DE652048C

DE652048C - Device for the direct conversion of low-frequency three- or multi-phase current into medium- or high-frequency single-phase current with the aid of converters

Info

Publication number: DE652048C
Application number: DEA75591D
Authority: DE
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown Boveri und Cie AG Germany
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1935-03-17
Filing date: 1935-03-17
Publication date: 1937-10-23

Description

Man hat in neuerer Zeit die Verwendung von mit Gittern versehenen Stromrichtern zur unmittelbaren Umformung von niederfrequentem Drei- oder Mehrphasenstrom in mittel- oder hochfrequenten Einphasenstrom für beliebige Verwendungszwecke, z. B. zum Speisen von Induktionsöfen, vorgeschlagen. Der Speisetransformator für die Anoden des Stromrichters ist hierbei vielfach auf der Primärseite mit Doppelwicklnngen entgegengesetzten Wicklungssinnes pro Phase und auf der Sekundärseite mit einer Einphasenwicklung versehen. Bekannte Einrichtungen dieser Art haben den Nachteil, daß die Gittersteuerung sehr umständlich ist.There has recently been the use of power converters provided with grids for the direct conversion of low-frequency three- or multi-phase electricity into medium- or high-frequency single-phase electricity for any purpose, e.g. B. for feeding induction ovens suggested. The supply transformer for the anodes of the converter is often on the Primary side with double windings in opposite directions per phase and on the secondary side is provided with a single-phase winding. Known bodies of this Art have the disadvantage that the grid control is very cumbersome.

Es ist ferner bekannt, die Gittersteuerung vom Verbraucher selbst durch induktive, kapazitive oder galvanische Kopplung mit den Gitterkreisen vorzunehmen. Ferner ist die Rückkopplungssteuerung in der Hochfrequenzsendetechnik allgemein gebräuchlich. Die Wirkungsweise der Steuergitter ist aber bei Entladungsstrecken mit Gas- oder Dampffüllung eine ganz andere als bei den Hochvakuumsenderöhren. In Hochvakuumsenderöhren handelt es sich um die Modulation der Entladungsstrecke durch die Gittersteueiung, bei Entladungsstrecken in Gas oder Dampf aber wird durch die Steuergitter der Zündpunkt beeinflußt. Werden in letzterem Falle sogenannte Löschgitter verwendet, so kann neben der Zündung auch noch die vorzeitige Löschung der Entladung herbeigeführt werden, so daß es möglich ist, die Anodenströme zu beliebigen Zeitpunkten innerhalb der Brenndauer der jeweils arbeitenden Anode zu löschen und auch wieder neu zu zünden.It is also known to control the grid by the consumer himself by inductive, to make capacitive or galvanic coupling with the grid circles. Furthermore is the feedback control is common in high frequency transmission technology. The mode of operation of the control grid is, however, in the case of discharge paths with gas or steam filling completely different from the high-vacuum transmitter tubes. In high vacuum transmitter tubes it is about the modulation of the Discharge path through the grid control, in the case of discharge paths in gas or steam but the ignition point is influenced by the control grid. Will in the latter case So-called extinguishing grid is used, so in addition to the ignition, the premature Cancellation of the discharge can be brought about so that it is possible to reduce the anode currents at any time within the burning time of the respective working anode extinguish and re-ignite.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Rückkopplungsgittersteuerung für den Zweck der Speisung von Induktionsöfen durch Stromrichter in Anwendung zu bringen.The invention is based on the idea of the feedback grating control for the To bring the purpose of feeding induction furnaces by converters into use.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Einrichtung zur unmittelbaren Umformung von niederfrequenten Drei- oder Mehrphasenstrom in mittel- oder hochfrequenten Einphasenstrom, insbesondere für den Betrieb von Induktionsöfen, mit Hilfe von selbstgeführten Stromrichtern mit Gas- oder Dampfentladungsstrecke und einem Speisetransformator, der primär pro Phase Doppelwicklungen entgegengesetzten Wicklungssinnes besitzt, bei der zur Erzielung einer möglichst einfachen Steuerung der Gitter erfindungsgemäß für die Gittersteuerung Steuergitter verwendet werden, die die Löschung der Anodenströme zu beliebigen Zeitpunkten innerhalb der Brenndauer der jeweils arbeitenden Anode ermöglichen, und daß für die Steuerung der Gitter während des Ofenbetriebes der Ofenkreis selbst als einphasige Gitterstromquelle verwendet wird.The subject of the invention is thus a device for direct reshaping from low-frequency three- or multi-phase current to medium- or high-frequency single-phase current, especially for the operation of induction furnaces, with the help of self-commutated converters with gas or vapor discharge path and a supply transformer, which primarily has double windings in opposite directions for each phase, in order to achieve the simplest possible control of the grid according to the invention for the grid control control grid can be used, which extinguishes the anode currents at any point in time allow within the burning time of each working anode, and that for the Control of the grid during the furnace operation, the furnace circuit itself as a single-phase Grid power source is used.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, bei dem ein Röhrengenerator mit Schwingungskreis als Hochfrequenzstromquelle die Gittersteuerung liefert. Darin bedeutet 1 das niederfrequente Drehstromnetz mit Nullleiter 0 und 3 den Speisetransformator für die Anoden 5 des Drehstrom-Gleichstrom-Stromrichters 4. Der Speisetransformator 3 besitztIn the drawing, an embodiment of the invention is shown schematically, in which a tube generator with an oscillating circuit as a high-frequency power source supplies the grid control. 1 means the low-frequency three-phase network with neutral 0 and 3 the feed transformer for the anodes 5 of the three-phase direct current converter 4. The feed transformer 3 has

in bekannter Weise primär pro Phase Doppelwicklungen a, d bzw. b, e bzw. c, f entgegengesetzten Wicklungssinnes und eine sekundäre Einphasenwicklung g. Die Einphasenwicklungg" speist die Ofenspule des Induktionsofens ii. In Reihe mit der Ofenspule ist der Kondensator 12 für die Blindleistungskompensation geschaltet. Zur Verhütung von Überspannungen, die in den Wicklungen a bis / des Speisetransformators beim momentanen Abreißen des Anodenstromes beim· Löschen desselben aus der Streuindukivität der Transformatorwicklungen entstehen, sind die Doppelwicklungen jeder Phase des Speisetransformators verbindende Ableitkondensatoren 14 vorgesehen. Solche Kondensatoren können aber auch zwischen den Anoden und der Kathode vorgesehen sein. Den sechs Anoden 5 des Stromrichters 4 sind Löschgitter 15 vorgelagert. Die Löschgitter der Anoden, die aus den gleichsinnig von Strom durchflossenen Transformatarwicklungen gespeist werden, d. h. die den aus den Wicklungen a, b, c bzw. d, e, f gespeisten Anoden • 25 zugeordneten Gitter 15 sind parallel geschaltet und über Widerstände 10 an den das Steuerpotential liefernden Röhrengenerator 16 mit Schwingungskreis 17 angeschlossen. Der dem das Gitterpotential liefernden Generator vorgeschaltete Transformator besitzt eine Mittelanzapfung, die über die eine negative oder gegebenenfalls auch positive Gittervorspannung liefernde Batterie 8 mit der Kathode des Stromrichters verbunden ist. Mit 9 ist noch ein Relais bezeichnet, das durch den Stromwandler 13 auf- der Primärseite des Speisetransformators 3 gesteuert wird, und das bei einem Kurzschluß oder einer Rückzündung den Generator kurzschließt und damit die Gittersteuerung sperrt.in a known manner, primarily double windings per phase a, d or b, e or c, f opposite winding directions and a secondary single-phase winding g. The Einphasenwicklungg "feeds the furnace coil of the induction furnace ii. In series with the furnace coil, the capacitor 12 is connected to the reactive power compensation. To prevent overvoltages to / of the supply transformer during the current breaking of the anode current when · Delete thereof in the windings A of the Streuindukivität of the transformer windings arise, the double windings of each phase of the supply transformer are connected by diverting capacitors 14. Such capacitors can also be provided between the anodes and the cathode. The six anodes 5 of the converter 4 are preceded by extinguishing grids 15 are fed in the same direction by current flowing transformer windings, ie the grids 15 associated with the anodes 25 fed from the windings a, b, c or d, e, f are connected in parallel and via resistors 10 to the tube generator 16 supplying the control potential with oscillation circuits s 17 connected. The transformer connected upstream of the generator supplying the grid potential has a center tap which is connected to the cathode of the converter via the battery 8 which supplies a negative or possibly also positive grid bias voltage. A relay is also designated by 9, which is controlled by the current transformer 13 on the primary side of the supply transformer 3, and which short-circuits the generator in the event of a short circuit or backfire and thus blocks the grid control.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist die folgende: Die Anoden 5 des Stromrichters 4 .erhalten über die Wickungen α bis f des Speisetransformators 3 niederfrequente Wechselspannung. Wie bei einem gewöhnlichen Wechselstrom-Gleichstrom-Stromrichter können auch hier immer nur diejenigen Anoden Strom aufnehmen, die gegenüber der Kathode gerade positives Potential aufweisen. Zudem kann immer nur diej enige positive Anode zünden, deren Gitter positiv gegenüber der Kathode ist. Die Gitter des aus den Wicklungen a, b und c gespeisten Anoden werden miteinander immer dann positiv,^ wenn die Gitter der aus den Wicklungen d. e und / gespeisten Anoden negativ sind, und umgekehrt. Somit werden auch die Gitter der jeweils in der Sperrphase befindlichen Anoden gesteuert, zünden kann aber jeweils nur eine Anode, und zwar nur diejenige, die momentan relativ zur Kathode die höchste positive Spannung hat. Da die verwendeten Gitter die Eigenschaft besitzen, einen brennenden ..Anodenstrom zu löschen, so ist es möglich, den Stromfluß einer Phase des Drehstromes '-'innerhalb der