung, das Überschalten
von einem Stromwendersteg auf den anderen, außerhalb der Maschine durch einen Stromrichter mit
Fremdlöschung nach vorliegender Erfindung erfolgt. Ale Beispiel ist ein Einphasenreihenschlußmotor gewählt,
doch könnte es ebensogut auch eine andere Maschinenart sein. 12 bedeutet das Wechselstromnetz,
16 die Reihenschlußerregerwicklung, 17 eine etwa vorhandene Kompensationswicklung und 18 die
Ankerwicklung mit sechs Stromwenderstegen 19 bis
24. Zu- und Ableitung erfolgen über je ein Bürstenpaar
25, 26 und 27, 28. Die Bürsten eines Paares sind über je ein Stromrichterpaar in Kreuzschaltung verbunden.
Die Stromrichter sind als Zweianodenröhren dargestellt. Zwei Röhren je Bürste sind deshalb notwendig,
weil beide Halbwellen über die Bürsten fließen müssen. So gehören zum Bürstenpaar 25, 26 die
Gefäße 2«-2d und zum Bürstenpaar 27, 28 die
efäße 2£-2Ä. Jedem Röhrenpaar ist wieder ein Überlagerungsumspanner 4 zugeordnet, die von der
Hochfrequenzmaschine gespeist werden. Mit Hilfe der Gittersteuerung, die in geeigneter Weise von der
Drehzahl der Maschine abhängig zu machen ist, kann nun j ede Bürste, bevor sie ihren j eweiligen Stromwendersteg
verläßt, stromlos gemacht werden und in diesem Zustand auf den folgenden Stromwendersteg auflaufen.
Der äußere Strom wird dabei niemals unterbrochen, weil ihm stets zwei Bürsten zur Verfügung
stehen. Die Größe der von den Stromrichtergefäßen ίο zu sperrenden Spannung richtet sich nach der zwischen
zwei Stromwenderstegen auftretenden Spannung, deren Größe durch Vermehrung der Stegzahl beliebig
klein gehalten werden kann. In ähnlicher Weise könnte die Maschine auch als Gleichstromnebenschlußmaschine
betrieben werden. Wenn hierbei nur Motoroder nur Generatorbetrieb in Frage kommt, genügt
die halbe Gefäßzahl. Auch alle bekannten Stromwendermaschinen für Gleich- oder Wechselstrom
lassen sich sinngemäß in dieser Weise betreiben. Man kann noch einen Schritt weitergehen und auch
den Stromwender, der nur noch die Aufgabe eines Trennschalters hat, durch ruhende Kontakte ersetzen,
die durch eine umlaufende Welle im richtigen Takt gesteuert werden. Fig. io zeigt eine solche Anas
Ordnung auf einen Repulsionsmotor angewendet, ia bedeutet wieder das Einphasenwechselstromnetz und
29 den Motor mit der feststehenden Ständerwicklung 29« und der einachsig kurzgeschlossenen Läuferwicklung
30. Die Ständerwicklung besitzt sechs Anzapfungen. Jede Anzapfung ist an je ein Kontaktsystem
31, 32, 33, 34 geführt, die zu je einem Röhrenpaar gehören, z. B. 31 zu 2« und 2δ usw. Die Hochfrequenzmaschine
13 sichert über die Überlagerungsumspanner 4 wieder das rechtzeitige Stromloswerden
der weiterschaltenden Kontakte. Die Anschlußpunkte des Netzes werden nun fortwährend von einer Anzapfung
auf die andere geschaltet, so daß die Ständerwicklungsachse im Raum umzulaufen scheint und der
kurzgeschlossene Läufer sich mit seiner Achse in die Ständerachse einzustellen versucht. Die Kontaktsysteme
31 bis 34, die z. B. wie die Kontakte eines Kontaktumformers angeordnet sein können, sind
zweckmäßig mit dem Läufer zu kuppeln. Durch Verstellen des Kupplungswinkels kann der Winkel
zwischen Ständer- und Läuferachse nach Belieben eingestellt werden, so daß der Motor das bekannte
Verhalten eines Repulsionsmotors aufweist.
