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Einrichtung zur Umformung elektrischer Energie in Wechselstrom beliebiger
Frequenz mit Hilfe steuerbarer Lichtbogenventile Die Erfindung bezieht sich auf
eine Umformeranordnung, die dazu dient, elektrische -Energie in Wechselstrom beliebiger
Frequenz umzuwandeln, und zwar mit Hilfe steuerbarer Lichtbogenventile, beispielsw#eisegittergesteuerter
Quecksilberdampfentladungsgefäße. Eine bekannte Schaltanordnung für die Lichtbogenventile
ist der sog. Parallehvechselrichter, welcher im wesentlichen aus zwei ihrer Ventilwirkung
nach parallel geschalteten Lichtbogenventilen besteht und bei denen .der Zündzeitpunkt
durch Gittersteuerung einstellbar ist. Zur periodischen Löschung des Lichtbogens
der Ventile dient ein Löschkondensator, der an die Anoden der beiden Ventile angeschlossen
ist.
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In der Zeichnung ist in Fig. i die bekannte Schaltung des Parallelwechselrichters
dargestellt. Sie dient in dem Ausführungsbeispiel zur Umformung eines bei i und
2 zugeführten Gleichstromes in Wechselstrom bestimmter Frequenz. Die Gleichstromleitung
i ist mit dem Mittelpunkt der Primärwicklung 6 des Transformators 8 verbunden. An
die Sekundärwicklung 7 des Transformators 8 ist das zu speisende Wechselstromnetz
angeschlossen. Die Enden der Wicklung 6 sind an die Anoden der beiden gesteuerten
Lichtbogenventile .1 und 5 angeschlossen. Die Gleichstromleitung 2 ist über eine
Drosselspule 3 mit den Kathoden der beiden Ventile 4. und 5 verbunden. Zwischen
den, beiden Elektrodenzuleitungen der Primärwicklung 6 des Transformators 8 liegt
ein Kondensator 9, der zur Löschung des Lichtbogens in den Ventilen dient und daher
vielfach als Löschkondensator bezeichnet wird.
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Für die Parallelwechselrichteranordnung nach Fig. i ist vorgeschlagen
worden, Hilfsventile zu verwenden, durch die- der Zeitpunkt der Ladung und Entladung
des Löschkondensators 9 willkürlich gesteuert werden kann. Bei einer bekannten Schaltanordnung
dieser Art werden zwischen die Belegungen des Kondensators 9 und die Elektrodenzuleitungen
der beiden Lichtbogenventile a und 5 beispielsweise je zwei steuerbare Ventile geschaltet,
von denen das eine mit seiner Kathode, das andere dagegen mit seiner Anode an den
Kondensator angeschlossen ist. Mit Hilfe dieser zusätzlichen Ventile gelingt es,
den Wechselrichter mit jedem beliebigen Leistungsfaktor arbeiten zu lassen.
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Gemäß der Erfindung ist der zwischen den Anoden der Hauptventile des
Parallelwechselrichters dienende Kondensator über je eine steuerbare Hilfsentladungsstreckc
mit den Kathoden der Hauptventile verbunden und über je eine weitere urgesteuerte
Hilfsentladungsstrecke
an die Anoden der Hauptventile angeschlossen.
Die gesteuerten Hilfsentladungsstrecken sind dabei mit-. ihren Anoden, die angesteuerten
Hilfsentladungsstrecken mit ihren Kathoden an den Kondensator des Wechselrichters
angeschlossen. Die Erfindung hat gegenüber dem bekannten, mit Hilfsventilen arbeitenden
Wechselrichter deu Vorteil, daß sämtliche steuerbaren Ventile, welche zu dem Wechselrichter
gehören, kathodenseitig miteinander verbunden sind. Das hat den Vorteil, daß die
Steuerungseinrichtungen vereinfacht werden, weil sämtliche Gitterspannungen der
steuerbaren Ventile auf das gleiche Kathodenpotential bezogen werden können. Die
beiden Hilfsentladungsstrekken, welche sich auf anderem Potential befinden, sind
angesteuert, so daß bei diesen Ventilstrecken die durch das unterschiedliche Kathodenpotential'
entstehenden Schwierigkeiten der Steuerung -wegfallen.
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In Fig.2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die
Schaltungsteile i bis 9 entsprechen den Schaltungsteilen des Wechselrichters der
Fig. 1. 4. und 5 sind die beiden Hauptventile, die über den Löschkondensator 9 miteinander
verbunden sind. Die Gleichstromenergie wird aus dem Netz 1, 2 entnommen und über
den Transformator 8 dem Wechselstromnetz zugeführt. Der Unterschied der Schaltung
der Fig.2 gegenüber der üblichen Parallelwechselrichterschaltung nach Fig. i besteht
in der Anordnung der Hilfsventile 15, 16, 17 und 18. Die beiden Hilfsventile
15 und 16 sind angesteuert und verbinden den Löschkondensator 9 mit den Elektrodenzuleitungen
der beiden Ventile 4 und 5. Es sind dabei die Anoden der Hilfsventile 15 und 16
an die Anoden der Ventile 4 und 5 angeschlossen. Über die beiden anderen Hilfsventile
17 und 18 sind die beiden Belegungen des Löschkondensators g mit den Kathoden der
Hauptventile 4 und 5 verbunden. Die beiden Hilfsventile 17 und 18 sind mit Gittersteuerung
ausgerüstet. In Fig.3 sind die aufeinanderfolgenden Phasen der Stromführung der
Wechselrichterschaltung nach Fig.2 angegeben. Die Wechselrichterschaltung selbst
ist durch einfache Linien angedeutet. An der Stelle, an der in der Schaltung die
gesteuerten Entladungsstrecken liegen, bedeuten die Pluszeichen jeweils positives
Gitterpotential, d. h. Öffnung des betreffenden Ventils, während die Minuszeichen
auf negatives Potential, d. h. Ventilsperrung, hinweisen. Das Potential der Ladung
des Löschkondensators ist ebenfalls durch- Pluszeichen und Minuszeichen angegeben.
Die stark ausgezogene Linie bezeichnet den Weg, in dem jeweils der Strom aus dein
Gleichstromnetz durch die Wechselrichterscüaltung fließt. Die eingezeichneten Bezugsziffern
beziehen sich auf die verschiedenen Ventile der Schaltung nach Fig. 2.
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In dem Schaltzustand 3a fließt der Strom durch die linke Hälfte des
Wechselrichtertransformators und das linke Hauptventil In diesem Augenblick sind
die beiden Ventile 4 und 17 geöffnet, die Ventile 18 und 5 dagegen gesperrt. In
der Betriebsphase 3L fließt der Strom ebenfalls in der linken Hälfte des Wechselrichtertransformators;
er ist aber in den - Ventilen umgelenkt, weil die beiden Ventile 18 und 5 gezündet
sind. Der Strom fließt über den Löschkondensator 9 durch das Hilfsventil 18. In
der nächsten Betriebsphase 3c fließt neben dem Strom der Betriebsphase 3U auch noch
ein Parallelstrom durch die rechte Hälfte des Wechselrichtertransformators und das
rechte Hauptventil 5. Diese Betricbsp'hase leitet über zu der Betriebsphase 3 d ,
bei der der Strom nur noch in der rechten Hälfte des Wechselrichtertransformators
und in dem rechten Hauptventi15 fließt. Der Löschkondensator ist gegenüber der Betriebsphase
3a auf entgegengesetztes Potential umgeladen. Von der Betriebsphase 3e an beginnt
wieder der Wechsel der Stromführung. Die beiden Ventile 4. und 17, welche in der
Betriebsphase 3<< gesperrt waren, erhalten Zündpotential, und es fließt der
Strom über den Löschkondensator g durch das Hilfsventil 17. In der Betriebsphase
3i fließt, ähnlich wie in der Phase 3c, der Strom in beiden Hälften des Wechselrichtertransformators,
bis in der Phase 39 -wieder der Anfangszustand der Phase 3a erreicht ist.
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In der Schaltung der Fig.2 ist noch ein Hilfstransformator i9 angegeben,
welcher an die Klemmen des Kondensators 9 angeschlossen ist. Dieser Transformator
ig, welcher an sich nicht unbedingt notwendig ist, hat den Vorteil, daß die Hilfsventile
15 bis 18 entlastet werden, weil der Löschkondensator zusätzlich über den Transformator
i9 aufgeladen -wird. Im Stromkreis dieses Transformators kann noch ein Ohmscher,
induktiver oder kapazitiver Widerstand 2o vorgesehen sein.
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Die Steuerspannungen für die verschiedenen steuerbaren Entladungsstrecken
des-Wechselrichters können auf bekanntem Wege in der gewünschten Phasenla.ge von
dem Transformator 8 entnommen werden, es besteht aber auch die. Möglichkeit, auf
mechanischem Wege, beispielsweise mit Hilfe einer Kontaktwalze oder mit einem schwingenden
Taktgeber, die Gitterspannungen zu erzeugen und ihre Phasenlage festzulegen.
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Der über die Leitungen i und 2 zugeführte Gleichstrom kann einem Gleichrichter
ent-. nommen sein, es kann jedoch auch Wechselstrom
direkt den
mehrfach anzuordnenden Ventilen 4 und 5 zugeleitet werden, so daß der Wechselrichter
dann als Umrichter arbeitet, d. h. er formt eine Wechselspannung gegebener Frequenz
in eine Wechselspannung anderer Frequenz um. Ist die _ zugeführte elektrische Energie
in Form von Drehstrom vorhanden, so werden die Ventilwege 4 bzw. 5 des Wechselrichters
durch eine der Phasenzahl des Drehstromes entsprechende Anzahl voll Entladungsstrecken
ersetzt. An Stelle einzelner Entladungsgefäße können auch mehranodige Entladungsgefäße
verwendet werden, wenn die Kathoden der Röhren sich auf dem gleichen Potential befinden.
Auch das ist ein Vorteil der Wechselrichteranordnung- nach der Erfindung, bei der,
wie aus Fig.2 hervorgeht, der größte Teil der Ventile gleiches Potential besitzt.
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Wird an Stelle des erzeugten Einphasenwechselstromes ein m-phasiger
gewünscht, so ist auch die Schaltung m- oder 2 m-phasig auszugestaltcn, indem man
außer den Hauptventilen auch die zusätzlichen Ventile mindestens m-fach angeordnet.
Der Löschkondensator hingegen braucht nicht unbedingt m-mal vervielfacht zu 'werden,
wenn seine beiden Klemmen beispielsweise über zwei entgegengesetzt parallel geschaltete
steuerbare Ventile mit jeder Phasenklemme der Wicklung 6 verbunden werden.
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Zur Vermeidung zu hoher Entladestromstöße des Löschkondensators empfiehlt
es sich. _ zwischen die Klemmen der Wicklung 6 und die Ventile .noch Drosselspulen
entsprechend den bekannten Anodendrosselspulen einzuschalten oder dem Kondensator
eine Drosselspule vorzuschalten. Von Widerständen zur Schwingungsdämpfung wird man
ebenfalls in geringem Umfange-Gebrauch machen können.