positiven 120⁰ elektrisch im .M'hythmus der Steuerhochfrequenz abwechs-' lungsweise über die zugehörigen Transformatorwicklungen α und d, b und e, c und / zu zwingen. Durch Wahl der Gittervorspannung kann der Zündpunkt der ablösenden Anode entweder gleichzeitig mit dem Löschpunkt der brennenden Anode bzw. vor oder nach demselben eingestellt werden. Messungen haben gezeigt, daß die Löschung des Anodenstromes in sehr kurzer Zeit erfolgt, weil der Zustand der Quasineutralität im Räume zwischen Gitter und Anode durch die negative Gitterspannung äußerst rasch gestört wird. Entsteht im Belastungskreis ein Kurzschluß oder treten an den Anoden infolge Uberbelastung oder zu großer Ouecksilberdampfdichte Rückzündungen auf, so werden diese durch Kurzschließen der positiven Gitterspannung durch das Relais 9 unterdrückt, weil dann alle Gitter relativ zur Kathode negativ aufgeladen werden und weitere Anoden nicht mehr zünden können. Mit Rücksicht auf die kurze Lebensdauer der Röhrengeneratoren ist es zweckmäßig, diese nur bei der Inbetriebnahme des Induktionsofens zu benutzen, für den Dauerbetrieb aber eine parallel zum Schwingungskreis des Röhrengenerators geschaltete, mit dem Ofenfeld des Induktionsofens gekoppelte und von der Eigenfrequenz desselben abhängige Spule 18 zu verwenden. Diese Spule 18 wird nach Aufnahme des Ofenbetriebes durch den Schalter 19 paraHel zum Schwingungskreis 17 des Röhrengenerators 16 geschaltet, wobei gleichzeitig der Röhrengenerator durch Öffnen der Schalter 20, 21 stillgesetzt wird. Die Spule 18 liefert dann als einphasige Hochfrequenzstromquelle die Gittersteuerspannung für den Stromrichter im Dauerbetrieb des Induktionsofens.^ ■The method of operation of the device is as follows: The anodes 5 of the converter 4 receive low-frequency alternating voltage via the windings α to f of the supply transformer 3. As with a conventional AC / DC converter, only those anodes can take up current here that have a positive potential with respect to the cathode. In addition, only the positive anode whose grid is positive in relation to the cathode can ignite. The grid of the anode fed from the windings a, b and c are always positive with one another, ^ if the grid of the windings d. e and / fed anodes are negative, and vice versa. This also controls the grids of the anodes that are in the blocking phase, but can only ignite one anode at a time, namely only the one that currently has the highest positive voltage relative to the cathode. Since the grids used have the property of extinguishing a burning anode current, it is possible to control the current flow of a phase of the three-phase current '-'within the positive 120 ⁰ electrically in the rhythm of the high-frequency control alternately via the associated Transformer windings α and d, b and e, c and / to force. By selecting the grid bias, the ignition point of the detaching anode can either be set simultaneously with the extinguishing point of the burning anode or before or after the same. Measurements have shown that the anode current is extinguished in a very short time, because the state of quasi-neutrality in the space between the grid and anode is disturbed extremely quickly by the negative grid voltage. If a short circuit occurs in the load circuit or if reignitions occur on the anodes as a result of overloading or excessively high mercury vapor density, these are suppressed by short-circuiting the positive grid voltage by the relay 9, because then all the grids are negatively charged relative to the cathode and further anodes can no longer ignite . In view of the short service life of the tube generators, it is advisable to use them only when the induction furnace is put into operation, but for continuous operation to use a coil 18 connected in parallel to the oscillating circuit of the tube generator, coupled to the furnace field of the induction furnace and dependent on its natural frequency . After the furnace has started operating, this coil 18 is switched parallel to the oscillating circuit 17 of the tube generator 16 by the switch 19, the tube generator being shut down at the same time by opening the switches 20, 21. As a single-phase high-frequency power source, the coil 18 then supplies the grid control voltage for the converter in continuous operation of the induction furnace

