DE661238C - Anordnung zur willkuerlichen oder selbsttaetigen Regelung von mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden Umformungseinrichtungen - Google Patents

Description

Bekanntlich läßt sich eine mit Rücksicht auf den Leistungsfaktor besonders vorteilhafte, weitgehende Regelung von mit Dampfoder Gasentladungsstrecken arbeitenden ruhenden Umformungseinrichtungen, insbesondere von Gleich- und Wechselrichtern, dadurch erzielen, daß außer der Gittersteuerung noch eine Stufenschaltung an dem wechselstromseitig angeordneten Transformator vorgesehen ist. In diesem Falle dient die Gittersteuerung lediglich zur Feinregelung und bewirkt den allmählichen Übergang von je einer Stufe der Transformatorspannung zur nächsten. Bei den bisher bekannten Einrichtungen dieser Art sind nun entweder für jede Anzapfung des Transformators besondere Entladungsstrecken bzw. besondere Anoden vorgesehen, von denen jeweils in jeder Phase die an die gewünschte Spannung angeschlossenen, durch die Gittersteuerung freigegeben, alle übrigen gesperrt werden; oder es ist eine Umschaltung einzelner Anodengruppen mittels Lastschalter vorgesehen. Alle derartigen Einrichtungen sind natürlich, insbesondere bei mehrphasiger Anordnung, sehr umfangreich und kostspielig. Es sind ferner noch Anordnungen bekanntgeworden, bei denen mindestens zwei Entladungsstrecken betriebsmäßig parallel arbeiten, und die mittels der Gittersteuerung gesperrt werden, und dann auf die entsprechenden anderen Stufen umgeschaltet werden. Diese Anordnungen besitzen den Nachteil, daß sie mindestens zwei Entladungsstrecken je Phase benötigen, die dann für die volle Leistung auszulegen sind und von denen jede der Gittersteuerung bedarf.

Gegenstand der Erfindung ist nun eine zweckmäßige Ausbildung der Gittersteuerung, mit dem Ziel, unter Verwendung von möglichst wenig zusätzlichen Entladungsstrecken eine Ueberschaltung der Hauptentladungsstrecken von einer Anzapfung auf die andere und damit die gewünschte Regelung zu erreichen, ohne daß man zur Verwendung eines teuren Laststufenschalters gezwungen ist. Erfindungsgemäß läßt sich das erreichen durch gruppenweise Um- bzw. Überschaltung des Arbeitsstromes unter den Hauptentladungsstrecken untereinander oder auf besondere zusätzliche Regelanoden, wobei die umzuschaltende Gruppe während der Dauer der Umschaltung durch Gittersteuerung gesperrt wird. Je nach der Art der im Einzelfalle vorliegenden Schaltanordnung läßt sich der Erfindungsgedanke in der verschiedensten Weise verwirklichen und möge an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele veranschaulicht werden.

Die Abb. 1 der Zeichnung zeigt einen dreiphasigen Gleichrichter, dessen Hauptanöden wahlweise mit verschiedenen Anzapfungen der jeweils zugehörigen Transfor-

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

Dr.-Ing. Helmut Anschütz in Berlin-Schmargendorf.

matorwicklungsphase verbunden werden können. Die Stufenschaltung am Transformator erfolgt vermöge einer Gittersperrung der Hauptanoden stromlos. Gemäß der Erfindung ist für jede Entladungsstrecke bzw. Hauptanode eine ungesteuerte Hilfsanode vorgesehen, welche betriebsmäßig an die gleiche Phasenspannung wie die zugehörigen Hauptanoden geschlossen ist. Die Hilfsanoden sind ίο derart bemessen und angeordnet, daß sie lediglich während der Dauer der Umschaltung der Hauptentladungsstrecken auf die nächste Transformatoranzapfung kurzzeitig die Stromführung übernehmen. Hat die Hauptanode den Strom wieder mit der neuen Spannung auf sich gezogen, so wird die Hilfsanode ihrerseits stromlos auf die betreffende neue Spannungsstufe umgeschaltet. Die Hilfsanoden sind dementsprechend klein bemessen. Die Abb. 2 zeigt eine sechsphasige Gleichrichteranordnung mit einer Entladungsstrecke je Phase ohne Hilfsentladungsstrecken. Die •Umschaltung erfolgt hierbei in der Weise, daß jeweils einige Phasen zu einer Gruppe zusammengefaßt und miteinander umgeschaltet werden. Beispielsweise werden also in der Anordnung nach Abb. 2 zunächst drei Phasen gesperrt und umgeschaltet, während die übrigen drei Phasen die Gesamtbelastung übernehmen; die bereits umgeschalteten drei Phasen müssen die Stromführung so lange allein bewältigen, wie die zweite Gruppe umgeschaltet wird.

