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Anordnung zur Überwachung des Betriebes von mit Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden
Umformungseinriehtungen.
Um den ordnungsgemässen Betrieb von Umformungseinrichtungen zu überwachen, welche mit Dampf- oder Gasentladungsstrecken mit im wesentlichen lichtbogenförmiger Entladung arbeiten, genügt es nicht, wie beispielsweise bei sonstigen Umformern oder elektrischen Maschinen, die abgegebene Spannung oder den abgegebenen Gesamtstrom oder beide zu messen. Es kann vielmehr infolge der eigentümlichen Arbeitsweise derartiger Umformungseinrichtungen der Fall eintreten, dass Teile der Anlage ganz oder teilweise versagen, ohne dass damit unzulässige Änderungen in den Werten der im Aussenkreis auftretenden Betriebsgrössen verbunden sind.
Bei selbsttätig geregelten gittergesteuerten Gleichrichtern beispielsweise kann sogar jegliche Änderung des Mittelwertes des abgegebenen Gleichstromes bei derartigen Störungen unterbunden werden, so dass sie sich nach aussen zunächst gar nicht weiter bemerkbar machen. Diese Fehler, zu denen unter anderm das Durchbrennen von Anodensicherungen, Kurzschluss, Aussetzen des Entladungseinsatzes in einzelnen Entladungsstreeken oder auch Störungen im Steuerkreis einzelner Entladungsstrecken zu rechnen sind, dürfen jedoch nicht dauernd bestehen bleiben, da hiedurch die Anlage mehr, oder weniger schwer beschädigt werden kann und da ausserdem Wirkungsgrad und Leistungsfaktor der Anlage durch derartige innere Störungen in Mitleidenschaft gezogen werden.
Der gegebene Weg zur Überwachung dieser inneren Vorgänge in Umformungseinrichtungen scheint zunächst in der Überwachung jedes einzelnen Entladungsstreckenstromkreises durch Messinstrumente oder Relais zu liegen. Diese Art der Überwachung scheidet jedoch von vornherein aus, wegen der zu hohen Kosten und der umständlichen und unübersichtlichen Messschaltungen.
Die vorliegende Erfindung gestattet die Überwachung der einzelnen Entladungsstrecken in viel einfacherer Weise. Sie hat zur Grundlage die Erkenntnis, dass bei aussetzender Entladung in einzelnen Entladungsstrecken die Welligkeit des abgegebenen Stromes bzw. der abgegebenen Spannung sich ändert ; normalerweise, d. h. wenn sämtliche Entladungsstrecken richtig arbeiten, entspricht der Welligkeit z. B. eines sechsphasigen Gleichrichters die Frequenz 300 Hertz. Bei aussetzender Entladung in einer, zwei bzw. drei Entladungsstrecken tritt im Gleichstromkreis ausserdem die Frequenz 50, 100 bzw.
150 Hertz auf usf. Erfindungsgemäss werden nun in Hauptstromkreisen der Umformungseinrichtung, bei gittergesteuerten Anlagen gegebenenfalls auch im Steuerstromkreis abgestimmte Schwingungskreise angeordnet, welche im Normalbetrieb nur kleine Spannungen bzw. kleinen Strom führen, bei Auftreten einer Störfrequenz jedoch in Resonanz geraten und über Relais eine Signalgabe oder eine Schalthandlung zur Auslösung bringen.
Der Erfindungsgedanke und seine Weiterbildungen mögen an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher veranschaulicht werden.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines sechsphasigen Gleichrichters 1, der aus dem Drehstromnetz 10 gespeist wird und aus dem Transformator 2 mit der sechsphasigen Sekundärwicklung 3 und dem mehranodigen Gleichrichtergefäss 4 besteht. Der Gleichrichter möge auf eine Belastung 6 arbeiten, mit der er über eine Kathodendrossel 5 verbunden ist. An die Klemmen der Kathodendrossel ist die
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Einrichtung 7 zur Überwachung der Welligkeit des Gleichstromes angeschlossen. Sie besteht im wesentlichen aus einem parallel zur Kathodendrossel 5 angeordneten Spannungsresonanzkreis, der aus der Kapazität 8 und der Induktivität 9 aufgebaut ist und zweckmässig noch einen veränderlichen bzw. einstellbaren Dämpfungswiderstand 11 enthält.