Fig. 11 zeigt eine Abänderung dieser Schaltung, bei
der jeder Anzapfung der Ständerwicklung 29« je ein
Röhrenpaar 2 zugeordnet ist, die in der dargestellten Weise an zwei Kontaktsysteme 31 und 32 angeschlossen
sind, die den Anschluß an die beiden Netzphasen herstellen. Diese Anordnung erfordert nur zwölf Kontakte,
dagegen zwölf Röhren, während die Anordnung nach Fig. 10 vierundzwanzig Kontakte und acht Röhren
erfordert.
Fig. 12 zeigt den Erfindungsgedanken angewendet, um einen Kurzschlußankermotor aus einem Netz 35
konstanter Spannung und Frequenz mit regelbarer Spannung und regelbarer Frequenz zu speisen. Der
Zusatzumspanner 36 ergänzt zunächst das dreiphasige Netz 35 zu einem sechsphasigen. 37 bedeutet den
Kurzschlußankermotor, dessen Wicklung in offener Schaltung ausgeführt ist. Die Anfänge führen zu
einem Kontaktsystem 38, die Enden zu einem zweiten System 39. Beide sind über eine stetig verstellbare
Kupplung 40 miteinander gekuppelt und werden gemeinsam von dem Motor 41 mit veränderlicher einstellbarer
Drehzahl angetrieben. Jedes Kontaktsystem besteht aus achtzehn Kontakten, je sechs
Kontakte gehören zu einem Anschluß der Ständerwicklung des Motors, so daß jeder Anschluß auf jede
Phase des Netzes geschaltet werden kann. Das Ab- und Zuschalten erfolgt zwangläufig durch die Kontaktsysteme
38 und 39, ihre Drehzahl bestimmt die Zeitdauer, während der eine Motorphase mit einer Netzphase
verbunden bleibt. Diese Zeitdauer bestimmt die Frequenz. Das Überschalten einer Motorphase von
einer Netzphase auf die andere erfolgt wieder mit Hilfe eines gittergesteuerten Stromrichters mit Fremdlöschung.
Zu jedem Kontaktsystem gehört eine Schaltdrosselspule 3 mit Stromrichter 2 und Überlagerungsumspanner
4. Die Hochfrequenzmaschine 13 kann für beide Systeme gemeinsam sein, desgleichen
auch der Überlagerungsumspanner 4. Die Schaltdrosselspulen 3 besitzen auch auf der Zweitseite so viel
Wicklungen wie auf der Erstseite; aus Gründen der einfacheren Darstellung ist auf der Zweitseite jedoch
nur eine Phase angedeutet, desgleichen auch bei den Stromrichtern, von denen jeder für das gewählte go
Ausführungsbeispiel mit zwölf Anoden zu versehen ist. Gegebenenfalls können auch eine Schaltdrosselspule
und ein Stromrichter für beide Kontaktsysteme gemeinsam vorgesehen werden. Durch jedes Kontaktsystem
wird aus der Netzspannung konstanter Frequenz eine gleich große Spannung veränderlicher
Frequenz herausgeschnitten. Werden beide Spannungssysteme mit Hilfe der verstellbaren Kupplung 40
gegeneinander verdreht, so erhalten die Wicklungen des Motors nur die Differenz der beiden Spannungen.
Die Regelung erfolgt also ähnlich wie bei einem Motor, der durch einen asynchronen Einankerumformer mit
regelbarer Frequenz und Spannung gespeist wird (Fig. 13). Hier bedeutet 42 den asynchronen Einankerumformer,
der durch den Motor 43 mit veränderlicher Drehzahl angetrieben wird. Den Schleifringen wird
konstante Netzspannung und konstante Netzfrequenz zugeführt. Werden die Bürstensätze gegeneinander
verstellt, so ändert die am Stromwender abgenommene Spannung ihre Größe, während die Frequenz durch die
Drehzahl des Antriebsmotors bestimmt ist. Mit der geregelten Spannung wird der Kurzschlußläufer 44
gespeist.
Fig. 14 zeigt noch, wie sich die Änderung der Frequenz bei einem Kontaktfrequenzumformer nach
Fig. 12 vollzieht. Die Sinuskurven der einzelnen Netzphasen — es sei ein Sechsphasennetz von 50 Hz
angenommen — sind mit u, υ, w, x, y, ζ bezeichnet.
