DE971050C

DE971050C - Anordnung zur Gittersteuerung von Stromrichtern

Info

Publication number: DE971050C
Application number: DEL3314A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Johannes Foerster
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1950-08-11
Filing date: 1950-08-12
Publication date: 1958-12-04

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 4. DEZEMBER 1958

Für die Lösung von regeltechnischen Aufgaben mittels Stromrichtern mit gittergesteuerten Dampfentladungsstrecken in Verbindung mit elektrischen, insbesondere Röhrenreglern sind Einrichtungen für die Gittersteuerung erforderlich, die folgende Bedingungen erfüllen müssen:

Der für die Zündung der Entladungsstrecken positive Gitterspannungsimpuls muß steil und im Augenblick der Zündung leistungsstark sein, um eine definierte Zündung auch bei Parallelarbeit mehrerer Anoden zu erreichen. Die Umwandlung einer zugeführten Gleichspannung bzw. eines Gleichstromes in eine zeitliche Verschiebung der Impulse muß mit großer Verstellgeschwindigkeit über einen Bereich von etwa 150 elektrischen Graden erfolgen, um den Stromrichter sowohl in Gleichals auch in Wechselrichterbetrieb arbeiten zu lassen. Dabei soll die erforderliche Leistung, die von dem davorliegenden Regler abgegeben wird, möglichst niedrig sein.

Es sind verschiedene Schaltungen bekannt, bei denen man Brücken aus Drosseln, Kondensatoren und Widerständen aufbaut. Die Drosseln sind dabei veränderbar. Die rein elektrische Steuerung solcher Schwenkbrücken ist jedoch nicht bekannt. Die derartigen bekannten Schaltungen arbeiten aber mit induktiver Ankopplung an die Gitterkreise, die sofort die Brücke verstimmen; außerdem kann der Leistungsbedarf der Gittersteuerung mit diesen Schaltungen nicht gedeckt werden. Andere Schaltungen

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arbeiten ohne definierten Nullpunkt; das Bezugspotential wird durch den Lichtbogen eines gegensinnig arbeitenden Gefäßes gebildet. Zwangläufig bringt das Schwierigkeiten beim Anlassen mit sich. Es ist bekannt, daß die Phasenlage von sinusförmigen Wechselspannungen sich dadurch verändern läßt, daß gemäß Fig. ι a über die Wicklung eines Transformators ι mit Mittelanzapfung ein ohmscher Widerstand R und eine durch Gleichstromvormagnetisierung i_v veränderliche Induktivität L in Reihe geschaltet und die in ihrer Phasenlage veränderliche Spannung U_g in der dargestellten Weise entnommen wird. Gemäß Fig. ι b wandert der Vektor U_s aus der Grenzlage α in die Grenzlage b, j 5 wenn L vermindert wird, so daß sich hierbei der Verstellwinkel γ ergibt. Es wird γ bei der dargestellten Schaltung praktisch immer kleiner als i8o° sein, weil L weder den Wert Unendlich ohne Vormagnetisierung noch den Wert Null bei größter Vormagnetisierung erreicht, da die Drosselspule L mit Eisenblechen gestopft sein muß, deren Permeabilität sich nicht sprunghaft ändert. Eine wesentliche Vergrößerung des Verstellbereiches läßt sich erreichen, wenn, wie bisher noch nicht bekannt, gemäß Fig. 2 a mit der Hauptwicklung α noch eine Wicklung b einer anderen Phase in Reihe geschaltet und die Widerstandsdrosselanordnung an die Endpunkte angeschlossen wird. Die Gitterspannung wird wieder zwischen Drossel und Widerstand und einem Punkt der Hauptwicklung abgegriffen. In diesem Fall erreicht gemäß Fig. 2 b der Verstellwinkel γ theoretische Werte, die größer sind als i8o°, so daß sich auch mit relativ kleiner Typenleistung von L ein praktisch ausreichender Wert ergibt, der. eine volle Umsteuerung des Stromrichters aus Gleich- in Wechselrichterbetrieb und umgekehrt ermöglicht. Die Amplitude der Gitterspannung U„ ist in diesem Fall über den Verstellbereich nicht konstant, was bei Reihenschaltung dieser Wechselspannung mit einer negativen Gleichspannung 2 (Fig. 2 a) im Gitterkreis des Stromrichters 3 im Sinne der Erfindung zu einer weiteren Vergrößerung des Stellbereiches ausgenutzt werden kann. Außerdem läßt sich hiermit die Brenndauer des Gitters in der Weise verändern, daß sie im Wechselrichterbetrieb die zulässigen Werte nicht überschreitet, wodurch auch bei einer Verlagerung des Zündzeitpunktes um etwa i6o° noch ein sicherer Wechselrichterbetrieb gewährleistet ist. Es ist dann bei größtem Vormagnetisierungsstrom der Spannungsmittelwert des Stromrichters am größten, während bei i_v = Null die größte Zündverzögerung vorliegt, d. h. eine Wechselrichteraussteuerung erfolgt.

