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Einrichtung zur Steuerung von Gas- oder Dampfentladungsstrecken Die
Erfindung bezieht sich auf die Steuerung von Gas- oder Dampfentladungsstrecken,
bei denen die Zustandsänderungen, beispielsweise Stromänderungen, im Stromkreis
eines Hilfsventils benutzt werden, um Steuervorgänge in dem Steuerkreis der Entladungsstrecken
herbeizuführen. Die Erfindung ist vorzugsweise für gittergesteuerte Gas- oder Dampfentladungsstrecken,
wie Quecksüberdampfgleichrichter, bestimmt und ist von besonderer Bedeutung für
Stromrichter großer Leistung. Das Prinzip, nach dem die Steuerungseinrichtung der
Erfindung arbeitet, kann jedoch auch für andere Arten von steuerbaren Gas- oder
Dampfentladungsstrecken angewendet werden, bei denen der Zeitpunkt der Zündung oder
Löschung eines Lichtbogens mit Hilfe von auf den Entladungsvorgang einwirkenden
Steuerkreisen geändert werden soll; beispielsweise für Entladungsstrecken, bei denen
mit Hilfe von Zündelektroden, die in eine Quecksilberkathode eintauchen, der Zündzeitpunkt
beliebig geändert werden kann.
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Bei den bekannten mit Hilfsventilen arbeitenden Stenereinrichtungen
sind in die Verbindungsleitung zwischen einer die Hilfsventile speisenden Wechselstromquelle
und denVentilen Stromwandler, Spannungswandler, Meßwiderstände oder ähnliche Vorrichtungen
geschaltet, welche dazu dienen, im Wege einer galvanischen, magnetischen oder kapazitiven
Kopplung in dem Steuerstromkreis der Hauptentladungsstrecken Strom- oder Spannungsänderungen
bzw. Potentialänderungen zu erzwingen. Gemäß der Erfindung werden diese Vorrichtungen
in den Primärstromkreis eines Transformators geschaltet, welcher eine mehrphasige
Hilfsventilanordnung aus irgendeinem Wechselstromnetz, beispielsweise aus dem die
Anoden der Haupt--entladungsstrecken speisenden Wechselstromnetz, speist.
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Die Erfindung hat gegenüber anderen Steuerungseinrichtungen den Vorteil,
daß der zeitliche Verlauf der in dem Steuerstromkreis der Hauptentladungsstrecken
erzielbaren Potentialänderungen zur Erzielung einer einwandfreien Steuerung besonders
günstig ist und den Betriebsverhältnissen eines Gas- oder Dampfentladungsgefäßes
gut angepaßt werden kann. Es ist bekannt, daß es zweckmäßig ist, das Potential des
Steuergitters einer Gas- oder Dampfentladungsstrecke so verlaufen zu lassen, daß
das Potential des Steuergitters nach erfolgter Zündung der Entladung zunächst noch
eine gewisse Zeit lang positiv ist, dann jedoch, und zwar nach Möglichkeit -spätestens
zu Beginn
der Sperrzeit, auf einen negativen Wert herab-.sinkt und
diesen Wert bis zum Beginn der nächsten Zündung beibehält. Die Erfindung beruht
auf der Erkenntnis, daß der auf der Primärseite eines Mehrphasenventiltransformators
fließende Strom den geschilderten gänstigen zeitlichen Verlauf zeigt.
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Von besonderer Bedeutung ist eine Ausführungsform der Erfindung, die
eine dreiphasige Hilfsventilanordnung, beispielsweise einen dreiphasigen Quecksilberdampfgleichrichter,
verwendet; denn bei dieser Schaltung führt jede Primärphase des die Hilfsventilanordnung
speisenden Transformators während eines Drittels der Gesamtperiode Strom, und man
erhält im'Steuerkreis der Hauptentladungsstrecken ein positives Potential über i2o'
und, ein negatives Potential über 240' einer Periode. Der Transformator der Hilfsventilanordnung
ist bei dieser Anordnung primär- und sekundärseitig in Stern geschaltet.
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Ausführungsbeispiele für diese Schaltung sind in den Fig. i und 2
dargestellt, wobei einander entsprechende Teile beider Figuren gleiche Bezugsziffern
haben.
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Ein gittergesteuerter Quecksilberdampfgleichrichter i ist über einen
Transformator 2, an ein Dreiphasenwechselstromnetz 3 angeschlossen.
An die Wechselstromseite des Gleichrichters ist über einen Stromwandler 4 und einen
Drehtransformator 5 der Stromkreis einer Hilfsventilanordnung angeschlossen.
Der Transformator 5 ist primärseitig und sekundärseitig in Stern geschaltet,
Al% Hilfsventilanordnung dient bei der Schaltung nach Fig. i ein Dreiphasenquecksilberdampfgleichrichter
6, in dessen Belastungsstromkreis eine Induktivität 7 und ein Widerstand
8 liegen. Bei der Schaltung nach Fig 2 ist der zur Steuerung dienende Hilfsventilstromkreis
gleichzeitig Erregerkreis des Gleichrichters i.
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Die Sekundärwicklung 9 des Stromwandlers, dessen Prim
* ärwicklung4 im Primärstromkreis des Transformators für die Hilfsventile
liegt, ist an Widerständeio angeschlossen, deren Nullpunkt über eine Sperrspannungsquelle
ii an die Kathode des Gleichrichters i angeschaltet ist. Mit den Widerständen io
sind dann über Strombegrenzungswiderstände 12 die Steuergitter des Gleichrichters
i verbunden. Die Widerstände io müssen so klein sein, daß sich der Stromwandler
mit den Wicklungen 4 und 9 nahezu wie ein kurzgeschlossener Transformator
verhält. In diesem Fall fließt in der Sekundärwicklung ein Strom, der annähernd
dieselbe Kurvenforin hat wie der Primärstrom. Es entsteht infolgedessen auch in
den Widerständen io ein Spannungsabfall, der ebenfalls annähernd genau so verläuft
wie der Primärstrom. Wenn die Widerstände io auch so bemessen sind, daß sie annähernd
einen Kurzschluß für die Wicklung 9
bedeuten, so lassen sich doch an ihren
Klemmen zur Steuerung des Hauptentladungsgefäßes i hinreichend große Spännungsabfälle
erzeugen, wenn man nur das Übersetzungsverhältnis des Stromtransformators groß genug
wählt.
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In Fig. 3 sind die Strom- und Spannungsverhältnisse im Stenerkreis
des Gleichrichters i für die Schaltungen der Fig. i und 2 in ihrem zeitlichen Verlauf
dargestellt. Das Diagramin I zeigt den bekannten Stromverlauf einer dreiphasigen
Ventflanordnung, also beispielsweise den im Belastungsstromkreis des Quecksilberverdampfgleichrichters
6 der Schaltung nach Fig. i fließenden Strom. Das Diagramm II zeigt den an
den Ste-Liergittern des Gleichrichters i erwünschten Potentialverlauf. Der Primärstrom
einer Phase des Stromwandlers 4 auf der Primärseite des Transformators
5 verläuft ohne Glättung nach dem.Diagramm III, mit Glättung nach demDiagrammIV.
UnterBerücksichtigung einer negativen Sperrspannung ei erhält man schließlich den
in dem Diagramm V dargestellten zeitlichen Verlauf der an den Steuergittern des
Gleichrichters i tatsächlich auftretenden Gitterspannung, die, wie man sieht, dem
Diagramm II weitgehend angenähert ist.
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Obwohl die Stern-$tern-Schaltung des im Stromkreis der Hilfsventilanordnung
liegenden Transformators besonders vorteilhaft ist, kann die Erfindung auch bei
anderen Transformatorschaltungen angewendet werden. Man kann beispielsweise den
Transformator primärseitig in Dreieck und sekundärseitig in Stern schalten und erhält
dann für die Gitterspannung das Diagramm der Fig. 4, wenn wieder eine negative Sperrspannung
ei angenommen wird. Die Gitterspannung ist im negativen Teil treppenförmig und zeigt
das größere negative Sperrpotential in dem vor dem Zündpunkt liegenden Zeitabschnitt.
Der Vorteil liegt darin, daß Durchzündungen der'zu steuerndenHauptentladungsstrecke
vermieden werden.
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Eine andere für die Steuerungseinrichtung nach der Erfindung anwendbare
Schaltung des im Stromkreis der Hilfsventilanordnung liegenden Transformators besteht
darin, daß der Transformator primärseitig in Dreieck und sekundärseitig in Doppelstern
geschaltet ist. Man erhält dann das Diagramm der Gitterspannung, welches in Fig.
5 dargestellt ist und wiederum eine negative Vorspannung el vorau&setzt.
Bei diesem Diagramm ist die Gitterspannung im negativen Teil wiederum treppenförmig,
jedoch mit dem Unterschied gegenüber dem Diagramm nach Fig. 4, daß im mittleren
Zeitabschnitt die negative Spannung am größten ist.
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Ein Vergleich zwischen den Diagrammen der i Fig. 3 bis
5 zeigt, daß man bei einer Steuerungseinrichtung gemäß der Erfindung die
Möglichkeit
hat, die verschiedensten Zeitabhängigkeiten für die
Potentialänderungen im Steuerkreis einer Gasentladungsstrecke zu erzwingen. Über
die erwähnten Kurvenformen hinaus lassen sich noch weitere Abänderungen dadurch
erzielen, daß der im Stromkreis des Hilfspotentials liegende Transformator mit verschiedenen
Windungszahlen in den einzelnen Phasen ausgebildet wird, und zwar zweckmäßig auf
seiner Sekundärseite.
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Will man den Zeitpunkt der Zündung der zu steuernden Hauptentladungsstrecken
verschieben, so kann man dazu verschiedene Mittel anwenden, wie sie zum Teil bereits
bei bekannten Stenerungseinrichtungen verwendet worden sind, bei denen ebenso wie
beim Erfindungsgegenstand Hilfsventile zur Steuerung verwendet sind. Man kann beispielsweise
die Hilfsventilanordnung, wie es in den Schaltungen der Fig. i und ?, dargestellt
ist, über einen Drehtransformator oder eine andere phasendrehende Vorrichtung an
ein vorhandenes Wechselstromnetz anschließen. Ein anderes Mittel besteht darin,
daß die Hilfsventilanordnung als Entladungsgefäß ausgebildet und mit Steuergittern
ausgerüstet wird. Der Zündzeitpunkt dieses Hilfsentladungsgefäßes wird dann den
Betriebsbedingungen des zu steuernden Hauptentladungsgefäßes entsprechend eingestellt.
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In den Gleichstromkreis der Hilfsventilanordnung werden zweckmäßig
Stromverbraucher geschaltet, es sei denn, daß wie bei derAnordnung nach Fig. 2 der
Erregerstromkreis des zu steuernden Entladungsgefäßes den Verbraucherwider.*tand
darstellt. Durch die Belastung wird derjenige Betriebszustand in dem Stromkreis
der Hilfsventilanordnung erzwungen, der für den Steuervorgang des Hauptentladungsgefäßes
am besten brauchbar ist. Es kann dabei von Vorteil sein, solche Verbraucher zu wählen,
welche aus dem speisenden Wechselstromnetz wenig Wirkleistung entnehmen und trotzdem
einen relativ hohen Strom in dem Ventilstromkreis, beispielsweise in dem Anodenstromkreis
eines Hilfsentladungsgefäßes, fließen lassen.
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Bei Hilfsentladungsgefäßen, die zum Zwecke der Einstellung des Zündzeitpunktes
der Hauptentladungsstrecke mit Gittersteuerung versehen sind, ist es zweckmäßig,
die Steuerungseinrichtungen mit Vorrichtungen zur Änderung des Widerstandes im Belastungskreis
des Hilfsentladungsgefäßes zu kuppeln. Der Widerstand im Stromkreis des Hilfsentladungsgefäßes
kann dann jeweils so eingestellt werden, daß unabhängig voll der Einstellung der
Gittersteuerung dieses Entladungsgefäßes in seinem Anodenstromkreis möglichst immer
der gleiche Strom, zumindest aber stets ein solcher Strom fließt, welcher groß genug
ist, um an den Steuergittern des Hauptentladungsgefäßes oder in anderen, dem gleichen
Zweck dienenden Steuerstromkreisen von Gas- oder Dampfentladungsstrecken ausreichende
Strom- oder Spannungsänderungen zu erzwingen.
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An Stelle eines im Stromkreis der Hilfsventilanordnung liegenden Widerstandes,
der ein Ohmscher oder induktiver Widerstand sein kann, kann mit Vorteil ein Motor
verwendet werden, der mit konstantem Drehmoment arbeitet, der also auch bei Teilausste-Lierung
des ihn speisenden Hilfsentladungsgefäßes praktisch konstanten Strom aufnimmt.
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Bei den in den Fig. i und 2 dargestellten Schaltungen ist angenommen
worden, daß Entladungsstrecken und im besonderen Gas- oder Dampfentladungsstrecken
als Hilfsventile im Sinne der Erfindung verwendet werden. Das gleiche Ziel läßt
sich jedoch auch mit anderen Ventilgattungen erreichen, und besonders vorteilhaft
sind Trockengleichrichter, die in Mehrphasenanordnung ebenso zu schalten sind wie
die verschiedenen Anoden des Entladungsgefäßes 6 in der Schaltung nach Fig.
i mit Bezug auf die Kathode.
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Es sei noch erwähnt, daß die vorstehend beschriebenen Steuerschaltungen
noch durch Schutzeinrichtungen ergänzt werden können, durch die bei Störungen, vorzugsweise
bei Kurzschlüssen oder Rückzündungen, den Steuergittern der Hauptentladungsstrecken
ein Sperrpotential zugeführt wird.