Werden die Kontakte mit synchroner Drehzahl angetrieben, so beträgt ihre Schaltdauer 6o°, der Umformer
liefert dann Gleichstrom. Wird die Drehzahl auf das Doppelte erhöht, so erstreckt sich die Schaltdauer
nur noch über 300. Die Frequenz beträgt dann Hz. Bei einer Schaltdauer von 42° beträgt die
Frequenz 21,5 Hz und die Drehzahl 143 % der synchronen, und bei einer Schaltdauer von 48° hat die
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Frequenz den Wert von 12,5 Hz bei einer Drehzahl
von 125% der synchronen. Die Frequenzerhöhung
findet also in Fig. 14a durch Verkürzung der Schaltdauer bzw. durch Erhöhung der Drehzahl statt. In
Fig. 14b ist dargestellt, wie auch durch Verlängerung der Schaltdauer, d. h. durch Verminderung der Drehzahl,
eine Frequenzerhöhung stattfindet. Fig. 15 zeigt den Verlauf der Frequenz und der Schaltdauer über
der Drehzahl. Es ergibt sich ebenso wie bei der Asynchronmaschine eine einfache Beziehung zwischen
Drehzahl η und Frequenz f, wenn ns die synchrone
Drehzahl und f0 die Frequenz bei Stillstand bezeichnen.
— Tn'S
mit s=l —
Für die Schaltdauer erhält man, wenn as die Schaltdauer
bei Synchronismus bezeichnet
1—s
Bemerkenswert bei diesen Kurven (Fig. i4aund 14b)
ist, daß die Schaltdauer für die gleiche Frequenz bei allen Phasen stets gleichbleibt und daß auch im
aufsteigenden Ast der Spannungskurve ein Übergang auf eine andere Phase möglich ist, deren Potential
niedriger ist als das der gerade stromführenden. Die Spannungsdifferenz wird eben durch die Hochfrequenzmaschine
überbrückt. Die Zahl der benötigten, stromlos zu schaltenden Kontakte hängt von dem
Produkt der Phasenzahl auf beiden Seiten ab. Sie beträgt bei Sechsphasenschaltung auf beiden Seiten
sechsunddreißig insgesamt, bei Dreiphasenschaltung im Netz und Sechsphasenschaltung am Motor achtzehn
insgesamt. Bei dreiphasigem Netz und vierphasigem Motor werden zwei Kontaktsysteme von je sechs Kontakten
benötigt. Bei Umformung von 50 Hz Drehzahl in i62/3 Hz Einphasenstrom kommt man sogar mit
nur sechs Kontakten aus. Da die gesteuerten Kontakte den Strom nach beiden Richtungen durchlassen,
kann Energie nach beiden Richtungen übertragen werden.
Die Anwendung des Erfindungsgedankens als Überschaltmittel für Stromwendungsvorgänge ist nicht auf
Berührungskontakte begrenzt. Bei hohen Spannungen und Leistungen können gegebenenfalls Lichtbogen an
die Stelle der Berührungskontakte treten. Der mit Fremdlöschung arbeitende Stromrichter würde hierbei
das Erlöschen des Lichtbogens unabhängig von der treibenden Spannung bewirken.
Wenn man den für die Überschaltung erforderlichen Stromrichter nur mit so viel Anoden ausführt, als für
die jeweils gleichzeitig in der Stromwendung begriffenen Stromzweige benötigt werden, die in stromlosem
Zustand auf die weiteren Stromzweige übergeschaltet werden, kann man die Anodenzahl wesentlich
verkleinern und kommt auf diese Weise mit einem kleineren Stromrichter aus.
Claims (18)
- Patentansprüche:i. Anordnung zur Steuerung von Schaltungsund Stromwendungsvorgängen bei Gleich- und Wechselstrom mittels gittergesteuerter Stromrichter, deren Anoden außer dem Strom von Betriebsfrequenz noch ein Wechselstrom von wesentlich höherer Frequenz (Überlagerungsfrequenz) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlagerungsstrom jeder Stromrichterphase über zwei für den Betriebsstrom gleichphasige, einer gemeinsamen Kathode zugeordnete Anoden zugeführt wird.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei für den Betriebsstrom gleichphasigen Anoden durch die Zweitwicklung eines Umspanners (Überlagerungsumspanners) verbunden sind, dem der Betriebsstrom über eine Mittelanzapfung zugeführt und dessen Erstwicklung mit der Überlagerungsfrequenz gespeist wird.
