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Stromrichteranordnung mit mehreren Gruppen gesteuerter
Gas entladungsventile
Die Erfindung betrifft eine Stromrichteranordnung mit mehreren Gruppen gesteuerter Gasentladungsventile und mit Anordnungen zur Erfassung von Rückzündungen und Rückstromschaltern, die selbsttätig wieder eingeschaltet werden, sowie mit einer elektronischen Einrichtung zur Steuerung oder Regelung des Verbraucherstromes durch Zündeinsatzsteuerung der Ventile im Gleich- und Wechselrichterbetrieb.
Eine häufige Störungsursache in Stromrichteranlagen mit gesteuerten Gasentladungsventilen, beispielsweise Quecksilberdampfventilen, sind Rückzündungen der Gefässe. Im Falle einer Rückzündung verliert ein Stromrichtergefäss seine Ventileigenschaft und führt einen Strom in Sperrichtung, der von den benachbarten Gefässen und zusätzlich von der Gegenspannung eines Verbrauchers gespeist werden kann.
Dieser Rückstrom hat einen erhöhten Ventilstrom zur Folge, der im allgemeinen eine Gittersperre. auslöst. Bei grösseren Stromrichterantrieben kann eine auch nur kurzzeitige Sperrung der Stromrichterventile eine längere Betriebsunterbrechung nach sich ziehen. Bei stromrichtergespeisten Fördermaschinen wird beispielsweise beim Einschalten der Gittersperre sofort die Sicherheitsbremse ausgelöst. 0
Es ist bekannt, im Falle einer Rückzündung lediglich das betroffene Entladungsgefäss auszuschalten und nach der Stromunterbrechung wieder einzuschalten. Zu diesem Zweck enthält dann jede Anodenleitung einen Rückstromschalter. Tritt eine Rückzündung in einem der Ventile auf, so spricht der mit diesem Ventil in Reihe angeordnete Rückstromschalter an und trennt diesen Ventilstromkreis auf.
Dem Gleichstrom fehlt somit der Stromanteil dieses Ventils. Das vorher stromführende Ventil brennt weiter, bis das auf das defekte Ventil folgende Ventil den Strom übernimmt. Dies hat einen Stromeinbruch im Gleichstrom zur Folge, welcher den Oberwellenanteil des Gleichstromes unter Umständen beträchtlich erhöht. Ein Betrieb mit einer empfindlichen Regeleinrichtung, beispielsweise mit einer elektronischen Stromregeleinrichtung, die nahezu trägheitslos anspricht, ist nicht möglich. Durch den genannten Stromeinbruch im Gleichstrom ist ein Wechselrichterbetrieb, der für schnelle Regelvorgänge erforderlich ist, nicht möglich, da die Gefahr des Weselrichterkippens besteht.
Dieser Nachteil kann erfindungsgemäss dadurch weitgehend vermieden werden, dass jeder Ventilgruppe eine eigene Anordnung zur Erfassung von Rückzündungen und ein eigener Rückstromschalter zugeordnet ist und ein von der zugehörigen Anordnung zur Erfassung von Rückzündungen betätigtes elektronisches Steuergerät zur Sperrung der Ventilgitter der betreffenden Gruppe und zum Einschalten ihres Rückstromschalters vorgesehen ist.
Beim Auftreten eines Ventil-Rückstromes wird nur der zu diesem Ventil gehörige Rückstrom-Schalter ausgelöst. Der von den benachbarten Ventilen eingespeiste Rückstrom wird durch Sperrung der Ventile gelöscht, der Rückstromschalter wieder eingeschaltet und nach einer einstellbaren Zeit die Gittersperrung aufgehoben. Während der kurzen Sperrung der gestörten Ventilgruppe übernimmt die ungestörte Ventilgruppe den Laststrom, so dass sich die Störung im Lastkreis praktisch nicht bemerkbar macht. In Stromrichteranlagen mit einer gemeinsamen Gittersperre für alle Ventile kann zweckmässig beim Auftreten eines Rückstromes die Gittersperre blockiert und die Ventile der gestörten Gruppe durch Auftrennen ihrer Gitterleitungen gesperrt werden.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Stromrichterantrieb dargestellt, bei dem das Verfahren in einfacher Weise angewendet werden kann. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Stromrichterantriebs. Ein Blockschaltbild eines Steuergerätes zur Durchführung der verschiedenen Schaltbefehle ist in Fig. 2 veranschaulicht.
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Nach Fig. l ist ein Motor 2 über einen Stromrichter mit zwei Ventilsystemen 7 und 8 und einen Stromrichtertransformator mit zwei getrennten dreiphasensekundärwicklungen 9 und 10, die über eine Saugdrossel 11 miteinander verbunden sind, an ein in der Figur nicht dargestelltes Drehstromnetz angeschlossen.
Im Gleichstromkreis sind ein Leistungsschalter 3 und eine Glättungsdrossel 4 vorgesehen. In Reihe mit den, Gefässen der beiden Ventilsysteme ist je ein Rückstromschalter 5 bzw. 6 angeordnet. In denAnodenleitungen der beiden Ventilsysteme 7 und 8 ist je eine Messanordnung 12 bzw. 13 vorgesehen, mit der sowohl die Anodenströme als auch Rückzündungen erfasst werden können.
Zu diesem Zweck enthält jede Anodenleitung einen Stromwandler mit einer der Sekundärwicklungen 15 - 20. Diese Stromwandler können zweckmässig Schnittbandkernwandler mit einem Luftspalt von 0, 1 bis 0, 5 % o der mittleren Länge des Eisenkernes sein.
Der Luftspalt bewirkt eine Verminderung der Remanenz des Eisenkernes auf einen geringen Wert und damit eine nahezu vollständige Rückmagnetisierung des Eisens nach jeder Stromführung. Die Sekundärwicklungen der Wandler jedes Ventilsystems sind in Stern geschaltet, so dass sich ihre Sekundärströme summieren und an einer Bürde, die beispielsweise im Eingang eines Gerätes 40 zur Erfassung des Stromistwertes angeordnet sein kann, eine dem Gleichstrom proportionale Spannung abfällt, die als Mass für den Anodenstrom herangezogen werden kann.
Mit jeder Sekundärwicklung ist eines der in Flussrichtung des Sekundärstromes gepolten Hilfsventile 21 - 26 mit vorzugsweise hoher Sperrspannung, die beispielsweise Siliziumgleichrichter sein können, in Reihe geschaltet. Der hohe Sperrwiderstand der Hilfsventile 21 - 26 vermindert die Zeitkonstante im Wandlersekundärkreis für den Magnetisierungsstrom wesentlich und bewirkt damit nach jeder Stromfüh - rung eines Ventils einen schnellen Abbau des Magnetisierungsstromes.
Jeder Sekundärwicklung ist einer der Schutzwiderstände 27 - 32, die vorteilhaft spannungsabhängige Widerstände sein können, parallelgeschaltet, die über je einen der Kopplungswiderstände 34 - 39 und eine getrennte Leitung für jede der Anordnungen 12 und 13 mit dem Eingang eines Steuergerätes 41 verbunden sind. Das Steuergerät 41 kann beispielsweise zwei Steuereinrichtungen enthalten, vor denen je eine zur Fortschaltung einer an den Ventilen 7 bzw. 8 auftretenden Rückzündung vorgesehen sein kann.
Ein Ausgang des Steuergerätes 41 ist mit dem Eingang eines Steuersatzes 42, der eine für alle Ventile gemeinsame Gittersperre enthalten soll, und ein weiterer, mit einem in der Rückleitung der Zünd- impulsleitungen des Systems mit den Ventilen 7. angeordneten Hilfsschalters 45, und ein dritter mit
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Rückstromschnellschaltersprechenden Hilfsschalter 46 für die Zündimpulsrückleitungen des andern Ventilsystems und mit dem Rückstromschnellschalter 6 verbunden. Zur Übertragung der Zündimpulse ist jedem Gefäss einer de : Gitterübertrager 47 bzw. 48, deren Sekundärkreis nicht vollständig dargestellt ist, zugeordnet.
Eir weiterer Ausgang des Steuergerätes 41 ist mit dem Eingang des Strom reglers 43 verbunden, desser zweitem Eingang 44 ein Stromsollwert vorgegeben werden kann, und dessen Ausgangssignal dem Eingang des Steuersatzes 42 vorgegeben ist.
Im Falle einer Rückzündung, beispielsweise eines der Ventile 7, wird der Rückstrom durch die An. ordnung 12 erfasst und dem Eingang des Steuergerätes 41 vorgegeben. Das Steuergerät 41 verhin. dert das Ansprechen der Gittersperre durch einen Ausschaltbefehl auf die Gittersperre während einer einstellbaren Zeit, z. B. etwa 20 msec. Es unterbricht die Zündung der Ventile 7 durch Ausschalten des Hilfsschalters 45 nach spätestens 1200 elektrisch, das sind 6, 6 msec, und verhindert dadurch, dass eis benachbartes Ventil in das den Rückstrom führende Ventil einspeist.
Die Gegenspannung des Motors 2 bewirkt einen Rückstrom über den Schalter 5, der diesen aus löst und damit eine Einspeisung auf das gestörte Ventil aus dem Verbraucherkreis verhindert. Das Steuer gerät 41 gibt einen Wiedereinschaltbefehl auf den Rückstromschalter 5. Die Einschaltzeit grosse Leistungsschalter, wie beispielsweise der Schalter 5 und 6, kann etwa 300 msec betragen. Währen dieser Zeit bleibt der Schalter 45 und damit die Zündleitung der Ventile des gesteuerten Systems ge öffnet. Der Laststrom wird während dieser Zeit von den Ventilen 8 geführt, so dass er nahezu unvei ändert bleiben kann.
Zweckmässig kann zusätzlich während dieser Zeit durch ein entsprechendes Sign : auf den Eingang des Stromreglers 43 der diesem vorgegebene Stromsollwert begrenzt werden, dam eine Überlastung der stromführenden Ventile 8 vermieden wird. Nach dem Wiedereinscha1ten des Rüc1 stromschnellschalters 5 werden der Schalter 45 geschlossen und die Ventile 7 erneut gezündet.
NachFig. 2 kann eine Steuereinrichtung für eine derVentilgruppen 12 oder 13 ein Gedächtnisgatte 50 enthalten, dessen Eingang eine Zenerdiode 51 vorgeschaltet ist, deren Zenerspannung ein Mass ss
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den Ansprechstrom der Steuereinrichtung dargestellt.
Das Ausgangssignal des Gedächtnisgatters 50 wird jedem der als Kippstufen ausgebildeten Zeitgatter 53 - 51'zugeführt. Das Zeitgatter 53 kann zum Blockieren der Gittersperre vorgesehen und zu diesem Zweck mit dem Eingang der Gittersperre im Steuersatz 42 verbunden sein. Seine Laufzeit wird zweckmässig etwas grösser als die Ausschaltzeit der Rückstromschalter 5 bzw. 6, beispielsweise etwa 20 msec, gewählt. Das Zeitgatter 54 ist zur Sperrung der Zündung für die Gefässe des gestörten Systems und das Zeitgatter 5 5 zur Wiedereinschaltung eines der Rückstrom schnellschalter vorgesehen. Das Zei t- gatter 56 kann zur Stromsollwertbegrenzung vorgesehen sein. Der Ausgang des Gedächtnisgatters 50 ist fernerübereinZeitglied, welchesdasGedächtnisgatter 50 nach einer einstellbaren Zeit von beispielsweise
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Steuereinrichtung bewirken, wenn auf eine Rückzündung innerhalb einer einstellbaren Zeit von beispielsweise
5 sec eine weitere Störung auftritt, so dass der Stromrichter abgeschaltet wird. Zu diesem Zweck kann bei- spielsweise entsprechend einem früheren Vorschlag eine Reihenschaltung eines als Kippstufe ausgebildeten
Zeitgatters, eines Undgatters und eines Gedächtnisgatters vorgesehen sein, dessen Ausgang mit dem Eingang des Gedächtnisgatters 50 verbunden ist.
1m'Ausführungsbeispiel wurde ein Stromrichter in Saugdrosselschaltung mit einem Ventil je Trans- formatorphase gewählt. Die Erfindung kann jedoch auch bei andern Stromrichterschaltungen mit mehreren
Ventilsystemen oder Ventilgruppen angewendet werden. Bei einem Stromrichter mit mehreren parallelge- schalteten Ventilen für jede Phase der Transformatorsekundärwicklung kann beispielsweise je ein Ventil i mehrerer Sekundärwicklungen zu einer Gruppe zusammengefasst werden. In diesem Falle bleibt beispiels- weise bei einem 6-pulsigen Stromrichter auch mit einer gesperrten Ventilgruppe ein 6-pulsiger Betrieb erhalten.
Ausser dem im Ausführungsbeispiel gewählten stromrichtergespeisten Motor können auch andere Ver- braucher, beispielsweise Elektrolysebäder, gespeist werden.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Stromrichteranordnung mit mehreren Gruppen gesteuerter Gasentladungsventile und mit Anord- nungen zur Erfassung von Rückzündungen und Rückstromschaltern, die selbsttätig wieder eingeschaltet werden, sowie mit einer elektronischen Einrichtung zur Steuerung oder Regelung des Verbraucherstromes durch Zündeinsatzsteuerung der Ventile im Gleich- und Wechselrichterbetrieb, dadurch gekenn- zeichnet, dass jeder Ventilgruppe eine eigene Anordnung zur Erfassung von Rückzündungen und ein i eigener Rückstromschalter zugeordnet ist und ein von der zugehörigen Anordnung zur Erfassung von Rück- zündungen betätigtes elektronisches Steuergerät zur Sperrung der Ventilgitter der betreffenden Gruppe und zum Einschalten ihres Rückstromschalters vorgesehen ist.