-
Ein- oder mehrphasige, zur Lieferung von induktivem Blindstrom an
das speisende bzw. gespeiste Wechselstromnetz geeignete, wenigstens zeitweilig als
Wechselrichter arbeitende Umformungseinrichtung mit gesteuerten Entladungsstrecken
Alle Stromrichter üblicher Art haben den gemeinsamen Mangel, daß sie aus dem speisenden
bzvP. gespeisten Wechselstromnetz in erheblichem Maße induktive Blindleistung aufnehmen.
Die wesentliche Ursache dieses Verhaltens liegt beim Gleichrichter in der erforderlichen
Zündung der Entladungsstrecke nach dem Phasenschnittpunkt, so daß, besonders beim
Herabregeln der gleichgerichteten Spannung durch Zündzeitpunktverstellung, eine
starke Verschiebung der Grundwelle des aus dem Netz aufgenommenen Stromes gegenüber
der Netzspannung .eintritt. Die beim Wechselrichter bekannter Art zur Erzielung
einer richtigen Phasenablösung notwendige Zündung vor dem Phasenschnittpunkt bewirkt
ebenfalls eine Verschiebung der Stromgrundwelle gegenüber der Netzspannung in dem
Sinne einer Aufnahme induktiver Blindleistung.
-
Es sind nun bereits Umformungseinrichtungen mit gesteuerten Entladungsstrecken
bekanntgeworden, die bei Gleichrichter- und Phasenschieberbetrieb den Leistungsfaktor
dadurch verbessern, daß der Strom, der durch eine Hauptentladungsstrecke fließt,
vor seinem natürlichen Nullwerden mit Hilfe einer besonderen Kommutierungseinrichtung
zwangsweise gelöscht wird. Das kann z. B. dadurch geschehen, daß eine Kondensatorentladung
über eine besondere Löschentladungsstrecke auf die zu löschende Hauptentladungsstrecke
geschaltet wird. Nach Beendigung des Löschvorganges wirdder Strom, der vorher durch
die Hauptenladungsstrecke floß, z. B. von einer Sternpunktentladungsstrecke übernommen,,
die
die Aufgabe hat, den Strom durch die vorhandenen Induktiv itäten
aufrechtzuerhalten, ohne daß dieser durch den Netztransformator fließt. Die Sternpunktentladungsstrecke
ist unmittelbar zwischen dem Transformatorsternpunkt und dem zugehörigen Verbindungspunkt
der Hauptentladungsstrecken angeordnet und arbeitet genau so wie die bekannten Nullanoden
:in Gleichrichterschaltungen üblicher Art.
-
Mit dieser bekannten Anordnung, bei der also eine zwangsweise Löschung
des Stromes der Hauptentladungsstrecken und nachfolgender Übergang des Stromes auf
eine Sternpunktentladungsstrecke bewirkt wird, kann man im Gleichrichterbetrieb
erreichen, daß die aus dem Netz aufgenommene Leistung keine induktive Blindleistungskomponente
enthält oder daß induktive Blindleistung an das Netz abgegeben wird. Es ist mit
dieser bekannten Anordnung aber nicht ohne weiteres ein Wechselrichterbetrieb möglich,
bei dem an das gespeiste Netz. neben der Wirkleistung auch induktive Blindleistung
geliefert wird.
-
Die Erfindung beseitigt diese Mängel bei ein- oder mehrphasigen Umformungseinrichtungen
mit gesteuerten Entladungsstrecken, insbesondere gittergesteuerten Dampf- öder Gasentladungsstrecken,
mit Sternpunktentladungsstrecken, die unmittelbar zwischen dem Transformatorsternpunkt
und dem zugehörigen Verbindungspunkt der Hauptentladungsstrecken angeordnet sind,
indem der Strom iii den Sternpunktentladungsstrecken mit Hilfe einer der zu löschenden
Entladungsstrecke unmittelbar parallel geschalteten Kommutierungseinrichtung zwangsweise
gelöscht wird.
-
Zur zwangsweisen Löschung des Stromes in einer Sternpunktentladun.gsstrecke
können verschiedene Anordnungen benutzt werden. Beispielsweise kann man unter Verwendung
eines oder mehrerer Kondensatoren eine zwangsweise Löschung des Stromes der Sternpunktentladungsstrecken
bewirken. Hierbei kann der benutzte Löschkondensator aus dem Gleichstromnetz oder/und
dem Wechselstromnetz oder aus einer besonderen Stromquelle aufgeladen werden. Man
kann auch erreichen, daß der Löschkondensator bei jedem Löschvorgang umgeladen wird
und damit für die nächste Löschung mit entgegengesetzter Spannun- zur Verfügung
steht. In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird
dieses Prinzip benutzt.
-
Als Beispiel einer Anordnung gemäß der Erfindung soll zunächst an
Hand der Abb. i eine zweiphasige Umformungseinrichtung näher beschrieben werden,
und zwar zuerst bei einem Arbeiten als Wechselrichter.
-
In der Abb. i ist Y1% das Wechselstromnetz, Tr der Transformator,
VHa,- VHU sind die Hauptentladungsstrecken und Voa und Tor, sind die zugehörigen
Sternpunktentladungsstrecken und VLa, L'LV die entsprechenden Löschentladun.gsstrecken.
CL ist der Löschkondensator. Über die Trenndrossel L1 wird das Gleichstromnetz
G mit den Kathoden der Entladungsstrecken verbunden. Die Trenndrossel ermöglicht
eine Aufladung des Löschkondensators CL. Die Saugdrossel L., verbindet die
Nullpunkte der beiden um 18o° elektrisch gegeneinander versetzten stromrichterseitigen
Wicklungen des Transformators Tr mit dem Gleichstromnetz G. Durch die Drossel L.
wird verhindert, daß die beiden Anlagenhälften untereinander kommutieren.
-
Die Arbeitsweise der Anordnung der Abb. i sei an Hand der Abb. 2 erläutert,
die Strom- und Spannungsverläufe bei einem Betrieb der Anordnung als Wechselrichter
zeigt. Es bedeuten UN die Spannung und JN den Strom auf der Netzseite des
Transformators, LTTr dessen Spannung auf der Stromrichterseite in der Anla:genhälfte,
deren Entladungsstrecken mit dem Index a bezeichnet sind. JH und UspH sind Strom
und Sperrspannunri der Hauptentladungsstrecke, JL und UspL die entsprechenden Werte
des Löschventils und J, und Uspo die entsprechenden Werte der Sternpunktentladungsstrecke.
Im Zeitpunkt t, wird die Löschentladungsstrecke Y'LQ durch ihre Steuerung freigegeben.
Die vorher stromführende Sternpunktentladungsstrecke VO" wird durch den über die
Löschentladungsstrecke zugeführten Entladestromstoß des Löschkondensators
CL gelöscht. Der Strom geht für kurze Zeit auf die Löschentladungsstrecke
über und bewirkt, daß der Löschkondensator auf die entgegengesetzte Polarität umgeladen
wird und damit für die nächste Löschung in der anderen Anlagenhälfte b vorbereitet
ist. Mit der Umladung des Kondensators kehrt auch die an den Elektroden der Hauptentladungsstrecke
L'HQ liegende Spannung ihre Richtung um, und diese kann den Strom übernehmen (Zeitpunkt
t.). Die Löschung der Hauptentladungsstrecke PH" erfolgt in dem beschriebenen Fall
im Zeitpunkt t3 durch Freigabe der Stern.punktentladungsstrecke VO". Diese übernimmt
den Strom in bekannter Weise, weil der Augenblickswert der Spannung an ihrer Anode
positiv gegenüber dem der Anode der Hauptentladungsstrecke ist.
-
Die zweite Anlagenhälfte, b, arbeitet in gleicher Weise, nur mit einer
Verschiebung von i8o° el. gegenüber der ersten Hälfte.
-
Wie aus der Abb. 2 hervorgeht, besteht der an das Netz abgegebene
Strom, abgesehen vom Magnetisierungsstrom des Transformators, jeweils aus einem
Stromstoß während der Arbeitsdauer der Hauptentladungsstrecke.
Durch
entsprechende Wahl der Zündzeitpunkte der einzelnen Entladungsstrecken kann man
die Phasenlage der Grundwelle des vom Wechselrichter abgegebenen Stromes weitgehend
verändern und so wählen, daß neben der Wirkleistung auch induktive Blindleistung
an das Netz abgegeben wird.
-
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, im Gegensatz zu
-den bekannten Stromrichterschaltungen, beim Wechselrichter den Stromübergang auf
die Hauptentladungsstrecke nach dem Phasenschnittpunkt, der bei dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel mit dem Spannungsnulldurchgang identisch ist, zu bewirken. Damit
besteht die Möglichkeit, an das Wechselstromnetz neben der Wirkleistung auch: induktive
Blindleistung abzugeben.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung, z. B. die oben .beschriebene Umformungseinrichtung,
kann auch als Gleichrichter betrieben werden. Die Abb. 3 zeigt Strom- und Spannungsverläufe
bei einem Gleichrichterbetrieb einer Anlage nach Abb. i. Die Bezeichnungen der A,bb.