Wie bekannt, läßt sich die Steilheit einer sinusförmigen Gitterwechselspannung nicht auf große Werte bringen, so daß bei Parallelarbeit mehrerer Anoden eine gleichzeitige Zündung nicht gewährleistet ist und die Anoden somit ungleichmäßig belastet werden. Neben verschiedenen Möglichkeiten zur Erzeugung von Gitterimpulsspannungen wird bekanntlich die Reihenschaltung aus ohmschetn Widerstand 4 (Fig. 3 a) und Drosselspule 5 mit rechteckiger Magnetisierungskurve verwendet. Gemäß Fig. 3 b hat dann die Gitterwechselspannung U_g über dem sogenannten Stoßwiderstand 4 den dargestellten Verlauf. Durch Vormagnetisierung der Drossel 5 läßt sich auch hiermit eine Impulsverschiebung erreichen, jedoch liegt der theoretisch maximal erreichbare Stellbereich bei 120⁰ und praktisch wesentlich niedriger, so daß sich hiermit eine Umsteuerung des Stromrichters in Wechselrichterbetrieb nicht ermöglichen läßt.

Gemäß vorliegender Erfindung wird nun eine Anordnung zur Gittersteuerung vorgeschlagen, mit der es gelingt, Impulssteuerungen über i8o° in der Phase allein dadurch zu schwenken, indem ein Vormagnetisierungsgleichstrom von Null bis zu einem Maximalwert verändert wird.

Es wird vorgeschlagen, eine solche Phasenschwenkbrücke aus zwei verschiedenphasigen Spannungen sowie einer Widerstands-Drossel-Reihenschaltung zu bilden, wobei die Brückendiagonale zwischen dem Widerstand und der gleichstromvormagnetisierbaren Drossel einerseits sowie einer Anzapfung an einer der Spannungen andererseits abgegriffen und einer weiteren Widerstands-Sättigungsdrossel-Reihenschaltung 4, 5 zugeführt wird, an deren Widerstand die Gittersteuerspannung abgegriffen wird.

Die Fig. 4 zeigt nun die Erfindung, α und b sind die beiden verschiedenphasigen Spannungsquellen, L und R ist die Widerstands-Drossel-Reihenschaltung. Ferner ist eine Widerstands-Sättigungsdrossel-Reihenschaltung 4, 5 mit L als Steuerdrossel vorgesehen. Am Widerstand 4 wird eine über i8o° schwenkbare Impulsspannung hoher Steilheit abgegriffen.

In Reihe mit dem Widerstand 4 und der Drossel 5 mit Sättigungskennlinie kann ein Kondensator 7 geschaltet werden. Nach Sättigung der Drossel 5 lädt sich der Kondensator 7 relativ schnell auf, so daß der Strom im Widerstand 4 schneller abklingt. Es ergeben sich dann Spannungsimpulse ähnlich wie in Fig. 3 b dargestellt, jedoch kürzer. Durch Zuschalten des Kondensators 8 läßt sich die Anfangssteilheit vergrößern. Im Augenblick der Sättigung der Drossel 5 liegen die Spannungen des Kondensators 8 und 7 additiv am Stoßwiderstand 4, wodurch der Impulsspitzenwert etwa doppelt so groß ist wie der Scheitelwert der Sinusspannung über no dem Kondensator 8. Dadurch, daß sich gemäß Fig. 2 b die Amplitude der Sinusspannung bei Veränderung der Vormagnetisierung der Drossel L verändert, läßt sich zusätzlich eine Impulslagenänderung in dem gewünschten Sinne erzielen.

Da die Impulsspannung am Stoßwiderstand 4 symmetrisch ist, kann gemäß Fig. 5 eine Aussteuerung von zwei um 180 elektrische Grade versetzten Anoden erfolgen, indem eine elektrische Weiche aus den beiden Ventilen 9 und 10 vorgesehen wird. Für einen ophasigen Stromrichter sind dann drei Anordnungen gemäß Fig. 4 erforderlich.

Zum Zwecke einer Symmetrierung in positiver und negativer Richtung wird die Regeldrossel L in zwei gleiche Drosseln unterteilt, die wechselstromseitig entweder in Reihe oder parallel geschaltet

sind, während die Gleichstromwicklungen so in Reihe geschaltet werden, daß sich die induzierten Wechselspannungen aufheben.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur Gittersteuerung von für Gleich- und Wechselrichterbetrieb eingerichteten Stromrichtern mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken mittels einer Phasenschwenkbrücke, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Impulssteuerung die Brücke aus zwei verschiedenphasigen Spannungen sowie einer Widerstands - Drossel - Reihenschaltung (L-R) gebildet wird, wobei die Brückendiagonale zwischen dem Widerstand und der gleichstromvormagnetisierbaren Drossel einerseits sowie einer Anzapfung an einer der Spannungen andererseits abgegriffen und einer weiteren Widerstands-Sättigungsdrossel-Reihenschaltung (4, 5)

ao zugeführt wird, an deren Widerstand die Gittersteuerspannung abgegriffen wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der sinusförmigen Gitterwechselspannung noch eine negative Gleichspannung in den Gitterkreis geschaltet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Verkürzung des Gitterimpulses und Verbesserung des Wirkungsgrades der Steuerung sowie zur Vergrößerung des Impulsspitzenwertes in Reihe mit dem Widerstand (4) und der Sättigungsdrossel (5) noch ein Kondensator gelegt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung der Impulssteilheit in die Brückendiagonale parallel zu den übrigen drei Schaltgliedern noch ein Kondensator gelegt ist, der auf die gleichstromvormagnetisierte Drossel im Brückenzweig abgestimmt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsspannung am Stoßwiderstand für die Zündung von zwei Entladungsstrecken verwendet wird, indem zwei Ventile, vorzugsweise Trockengleichrichter, in umgekehrter Richtung zum halben Stoßwiderstand parallel geschaltet werden.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Symmetrierung der Gitterimpulsspannung die im Brükkenzweig liegende Regeldrossel aus zwei gleichen Drosselspulen besteht, die auf der einen Seite,

z. B. Wechselstromseite, gleichsinnig in Reihe und auf der anderen Seite (Gleichstromseite) im entgegengesetzten Sinne in Reihe geschaltet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 631 726, 642 367, 626, 667 649, 675 629, 676128, 679 078, 192, 742900;

schweizerische Patentschrift Nr. 165968;

französische Patentschrift Nr. 931 597;

W. I. Bendz, »Electronics for Industry«, New York 1947, S. 368;

Robert E. Miller, »Maintenance Manual of Electronic Control«, 1949, S. 280;

Herbert J. Reich, »Theory and Applications of Electron Tubes«, 1944, S. 517;

Ulrik Krabbe, »The Transductor Amplifier«, 1947, S. 12;

BBC-Mitteilungen Baden, 1938, S. 128.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen