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Anordnung zur Gittersteuerung von gittergesteuerten Entladungsgefäßen
bei der unmittelbar wirkenden Frequenzumformung Die Erfindung erstreckt- sich auf
unmittelbar wirkende Frequenz-wandler mit z gittergesteuerten Entladungsgefäßen,
vorzugsweise solchen mit Dampf- oder Gasfüllung. Bei der Gittersteuerung derartiger
Frequenzwandler hat sich, insbesondere bei der asynchronen Frequenzumformung, ergeben,
daß sinusförinige T eilsteuer Spannungen eine - sichere Beherrschung der Umformungsvorgänge
ini allgemeinen nicht ermöglichen. Man kann zwar die Gitterspannung derart ausbilden,
daß sie außer den Grundwellen zusätzliche Harmonische enthält, doch ist- dieses
noch nicht. ausreichend für alle Betriebsmöglichkeiten.
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Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine zweckmäßige Ausbildung
der beiden üblicherweise dem Primär- und Sekundärnetz entnommenen Teilsteuerspannungen,
die eine sichere Beherrschung der Umformungsvorgänge ermöglicht. Erfindungsgemäß-werden
zwei sich steil ändernde, vorzugsweise rechteckförmige Teilsteuerspannungen verwendet,
die derart bemessen sind, daß die Zeitdauer der positiven, ein Einsetzender Entladung
ermöglichenden Augenblickswerte jeder.Teilsteuerspannung kleiner ist als die zugehörige
Halbperiode und die negativen Augenblickswerte jeder Teilsteuerspannung ohne Rücksicht
auf den Augenblickswert der anderen Teilsteuerspannung die zugehörige Entladungsstrecke
gesperrt halten. Bei der Umformung von Mehrphase nstrom höherer Frequenz in Wechselstrom
niederer Frequenz wählt man zweckmäßig die Zeitdauer der positiven, ein Einsetzen
der Entladung er-. möglichenden Augenblickswerte der Teilsteuerspannung höherer
Frequenz gleich der möglichen Brenndauer der zugehörigen Entladungsstrecke, und
diese ist naturgemäß abhängig von der Phasenzahl des Speisetransformators. Durch
die Verwendung von Teilsteuerspannungen im Sinne vorliegender Erfindung wird es
nun weiter ermöglicht, bei asynchronen Frequenzumformungen eine Wechselspannung
niederer Frequenz von gewünschter Kurvenform, insbesondere Sinusform, aus Mehrphasenwechselstrom
höherer Frequenz unter Verwendung eines Speisetransformators mit mehrfach angezapfter
Sekundärwicklung zu erzeugen.
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Ein Ausführungsbeispiel 'der Erfindung, das einen Transformator finit
mehrfach angezapfter Sekundärwicklung enthält, ist in Abb. r der Zeichnung schematisch
dargestellt. Der Speisetransformator 7, dessen Primärwicklung 8 an das mehrphasige
Primärnetz 9 angeschlossen ist, hat zwei Sekundärwicklangen
i o"
und tob. Die Sekundärwicklung enthält die Phasenwicklungen i bis 6, die Sekundärwicklung
i 0v die Phasenwicklungen i i bis 16. Jede Phasenwicklung ist mit vier Anzapfungen
versehen, beispielsweise die Phasenwicklung :2 mit den Anzapfungen 2', 2"; 2"' und
2I°. An jede Anzapfung ist die Anode eines gittergesteuerten Entladungsgefäßes angeschlossen,
dessen Kathode analer einen Verbraucherklemme liegt, während der Sternpunkt der
zugehörigen Sekundärwicklung mit der anderen Verbraucherklemme verbunden ist. Diese
Anordnung ist jedoch nicht wesentlich, da die Frequenzumformung auch mit nur einer
Sekundärwicklung und Paaren gegensinnig parallel geschalteter gittergesteuerter
Entladungsgefäße mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung durchgeführt werden kann.
Es ergibt sich also allgemein, daß bei Verwendung einer m-phasigen Sekundärwicklung
mit je yz Anzapfungen an jeder Phasenwicklung der als einphasig angenommene Verbraucher
über vii-ia Paare gittergesteuerter Entladungsgefäße mit den einzelnen Anzapfungen
der Sekundärwicklung des Speisetransformators verbunden ist. Bemerkt wird noch,
daß vorzugsweise gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsgefäße, d. h. gittergesteuerte
Entladungsgefäße mit ionisierbarem Medium, Verwendung finden sollen, da diese im
Gegensatz zu Entladungsgefäßen finit reiner Elektronenentladung einen sehr kleinen
Spannungsabfall besitzen.
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Nachstehend soll nun die Steuerung, die im Sinne vorliegender Erfindung
mit zwei rechteckförmigen Teilsteuerspannungen erfolgt, deren positive, ein Einsetzen
der Entladung ermöglichende Augenblickswerte kleiner als die zugehörige Halbperiode
sind, ausführlich erläutert werden. Jedes Entladungsgefäß hat eine aus der Abb.
i ersichtliche Ordnungsnummer.. Der Ordnungsnummer entsprechend erhält der Gitterkreis
eine Gitterspannung el.(s) = e@,. + eö(s), wobei y die Phasenbezifferung und s die
Anzapfungsbezifferung bedeutet. In Abb. 2 sind einzelne der e.. aufgetragen, und
zwar sollen die e",: eine veränderliche Gleichspannung sein, wie sie beispielsweise
mittels Kommutatorsteuerung erzeugt werden kann. Die Steuerung mit Hilfe der Spannungen
eh,, hat den Zweck, daß stets .die Phase die Stromlieferung übernimmt, die den größten
Momentan wert 'hat. Zum besseren Verständnis sind in Abb. 2 auch noch die positiven
Halbwellen der Phasenspannungen i bis 6 .aufgetragen. In Abb. 3 sind dargestellt
die Spannung des Verbrauchernetzes e," das die niedere Frequenz aufweist, und die
aus e" abgeleiteten Steuerspannungen e g', eg', eg"' und egiw. Die Steuerung mit
Hilfe der Spannungen ec.'s' hat den Zweck, daß die Anzapfung ausgewählt wird,,die
dem Momentanwert der Spannung e,, am nächsten kommt. Die Spannungen eh;. und e;"s'
sind im vorliegenden Falle periodisch 'veränderbare Gleichspannungen, d. h. sie
sind entweder gleich Null, wodurch die Zündung ermöglicht wird, oder sie sind gleich
einem solchen negativen Wert, daß die Zündung verhindert wird, gleichgültig, welchen
Augenblickswert die andere Teilspannung hat. Somit wird nur das Entladungsgefäß
leitend. für das sowohl das zugehörige e". als auch das zugehörige eg's) gleich
Null ist. Alle anderen Entladungsgefäße bleiben gesperrt.
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Die Steuerung des Umformungsvorganges verläuft dann etwa folgendermaßen:
Im Zeitpunkt t1 (vgl. Abb. 2 und 3) beginnt die positive Halbwelle von e". Sämtliche
eingestrichenen Entladungsgefäße erhalten daher die Steuerung eg = o. Zur Zeit t1
nimmt die Phase i den größten Momentanwert an, so daß alle von der Phase i gespeisten
Entladungsgefäße die Steuerspannung e@i = o erhalten. Somit zündet allein das Entladungsgefäß
i', da nur. für dieses die Bedingung er; = o gilt. Im Zeitpunkt t. übernimmt dann
ein Entladungsgefäß der zweigestrichenen Gruppe die Stromführung, während das noch
stromführende Entladungsgefäß der eingestrichenen Gruppe erlischt; wie aus Alb.
2 zu ersehen ist, ist es das Gefäß 2', und zwar übernimmt das Entladungsgefäß
2" die Stromführung. Dieses wird abgelöst von dem Gefäß 3", das im Zeitpunkt t3
von dein Gefäß 3"' abgelöst wird. Dieses gibt .die Stromführung an Gefäß d:"' ab,
welches von dein im Zeitpunkt t4 zündenden Gefäß 51v gelöscht wird. Nimmt die Anode
eines Entladungsgefäßes der dreigestrichenen Gruppe vor dem Zeitpunkt t5, beispielsweise
6/", ein höheres Potential an als die Anode 5iv, so übernimmt 6"' die Stromführung.
Dies möge der Fall sein. Vor dem Zeitpunkt to wird ein Entladungsgefäß der zweigestrichenen
Gruppe das Gefäß 6"' ablösen, beispielsweise kann es das Gefäß i" sein, das noch
vor dem Zeitpunkt t; durch ein Gefäß der eingestrichenen Gruppe, z: B: 3', abgelöst
wird. Nach Ablauf der Brennzeit von 3' ist die erste Halbwelle der erzeugten Spannung
beendet. Während der nun folgenden Halbwelle sind bei Ohmscher Belastung die Entladungsgefäße,
die von der Wicklung iou gespeist werden, gesperrt, und die Stromlieferung übernehmen
die von der Wicklung 'ob gespeisten Entladungsgefäße. Der Stromverlauf in
dieser Halbwelle entspricht dem in der ersten Halbwelle und ist daher nicht noch
einmal dargestellt: Wie aus den Abb. 2 und 3 ersichtlich ist, wird die geschilderte
Freqüenzürnforinung nur durch eine doppelt beeinflußte Gitterstenerung
besonderer
Art erreicht. Das Kennzeichen beider Steuerspannungen ist, daß die Zeitdauer der
positiven Momentanwerte beider Steuerwechselspannungen kleiner ist als die Zeitdauer
der entsprechenden .Halbperiode und daß die Teilsteuerspannungen sich steil ändern.
Durch diese steile Änderung wird ein genau definiertes Arbeiten der einzelnen Phasen
und der einzelnen Entladungsstrecken erreicht und die Möglichkeit von Kurzschlüssen
vermieden. Die Zeitdauer der positiven Momentanwerte der Wechselspannung höherer
Frequenz wählt man, worauf weiter oben bereits hingewiesen wurde, zweckmäßig gleich
der möglichen Brenndauer einer Anode und ist somit abhängig von der Phasenzahl des
Speisetransformators. Die Zeitdauer der positiven Mornentanwerte der Wechselspannung
niederer Frequenz hängt von der Ordnung der betreffenden Gruppe ab, und zwar ist
die Zeitdauer bei der eingestrichenen Gruppe am größten, die Zeitdauer bei der zweigestrichenen
Gruppe kleiner als bei der eingestrichenen Gruppe und erreicht bei der viergestrichenen
Gruppe ihren Kleinstwert. Die genaue Zeitdauer ist sowohl abhängig von der Phasenzahl
des Primärnetzes als auch von der Bedingung, daß die Kurvenforen des erzeugten Wechselstromes
der gewünschten Kurvenform, insbesondere Sinusform, möglichst gut entspricht. Bemerkt
wird noch, daß es an sich nicht notwendig ist, die Teilsteuerspannung eg.' in der
Zeit von t., bis t, entsprechend eg" von t3 bis t;, usw. so einzustellen, daß die
Gefäße leitend gehalten werden, denn in der Zeit von t., bis t, ist die eingestrichene
Gruppe, Entsprechendes gilt für die anderen Gruppen, an der Stromführung nicht beteiligt.
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Die Erfindung ist dargestellt an einer Frequenzumformung, die Mehrphasenstrom
höherer Frequenz in Einphasenstrom niederer Frequenz umformt. Selbstverständlich
kann auch das Netz niederer Frequenz mehrphasig sein. Die hierbei möglichen Schaltanordnungen
für die Hauptstromkreise sind bereits inelirfach beschrieben, nur ist die Gittersteuerung
entsprechend dem vorliegenden Erfindungsgedanken abzuändern.
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Zur Förderung der Betriebssicherheit kann es erwünscht sein, den Gitterkreisen
eine vom erzeugten Wechselstrom abhängige zusätzliche Steuerspannung zuzuführen.
Insbesondere empftehlt es sich, eine solche zusätzliche, vom erzeugten Wechselstrom
abhängige Steuerspannung den Gitterkreisen zuzuführen, daß bei Richtungswechsel
des Stromes das Einsetzen des Stromes in der neuen Richtung erst erfolgt, wenn der
Strom in der alten Richtung erloschen ist. Die Einfügung sämtlicher Steuerspannungen
in den Gitterkreis ist in Abb. 4. dargestellt. Das gittergesteuerte Dampfentladungsgefäß
1; möge eins von den arf die Sekundärwicklung ioa angeschlossenen Entladungsgefäßen
sein. Der Gitterkreis dieses Gefäßes erhält .drei Spannungen. Die eine Spannung,
die mittels eines hier als Sch alter 2o dargestellten Kommutators, einer Gleichspannung
18 und .eines Widerstandes i9 erzeugt wird, möge die höhere Frequenz und einen Verlauf
haben, wie er in Abb. 2 .dargestellt ist. Die zweite Spannung wird entsprechend
mittels eines hier als Schalter 21 dargestellten Kommutators, einer Gleichspannung
22 und eines Widerstandes 23 erzeugt; sie soll die niedere Frequenz haben und einen
Verlauf, wie er in Abb. 3 dargestellt ist. Der Kommutator 2o wird zweckmäßig von
einem vom höherfrequenten Netz gespeisten Synchronmotor angetrieben, der Kommutator
21 von einem vom niederfrequenten Netz gespeisten Synchronmotor. Ferner wird dem
Widerstand 2-. eine Spannung zugeführt, die von dem von der Sekundärwicklung lob
gelieferten Strom abhängig ist; diese zusätzliche Steuerspannung verhindert das
Zünden der Entladungsgefäße der Gruppe ioa, solange die. Entladungsgefäße der Gruppe
iol, noch Strom führen.
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Die Kornmutatorsteuerung kann selbstverständlich .auch durch eine
andere zweckmäßige Steuerung ersetzt werden. Beispielsweise kommt die Transformatorsteuerung
in Frage. Bei dieser Steuerung ist es nur notwendig, verzerrte Wechselspannungen
zu erzeugen, was z. B. mittels gleichstrommagnetisierter Drosselspulen oder Transformatoren
erreicht werden kann. Jedoch gibt es noch weitere Möglichkeiten der Erzeugung vorbestimmter
Wellenformen für die Teilsteuerspannungen.