Als Hochfrequenzstromquelle kann auch eine Induktionsmaschine verwendet werden, bei der z. B. unter Vermeidung von Unterbrechungskontakten der Strom durch Änderung des magnetischen Widerstandes erzeugt wird. Die Einphasenhochfrequenzstromquelle kann entweder eine sinusförmige oder eine spitze, zur Zeitachse symmetrische oder asymmetrische Kurvenform liefern.An induction machine can also be used as a high frequency power source, at the z. B. while avoiding break contacts, the current by changing of magnetic resistance is generated. The single phase high frequency power source can either be sinusoidal or pointed, symmetrical or asymmetrical to the time axis Deliver curve shape.

Claims

Patent claims:

i. Device for the direct conversion of low-frequency three- or Multi-phase current in medium or high-frequency single-phase current, especially for the operation of induction furnaces

Help from self-commutated converters with gas or vapor discharge lines and a supply transformer, the primary double windings per phase opposite Winding sense, characterized in that control grids are used for the grid control, the extinguishing of the anode currents at any point in time within the burning time of the respective working anode allow, and that for the control of the grid during the furnace operation, the furnace circuit itself as a single-phase grid power source is used.

2. Device according to claim i, characterized in that the high-frequency power source has a center tap and that this has a current source supplying a grid bias is connected to the cathode of the converter.

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the high-frequency power source can be short-circuited by a relay that responds to a short circuit or backfire.

4. Device according to claim 1 to 3, characterized in that a tube generator supplies the grid control voltage with an oscillating circuit as a high-frequency power source.

5. Device according to claim 4, characterized in that one with the Apparatus fed by the single-phase current of the converter and dependent on the natural frequency of the same Coil is provided which is parallel to the oscillating circuit of the tube generator can be switched, and when the latter is switched off, the control potential for the anode grid of the Converter supplies in continuous operation.

1 sheet of drawings