Eine andere Ausbildung einer derartigen Umschaltung zeigt Abb. 2a. Und zwar wird hier jede Entladungsstrecke bzw. jede Phase einzeln umgeschaltet, wobei der Schaltvorgang sämtliche Entladungsstrecken in einer vorbestimmten Reihenfolge, beispielsweise cyclisch, erfaßt. Die Hauptstromkreise sind hierbei genau so ausgebildet wie in Abb. 2, lediglich die Ausbildung der Gittersteuerung sowie die Betätigungseinrichtung für die Stufenschalter sind anders.

Die Abb. 3 zeigt weiter ein sechsphasiges Ausführungsbeispiel mit zwei in jeder Phase parallel geschalteten Anoden. Die Parallelschaltung betriebsmäßig zusammenarbeitender Anoden erfolgt über Drosseln, die in diesem Falle nicht magnetisch verkettet sein dürfen. Bei der Umschaltung wird zunächst je Phase eine Anode gesperrt und die betreffenden Stufenschalter zusammen umgelegt. Dann übernehmen die bereits umgeschalteten Anoden die Stromführung, bis auch die zweite Gruppe an die neue Spannungsstufe angeschlossen ist. In Abb. ι ist das dreiphasige Gleichrichtergefäß ι über den Transformator 2 an ein Drehstromnetz 3 angeschlossen. Die Gleich-Strombelastung möge durch den Widerstand 4 dargestellt werden. Die einzelnen Phasen der Sekundärwicklung des Transformators 2 besitzen Anzapfungen, deren jede mit einer Stufe von zwei getrennt zu betätigenden Stufenschaltern 6 und 7 bzw. 8 und 9 bzw. 10 und 11 verbunden ist. Die Schalthebel der Stufenschalter 6, 8 und 10 sind jeweils mit den Hauptanoden 16, 18 und 20 des Gleichrichtergefäßes verbunden, die Schalthebel 7, 9 und Ii jeweils mit den entsprechenden Regelanoden 26, 28 und 30. Die Hauptanoden 16, 18, -2.0 des Gefäßes sind gittergesteuert. Die Regelanaden 26, 28, 30 dagegen besitzen keine Steuergitter. Vielmehr ist durch eine entsprechende Ausbildung und räumliche An-Ordnung der Hilfsanoden innerhalb des Entladungsgefäßes erreicht, daß die Regelanoden nur bei gesperrten· Hauptanoden zünden können und bei Freigabe der Hauptanoden die Stromführung sofort wieder abgeben. Die Steuergitter der Hauptentladungsstrecken sind über einen zur betriebsmäßigen Steuerung dienenden Drehregler 14 und eine zur zeitweiligen Gittersperrung dienende Einrichtung 12, 13, 15 mit der Kathode des Entladung.?- gefäßes verbunden. Die Wirkungsweise ist kurz die folgende: Die Stufenschalter sämtlicher Haupt- und Regelanoden mögen wie in der Zeichnung auf der gleichen Anzapfung in jeder Phase stehen. Soll nun die abgegebene Gleichspannung erhöht werden, so werden die Gitter der Hauptanoden beispielsweise durch Schließung des Schalters 12, d. h. durch die Einfügung der negativen Gleichspannung 13 in die Gitterkreise, gesperrt. Die Stromführung wird infolgedessen von den mit etwas höherem Spannungsabfall arbeitenden Regelanoden übernommen, und die Stufenschalter 6,

8 und 10, welche vorteilhaft mechanisch miteinander gekuppelt sind, können in stromlosem Zustande auf die nächsthöhere Spannungsstufe umgelegt werden. Darauf wird der Schalter 12 wieder geöffnet, die Hauptanöden übernehmen die Stromführung mit der neuen Spannung, und die Regelanoden werden nun in stromlosem Zustande ebenfalls an die neue Anzapfung angeschlossen. Soll dagegen die Gleichspannung herabgesetzt werden, so verläuft der Vorgang umgekehrt: Es werden zuerst, während die Hauptanoden no noch den Strom führen, die Stufenschalter 7,

9 und 11 der Hilfsanoden auf "die nächstniedere Spannungsstufe umgestellt. Darauf werden die Hauptanoden mittels der Gittersteuerung gesperrt, die Stufenschalter 6, 8 und 10 umgeschaltet und darauf die Hauptanoden wieder für den Stromdurchlaß freigegeben, wobei die Hilfsanoden wegen des höheren Spannungsabfalles wieder von selbst erlöschen. Bei Einhaltung der beschriebenen Reihenfolge der Schaltmaßnahmen ist jegliche Gittersteuerung für die Hilfsanoden überflüssig.

Das Ausführungsbeispiel der Abb. 2 unter-

scheidet sich von dem der Abb. l insofern, als in jeder Phase nur ein einziger Stufenschalter vorgesehen ist und die Regelanoden bzw. besondere Überschalthilfsentladungsstrecken fehlen. Die sechsphasige Sekundärwicklung 5 des Transformators 2 ist in dem Ausführungsbeispiel mit sechs einzelnen Entladüngsstrecken 30 bis 35 in Gleichrichterschaltung angeordnet und speist beispielsweise eine Belastung 4. Je drei Gefäße 30, 32, 34 bzw. 31, 33, 35 sind bezüglich der Steuerung und Umschaltung gruppenweise zusammengefaßt. Im Steuerkreis jeder Gruppe ist beispielsweise ein Drehregler 40 bzw. 41 vorgesehen, welche beide zweckmäßig miteinander gekuppelt sind. Außerdem kann die negative Spannung der Batterie 13 durch Schließung der Schalter 12' bzw. 12" wahlweise der einen oder der anderen Gruppe von Entladungsstrecken zugeführt werden. Die beiden Schalter 12' und 12" sind, um Betriebsunterbrechungen zu vermeiden, derart gegeneinander verriegelt, daß der eine stets nur geschlossen werden kann, wenn der andere geöffnet ist, und umgekehrt. Während des normalen Betriebes ist selbstverständlich die gleichzeitige öffnung beider Schalter möglich und vorgesehen. Zur Vornahme einer Umschaltung wird nun zunächst die eine Gruppe von Entladungsstrecken durch die negative Vorspannung 13 gesperrt, beispielsweise die Entladungsstrecken 30, 32, 34. Darauf werden die entsprechenden Stufenschalter 6, 8, 10 auf die benachbarte Spannungsstufe umgelegt, dann der Schalter 12' geöffnet und 12" geschlossen. Da hiermit die Entladungsstrecken 31, 33, 35 am weiteren Stromdurchlaß verhindert werden, während er für die Entladungsstrecken 30, 32, 34 wieder freigegeben wird, können nunmehr auch die Stufenschalter 6', 8' und 10' umgeschaltet werden. Es sind also die Stufenschalter 6, 8, 10 bzw. 6', 8', 10' vorteilhaft miteinander zu kuppeln und mit den Schaltern 12' und 12" derart zu verbinden, daß die Vornahme der Schalthandlungen in der gewünschten und beschriebenen Reihenfolge erfolgt. Um bei selbsttätigen Regelungen ein Ansprechen der Regeleinrichtung auf die während der Umschaltung entstehenden kurzzeitigen Spannungsabsenkungen zu verhüten und damit ein Überregeln oder Gegenregeln der Einrichtung zu vermeiden, ist es zweckmäßig, das Ansprechorgan der Regeleinrichtung mit einer derartigen, unter Umständen erst nach dem Beginn der Umschaltung wirksam werdenden Zeitverzögerung zu versehen; daß die ganze Umschaltung beendigt ist, bevor die Regeleinrichtung auf die mit der Umschaltung verbundenen Schwankungen reagieren kann.

Eine andere Möglichkeit, bei der die Sj>annungsschwankungen von vornherein in geringeren Grenzen gehalten werden, ergibt sich bei einer Anordnung gemäß der Abb. 2, wenn sie etwa wie in dem Ausführungsbeispiel der Abb. 2a gesteuert wird. Die einzelnen Entladungsstrecken 30 bis 35 sind hier nicht in Gruppen zusammengefaßt; es kann vielmehr jede einzelne Entladungsstrecke, beispielsweise mittels der für jedes Gitter besonders vorgesehenen Schalter 12 und durch Anschluß der Gitter über einen Drehregler 14 mit offener Sekundärwicklung einzeln gesperrt und auch einzeln umgeschaltet werden. Die einzelnen Umschalter 6, 8, 10, 6', 8', 10' sind nicht mehr miteinander gekuppelt. Der Übergang zu einer neuen Spannungsstufe wird dann vorteilhaft so vorgenommen, daß die Umschaltungen in den einzelnen Entladungsstrecken bzw. Wicklungsphasen des Transformators in vorgegebener Reihenfolge, beispielsweise cyclisch, aufeinander folgen. Die Absenkung der mittleren erzeugten Gleichspannung ist in diesem Falle bedeutend kleiner als bei einer Anordnung nach Abb. 2, da in jedem betrachteten Zeitpunkt stets höchstens in einer Phase der Stromdurchgang gesperrt ist, während sämtliche übrigen Phasen ihren vollen normalen Anteil der abzugebenden Gleichspannung liefern. Die übrigen Schaltungselemente und ihre Bezugsziffern stimmen mit denen der Abb. 2 überein.

Der Erfmdungsgedanke läßt sich in besonders vorteilhafter Weise bei solchen Umformungseinrichtungen anwenden, bei denen die Stromführung jeder Phase mehreren betriebsmäßig parallel geschalteten Anoden bzw. Entladungsstrecken übertragen ist. Das Ausführungsbeispiel der Abb. 3 zeigt eine derartige, der Einfachheit halber ebenfalls an einer sechsphasigen Anordnung vorgesehenen Umschaltungseinrichtung. Die Sekundärwicklung 5 des an ein Drehstromnetz 3 angeschlossenen Transformators 2 ist mit jedem Phasenende über unverkettete Anodendrosseln 60 bis Ji ^an die Anoden angeschlossen, von denen stets je zwei gleichzeitig stromführend sind. Sämtliche Anoden sind mit Steuergittern versehen. Diese sind in zwei Gruppen derart zusammengefaßt, daß jede Gruppe von Anoden für sich gesperrt werden kann. In jeder Gruppe ist mindestens eine Anode aus jeder Phase enthalten, und daher tritt keinerlei zeitweilige Stromunterbrechung in den einzelnen Phasen bei der Umschaltung auf, mithin auch keine durch den Umschaltvorgang bedingte Schwankung der Betriebsgrößen. Es wird lediglich während der kurzen Zeit der Umschaltung die jeweils nicht gesperrte Anode mit dem doppelten Ström belastet, was jedoch in Anbetracht der kurzen Zeiten keinerlei Nachteile zur Folge hat. Die Ausbildung der Steuerungseinrichtung sowie

der Betätigungsorgane für die Stufenschalter und die Ausbildung der gegenseitigen Abhängigkeit dieser Organe kann, abgesehen von der andersartigen, gruppenweisen Zusammenfassung, genau so erfolgen, wie bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 2. Die Schaltungselemente sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen wie in Abb. 2. Der Erfmdungsgedanke läßt sich sinngemäß auch auf andere