- 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Umkehr des Betriebsstromes ein zweiter Stromrichter in Kreuzschaltung vorgesehen ist, der mit dem ersten einen gemeinsamenÜberlagerungsumspanner habenkann.
- 4. Anordnung nach Anspruch 1 für Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromrichter in den Wechselstromkreis über die Erstwicklung einer Schaltdrosselspule eingeschaltet ist, deren Zweitwicklung durch den Stromrichter beliebig kurzgeschlossen und geöffnet werden kann.
- 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltdrosselspule je Wechselstromphase neben einer Erstwicklung eine Zweitwicklung aufweist, deren Mittelanzapfung mit der Kathode des Stromrichters verbunden ist und deren Enden über die Mittelanzapfungen je einer Zweitwicklung des Überlagerungsumspanners an je ein Anodenpaar des Stromrichters führen.
- 6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltdrosselspule je Wechselstromphase neben einer Erstwicklung zwei Zweitwicklungen aufweist, deren Enden an je eine Anode und deren Mittelanzapfungen an die Enden der Zweitwicklung des Uberlagerungsumspanners führen, deren Mittelanzapfung mit der Kathode des Stromrichters verbunden ist.
- 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerungsfrequenz bei mehrphasiger Ausführung des Stromrichters einer einzigen Stromquelle entnommen wird.
- 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerungsfrequenz durch eine Hochfrequenzmaschine geliefert wird.
- 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzmaschine abhängig von den Werten für Spannung und Strom im Betriebsfrequenzstromkreis erregt wird.
- 10. Die Anwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Mittel für unterbrechungsfreie Leistungsschaltung in Verbindung mit stromloser Trennschaltung bei zwangläufiger Abhängigkeit zwischen Gittersteuerung und Trennschaltung, insbesondere für wiederkehrende Schaltvorgänge (Stromwendungsvorgänge) bei Gleich- und Wechselstrom.
- 11. Anordnung nach Anspruch io für einen Kontaktumformer, bei dem den durch eine umlaufende Welle zwangläufig gesteuerten Kontakten die stromlose Trennschaltung zufällt und der Stromrichter die unterbrechungsfreie Leistungsschaltung übernimmt.
- 12. Anordnung nach Anspruch ii, dadurch gekennzeichnet, daß die in Brückenschaltung arbeitenden Kontakte des Kontaktumformers an ein Ein- oder Mehrphasennetz über eine Schaltdrosselspule angeschlossen sind, deren Zweitwicklung einerseits mit dem Sternpunkt an die Kathode, andererseits mit den Phasenanschlüssen über eine der Phasenzahl entsprechende Anzahl von Überlagerungsumspannern, deren parallel geschaltete Erstwicklungen aus einer einzigen Stromquelle gespeist werden und die auch zu einem einzigen Umspanner zusammengefaßt werden können, an je ein Anodenpaar des Stromrichters geführt ist.
- ao 13. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die in Brückenschaltung arbeitenden Kontakte des Umformers an ein Ein- oder Mehrphasennetz über eine Schaltdrosselspule angeschlossen sind, die je Phase zwei Zweitwicklungen besitzt, die zu je einer Gruppe zusammengefaßt sind, deren Phasenanschlüsse an die zugehörigen Anoden führen und deren Sternpunkte über die Zweitwicklung des Überlagerungsumspanners verbunden sind, deren Mittelanzapfung an die Kathode führt.
- 14. Anordnung nach Anspruch 10 zum Betrieb einer Stromwendermaschine für Gleich- oder Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stromwenderanschluß aus zwei Bürsten besteht, die über eine Stromrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 miteinander verbunden sind und einen durch zwangläufige Abhängigkeit zwischen Gittersteuerung und Läuferdrehung gesicherten, stromlosen Übergang jeder Teilbürste von einem Stromwendersteg auf den folgenden ermöglichen.
- 15. Anordnung nach Anspruch 10 zum Betrieb einer Maschine mit der Wirkungsweise eines Repulsionsmotors, dadurch gekennzeichnet, daß im Läufer eine einachsig kurzgeschlossene Wicklung angeordnet ist und jeder Ständeranschluß über außerhalb der Maschine angeordnete, durch eine umlaufende Welle gesteuerte, stromlos weiterschaltende Kontakte und über eine Stromrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10an j ede Netzphase eines Ein- oder Mehrphasennetzes angeschlossen werden kann, derart, daß zwischen Ständerwicklungsachse und Läuferwicklungsachse auch im Lauf ein gleichbleibender, nach Belieben einstellbarer Winkel bestehenbleibt, der durch zwangläufige Abhängigkeit zwischen Läuferdrehung und Steuerung der Kontakte und Gitter gesichert wird.
- 16. Anordnung nach Anspruch io zur Umformung einer konstanten Frequenz in eine stetig veränderliche von gleicher Spannung mittels durch eine umlaufende Welle gesteuerter, stromlos schaltender Kontakte bzw. mittels gesteuerter Lichtbogenstrecken in Verbindung mit einer Stromrichteranordnung nach einem der Ansprüche ι bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Phasenzahl des Zweitnetzes entsprechende Anzahl von Kontaktgruppenzwangläufigmiteinandergekuppelt und regelbar fremd angetrieben werden, von denen jede Gruppe aus einer der Phasenzahl des Erstnetzes entsprechenden Anzahl von Kontakten besteht, die zu gleichen Phasen parallel geschaltet und gemeinsam über eine Stromrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 unter zwangläufiger Zuordnung von Gittersteuerung und Drehung der Kontaktwelle an das Erstnetz angeschlossen sind.
- 17. Anordnung nach Anspruch 16 zur unabhängigen Regelung von Frequenz und Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Kontaktgruppenanordnung mit zugehöriger Stromrichteranordnung auf der Erstseite an das gleiche Netz angeschlossen ist und auf der Zweitseite in Reihe mit der ersten Anordnung das Zweitnetz z. B. einen Kurzschlußankermotor großer Leistung speist, derart, daß zur Erzielung der gleichen Frequenz die Kontaktwellen der beiden Anordnungen zwangläufig mit der gleichen Drehzahl betrieben werden mit der Möglichkeit, zur Erzielung einer stetig veränderlichen Spannung beide Kontaktwellen auch im Lauf stetig gegeneinander verdrehen zu können.
- 18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerungsfrequenz für beide Anordnungen der gleichen Hochfrequenzquelle entnommen wird.In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 501402, 544 993, 916.Hierzu 3 Blatt Zeichnungen©7097S2/52 11.57
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES3609D DE967598C (de) | 1942-07-10 | 1942-07-10 | Anordnung zur Steuerung von Schaltungs- und Stromwendungsvorgaengen bei Gleich- und Wechselstrom mit Hilfe gittergesteuerter Stromrichter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES3609D DE967598C (de) | 1942-07-10 | 1942-07-10 | Anordnung zur Steuerung von Schaltungs- und Stromwendungsvorgaengen bei Gleich- und Wechselstrom mit Hilfe gittergesteuerter Stromrichter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE967598C true DE967598C (de) | 1957-11-28 |
Family
ID=7470253
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DES3609D Expired DE967598C (de) | 1942-07-10 | 1942-07-10 | Anordnung zur Steuerung von Schaltungs- und Stromwendungsvorgaengen bei Gleich- und Wechselstrom mit Hilfe gittergesteuerter Stromrichter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE967598C (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1253350B (de) * | 1957-06-06 | 1967-11-02 | Licentia Gmbh | Verfahren zur Steuerung zweier parallel arbeitender Stromrichtergruppen, von denen eine zur Stromrichtungsumkehr umgeschaltet wird, waehrend die andere staendig am Verbraucher angeschlossen ist |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE501402C (de) * | 1927-10-16 | 1930-07-09 | Bbc Brown Boveri & Cie | Einrichtung an elektrischen Maschinen zur Kommutierung von Gleichstrom in einer Mehrphasenwicklung |
DE544993C (de) * | 1928-09-01 | 1932-02-24 | Brown Ag | Einrichtung an elektrischen Maschinen zur Kommutierung von Stroemen in Mehrphasenwicklungen |
DE640916C (de) * | 1930-12-24 | 1937-01-15 | Aeg | Verfahren zur Steuerung des Stromdurchganges durch eine wechselstromgespeiste gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecke mit lichtbogenfoermiger Entladung |
-
1942
- 1942-07-10 DE DES3609D patent/DE967598C/de not_active Expired
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