Parallel zum Kondensator 8 ist ein Spannungsrelais, beispielsweise ein Telephonrelais 12, über ein Schaltelement mit eindeutiger Stromdurchlassrichtung, beispielsweise eine Selengleichrichterzelle 13 und gegebenenfalls über einen Anpassungswiderstand 14, geschaltet.
Eine Abänderung der Einrichtung 7 ist in Fig. la dargestellt. An den Klemmen der Kathodendrossel 5 liegen in diesem Ausführungsbeispiel mehrere parallel geschaltete Spannungsresonanzkreise 8', 9'
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wie im Ausführungsbeispiel dargestellt ist, transformatorisch, über Stromwandler 16'bzw. 16"bzw. 16'" eingefügt sein, u. zw. zweckmässig ebenfalls unter Einfügung von Gleichrichterelementen 13 und Widerständen 14. Die besonderen Stromwandler 16 können wegfallen, wenn die Induktivitäten 9 der Schwingungskreise mit Sekundärwicklungen versehen werden, da die Energie zur Betätigung der Relais 12 dann diesen entnommen werden kann.
Die Wirkungsweise dieser Anordnungen ist die folgende : Die Spannungsresonanzkreise der Fig. la sind auf verschiedenen Frequenzen abgestimmt, beispielsweise der Kreis 8', 9'auf 50 Hertz, der Kreis 8", 9" auf 100 Hertz, der Kreis '", 9"'auf 150 Hertz. Fällt nun beispielsweise eine Anode oder mehrere in der Phasenfolge hintereinander liegende Anoden des Gleichrichtergefässes 4 aus, so tritt im Gleichstromkreis ausser der Frequenz 300, welche der normalen Welligkeit entspricht, auch noch die Frequenz 50 auf, der Schwingungskreis 8', 9'gerät in Resonanz und das Relais 12'betätigt ein Signal oder löst eine Sehalthandlung zur Beseitigung der Störung aus.
Entsprechend gerät der Schwingungskreis 8", 9" in Resonanz, wenn zwei in der Phasenlage um 1800 versetzte Anoden gleichzeitig aussetzen, und der Schwingungskreis S'", 9"', wenn Anoden, die in der Phasenlage um 1200 versetzt sind, gleichzeitig aussetzen.
In Fig. 1 ist statt der drei auf 50,100 und 150 Hertz abgestimmten Schwingungskreise nur der eine Schwingungskreis 8, 9 vorgesehen, der beispielsweise auf 100 Hertz abgestimmt ist. Um nun mit diesem Schwingungskreis auch diejenigen Störungen, bei welchen die Störfrequenzen 50 bzw. 150 Hertz auftreten, erfassen zu können, wird die Dämpfung des Resonanzkreises vermittels des Dämpfungswiderstandes 11 so eingestellt, dass die durch die Frequenz 50 bzw. 150 Hertz im Schwingungskreis angeregten Spannungsamplituden an den Klemmen des Kondensators 8 noch zur Betätigung des Signalrelais 12 ausreichen.
Um Fehlauslösungen der Überwachungseinrichtung mit Sicherheit zu vermeiden, kann dem Sehwingungskreis bzw. den Schwingungskreisen, die auf die Störfrequenzen abgestimmt sind, ein Sperrkreis 19 vorgeschaltet werden, der auf die Frequenz scharf abgestimmt ist, welche der Welligkeit des Normalbetriebes entspricht, und der daher die Spannungsamplituden dieser Frequenz von den eigentlichen Messkreisen fernhält. Eine derartige Anordnung zeigt die Fig. 1 b.