3 entsprechen denen der Abb. a. Aus den Kurvenverläufen und den zum Wechselrichterbetrieb
gegebenen Erläuterungen geht die Arbeitsweise des Gleichrichters eindeutig hervor.
Man erkennt, daß @es nunmehr möglich ist, den Stromübergang auf die Hauptentladungsstrecken
vor dem Phasenschnittpunkt zu bewirken. Damit besteht die Möglichkeit, neben der
Wirkleistungsaufnahme aus dem Wechselstromnetz induktive Blindleistung an dieses
abzugeben.
-
In ähnlicher Weise wie bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel können
auch mehrphasige Stromrichter ausgeführt werden. Es wird sich in vielen Fällen als
zweckmäßig erweisen, mehrphasige Anordnungen aus mehreren Teilstromrichtern der
erfindungsgemäßen Art zusammenzusetzen. Dabei kann jeder Teilstromrichter einen
eigenen Löschkondensator besitzen, oder es kann ein gemneinsarner Löschkondensätor
für mehrere Teilstromrichter benutzt werden.
-
Die Abb. q. zeigt als Beispiel hierfür eine erfindungsgemäße Stromrichteranlage
zum Anschluß an ein Drehstromnetz, die aus zwei um 9o° e1. gegeneinander versetzten
Teilstromrichtern besteht. Die Bezeichnungen der Abb. q. entsprechen sinngemäß denen
der Abb. i. Die Elemente des einen Teilstromrichters besitzen im Index ein a, die
des anderen ein b. Der Unterschied gegenüber der in der Abb. i dargestellten Anordnung
besteht darin, daß die Summe der Brenndauern zueinander gehöriger Entladungsstrecken,
z. B. VHai, VO" und VLa, lü!er i8o° beträgt, im Gegegensatz zu 36o° bei der Anordnung
nach Abb. i. Demgemäß müssen die Entladungsstrecken VO und VL mit der doppelten
Arbeitsfrequenz des Stromrichters gesteuert werden, bzw. bei Steuerung mit der einfachen
Arbeitsfrequenz muß die Zahl der betreffenden Entladungsstrecken verdoppelt werden.
Es besteht im letzteren Fall die Möglichkeit, die genannten Entladungsstrecken entsprechend
der geringeren Belastung für niedrigere Durchgangsleistungen zu .bemessen.
-
Aus den in Abb. i und q. gezeigten Ausführungsbeispielen der Erfindung
können andere mehrphasige Anordnungen zusammengesetzt werden. Die Abb. 5 zeigt beispielsweise
eine sechsphasige Anordnung, bei der die Zusammensetzung aus sechs Teilstromrichtern
besonders deutlich erkennbar ist. Auch hier sind die Schaltelemente mit den schon
in den A.bb. i und q. verwendeten Bezugszeichen versehen. Zur Kennzeichnung der
einzelnen Phasen ist in. der einen Anlagehälfte dei Index R bzw. S bzw. T und in
der anderen Anlagenhälfte der Index R' bzw. S' bzw. T' verwendet.
-
Um eine unerwünschte Kommutierung der Systeme untereinander zu verhindern,
sind außer den Drosseln L1 und L2 noch#Verkettungseinrichtungen (Saugdrosseln) L
vorgesehen, wie man sie zur Aufteilung mehrphasiger Stromrichter in mehrere niederphasige
Systeme verwendet. Die Saugdrosseln werden vorteilhaft zu zwei dreiphasigen Saugdrosseln
zusammengefaßt. Die Entladungsstrecken arbeiten in der beidem Ausführungsbeispiel
der Abb. i bereits geschilderten Art und Reihenfolge. Der Löschkondensator
CL, der z. B. beim Löschen des Stromes in der Sternpunktentladungsstrecke
der Phase R über die Löschentla@dungsstrecke VLR umgeladen wird, dient 6o° später
zum Löschendes Stromes in der Sternpunktentladungsstrecke der Phase T'. In ähnlicher
Weise läßt sich z. B. durch Verdreifachung der Anordnung nach Abb. q. ein Zwölfphasenstromrichter
zusammensetzen.
