DE642335C - Arrangement for regulating the direct voltage output by rectifiers with grid-controlled vapor or gas discharge paths - Google Patents

Description

Es ist schon froher erkannt worden, 'daß gesteuerte Gas- oder Dampfentladungs_r strecken besondere Vorteile für den Betrieb elektrischer Fahrzeuge bieten, u.a. auch, weil sie eine günstige Spannungsregelung ermöglichen. Darüber hinaus ist aber festzustellen, daß man sich im allgemeinen für Spannungsregelungen, die große Spannungsbereiche überstreichen müssen, vorteilhaft gesteuerter Gleichrichter bedienen kann. Allerdings tritt zu den damit erzielbaren beträchtlichen Vorteilen der Nachteil· der Leistungsfaktorverschlechterung hinzu, und es muß deshalb Vorkehrung getroffen werden, diesen Mangel zu beseitigen. Man hat nun - bereits vorgeschlagen, 'den Transformator für die Entladungsstreckenaiuordnung mit Anzapfungen zu versehen, an die man mit Hilfe eines! Stufenschalters idie den einzelnen Txansformatoranzapfungen zugeordneten Anoden wahlweise anschließen kann. Ein anderer Weg ist der, das Entladungsgefäß mit so· viel gittergesteuerten Anodengruppen auszurüsten, als die einzelne Transformatorphase Anzapfungen besitzt. Während in dem .ersteren FaUe eine kurzzeitige Unterbrechung der vom Gleichrichter abgegebenen Spannung- bzw. Leistung beim Übergang von einer Spannungsstufe auf 'die nächstfolgende eintritt — was an sich unerwünscht ist —, wird bei dem zweiten Vorschlag dieser Nachteil zwar vermieden, jedoch das Entladungsgefäß in konstruktiver Hinsicht äußerst ungünstig gestaltet, denn die Anordnung der verschiedenen Anoden für jede Transformatiorphase bedeutet, abgesehen von dem erforderlichen Materialaufwand, eine Gefährdung der Betriebssicherheit des Entladungsgefäßes., da durch die zahlreichen, hierbei notwendigen Einführungen die Vakuumhaltung des Entladungsgefäßes sehr erschwert ist.It has already been recognized happier 'that controlled gas or steam discharge offer _r stretch particular advantages for the operation of electric vehicles, including because they allow a convenient voltage regulation. Beyond that, however, it should be noted that one can generally use advantageously controlled rectifiers for voltage controls which have to cover large voltage ranges. However, in addition to the substantial benefits that can be obtained, there is the disadvantage of power factor degradation and provision must therefore be made to remedy this deficiency. It has now - already been proposed - to provide the transformer for the discharge path arrangement with taps, which can be connected to with the help of a! Tap changer which can optionally connect the anodes assigned to the individual transformer taps. Another way is to equip the discharge vessel with as many grid-controlled anode groups as the individual transformer phase has taps. While in the first case a brief interruption of the voltage or power output by the rectifier occurs when changing from one voltage level to the next - which is undesirable in itself - this disadvantage is avoided in the second proposal, but the discharge vessel in From a structural point of view it is extremely unfavorable, because the arrangement of the various anodes for each transformer phase means, apart from the required material expenditure, a risk to the operational reliability of the discharge vessel, since the numerous entries required for this make it very difficult to maintain the vacuum in the discharge vessel.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese Nachteile bei einer Anordnung, bei welcher 'die Regelung der von Gleichrichtern mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken abgegebenen Gleichspannung ,bei_hqhem Leistungsfaktor des wechselstromleitig "airfg^enoinmenen ^Stromes mjttels^Stufenschalter an den Speisetransformatoren und der Gktersteuerung erfoTg'f, dadurch vermieden, daß für jede Transformatorphase zwei Anoden^ vorgesehen sind, welche innSnälr?⁵ eines^ldchbfejbienden .Spanmmgsregelberei^ ches *uber_ Stufenschalter_und gegebenenfalls ffiodendrosseln an die gleiche Transformatoranzapfung angeschlossen sind und im Falle einer fortlaufenden Spannungsregelung^mittels Stufenschalter nacheinander an die be-According to the present invention, these disadvantages are avoided in an arrangement in which the regulation of the direct voltage output by rectifiers with grid-controlled vapor or gas discharge paths, with the power factor of the AC-conducting "airfg ^ enoinmenen ^ current by means of ^ tap changers on the supply transformers and the gate control takes place avoided in that for each transformer phase two anodes ^ are provided ⁵ a ^ ldchbfejbienden .Spanmmgsregelberei ^ ches * are uber_ Stufenschalter_und optionally ffiodendrosseln connected to the same transformer tap which innSnälr? and in the case of a continuous voltage regulation ^ by means of tap changers in succession to the loading

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Dr.-Ing. e. h. Moritz Schenkel in Berlin-Charlottenburg.Dr.-Ing. e. H. Moritz Schenkel in Berlin-Charlottenburg.

gefegt.swept.

bei einer Regelung nach höheren Spannungswerten hin dihbin the case of regulation according to higher voltage values, dihb

ir^nsformait'oraHzapiuiig .Mherer^Windungszahl^anzulegende Anode,^ bei einer Regelung nach niedrigeren Spannungswerten hin ,nacheinander beide... .Anoden.. während.., diese. ^ Zeiten ihrer Umschaltung stromlos gemacht loswerden. Bei dem Gegenstand der Erfindung werden also lediglich, zwei Anoden für jede Transformatorphase vorgesehen, während die einzelne Transformatorphase mit beliebig vielen Anzapfungen ausgerüstet sein kann. Der hierzu erforderliche Materialaufwand bleibt also in durchaus annehmbaren Grenzen, insbesondere, wenn man berücksichtigt, 'daß durch die vorgeschlagene Maßnahme das angestrebte Ziel, nämlich die Leistungsfaktor-Verbesserung der Anlage, vollkommen erreicht wird. Außerdem. w,qrden^aber bei dem Gegenstand g,j^ gange von einerTjeisüongsstufe erm^fehtJjoSsip !il^gg^g^^ Trjgsformatoranzapfung auf die nächstfolgende^sfromlos erfolgen. Die einzelnen Anöden können ~Heiner bemessen werden als bei meinem Gefäß, bei dem ebenso viele Anoden wie Anzapfungen vorhanden sind, denn bei gleichbleibender Last arbeiten stets zwei Anoden parallel miteinander, und nur während des Umschaltvorganges muß" eine Anode die gesamte vom" Gleichrichter geforderte- Leistung liefern,· da diese Überlastung jedoch nur kurzzeitig vorhanden ist, kann sie ohne Bedenken den Anoden zugemutet werden.ir ^ nsformait'oraHzapiuiig .Mherer ^ number of turns ^ to be applied anode, ^ with a regulation towards lower voltage values, one after the other both ... .anodes .. while .., these. ^ Get rid of times of their switching de-energized. In the subject matter of the invention, only two anodes are provided for each transformer phase, while the individual transformer phase can be equipped with any number of taps. The cost of materials required for this remains within acceptable limits, especially if one takes into account that the proposed measure fully achieves the desired objective, namely the improvement in the power factor of the system. Besides . w, qrden ^ but in the case of the object g, j ^ the transition from one stage of the tjeisüongs is possible without a message. The individual anodes can be dimensioned ~ Heiner than with my vessel, in which there are as many anodes as there are taps, because with the same load, two anodes always work in parallel with each other, and only during the switching process does one anode have to cover all of the rectifier demanded- Deliver power, since this overload is only present for a short time, however, it can be expected of the anodes without hesitation.

Als weiterer Vorteil ist hervorzuheben, daß der Stufenschalter" wegen der Stronilosigkeit der Übergänge in leichtester Bauart, z. B. Funkenzieher und Übergangswiderstände, gegebenenfalls nur mit Hilfskontakten für 'die Gitterumschaltung, ausgeführt werden kann. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es bedeuten g ein Gleichrichtergefäß und t einen Gleichrichtertransformator, dessen Phasenzahl für die Erfindung ohne Bedeutung ist, mit einer Primärwicklung IV₁ und einer Sekundärwicklung W₂; die Sekundärwicklung kann, wie bei Einphasen- oder Mehrphasenstrom üblich, mehrere Grundabteilungen haben, die am Nullpunkt ο vereinigt sind. Jeder dieser Wicklungsteile hat beispielsweise zwei Anzapfungen Z₁. und Z₂.Another advantage that should be emphasized is that the tap changer "can be designed in the lightest construction, for example spark pullers and contact resistors, if necessary only with auxiliary contacts for the grid switching, because the transitions are not energized. The drawing shows an exemplary embodiment of the invention. G denotes a rectifier vessel and t a rectifier transformer, the number of phases of which is irrelevant for the invention, with a primary winding IV ₁ and a secondary winding W ₂ ; the secondary winding can, as is usual with single-phase or multi-phase currents, have several basic divisions that are o Each of these winding parts has, for example, two taps Z ₁ and Z ₂ .

Befindet sich die Gleichrichteranlage ζ. Β. auf einer Lokomotive, so würde der Strom bei Z₁ entnommen werden, wenn die Lokomotive anfährt, jedoch aus der höheren Stufe Z₂, wenn sie sich in voller Fahrt befindet. Der Übergang von Z₁ und Z₂ könnte entweder mit Stromunterbrechung erfolgen, oder aber man könnte äußere Spannungsteiler >'U Hilfe nehmen. Diese eingangs erwähnten, :i-n sich ungünstigen Möglichkeiten sind jedoch bei dem Gegenstand der Erfindung vermieden, denn hier wird der Übergang von einer Transformatoranzapfung auf die andere dadurch ermöglicht, daß zwei Anoden U₁ und a₂ für jede Transformatorphase in dem Entladungsgefäß vorgesehen werden und jede Anode eine Gittersteuerung aufweist.Is the rectifier system ζ. Β. on a locomotive, the current would be drawn from Z ₁ when the locomotive starts up, but from the higher level Z ₂ when it is at full speed. The transition from Z ₁ and Z ₂ could either take place with a current interruption, or external voltage dividers could be used for help. These possibilities, which are unfavorable in themselves, are, however, avoided in the subject matter of the invention, because here the transition from one transformer tap to the other is made possible in that two anodes U ₁ and a _{2 are provided} for each transformer phase in the discharge vessel and each Anode has a grid control.

Die beiden Anoden sind mit einem Umschalter« verbunden, der zwei Hebel A₁ und A₂ besitzt. In der Abbildung ist in ausgezogenen Linien diejenige Lage dargestellt, welche beide Hebel während der Anfahrt des als Anwendungsbeispiel angenommenen Lokomotivbetriebes einnehmen. Sie sind alsdann beide auf die Transformatoranzapfungen Z₁ gelegt, und die beiden Anodensätze a_x und a₂ arbeiten, gegebenenfalls unter Zufügung von Parallelschaltungsdrosselspulen, parallel. Wünscht man auf die andere Transformatoranzapfung Z₂ überzugehen, so> wird zunächst mit Hilfe der Gittersteuerung nur der Stromdurchgang durch die Anode a₂ auf Null gebracht, dadurch geht der ganze Strom selbsttätig auf die Anode /Z₁ über. Nachdem dies geschehen ist, wobei bemerkt wird, daß die Sperrung· des Stromdurchganges durch die Anode a₂ mit Hilfe der Gittersteuerung in sehr kurzer Zeit durchgeführt werden kann, wird der Hebel h₂ des Umschalters auf die Transformatoranzapfung Z₂ umgelegt. Auch nach der Umschaltung bleibt die Anode U₂ mittels der Gittersteuerung zunächst gesperrt, bis ihr Zündeinsatzpunkt so weit geregelt ist, daß der Mittelwert der von ihr gelieferten Spannung dem der Spannung der Anode a_x ent- too spricht oder ihn um ein geringes übertrifft. Sobald diese Regelung beendet ist, wird die Anode 2 freigegeben. Infolgedessen hört die Anode a_x auf, Strom zu führen. Ist der Strom in der Anode A₁ genügend klein ^l°f> oder Null geworden, so kann der Hebel A₁ der Anode a_x ebenfalls auf Z₂ übergeschaltet werden. Die letztere Stellung ist in der Abbildung nicht ,eingezeichnet, dagegen ist die vorerwähnte Stellung des Hebels A₂, in. »o welcher dieser an die Transformatoranzapfung Z₂ angeschlossen ist, punktiert eingetragen. Die Anoden G₁ und a₂ können also in den Schluß- und Hauptstellungieiii gleichmäßig gering belastet werden. Nur ^1X5 in der Übergangszeit findet eine ungleiche Belastung der Anoden statt, die aber wegen der Kürze der Zeit nicht schwer ins Gewicht fällt; in gleicher Weise bzw. gleichzeitig wie der beschriebene Regelvorgang für die 1*0 Anoden A₁, a₂ der linken Transformatorsekundärwicklung, werden auch die Regelvor-The two anodes are connected to a changeover switch which has two levers A ₁ and A ₂ . In the figure, the position is shown in solid lines, which both levers assume during the approach of the locomotive operation assumed as an application example. They are then both placed on the transformer taps Z ₁ , and the two sets of anodes a _x and a ₂ work in parallel, possibly with the addition of parallel-connected inductors. If you wish to switch to the other transformer tap Z ₂ , then only the passage of current through the anode a ₂ is first brought to zero with the help of the grid control, so that the entire current is automatically transferred to the anode / Z ₁ . After this has been done, it being noted that the blocking of the passage of current through the anode a ₂ can be carried out in a very short time with the aid of the grid control, the lever h _{2 of} the switch is turned over to the transformer tap Z ₂ . Even after the switchover, the anode U ₂ initially remains blocked by means of the grid control until its ignition point is regulated so far that the mean value of the voltage supplied by it corresponds to that of the voltage of the anode a _x or slightly exceeds it. As soon as this regulation has ended, the anode 2 is released. As a result, the anode a _x stops carrying current. If the current in the anode A ₁ sufficiently small ° ^l f> or has become zero, the lever A, _x can also be switched over to the anode Z _{2 1} a. The latter position is not shown in the figure, but the aforementioned position of the lever A ₂ , in which it is connected to the transformer tap Z ₂ , is shown in dotted lines. The anodes G ₁ and a ₂ can thus be evenly and slightly loaded in the final and main positions. Only ^1X 5 in the transition period is there an uneven load on the anodes, but this is not significant because of the short time; in the same way or at the same time as the control process described for the 1 * 0 anodes A ₁ , a _{2 of} the left transformer secondary winding, the control process

gange für die Anoden der übrigen vorhandenen Transformatorphasen verlaufen. Bei schnellen Änderungen des Regelzustandes über größere Spannungsbereiche wird man die Anoden nicht erst an die gleiche Transformatoranzapfung legen, sondern abwechselnd von Stufe zu Stufe weiterschalten, nachdem man jede einzelne Stufe mittels der Gittersteuerung durchgeregelt hat.for the anodes of the remaining transformer phases. at rapid changes in the control status over larger voltage ranges will be the The anodes are not first connected to the same transformer tap place, but alternately switch from level to level after each individual level using the grid control has regulated.

ίο Bei der Ausbildung der Anordnung gemäß der Erfindung ist zu berücksichtigen, daß die Gittersteuereinrichtung so -zu unterteilen ist, daß 'die Spannungsregelung für die Anoden ^₁ und diejenige für die Anoden #₂ When designing the arrangement according to the invention, it must be taken into account that the grid control device is to be subdivided so that 'the voltage regulation for the anodes ^ ₁ and that for the anodes # ₂