Ein anderes Ausführungsbeispiel für die Überwachungseinrichtung einer im übrigen gemäss Fig. 1 aufgebauten Gleichrichteranlage zeigt die Fig. 2. Anstatt parallel zur Kathodendrossel J kann die Überwachungseinrichtung 7 auch zwischen den Sternpunkt der Sekundärwicklung 3 des Gleichrichtertrans- förmators 2 und die Kathode des Gleichrichtergefässes 4 geschaltet werden, so dass unmittelbar die Welligkeit der erzeugten Gleichspannung gemessen wird.
Als Schwingungskreis ist wieder ein Spannungsresonanzkreis 8, 9 vorgesehen, der im Falle des Ausführungsbeispieles über einen Isoliertransformator 15 an die Gleichriehterkreise angeschlossen ist, wodurch die Stromkreise der Signalanlage völlig von den Gleichrichterkreisen hinsichtlich irgendwelcher Bezugspotentiale unabhängig gemacht werden können.
Zu diesem Zweck sowie zu einer eventuellen Anpassung der Signaleinrichtung an beliebige Umformungseinrichtungen ist der Isoliertransformator zweckmässig mit Anzapfungen versehen. Der Dämpfungswiderstand 11 kann entsprechend der Fig. 1 unmittelbar im Schwingungskreis auf der Sekundärseite des Transformators 1'5 oder aber auch, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 dargestellt ist, auf der Primärseite des Transformators 15 angeordnet werden. Um ferner eine unerwünschte Gleichstromvormagnetisierung des Isoliertransformators 15 zu vermeiden, wird zweckmässig ein genügend grosser
Kondensator 18 in Reihe mit dem Transformator 15 angeordnet, so dass in den Überwachungskreis 7 nur die der Gleichspannung überlagerte Wechselspannungskomponente eingehen kann.
Die Anordnung eines Isoliertransformators zur Trennung der Signalanlage von den Potentialen der Gleichrichteranlage ist natürlich auch bei Anordnungen gemäss Fig. l ohne weiteres möglich.
Fig. 2a zeigt eine Abänderung der Fig. 2 insofern, als hier wieder ein Sperrkreis für die der normalen Welligkeit entsprechende Frequenz 300 Hertz in Reihe zum Resonanzkreis angeordnet ist. Der Resonanzkreis ist in diesem Beispiel ohne Zwischenschaltung eines Isoliertransformators angeordnet. Eine unerwünschte Gleichstrommagnetisierung der Induktivitäten 9, 19 oder der Relaiswicklung 12 kann hier auch ohne Einfügung eines besonderen Blockierungskondensators vermieden werden, wenn das Gleichrichterelement 13 mit entsprechender Polung in den Stromkreis des Relais 12 ein- gefügt wird.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen die Anwendung des Erfindungsgedankens auf eine Gleiehriehteranlage, bei der in erster Linie solche Störungen zu überwachen sind, welche von der für sämtliche Einzelgleichrichter gemeinsamen Steuereinrichtung ausgehen. Dieser Fall ist in der Praxis insbesondere dann gegeben, wenn die Steuereinrichtung derartiger Umformungsanlagen unter Verwendung von Hilfsentladungsstrecken, beispielsweise Glühkathodenröhren, aufgebaut ist ; der verhältnismässig verwickelte Aufbau derartiger Steuerschaltungen ist natürlich gegen Störungen besonders empfindlich.
Eine Überwachung gemäss den obigen Ausführungsbeispielen wäre bei derartigen Anlagen, bei denen die Anzahl der jeweils im Betrieb befindlichen Entladungsgefässe sich nach der Belastung richtet, nur möglich, wenn für jedes Entladungsgefäss eine besondere Überwachungseinrichtung vorgesehen würde. Demgegenüber bedeutet die Überwachung im gemeinsamen Gittersteuerkreis eine bedeutende Vereinfachung im Aufbau und eine bemerkenswerte Kostenersparnis.