ίο Anordnungen mit mehr als zwei in jeder Phase parallelarbeitenden Anoden anwenden. Die Umschaltung kann in soviel Gruppen, als parallel arbeitende Anoden in jeder Phase enthalten sind, vorgesehen werden. Die dadurch bedingte umfangreichere Steuereinrichtung ist jedoch vermeidbar, wenn die Umschaltung so ausgebildet ist, daß die in einer Phase parallel geschalteten Entladungsstrecken in zwei möglichst gleich große Gruppen aufgeteilt werden. Das hat die vorteilhafte Folge, daß keine Anode bei der Umschaltung mit mehr als dem doppelten bzw. höchstens (bei drei parallel arbeitenden Anoden) dem dreifachen Wert des Betriebsstromes belastet wird.

Die Ausbildung der Gittersteuerkreise und die Zusammenfassung der die Sperrung bestimmter Gruppen von Entladungsstrecken bewirkenden Steuermittel mit den entsprechenden Stufenschaltern kann mechanisch (Kontaktwalzen u. ä.) und/oder durch elektrische Verriegehingsscnaltungen erfolgen. Die Sperrung kann, statt wie in den Ausführungsbeispielen durch eine Gleichspannung, auch durch eine geeignete Wechselspannung bzw. durch eine geeignete Phasenverschiebung einer an sich zur betriebsmäßigen Regelung verwendeten Steuerwechselspannung erfolgen. Ebenso ist der Erfindungsgedanke nicht auf - 40 Gleichrichter beschränkt, sondern ebenso auch auf andere Umformungseinrichtungen anwendbar.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur willkürlichen oder selbsttätigen Regelung von mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden Umformungseinrichtungen durch Grobregelung mittels Stufenschalter und Feinregelung mittels Gittersteuerung, wobei die Stufenschaltung am Transformator durch gruppenweise Gittersperrung der Entladungsstrecken stromlos erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Entladungsstrecke bzw. für jede Anode von mehrere Entladungsstrecken umfassenden Entladungsgefäßen eine ungesteuerte Hilf sentladungsstrecke bzw. Hilfsanode vorgesehen ist, welche betriebsmäßig an die gleiche Phasenspannung angeschlossen ist wie die zugehörige Hauptentladungsstrecke, und derart bemessen und angeordnet ist, daß sie lediglich während der Dauer der Umschaltung der Hauptentladungsstrecke auf die nächste Transformatoranzapfung kurzzeitig Strom führt,, um darauf ihrerseits stromlos auf die nächste Spannungsstufe umgeschaltet zu werden.
2. 2. Anordnung zur willkürlichen oder selbsttätigen Regelung von mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden Umformungseinrichtungen durch Grobregelung mittels Stufenschalter und Feinregelung mittels Gittersteuerung, wobei die Stufenschaltung am Transformator durch gruppenweise Gittersperrung der Entladungsstrecken stromlos erfolgt, für mehrphasige Umformungseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsstrecken in . wenigstens zwei Phasengruppen angeordnet sind, welche durch je einen getrennt zu betätigenden, mehrphasigen Stufenschalter und durch getrennte Gittersperrung für jede Gruppe nacheinander stromlos umgeschaltet werden.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß hei einer ρ phasigen Umformungseinrichtung η Phasengruppen

   mit je — symmetrisch verteilten Phasen vorgesehen sind, die gegenseitig um -i-2—

   in der Phase versetzt sind, und daß die Umschaltung derart vorgenommen wird,

   daß höchstens— Phasen gleichzeitig stromlos sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsstrecken jeder Phase für sich gesperrt und umgeschaltet werden, und daß die Umschaltung in den einzelnen Phasen nacheinander cyclisch vorgenommen wird, so daß jeweils höchstens eine Phase stromlos ist.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden für selbsttätige Regelung, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen, no beispielsweise Verzögerungsrelais, vorgesehen sind, welche erst bei der Umschal-' tung ansprechen und eine Beeinflussung der Regeleinrichtung durch die während der Umschaltung kurzzeitig auftretenden Phasen-, Frequenz- und Spannungssprünge, beispielsweise mittels einer zeitweiligen Ansprechsperre, verhindern.

   Hierzu a Blatt Zeichnungen