-
Anordnung zur Begrenzung von Kurzschlußströmen bei mit gesteuerten
Entladungsstrecken, insbesondere gittergesteuerten Dampf oder Gasentladungsstrecken,
arbeitenden Umformungseinrichtungen Es sind bereits zahlreiche Umformungseinrichtungen
mit gesteuertenEntladung sstrecken, vorzugsweise gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken,
vorgeschlagen worden. Diese können zur Umformung von Wechselstro:in in Gleichstrom
(Gleichrichter), ,zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom (Wechselrichter)
oder zur Frequenzumformung (Umrichter) dienen. Bei diesen Einrichtungen erfolgt
die Umformung bekanntlich in der Weise, daß der Strom in vorbestimmter Weise durch
die einzelnen Entladungsstrecken fließt. Von besonderer -Bedeutung für den Betrieb
hierbei ist einerseits die Durchführung der Steuerung, anderseits die Durchführung
von Maßnahmen, die die Betriebssicherheit gewährleisten, wenn eine der Entladungsstrecken
versagt.
-
Es sind Anordnungen zur Begrenzung, von Kurzschlußströmen bei mit
gesteuerten Entladungsstrecken, insbesondere gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken,
arbeitenden Umformungseinrichtungen vorgeschlagen worden, die als Gleichrichter
oder als Wechselrichter betrieben werden können und bei denen in jeden Teil:entladungsstromkreis
mindestens zwei in Reihe liegende Induktivitäten eingefügt sind. Erfindungsgemäß
soll jede der beiden in einem Kurzschlußstromkreis vorgesehenen Teilinduktivitäten
unmittelbar an einen der beiden Gleichstromleiter angeschlossen sein. Den betriebsmäßigen
Teilentladungsstromkreisen sind mindestens zwei mit gegenseitiger Phasenverschiebung,
insbesondere 18o° oder 12o0, arbeitende Entladungsstrecken eingefügt. Diese Entladungsstrecken
.gehören mindestens zwei mit getrennten Transformatorwicklungen versehenen Umformungseinrichtungen
an. Weitere zweckmäßige Weiterbildungen des Erfindungsgedankens seien in der nachfolgenden
Beschreibung angegeben.
-
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt, und
zwar betrifft Abb: i eine einphasige Einrichtung zur Umformung von Gleichstrom in
Wechselstrom oder umgekehrt; Abb. a stellt die Anwendung des Erfindungsgedankens
auf :eine andere einphasige
Umformungseinrichtung dar; Abb.3 und
.4. zeigen dreiphasige Umformungseinrichtungen.
-
Das Ausführungsbeispiel in Abb. i dient zur Umformung von Gleichstrom,
der dem Netz ro entnommen wird, in Wechselstrom, der dein Netz i i zugeführt wird.
Die Umformungseinrichtung enthält einen Transformator 12 mit zwei Wicklungen 13
und 14, deren Mittelanzapfungen an die eine Gleichstromleitung über Drosselspulen
15 und 16 angeschlossen sind. Diese Umformungseinrichtung kann sowohl als Gleichrichter
als auch als Wechselrichter arbeiten. An die äußeren Klemmen der Wicklungen 13 und
1¢ sind nun gittergesteuerte Dampfentladüngsgefäße 17 bis 2o angeschlossen, und
die Drosselspulen ai bzw. #",-2 sind zwischen die Entladungsgefäße und die andere
Gleichstromleitung geschaltet., Wenn der Umformer als Wechselrichter arbeitet, d.
h. Gleichstrom in Wechselstrom umformt; so werden die Entladungsgefäße 17 bis 20
gesteuert, und zwar erhalten sie ihre S teuerspannung über S trombegrenzungswiderstände
28 und 29 von zwei Sekundärwicklungen 25 und 26 eines Transformators 27. Falls der
Wechselstromkreis i i von einer unabhängigen Spannungsquelle erregt wird,
so
wird zweckmäßigerweise die Primärwicklung des Gittertransformators 27 von
derselben Spannungsquelle erregt. Ist jedoch der Kreis i i abhängig, d. h. die Frequenz
abhängig von den Bedingungen-des Umformers,: so kann die Primärwicklung des Gittertransformators
27 vom Kreis i i oder einer anderen Wechselspannungsquelle gewünschter Frequenz
erregt werden. Im letzten Falle ist es notwendig; -Kommutierungskondensatoren 23
und 24 zwischen die Anoden der zugehörigen Gefäße zu schalten. Arbeitet der Umformer
als Gleichrichter, so besteht die Möglichkeit, die Kommutierungskondensatoren, die
Steuergitter und die Steuerkreise fortzulassen.
-
Für die Erläuterung der Arbeitsweise des Umformers nehmen wir an,
daß er als Gleichrichter arbeitet. Wir nehmen an, daß die Gefäße 17 und i9 in einem
gegebenen Augenblick leitend sind. Am Ende der Halbwelle wird der Strom im Gefäß
17 auf das Gefäß 2o kommutiert werden, während der Strom im Gefäß 1g auf das Gefäß
18 übergeht. Versagt nun eines der Gefäße, beispielsweise das Gefäß 18, so wird
die Wicklung 13 durch die Gefäße' 17 und 1$ über die Drosselspulen 21 und 22 kurzgeschlossen
werden, aber infolge der sehr hohen Impedanz der Spulen 21 und 22 wird der Kürzschlußstrom
einen verhältnismäßig kleinen Wert haben. Es ist günstig, ebenfalls Drosselspulen
15 und 16 den Sternpunkten der Wicklungen 13 und 14 vorzuschalten. Dadurch kann
man einen Wechselstromkurzschlüß zwischen der rechten Seite der Wicklung 13 und
der linken Seite der Wicklung 14 über die Gefäße 18 und ig unter den erwähnten Bedingungen
vermeiden. Wenigstens zwei Drosselspulen sind in jeden Kreis eingefügt, der zwei
Klemmen der Wechselstromwicklungen enthält, ausgenommen den einen Kreis, der die
vollen Wicklungen 13 und 14 enthält. Hierdurch werden zwei Drosselspulen oder vier
Gefäße in jeden Wechselstromkurzschlußpfäd so eingefügt, da13 der Kurzschlußstrom
im Wechselstromkreis entweder eliminiert wird oder auf einen kleinen Wert verringert
wird beün Versagen eines einzigen Gefäßes. Dieses ermöglicht, beispielsweise durch
zeitweiliges: Überbrücken des betreffenden Gefäßes, das fehlerhafte Gefäß, das den
Kur zschluß verursachte, durch ein anderes Gefäß zu ersetzen, ohne den Betrieb der
Umformungseinrichtung zu unterbrechen. Während somit vier Gefäße und vier Drosselspulen
in dieser Anordnung an Stelle von zwei Gefäßen und einer einzigen Drosselspule,
wie sie gewöhnlich in einer einphasigenUmformungseinrichtung verwendet werden,vorgesehen
sind, so wird doch hier bemerkt, :daß die Bemessung der Gefäße und Drosselspulen
die gleiche ist wie bei Umformungseinrichtungen mit nur zwei Gefäßen und einer Drosselspule.
Dies folgt daraus; daß jedes der Gefäße 17 bis 2o nur den halben Belastungsstrom
des Umformers führt, während jede der Drosselspulen 15, 16, 21 und 22 nur den halben
Belastungsstrom führt und nur auf halbe Oberwellenspannung beansprucht wird und
glättet: Arbeitet die Umformungseinrichtung als Wechselrichter, so ist die Arbeitsweise
im wesentlichen ähnlich; wie hier nicht weiter erläutert zu werden braucht. Die
verschiedenen Gitterkreise dienen dazu; abwechselnd die einzelnen Gefäße leitend
und nichtleitend zu machen unter Unterstützung der Kommutierungskondensatoren 23
und 24, die den Stromübergang von einem Gefäß auf ein anderes bewirken.
-
In Abb. 2 ist eine Einphasenvollwegsehaltung angegeben, bei welcher
die Gitterkreise der Einfachheit halber fortgelassen worden sind. Arbeitet der Umformer
als Gleichrichter, so können wiederum, wie oben bereits angegeben ist, die Kömmutierungskondensatoren
23 und 24 und die Steuerkreise fortgelassen werden. In dieser Anordnung sind an
die Klemmen der Wicklungen 13 und 14 einerseits die Gefäße 30, 32, 34 und 36 angeschlossen
und diese mit der einen Gleichstromleitung verbunden, und zwar über die Drosselspulen
38 und 40, anderseits sind diese Klemmen -an die andere Gleichstromleitung über
die Gefäße 31, 33, 35 und 37 und die Drosselspulen 39 und 41 angeschlossen. Es wird
bemerkt, daß wie bei der Anordnung in
Abb.1 jedes Paar von Entladungsgefäßen
über eine Drosselspule mit dem Gleichstromkreis in Verbindung steht, so daß zwei
Drosselspulen in Reihe mit jeder der beiden Wicklungen 13 und 14 geschaltet sind,
damit der Kurzschlußstrom im Falle des Versagens einer Entladungsstrecke auf einen
kleinen Wert begrenzt wird. Diese Anordnung hat den zusätzlichen Vorteil, daß zwei
Gefäße und zwei Drosselspulen in jedem möglichen Reihenkreis zwischen den beiden
Gleichstromleitern 1o angeordnet sind, so daß ein Kurzschluß des Gleichstromkreises
im Falle des Versagens eines einzigen Entladungsgefäßes vermieden wird. Die übrigen
Bezugszeichen entsprechen denen der Abb.1.
-
Abb.3 zeigt die Ausführung des Erfindungsgedankens bei einer dreiphasigen
Anordnung. Die Umformungseinrichtung enthält einen mehrphasigen Transformator 51
seit einer an das Drehstromnetz 5o angeschlossenen Wicklung und drei getrennten
Einphasenwicklungen 52, 53 und 54, die rriit dem Gleichstromnetz 1o über Gefäße
55 bis 66 verbunden sind. Für jede der Wicklungen 52, 53 und 54 sind entsprechende
Gefäße vorgesehen, ebenso auch Drosselspulen 67, 68, 69 und 7o. Jedes der gittergesteuerten
Dampf- oder Gasentladungsgefäße 55 bis 66 wird mit passender Phaseneinstellung von
einem Transformator 71 gesteuert, von dem nur die Sekundärwicklungen der Einfachheit
halber dargestellt sind. Dieser Transformator kann beispielsweise unmittelbar an
das Wechselstromnetz 5o angeschlossen werden, beispielsweise mittels einer Vorrichtung,
die zur Einstellung der richtigen Phasenlage der Spannung dient. Die Kommutierungskondensatoren
72 bis 77 dienen in erster Linie dazu, zu ermöglichen, daß Wechselstrom an das Netz
50 geliefert werden kann, wenn eine Gegen-EMK nicht zur Verfügung steht.
Steht eine solche zur Verfügung, so können die Kommutierungskondensatoren fortgelassen
werden.
-
Zunächst möge der Umformer als Gleichrichter arbeiten, wobei die grundsätzliche
Arbeitsweise eines Einphasenvollweggleichrichters als bekannt vorausgesetzt sei,
so daß eine ausführliche Beschreibung nicht erforderlich ist. Wir nehmen an, daß
die Phasenfolge im gegenläufigen Uhrzeigersinne erfolgt. Dann fließt der Strom zunächst
in einem Kreis mit der Wicklung 53, Gefäß 59, Drosselspule 69, Drosselspule 68 und
Gefäß 62. Es wird nun angenommen, daß der Strom gerade übernominen worden ist von
einem Kreis, der die Wicklung 54, das Gefäß 65, Drosselspule 67, Drosselspule
70 und Gefäß 64 enthält. Der in diesem Kreis fließende Strom sei vorher vom
Stromkreis mit der Wicklung 52 kommutiert worden. Der im Stromkreis mit der Wicklung
53 fließende Strom wird nun während der nächsten 6o0 bestehen bleiben, weil die
Wicklung 54 nicht mehr den Strom
. von der Wicklung 53 wegen der in beide
Kreise eingefügten Drosselspulen kommutieren kann. Am Ende dieses 6o0-Abschnittes
wird der Strom von diesem Stromkreis mit der Wicklung 53 auf den Stromkreis mit
der Wicklung 52 kommutiert, der außerdem das Gefäß 57, Drosselspule 69, Drosselspule
68 und Gefäß 56 enthält. I2o' später wird der Strom voll dem Kreis mit der Wicklung
54 auf den Kreis mit der Wicklung 53 kommutiert. In dieser Weise wird der Strom
unaufhörlich zwischen den einzelnen Wicklungen kommutiert werden, wobei jedes der
Entladungsgefäße ungefähr 6o0 lang leitend ist, d. h. während eines Sechstels der
Periode. Jede der verschiedenen Wicklungen ist zweimal während je 36o0 leitend,
wobei der Abstand zwischen je zwei Stromführungszeiten 18o0 betragen wird. Die folgende
Tabelle zeigt nun die Reihenfolge der Kommutierung zwischen den einzelnen Wicklungen
und den Gefäßen:
| Zeit Wicklung Gefäße Drosselspulen |
| 00 53 59 und 62 69 und 68 |
| 6o0 52 57 und 56 69 und 68 |
| 1200 54 65 und 64 67 und 70 |
| 1800 53 61 und 6o 67 und 70 |
| 240° 52 55 und 58 67 und 70 |
| 3000 54 63 und 66 69 und 68 |
| 36o0 53 59 und 62 69 und 68 |
Wie bei der Anordnung gemäß Abb. 2 sind wenigstens zwei Drosselspulen oder vier
Gefäße in den Pfad jedes Wechselstromkurzschlusses eingefügt, während zwei Drosselspulen
und zwei Gefäße in Reihe in den Pfad jedesGleichstromkurzschlussesgeschaltetsind.
Dadurch wird ein vollständiger Kurzschluß sowohl im Gleichstrom- als auch im Wechselstromkreis
vermieden. Arbeitet der Umformer als Wechselrichter, so ist die Arbeitsweise im
wesentlichen dieselbe, nur werden die Steuerkreise in diesem Falle zur Erzielung
eines vorschriftsmäßigen Arbeitens benötigt und die Kommutierungskondensatoren 72
bis 77 zur Durchführung der Kommutierungsvorgänge, wenn das Wechselstromnetz 5o
keine Gegenspannung liefert.
-
In Abb. 4 ist eine nur wenig abweichende Anordnung dargestellt. Dieser
Umformer enthält einen mehrphasigen Transformator 51 mit einer an das Drehstromnetz
5o angeschlossenen Wicklung und zwei in Stern geschalteten mehrphasigen Wicklungen
8o und 81. Diese sind an das Gleichstromnetz 1o über die Gefäße 82 bis 93 und die
Drosselspulen 94 bis 99 angeschlossen. Wie vorher sind auch in diesem Falle gittergesteuerte
Dampf- oder Gasentladungsgefäße angenommen. Bei dieser
Anordnung
erfolgt der Kommutierungavorgang zwischen den Gefäßen 82, 83 und go, 9i, den Gefäßen
8q., 85 und 92, 93 und den Gefäßen 86, 87 und 88, 89; d. h: die Gefäße, die
an eine Phase angeschlossen sind, kommutieren mit Gefäßen, die an die um i8o° versetzte
Phase angeschlossen sind. Bei solcher Anordnung ist jedes der Gefäße während der
vollen Halbwelle leitend gegenüber i2o° bei anderen mehrphasigen Anordnungen. Es
ist möglich, die Dauer der Brennzeit jeder Entladungsstrecke in dieser Anordnung
noch auszudehnen., weil der Strom nicht zwischen Gefäßen kommutiert wird, die an
eine einzige Wicklung so angeschlossen sind, daß gleichzeitig der Strom in derselben
Richtung durch zwei nur an eine einzige Wicklung angeschlossene Gefäße fließt; sogar
wenn die Anodenspannung des einen Entladungsgefäßes höher ist als die andere, eine
Bedingung, die normalerweise bei Umformungseinrichtungen nicht erfüllbar ist. Wie
bei den vorbeschriebenen Umformungseinrichtungen können auch bei dieser Umformungseinrichtung
Kommutierungskondensatoren ioo, ioi und io2 vorgesehen sein, falls das Netz 5o keine
EMK liefert. In ihrer Wirkungsweise entspricht diese Anordnung im übrigen den bereits
beschriebenen Umformungseinrichtungen. Es wird schließlich noch bemerkt, daß der
Erfindungsgedanke auch anwendbar ist bei mehrphasigen Schaltungen, bei denen die
eine Gleichstromleitung an den Sternpunkt der Transformatorwicklung angeschlossen
ist, d. h. bei den Weiterbildungen der Anordnung gemäß Abb. i.