j 5 getrennt voneinander willkürlich erfolgen kann. Man wird 'die Steuereinrichtung beispielsweise bei Vorhandensein von Eontaktsteuerwalzen vorteilhaft so ausbilden, daß während des Umschaltvorganges eine Regelung jeder einzelnen einer Anode bzw. ,einem Anodensatz zugeordneten Steuerwalze für sich betätigt werden kann, jedoch bei einer Regelung der Spannung des Gleichrichters innerhalb der einzelnen durch die Transformatoranzapfungen festgelegten Spannungsbereiche die" beiden Steuerwalzen miteinander gekuppelt sind, so daß -eine gleichmäßige Aussteuerungbeider Anoden mit Hilfe der Gittersteuerung . möglich ist. Die vorerwähnte Kupplung der beiden Steuerwalzen zwecks gleichmäßiger Aussteuerung der einzelnen Anoden wird man gegebenenfalls so gestalten, daß beide Anoden gleichmäßig belastet werden; es kann, nämlich leicht der Fall eintreten, daß durch geringfügige Verschiedenheiten in den Konstruktionsmassen der einzelnen Anoden bzw. infolge der zwangsläufig sich ergebenden verschiedenartigen Lage der einzelnen Anodensätze in bezug auf die Kathode heim gleichen Aussteuerungspunkt der Steuereinrichtungen beide Anoden nicht die gleiche Belastung aufweisen. Diese Belastungsverschiedenheiten müssen sich alsdann durch die elastische Kupplung: der Steuerwalzen gegeneinander ausgleichen lassen. Unter Umständen kann durch diese Maßnahme, erreicht werden, daß von der Anordnung besonderer Parallelschaltungsdrosselspulen Abstand genommen wird.j 5 take place separately from each other arbitrarily can. One becomes' the control device, for example, in the presence of contact control rollers advantageously train so that a control of each individual anode or, a Anode set associated control roller can be operated by itself, but with a regulation the voltage of the rectifier within each through the transformer taps specified voltage ranges the "two control rollers are coupled to each other, so that - a uniform control of both Anodes using the grid control. is possible. The aforementioned Coupling of the two control rollers for the purpose of uniform control of the individual If necessary, anodes will be designed in such a way that both anodes are loaded equally; namely, it can easily happen that through slight differences in the construction dimensions of the individual anodes or as a result of the inevitably different types Position of the individual sets of anodes in relation to the cathode at the same control point of both anodes do not have the same load. These differences in load must then be resolved through the elastic coupling: allow the control rollers to be balanced against each other. Under certain circumstances it can be achieved by this measure that of the Arrangement of special parallel circuit inductors Distance is taken.

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Anordnung zur Regelung der von Gleichrichtern mit gittergesteuerten Dampf- oder GasentLadungsstrecken abgegebenen Gleichspannung bei hohem Leistungsfaktor des wechselstromseitig aufgenommenen Stromes mittels Stufenschalter an den Speisetransformatoren und der Gitter steuerung, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Transfoirmatorphase zwei Anoden vorgesehen sind, welche innerhalb eines gleichbleibenden Gleichspannungsregelbereiches über Stufenschalter und gegebenenfalls über Anodendrosseln an die gleiche Transformatoranzapfung angeschlossen sind und im Falle einer fortlaufenden Spannungsregelung mittels. Stufenschalters nacheinander an die benachbarte Transformatoranzapfung gelegt werden, und daß mittels der Gittersfeuerung¹ bei einer Regelung nach höheren Spannungswerten hin nur die zuerst an die benachbarte Transformatoranzapfung höherer Windungszahl anzulegende Anode, bei einer Regelung nach niedrigeren Spannungswerten hin nacheinander beide-Anoden während der Zeiten ihrer Umschaltung stromlos gemacht werden.1. Arrangement for regulating the DC voltage output by rectifiers with grid-controlled vapor or gas discharge paths at a high power factor of the current drawn on the AC side by means of step switches on the supply transformers and the grid control, characterized in that two anodes are provided for each transformer phase, which are within a constant DC voltage control range are connected to the same transformer tap via step switches and, if necessary, via anode chokes and, in the case of continuous voltage regulation, by means of. Step switch are placed one after the other on the adjacent transformer tap, and that by means of the grid firing ¹ with a regulation towards higher voltage values only the anode to be applied first to the neighboring transformer tap with a higher number of turns, and with regulation towards lower voltage values both anodes one after the other during the times of their switching can be de-energized. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerapparate für die beiden Anodensätze jeder Phase voneinander getrennt sind oder zumindest zu denjenigen Zeiten getrennt betätigt werden können, zu welchen die Umschaltung der Anoden auf andere Transformatoranzapfungen erfolgt.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the control apparatus for the two sets of anodes of each phase are separated from one another or at least separated at those times can be operated to which the anodes are switched to other transformer taps. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings