DE643801C - Anordnung zur Verbesserung des Leistungsfaktors bei der Spannungsregelung von mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden Gleichrichtern oder Wechselrichtern - Google Patents

Description

Unter den Entladungsstrecken, die für den Betrieb von Gleichrichtern oder Wechselrichtern in Frage kommen, haben sich in erster Linie diejenigen in die Technik eingeführt, S bei denen mittels der Steuerung nur der Entladungseinsatz in jeder Entladungsstrecke gesteuert wird. Besondere Bedeutung haben hierbei die gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken, d. h. Entladungsstrecken mit ionisierbarem Medium, weil unter allen Steuerungsarten die Gittersteuerung bisher die geringsten Aufwendungen erfordert. Wenn man mittels der Steuerung, insbesondere der Gittersteuerung, eine Spannungsregelung durchführt, so ergibt sich bekanntlich eine Verschlechterung des Leistungsfaktors. Man kann nun, wie bereits vorgeschlagen wurde, den Leistungsfaktor bei Gleichrichtern oder Wechselrichtern bei der Spannungsregelung verbessern, indem man mindestens zwei Gruppen von Entladungsstrecken, die an verschiedene Anzapfungen des Haupttransformators angeschlossen sind, vorsieht und in wenigstens einem Teil des gesamten Regelbereiches beide Gruppen an der Stromführung beteiligt. Hierbei erlischt der Strom der an die niedrigere Spannung angeschlossenen Entladungsstrecke, wenn der Strom der ablösenden, an die höhere Spannung angeschlossenen Entladungsstrecke einsetzt. Man erreicht dann bei gleichem Regeleffekt eine Verbesserung der Spannungskurve und des Leistungsfaktors. Nachteilig ist jedoch, daß beide Gruppen von Entladungsstrecken nicht gleichzeitig Strom führen. Bemerkt wird noch, daß die Anzapfungen beliebig gewählt werden können, so daß man im Grenzfall zu einer bzw. mehreren Entladungsstrecken, die an den Sternpunkt der Transformatorwicklung angeschlossen sind, gelangt.

Es ist nun weiter bekannt, bei Gleichrichtern oder Wechselrichtern für größere Leistungen den Strom auf mehrere Entladungsstrecken zu unterteilen. Hierzu werden vorzugsweise Stromtransformatoren, im allgemeinen als Stromteiler oder Saugdrosseln bezeichnet, verwendet. Charakteristisch für diese Stromtransformatoren ist, daß die von den Strömen der parallel arbeitenden Entladungsstrecken erzeugten magnetischen Flüsse einander entgegenwirken. Diese Stromtransformatoren, deren Eigenschaften vom ungesteuerten Gleichrichter her bekannt sind, lassen sich zunächst in gleicher Weise unter annähernd gleichen Verhältnissen bei Gleichrichtern oder Wechselrichtern verwenden, die mittels der Steuerung, insbesondere

*) Von dem Patentsweher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Karl Kettner in Berlin-Lankwits.

der Gittersteuerung, hinsichtlich der Spannung geregelt werden. Dies gilt auch dann, λνεηη zwei Gruppen von an verschiedenen Spannungswerten liegenden Entladungsstrecken verwendet werden, wie bereits im ersten Absatz erläutert wurde.

Vorliegende Erfindung bezweckt nun eine weitere Verbesserung des Betriebes von Gleichrichtern oder Wechselrichtern mit ίο parallel arbeitenden Entladungsstrecken, bei denen mittels der Steuerung, insbesondere der Gittersteuerung, die Spannung geregelt wird. Der Erfindungsgedanke besteht im wesentlichen darin, daß gleichzeitigarbeitende, an die gleiche Spannung angeschlossene bzw. gleichphasig gespeiste Entladungsstrecken oder Gruppen von Entladungsstrecken unabhängig voneinander gleich- oder verschiedenartig gesteuert werden, d.h. also beispielsweise derart, daß der Entladungseinsatz bei der einen Gruppe mehr verzögert wird als bei der anderen, also von den an gleicher Spannung liegenden Entladungsstrecken (bei spielsweise 1 und 4 in Abb. 1) die eine Gruppe mit verzögertem Entladungseinsatz arbeitet und durch Gittersteuerung geregelt wird, während die Entladungsstrecken der anderen Gruppe sofort bei Beginn der positiven Anodenspannungshalbwelle zünden, oder daß die eine Gruppe von den an die gleiche Spannung angeschlossenen Entladungsstrecken mit einer dem jeweiligen Betriebszustand entsprechenden Zündverzögerung gesteuert, die andere Gruppe aber ganz gesperrt wird; gegebenenfalls arbeitet dabei die Gruppe mit freigegebenem Stromdurchlaß mit einer oder mehreren an andere Spannungen angeschlossenen Gruppen (beispielsweise 1 und 5 in Abb. 1) zusammen parallel.
Der Erfindungsgedanke soll nachstehend an einem Gleichrichter erläutert werden, der an eine einphasige Wechselspannung angeschlossen ist.