In Fig. 3 sind 4'bzw. 4"zwei sechsphasige, parallelarbeitende Gleichrichtergefässe, welche über den Gleiehrichtertransformator 2 aus dem Drehstromnetz 10 gespeist werden und ihrerseits Energie in das Gleichstromnetz 6 liefern. Die Steuergitter, welche einander entsprechenden Anoden in den beiden Entladungsgefässen zugeordnet sind, sind jeweils an die gleiche Spannung, gegebenenfalls über Begrenzungswiderstände 25, angeschlossen. Die Steuerspannung wird von einer Gleichstromquelle 23 bzw. aus dem Drehstromnetz 10 über den Gittertransformator 20 und über Hilfsentladungsstrecken 21 geliefert.
Die Gleichspannungsquelle 23 ist mit ihrem positiven Pol über Widerstände 24, welche das ordnungsmässige Arbeiten der Kathodendrosseln 5'bzw. 5"sicherstellen sollen, an die Kathoden der Entladungsgefässe 4'bzw. 4"angeschlossen, während ihr negativer Pol über im Stern geschaltete Widerstände 22 mit den zu den verschiedenen Steuergitter führenden Steuerleitungen verbunden ist. Solange die Hilfsentladungsstrecken 21 des Steuerkreises gesperrt sind, erhalten daher die Steuergitter der Hauptentladungsstrecken ein gegenüber den Kathoden der Entladungsgefässe negatives Potential, so dass in den Hauptentladungsstrecken keine Entladung einsetzen kann.
Wird dagegen eine der Hilfsentladungsstrecken 21 durch ihre im einzelnen nicht näher dargestellte Steuerung für den Stromdurchgang freigegeben, so wird damit der betreffenden Steuerleitung der Hauptgleichrichter ausser der negativen Spannung der Spannungsquelle 23 noch eine vom Gittertransformator 20 gelieferte Wechselspannung aufgedrückt.
Wenn die Widerstände 22 genügend gross bemessen sind, überwiegt dabei der Einfluss der Wechselspannung derart, dass die negative Spannung der Spannungsquelle 23 den Entladungseinsatz nicht mehr verhindern kann. Die Hilfsentladungsstrecken 21 werden in bekannter Weise gesteuert und ergeben so in Zusammenarbeit mit den vom Gittertransformator 20 gelieferten, entsprechend in der Phase verschobenen Wechselspannungen und der Gleichspannung der Batterie 23 eine resultierende Steuerspannung, welche die Hauptentladungsstrecken in der gewünschten Weise zu beeinflussen gestattet. Zur Überwachung des ordnungsmässigen Arbeitens der Steuereinrichtung und damit der Hauptentladungsstrecken wird in denjenigen Teil des Steuerstromkreises, welcher von den Gitterwechselströmen sämtlicher Phase gemeinsam durchflossen wird, eine Überwachungseinrichtung 7 eingebaut.
Im Ausführungsbeispiel sind beispielsweise drei auf die Frequenzen 50,100 bzw. 150 Hertz abgestimmte Stromresonanzkreise 8', 9', 8", 9" bzw. 8"', 9"'zwischen den Sternpunkt des Gittertransformators 20 und den Punkt A des Steuerkreises eingefügt, welcher anderseits mit der Gleichspannungsquelle 23 und den Kathodenwiderständen 24 verbunden ist. Die Induktivitäten 9 der Stromresonanzkreise sind gleichzeitig als Primärwicklungen von Stromwandlern ausgebildet, aus deren Sekundärwicklungen die Relais 12 über Gleichrichterzellen 13 angeschlossen sind.
Statt für jeden Stromresonanzkreis ein gesondertes Relais vorzusehen, können auch gemäss dem Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 4 dargestellt ist, sämtliche Sekundärwicklungen der Stromwandler 9 untereinander und mit einer einzigen Gleichrichterzelle 13 bzw. einem einzigen Relais 12 in Reihe geschaltet werden.
Die Wirkungsweise der Überwachungseinrichtung ist die gleiche wie die der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnungen. Fällt irgendeine der Entladungsstrecken 21 aus, d. h. bildet sich ein Dauerkurzschluss über eine der Hilfsentladungsstrecken oder findet in ihr keine Entladung mehr statt, so ändert sich die Welligkeit der Gitterspannung bzw. des Gitterstromes in dem Kreis, der sich über die Schaltelemente 7,23, 22, 21 und 20 schliesst, und es spricht derjenige Resonanzkreis an, welcher auf die entsprechend Störfrequenz abgestimmt ist.
Auch bei Anordnungen gemäss Fig. 3 lässt sich zur weiteren Sicherung des Betriebes und zur Vermeidung von Fehlauslösungen ein Sperrkreis einbauen, welcher auf die der bei Normalbetrieb vorhandenen Welligkeit entsprechende Frequenz abgestimmt ist. Dieser Sperrkreis kann wie in den früheren Ausführungsbeispielen in Reihe zu den Resonanzkreisen zwischen den Sternpunkt des Gittertransformators 20 und den Punkt A geschaltet werden. Mit Rücksicht darauf, dass die Amplituden der Gitterströme bzw.
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unter Umständen merklich ändern können, empfiehlt es sich jedoch, diesen Sperrkreis für die Normal- frequenz"unmittelbar vor die Hilfsspannungsquelle 23, d. h. zwischen die Punkte A und B der Schaltung, einzufügen.
Die Beeinflussung der Spannungsamplituden durch die Zahl der eingeschalteten Gleichrichter ist in diesem Zweig geringer, so dass die Ansprechgrenze schärfer eingestellt werden kann.
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Der Erfindungsgedanke kann je nach der Art der zu schützenden Anlage in der verschiedensten Weise angewendet und ausgebildet werden. So ist es z. B. möglich, bei vielphasigen Anordnungen, in denen Saugspulensysteme verwendet werden, eine Überwachungseinrichtung der genannten Art statt an einer gemeinsamen Kathodendrossel an jedem, Saugspulensystem anzuordnen. Dadurch wird im praktischen'Betrieb die Auffindung der Fehlerstelle bedeutend erleichtert.
Die Ausführungsbeispiele bezogen sich auf den Schutz von Gleichriehteranlagen. Es geht jedoch schon aus den Figuren hervor, dass eine derartige Überwachung sich auch ebenso bei Wechsel- richterbetrieb derartiger Anlagen ausführen lässt, und darüber hinaus können bei geeigneter Anordnung von Sperrkreisen für die bei Normalbetrieb vorkommenden Frequenzen auch Umrichteranordnungen durch eine Anordnung gemäss der Erfindung überwacht bzw. geschützt werden.
Die Anzahl der benötigten Resonanzkreis richtet sich nach der Anzahl der möglichen Störfrequenzen. d. h. aber nach der Phasenzahl der zu schützenden Umformungseinrichtungen. Bei vielphasigen Anordnungen lassen sich die Kosten der Überwachungseinrichtung in der schon oben angedeuteten Art schon dadurch niedrig halten, dass immer für zwei bis drei benachbarte Störfrequenzen ein gemeinsamer Resonanzkreis mit entsprechend grosser Dämpfung vorgesehen wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Überwachung des Betriebes von mit Entladungsstrecken arbeitenden Umformungseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hauptstromkreisen bzw. in den Steuerkreisen der Umformungseinrichtung Schwingungskreise in Spannungs-bzw. Stromresonanzschaltung vorgesehen sind, welche bei der mit dem Ausfall bzw. dem unregelmässigen Arbeiten einzelner Entladungsstrecken verbundenen Änderung der Welligkeit der von der Umformungseinriehtung gelieferten Spannung bzw. des abgegebenen Stromes gegebenenfalls über strom- oder spannungsabhängige Relais selbsttätig Signal-oder Schutzschalteinrichtungen zum Ansprechen bringen.