-
Man kann nun auch Mehrphasenstromrichter der erfindungsgemäßen Art
ausführen, die nicht aus mehreren untereinander nicht kommutierenden Einphasenteilstromrichtern
bestehen. Die Abb. 6 zeigt ein derartiges Ausführungsbeispiel der Erfindung. An
den Transformator Tr sind in bekannter Weise Hauptentladungsstreclcen VHR, hHR usw.
und Sternpunktentladungsstrecken IJo, VO angeschlossen. Eine Löschanordnung der
schon mehrfach beschriebenen Art bewirkt nun zu gewünschten Zeitpunkten eine zwangsweise
Löschung des Stromes in den Sternpunktentladungsstrecken. Es ist daher möglich,
die Hauptentladungsstrecken zu einem gewünschten Zeitpunkt, z. B. beim Betrieb der
Anordnung als Wechselrichter auch nach dem Zeitpunkt der Amplitudengleichheit zweier
aufeinanderfolgender Transformatorphasen-
Spannungen (Phasenschnittpunkt),
zu zünden. Die Löschung der Hauptentladungsstrecken erfolgt wieder in bekannter
Weise durch Freigabe der Sternpunktentladungsstrecken. Die Summe der Arbeitsdauern
zusammengehöriger Entladungsstrecken, z. B. der EntladungsstreckenVHR, vo und VL,
beträgt hier izo'.
-
In der Abb. 7 sind die wichtigsten Strom--und Spannungsverläufe einer
Anlagenhälfte der Anordnung der Abb. 6 schematisch dargestellt, und -zwar für Wechselrichterbetrieb
bei Abgabe von Wirkleistung und induktiver Blindleistung. Die Bezeichnungen entsprechen
sinngemäß denen der Abb. z und 3; UR, US und UT sind die Phasenspannungen
auf der Stromrichterseite des Transformators. Aus der Abb. 7 geht hervor, daß die
Sternpunkt- und Löschentladungsstrecken in jeder Periode der Wechselspannung dreimal
arbeiten müssen. Sie müssen also, wie schon beschrieben, mit einem Vielfachen der
Arbeitsfrequenz des Wechselrichters gesteuert werden.
-
In vielen weiteren bekannten Stromrichteranordnungen, bei denen Sternpunktentladungsstrecken
zur Anwendung gelangen, läßt sich deren zwangsweise Löschung gemäß der Erfindung
mit Erfolg anwenden.
-
Bei Mehrphasenschaltungen ergibt sich allgemein durch Anwendung der
Erfindung gegenüber Anordnungen mit zwangsweiser Löschung der Hauptentladungsstrecken
noch ein weiterer Vorteil dadurch, daß die Anzahl der verwendeten Sternpunktentladungsstrecken
in den meisten Fällen geringer ist als die der Hauptentladungsstrecken. Da nun häufig
die erforderliche Anzahl der Löschentladungsstrecken gleich der Anzahl der zu löschenden
Entladungsstrecken ist, erzielt man eine oft wesentliche Ersparnis. Die dabei erforderliche
Steuerung der Löschentladungsstrecken mit einem Vielfachen der Arbeitsfrequenz des
Stromrichters läßt sich ebenso wie die bei bekannten Wechselrichtern mit Sternpunktentladungsstrecken
erforderliche höherfrequente Steuerung mit bekannten Mitteln unschwer erreichen.
Unter Verzicht auf eine Ersparnis an Entladungsstrecken läßt sich die Anordnung
auch so treffen, daß die Steuerung aller Entladungsstrecken mit Betriebsfrequenz
erfolgen kann.
-
Wie aus den bisher beschriebenen Ausführun.gsbeispielen der Erfindung
hervorgeht, kann man es oft erreichen, daß mehrere Entladungsstrecken gleiches Kathodenpotential
besitzen. Es ist dann möglich, mehrere der in der bisherigen Beschreibung einzeln
angeführten Stromrichtgefäße jeweils zu einem mehranodigen Gefäß zusammenzufassen.
-
Will man mit Hilfe einer Verstellung des Zündzeitpunktes einer oder
mehrerer Gruppen von Entladungsstrecken z. B. eine Regelung der Leistung oder des
Leistungsfaktors vornehmen, so wird es sich in vielen Fällen als zweckmäßig erweisen,
dabei die Zündzeitpunkte mehrerer Gruppen von Entladungs Strecken (z. B. der Haupt-
und der Löschentla:dungsstrecken) gleichzeitig in geeigneter Weise zu verstellen.
Hierzu wird man zweckmäßig für die Zündzeifpunkte der betreffenden Gruppen etwa
durch entsprechende Kupplung der Gittersteuerungsdrehregler oder gleichzeitige-
Veränderung der Vormagnetisierung der Gittersteuertransformatoren eine bestimmte
zeitliche Abhängigkeit voneinander vorsehen. Unter Umständen wird -es sich als notwendig
erweisen, außerdem auch eine getrennte Ver-5tellbarkeit der Zündzeitpunkte der einzelnen
Gruppen vorzusehen.
-
Wie schon oben angegeben, kann der Stromübergang von den Löschentladungsstrecken
auf die Hauptentladungsstrecken erfolgen, wenn der Löschvorgang beendet ist. Da
der Löschvorgang nun, abhängig von dein gewählten Löschzeitpunkt und auch von der
Höhe des Betriebsstromes, verschiedene Zeit beansprucht, ist es in vielen Fällen
zweckmäßig, besonders bei Verwendung von Entladungsstrecken mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung,
die Hauptentladungsstrecken mit einer derartigen Steuerung zu versehen, daß diese
für längere Zeit freigegeben werden, so daß sie bereitstehen, bei Eintritt der für
den Stromdurchgang richtigen Spannungsrichtung den Strom sofort zu übernehmen. Bei
der in der Abb. i und z gezeigten Anordnung besteht z. B. die Möglichkeit, die Hauptentladungsstrecken
für annähernd i8o° freizugeben, nämlich immer dann, wenn der Augenblickswert der
zugehörigen Transformatorspannung UT, negativ ist. Die Kurven der Abb. :2 wurden
bei einer derartigen Steuerung der Hauptentladungsstrecken aufgenommen. Man erkennt
aus der Abb, a, daß die Hauptentladungsstrecke sofort Strom führt, sobald die hierfür
erforderliche geringe positive Spannung an ihrer Anode liegt.
-
Die Einstellung. der gewünschten Durchgangsleistung und des gewünschten
Leistungsfaktors wird man im praktischen Betrieb durch Zündzeitpunktregelung einer
oder mehrerer Gruppen von Entladungsstrecken vornehmen. Oft wird es sich als zweckmäßig
erweisen, außerdem das Verhältnis der Spannung vor und hinter dem betrachteten Stromrichter
beispielsweise durch Anzapfungen an dem Stromrichtertransformator T, zu ändern.
Wenn man die Hauptentladungsstrecken, wie bereits beschrieben; bereitstellt, genügt
oft eine Regelung des Zündzeitpunktes der Löschentladungsstrecken allein, um den
gesamten Regelbereich zu bestreichen.
Bei der Inbetriebnahme einer
Stromrichteranlage nach der Erfindung können sich dadurch Schwierigkeiten .ergeben,
daß der Löschkondensator bei der ersten erforderlichen Stromlöschung noch nicht
oder unvollständig geladen ist. Unter Umständen wird es sich daher als vorteilhaft
erweisen, die. Inbetriebnahme durch entsprechende Veränderung des Verhältnisses
der Spannungen vor und hinter dem Stromrichter zu erleichtern oder zu dem gleichen
Zwecke eine geeignete Verlagerung der Zündzeitpunkte einer oder * mehrerer Gruppen
von Entladungsstrecken vorzunehmen (z. B. Vorverlegung der Zündzeitpunkte der Löschentladungsstrecken).
Man kann auch beide genannten Maßnahmen gleichzeitig anwenden. In vielen Fällen
werden die genannten Schwierigkeiten bei Anordnungen, bei denen die Auf- bzw. Umladung
des Löschkondensators über die Löschentladungsstrecken erfolgt, auch dadurch zu
beseitigen sein, daß man bei der Inbetriebnahme die Löschentladungsstrecken zuerst
einschaltet.
-
Handelt es sich um einen Stromrichter, bei dem die im Betriebe auftretenden
Spannungen niedrig sind im Verhältnis zu den Strömen, so ist es bei Anordnungen
mit selbsttätiger Löschkondensatorumladung zweckmäßig, die Freigabe der Hauptentladun.gsstrecken
zu verzögern, da dann durch die stromglättende Wirkung der Induktivitäten eine längere
Arbeitsdauer der Löschentladungsstrecken erzwungen und der Löschkondensator auf
höhere Spannung aufgeladen wird.
-
Bei Stromrichteranlagen gemäß der Erfindung, bei -denen eine zwängsweise
Löschung des Stromes in den Sternpunktentladungsstrecken vorgenommen wird, kann
man in den meisten Fällen die Löschung der Hauptentladungsstrecken durch Freigabe
der Sternpunktentladungsstreckenbewirken. In besonderen Fällen besteht jedoch auch
die Möglichkeit, neben der zwangsweisen Löschung der Sternpunktentladungsstrecken
nach der Erfindung auch eine zwangsweise Löschung der Hauptentladungsstrecken zu
bewirken.