In Abb. ι der Zeichnung handelt es sich um einen Vollweggleichrichter, der an eine einphasige Wechselspannung 7 angeschlossen ist und einen Haupttransformator mit den Wicklungen 8, 9 und 10 enthält. Das Gleichrichtergefäß enthält sechs durch Gitter gesteuerte Anoden 1 bis 6. Je zwei Anoden führen gleichzeitig Strom, wofür ein Stromtransformator 11, der als Spannungsteiler wirkt, vorgesehen ist. Der Verbraucher 12 möge außer seinem Ohmschen Widerstand auch einen induktiven Widerstand enthalten. Beispielsweise möge es sich um einen Gleichstrommotor auf einem Gleichrichtertriebfahrzeug handeln. Im Sinne vorliegender Erfindung erfolgt die Spannungsregelung unter Mitwirkung des Spannungsteilers 11 mittels der Gittersteuerung durch geeignete Auswahl je einer Anode aus den Gruppen 1 bis 3 und 4 bis 6. Im untersten Teilbereich einer positiven Halbwelle der Wechselspannung arbeiten entweder die Anoden 1 und 5 oder 2 und 6 zusammen, wobei 1 und 6 in an sich bekannter Weise durch Verzögerung des Entladungseinsatzes gesteuert werden mögen. Bei rein Ohmscher Belastung ergeben sich keine zusätzlichen Gesichtspunkte. Soll jedoch bei Vorhandensein einer Induktivität im Gleichstromkreis eine unnötige Verschlechterung des Leistungsfaktors möglichst vermieden werden, so muß auch die Anode 2 zur Stromführung herangezogen werden. Selbstverständlich kann der unterste Teil des Regelbereiches auch durch die Anoden 2 und 4 bzw. 3 und 5 bestritten werden. Handelt es sich in diesem Bereich um ausgesprochen große Ströme, so kann man eine weitere Herab-Setzung der Belastung der einzelnen Anoden erreichen, indem man zwischen i, 5, 2, 6 und ²» 4. 3. 5 periodisch wechselt. Im obersten Regelbereich arbeiten bei rein Ohmscher Belastung in der einen Halbwelle 1 und 4, in der anderen Halbwelle 3 und 6 zusammen, bei Belastung mit induktivem Anteil sind sämtliche Anoden an der Stromführung beteiligt. Gesteuert wird dabei in der Weise, daß die eine Anode, z. B. 1, während der vollen Halbwelle 9» Strom führt, die andere Anode, nämlich 4, durch Verzögerung des Entladungseinsatzes ausgesteuert wird. Arbeiten beide Anoden gleich lange, d.h. wird der Entladungseinsatz von 4 nicht verzögert, so wirkt der Strom- '5 transformator 11 als reiner Stromteiler.

In Abb. 2 der Zeichnung ist in Abhängigkeit von der Zeit t veranschaulicht, wie beispielsweise die einzelnen Anoden zusammenarbeiten. Dabei ist im Zeitpunkt <₀ angenom- κ»⁰ men, daß die vom Gleichrichter abgegebene Spannung sprunghaft steigt. Es wird noch bemerkt, daß die in Klammern angegebenen Zahlen die Anoden bedeuten, die bei Vorhandensein einer Induktivität im Gleich-Stromkreis an der Stromführung teilnehmen. Grundsätzlich können die Anoden 2 und 5 ungesteuert sein — bei Wechselrichterbetrieb ist diese Möglichkeit naturgemäß nicht gegeben —, jedoch empfiehlt es sich, zur Vermei- *¹⁰ dung eines Zündverzuges je ein Gitter vorzusehen und an dieses eine solche Steuerspannung zu legen, daß die zugeordnete Entladungsstrecke auch bei den kleinsten positiven Anodenspannungen den Strom übernehmen kann.

Wie schon aus der Bezeichnung unterster bzw. oberster Teilbereich hervorgeht, kann man mehr als zwei Teilbereiche verwenden, indem man beispielsweise eine oder mehrere *»° Anzapfungen vorsieht, an die ebenfalls Anoden angeschlossen sind. Dabei wird man vor-

teilhaft, wie bereits in der Einleitung erläutert wurde, die Stromführung zwischen zwei benachbarten Anoden an verschiedenen Spannungswerten derselben Phasenwicklung wechsein lassen, aber in jedem Teilbereich nur an einer der beiden Transformatorwicklungen, während an der anderen Transformatorwick-· lung in dem betreffenden Teilbereich konstante Verhältnisse herrschen. Weiterhin hat

ίο der Erfindungsgedanke Bedeutung für mehrphasige Gleichrichter und Wechselrichter, vorzugsweise solche mit gerader Phasenzahl. Wesentlich für vorliegende Erfindung ist, daß mindestens zwei unter Mitwirkung eines Stromtransformators, der im wesentlichen als Spannungsteiler anzusehen ist, parallel arbeitende Gruppen von Entladungsstrecken vorhanden sind. Jede der Gruppen ist an eine Transformatorwicklung angeschlossen. Für die Steuerung ist, abgesehen von den Grenzen der einzelnen Spannungsteilbereiche, wesentlich, daß das Einsetzen der Entladung nur in einer Gruppe von Entladungsstrecken mittels der Steuerung, insbesondere der Gittersteuerung, stetig geändert wird. Daher können diese Gruppen durchaus periodisch ihre Rollen vertauschen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anordnung zur Verbesserung des Leistungsfaktors bei der Spannungsregelung von mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden Gleichrichtern oder Wechselrichtern, bei denen einerseits mindestens zwei Entladungsstrecken gleichen Spannungswerten zugeordnet sind (beispielsweise 1 und 4), andererseits je Phase mindestens zwei Entladungsstrecken von Spannungen mit verschieden hohen Scheitelwerten gespeist werden (beispielsweise 1 und 2), dadurch gekennzeichnet, daß gleichphasig gespeiste Entladungsstrecken unabhängig voneinander gleich- oder verschiedenartig gesteuert werden und daß die Parallelarbeit ⁴^ von Entladungsstrecken sowohl mit untereinander gleichen wie mit voneinander verschiedenen Spannungen durch einen an sich bekannten Stromtransformator sichergestellt wird, der zwischen die Mittelpunkte der einer Primärphase zugeordneten, elektrisch miteinander sonst nicht verbundenen Sekundärwicklungsteile des Haupttransformators eingefügt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen