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Einrichtung zur Steuerung des Zeitpunktes der Zündung von Lichtbogenstromrichtern
Die Erfindung bezieht sich auf Steuerungseinrichtungen für Lichtbogenstromrichter,
bei denen zur Erzeugung von Steuerspannungen für die Steuerelektroden der Hauptentladungsstrecken
gas- oder dampfgefüllte Hilfsentladungsstrecken verwendet werden, die in Gleichrichterschaltung
über einen Transformator an ein Wechselstromnetz angeschlossen sind und bei denen
Strom- oder Spannungsänderungen im Entladungskreis der Hilfsentladungsstrecken auf
den Steuerelektrodenkreis der Hauptentladungsstrecken übertragen werden. Bei diesen
Steuerungseinrichtungen ist erfindungsgemäß die Kupplung zwischen den Stromkreisen
der Hilfsentladungsstrecken und den Steuerelektroden der Haupfentladungsstrecken
derart ausgebildet, daß die durch Beeinflussung der Hilfsentladungsstrecken in ihrer
Phasenlage gegenüber der Anodenspannung veränderlichen Steuerspannungen an den Steuerelektroden
der Hauptentladungsstrecken die Zündung verhindernde Potentiale erzeugen, während
die Steuerelektroden der Hauptentladungsstrecken außerdem über große Widerstände
an ein für die Zündung ausreichendes positives Potential angeschlossen sind. Die
Erfindung besteht demnach darin, daß bei solchen mit Hilfsentladungsstrecken arbeitenden
Steuerungseinrichtungen, bei denen durch Beeinflussung der Hilfsentladungsstrecken
an den Steuerelektroden der äauptentladungsstrecken Steuerspannungen veränderlicher
Phasenlage erzeugt werden, diese Steuerspannungen Potentiale erzeugen, welche die
Zündung verhindern. Die Steuerspannungen, welche mit veränderbarer Phasenlage den
Hilfsgleichrichtern entnommen werden, haben im Gegensatz zu den bekanntgewordenen
Steuerungseinrichtungen dieser Art nicht positive, sondern negative Richtung. Die
Phasenlage der von den Hilfsgleichrichtern gelieferten Steuerspannungen kann entweder
durch Gittersteuerung der Hilfsgleichrichter oder mit Hilfe von Drehtransformatoren
geregelt werden, die die 1ülfsgleichrichter aus dem Wechselstromnetz speisen. In
diesem Falle können als Hilfsgleichrichter auch Trockengleichrichter verwendet werden.
Die Größe der Steuerspannungen ist dabei so zu bemessen, daß sie mindestens gleich
oder in negativer Richtung größer ist als das für die Verhinderung der Zündung erforderliche
Potential der . Steuerelektroden des Haupt-
stromrichters. Die Steuerelektroden des Hauptstromrichters sind
dabei außerdem noch über große Widerstände mit einer positiven Steuerspannungsquelle
verbunden, Wobei diser Stromkreis und die in ihm liegenden Widerstände derart bemessen
werden, daß die positiven Spannungen für die Zündung der Entladungsstrecken des
Stromrichters ausreichen.
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Steuerungsanordnungen, bei denen zwischen den Steuerelektroden des
Stromrichters und der zugehörigen Kathode bzw. bei Einzelgefäßen zwischen den Steuerelektroden
und den unter sich parallel geschalteten Kathoden zwei Steuerstromkreise bestehen,
sind an sich bekannt. Der eine Stromkreis führt dabei über eine positive Steuerspannungsquelle
und hohe Ohmsche Widerstände, -während in dein anderen Stromkreis eine negative
Stromquelle liegt und ein Schaltmittel, -welches diese negative Stromquelle in dem
Augenblick mit dem zugehörigen Steuerbitter verbindet, in dem die Wirkung der positiven
Steuerspannung aufgehoben -werden soll. Weiterhin sind Steuerungsanordnungen bekanntgeworden,
die mit Hilfsgleichrichtern arbeiten und bei denen die von den Hilfsgleichrichtern
gelieferten Steuerspannungen derart in den Gitterkreis des Hauptgleichrichters eingeführt
sind, daß die Steuerspannungen den- Gittern ein negatives, nicht dagegen ein positives
Potential zuführen. Dieses Prinzip ist jedoch bisher nur bei solchen mit Hilfsgleichrichtern
arbeitenden Steuerungen bekanntgeworden, die nach dem Prinzip der Amplitudenregelung
und nicht nach dem Prinzip der Änderung der Phasenlage der von den Hilfsgleichrichtern
gelieferten Spannungen arbeiten. Soweit es sich um Hilfsgleichrichtersteuerungen
handelt, bei denen die von den Wandlern im Stromkreis der Hilfsglelchrichter gelieferten
Spannungen in ihrer Phasenlage geändert werden, -raren diese Wandler bisher stets
so geschaltet, daß sie den Steuergittern ein positives Potential zuführen.
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Eine ebenfalls bekannte und mit Hilfsgleichrichtern arbeitende Steuerungseinrichtung
verwendet die Hilfsgleichrichter nicht, um den Zündzeitpunkt zu bestimmen, sondern
nur zur Verhinderung unnöti ; hoher positiver Beaufschlagung der Gitter. Diese bekannte
Stetiertuigseinricht,ung geht davon aus, daß der Zündzeitpunkt der zti steuernden
Hauptentladungsstrecke durch eine von einem Transformator gelieferte, etwa sinusförmigeWechselspannung
in dem Augenblick bestimmt -wird. in dem diese Wechselspannung von negativen zii
positiven Werten ansteigend die Zündkennlinie der Hauptentladungsstrecke schneidet.
Erst nach diesem Zündzeitpunkt bzw. nach dem Schnittpunkt zwischen Steuer-Wechselspannung
und Zündkennlinie setzt die Gleichrichterwirkung der Hilfsentladungsstrecken ein
und schneidet den größten Teil der positiven Halbwelle der Gitterspannung ab bzw.
verhindert, daß nach erfolgter Zündung das Gitter unerwünscht hohe positive Werte
annimmt. Im übrigen sind diese Hilfsgleichrichter weder für die Bestimmung des j
Zündzeitpunktes noch für die Änderung dieses Zündzeitpunktes maßgebend.
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Die Erfindung hat den Vorteil, daß die für die Steuerung des Stromrichters
wichtigen negativen Steuerimpulse wesentlich sicherer zur Wirkung gebracht werden
können, weil die Steuerwege für das positive Steuerpotential und das negative Steuerpotential
voneinander vollkommen getrennt sind und daher eine Überlagerung beider Steuerpotentiale
in ein und demselben Gittervorwiderstand nicht eintritt. Die Tatsache, daß im negativen
Steuerstromkreis nur kleine Widerstände liegen, ist auch für die Sperrung der Stromrichter
bei Störungen, wie Kurzschlüssen oder Rückzündungen, von wesentlicher Bedeutung;
denn bei sehr großen Belastungen des Stromrichters, wie sie beispielsweise bei Kurzschlüssen
auftreten, müssen im Gitterstromkreis verhältnismäßig große Ströme fließen, um eine
ausreichende Sperrwirkung an den Steuerelektroden zu erzeugen.
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Im Gegensatz zu den bekannten Steuereinrichtungen, bei denen nicht
die negativen, sondern die positiven Steuerimpulse durch Hilfsgleichrichter erzeugt
werden, ist es bei der Steuereinrichtung nach der Erfindung von -wesentlicher Bedeutung,
Mittel vorzusehen, um die Zeitdauer der den Hilfsgleichrichtern entnommenen Steuerimpulse
zu vergrößern; denn im allgemeinen sind bei Stromrichtern negative Steuerimpulse
wesentlich größerer Zeitdauer erforderlich als positive. Zur Lösung dieser Aufgabe
sind mehrphasige Hilfsgleichrichter, also beispielsweise mehrphasige Quecksilberdampfgleichrichter,
im Hilfsstromkreis der zu steuernden Stromrichter besonders geeignet. Bei solchen
Mehrphasenschaltungen kann die Dauer des Stromflusses einer Hilfsgleichrichterphase
dadurch verlängert werden, daß die aus der Gleichrichtertechnik an sich bekannten
Mittel zur Vergrößerung der Brenndauer einzelner Anodzn angewendet -werden. Solche
Mittel sind vor allen Dingen die sog. Saugdrosselspulen, über die mehrere Wicklungssysteme
des speisenden Transformators mit ihren Nullpunkten verbunden werden, ferner sog.
Stromteilerspulen, die in den Verbindungsleitungen zwischen dem Gleichrichter und
dem ihn speisenden Transformator liegen und mit mehreren Erregerwicklungen ausgerüstet
sind, die von
verschiedenen Phasenströmen durchflossen werden. Schaltet
man in den Anodenstromkreis solcher mehrphasiger Hilfsgleichrichter Übertrager,
so können in den Sekundärwicklungen dieser Übertrager im wesentlichen rechteckförmige
Ströme bzw. Spannungen erzeugt werden, deren Zeitdauer allen Anforderungen der zu
steuernden Stromrichter genügt. -Ein weiteres Mittel zur Verlängerung der Zeitdauer
der Steuerimpulse besteht darin, daß die Übertrager, deren Sekundärwicklungen im
Stromkreis der Steuerelektroden liegen, mit mehreren Primärwicklungen ausgerüstet
sind und daß diese Primärwicklungen von Strömen verschiedener Hilfsgleichrichterphasen
oder überhaupt verschiedener Hilfsgleichrichter durchflössen sind, die in der Phase
gegeneinander verschoben sind. Durch an sich bekannte Mittel, vor allen Dingen durch
entsprechende Transformatorschalturigen, wie Sternschaltung, Dreieckschaltung, Zickzackschaltung,
lassen sich die gewünschten Phasenbeziehungen zwischen den für die Erregung der
Übertrager dienenden Hilfsgleichrichterströmen erzielen.
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Zur Erläuterung der Erfindung sind in der Zeichnung Ausführungsbeispiele
dargestellt. Für die Schaltung der Fig. i ist angenommen, daß ein Quecksilberdampfstromrichter
i, beispielsweise ein Gleichrichter, durch Gitter gesteuert werden soll, die in
der Nähe der Anoden des Gleichrichters angeordnet sind. Ferner ist angenommen, daß
es sich um einen Stromrichter großer Leistung handelt, der in Sechsphasenschaltung
an das ihn speisende Wechselstromnetz angeschlossen ist und der mit einfacher Stromteilung
arbeitet, so daß jede Anode während 12o° brennt, dagegen während 24o° gesperrt ist.
Die negativen Sperrimpulse, die den. Steuergittern zugeführt werden, müssen daher
ebenfalls ,eine Zeitdauer von etwa 24o° aufweisen. Dieselbe Brenndauer der Anoden
liegt bei einem Zwölfphasenstromrichter vor, bei dem zweifache Stromteilung angewendet
ist.
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Zur Lieferung der Steuerspannungen dient bei der Schaltung der Fig.
i ein Hilfsgleichrichter 2, der als Quecksilberdampfgleichrichter mit sechs Anoden
ausgebildet ist. Der Gleichrichter ist über einen Transformator 3 sowie einen Drehtransformator
4 an das Wechselstromnetz 5 angeschlossen. An Stelle des Drehtransformators kann
auch eine andere Einrichtung zur Veränderung der Phasenlage der dem Gleichrichter
2 zugeführten Wechselspannung verwendet werden. Die Sekundärwicklung des Transformators
3 besteht aus zwei dreiphasigen Teilwicklungen, deren Nullpunkte über eine Drosselspule
6 miteinander verbunden sind. Eine Mittelanzapfung dieser Drosselspule ist über
einen Widerstand 7, der die Belastung des Gleichrichters 2 darstellt, mit dessen
Kathode verbunden. In den Anodenleitungen des Gleichrichters 2 liegen Stromteilerspulen
8, deren Erregerwicklungen in der aus der Schaltung ersichtlichen Weise von Strömen
verschiedener Phase durchflossen werden. Die Drosselspule 6 und die Stromteiler
8 ergeben zusammen die Wirkung, daß von den Anoden des Gleichrichters 2 jeweils
vier Anoden gleichzeitig brennen. Die Brenndauer jeder Anode beträgt daher 4X6o=240°.
Zwischen den Stromteilern 8 und den Anoden des Gleichrichters 2 liegen Übertragungswandler
9, über die an den Steuergittern des Hauptstromrichters i rechteckförmige Spannungen
erzeugt werden, durch die während der Brenndauer der Anoden des Hilfsgleichrichters
2 die Entladungsstrecken des Hauptstromrichters i gesperrt gehalten werden. Parallel
zu den Sekundärwicklungen der Übertragungswandler 9 liegen Widerstände i o, um Überspannungen
an dem Wandler zu verhindern, die bei der Sperrung der entsprechenden Anode des
Hilfsgleichrichters 2 eintreten können. Die Ladungen, welche in den Wandlern während
der Brennzeit der zugehörigen Anoden des Hilfsgleichrichters 2 entstehen, können
sich über den Widerstand i o ausgleichen. Parallel zu den Sekundärwicklungen der
Wandler 9 liegen außerdem Trockengleichrichter i i mit in Reihe geschalteten Schutzwiderständen,
um einen Ausgleichstrom in einer Richtung zu ermöglichen, die der Richtung der Sperrimpulse
für die Steuergitter des Hauptstromrichters i i entgegengesetzt ist. Die von den
Wandlern 9 gelieferten negativen Steuerimpulse werden über Trockengleichrichter
1z und Widerstände .13 an die Steuergitter des Stromrichters i geführt. Eine besondere
negative Spannungsquelle ist in diesem Falle nicht vorgesehen.
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Die positive Beaufschlagung der Gitter des Stromrichters i erfolgt
parallel zu dem Stromkreis der Wandler g über hochohmige Widerstände 14. Als positive
Spannungsquelle dient bei dem Ausführungsbeispiel der Schaltung der Fig. i der Belastungswiderstand
7 im Stromkreis des Hilfsgleichrichters 2. Da dieser Gleichrichter einen praktisch
konstanten Gleichstrom liefert, ist auch die Spannung an dem Widerstand 7 als konstant
anzusehen. Der negative Pol dieses Widerstandes liegt an der Kathode des zu steuernden
Stromrichters i.
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Es sei hier erwähnt, daß der Strom im Widerstand 7 des Hilfsgleichrichters
2 nur dann als konstant anzusehen ist, wenn zur Veränderung des Zeitpunktes des-
Auftretens der Steuerimpulse in den Wandlern 9 eine
Veränderung
der Phasenlage der dein Hilfsgleichrichter 2 zugeführten Wechselspannung benutzt
wird. Verwendet man dagegen zu dem gleichen Zwecke die Gittersteuerung des ä Gleichrichters
2, so würde sich bei unveränderlichem Widerstand 7 die Belastung des Gleichrichters
ändern und damit auch der Spannungsabfall an dem Widerstand 7. In diesem Falle wird
zweckmäßig der Belastungs-Ividerstand 7 der Aussteuerung des Gleichrichters 2 entsprechend
verändert, um den Spannungsabfall an dem Widerstand 7 bei allen Belastungen bzw.
Aussteuerungsgraden konstant zu halten.
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Um d'e Gitter des Hauptstromrichters i bei Störungen, beispielsweise
im Kurzschlußfall, zu sperren, werden bei der Schaltung nach Fig i sämtliche Anoden
des Hilfsgleichrichters 2 gleichzeitig zum Arbeiten gebracht. D'es kann durch eine
Belastungserhöhung des Gleichrichters 2 erzielt werden, die z. B. bei Verringerung
des Belastungswiderstandes im Stromkreis dieses Gleichrichters auftritt. Bei dem
Ausführungsbeispiel ist zu dem Zwecke ein Widerstand 15 über ein Schnellrelais 16
zu dem Widerstand 7 im Stromkreis des Hilfsgleichrichters 2 parallel geschaltet.
Diese Schaltanordnung hat den Vorteil, daß beim Ansprechen des Relais 16 auch die
positive Zündspannung zusammenbricht, weil die vom Widerstand 7 gelieferte positive
Spannung durch das Relais 16 praktisch kurzgeschlossen wird.
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Ein anderer Weg zur Sperrung des Stromrichters i besteht darin, daß
von einer besonderen Spannungsquelle, beispielsweise einem Gleichrichtergerät oder
einer Batterie, ein negatives Potential für die Steuergitter entnommen wird. Dieses
negative Potential ist dann unabhängig von dem Steuerstromkreis des Hilfsgleichrichters
2 und kann lediglich den Anforderungen entsprechend bemessen werden, die durch die
Aufgabe der Sperrung bei Kurzschlüssen oder Rückzündungen des Hauptstromrichters
i bedingt sind.
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Ein weiterer Weg für die Sperrung des Hauptstromrichters besteht darin,
daß die 1i Spannung des Hilfsgleichrichters 2 zur Sperrun- verwendet wird. In diesem
Falle müssen jedoch die positiven Zündspannungen einer getrennten Spannungsquelle
:entnommen werden.
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Fig. 2 zeigt eine Schaltanordnung, bei der die Verbindung zwischen
dem Hilfsgleichrichter und dem Hauptstromrichter gegenüber der Schaltung der Fig.
i etwas abgeändert ist. Der Unterschied besteht darin, daß sowohl die positive Spannung
als auch die negative Spannung von einem Belastungswiderstand 17 im Stromkreis des
Hilfsgleichrichters 18 abgenommen wird. Der Widerstand 17 ist mit seinem einen Ende
an die Kathode des Hilfsgleichrichters 18 und außerdem über hohe Widerstände an
die Steuergitter des Stromrichters i g angeschlossen. Das andere Ende, d. h. der
Minuspol des Widerstandes 17, ist über ein Schnellrelais 20 ebenfalls an die Steuergitter
des Stromrichters ig angeschlossen, damit bei Störungen den Steuergittern ein kräftiges
negatives Potential zugeführt werden kann. Eine Anzapfung des Widerstandes 17 ist
mit der Kathode des Stromrichters ig verbunden, während eine weitere Anzapfung an
die Sekundärwicklungen der im Anodenstromkreis des Hilfsgleichrichters 18 liegenden
Übertrager 21 angeschlossen ist. Durch die letztgenannte Verbindung wird in diesen
Steuerstromkreis im Gegensatz zu der Schaltung der Fig. i noch eine zusätzliche
negative Vorspannung geschaltet.
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Um die Sperrspannung bei allen Betriebsverhältnissen sicher bereit
zu haben, kann man den Hilfsgleichrichter -durch zwei oder mehrere parallel arbeitende
Gleichrichter ersetzen, was keine Schwierigkeiten macht, da der Gleichrichter ohne
Gittersteuerung arbeitet. Je nach der Schaltung des den Hilfsgleichrichter speisenden
Transformators und der Art der Stromteilung kann die Schaltung ! des Hilfsgleichrichters
auch für andere Brennzeiten der Gitter des Hauptstromrichters sowie für andere Phasenzahlen
angewendet werden. Die Schaltung im Anodenkreis des Hilfsgleichrichters 18 ist in
Fig. 2 fortgelassen, weil sie sich von der Schaltung des Hilfsgleichrichters 2 in
Fig. i nicht unterscheidet.
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In Fig.3 ist ein Beispiel für eine Zwölfphasenschaltung mit i2o° Brenndauer
und 24o° Sperrdauer angegeben. Gezeichnet sind nur die Hilfsgleichrichter 25, in
deren Anodenstromkreis die übertrager 26 liegen; um den Steuergittern des in der
Zeichnung nur schematisch dargestellten Hauptstromrichters 27 negative Steuerspannungen
zuzuführen. Die Transformatoren der Hilfsgleichrichter sind bei der Schaltung der
Fig.3 nicht wie bei den Schaltungen der Fig. i und 2 mit Stromteilern oder anderen
Mitteln zur Vergrößerung der Brenndauer der Anoden ausgerüstet. Auf jedem Kern der
übertrager 26 sind vielmehr zwei Primärwicklungen angeordnet, die in zwei Anodenleitungen
von Hilfsgleichrichtern geschaltet sind, und zwar derart, daß die Ströme dieser
Hilfsgleichrichter in der Phase gegeneinander verschoben sind. Zu den zwölf Übertragern
mit je zwei Erregerwicklungen gehören vier Transformatoren, deren Primärwicklungen
oder Sekundärwicklungen so geschaltet sind, daß zwi- i sehen je zwei benachbarten
Transformatoren eine Phasenverschiebung von 3o° besteht. Als
Hilfsgleichrichter
können zwei oder mehrere Einzelgefäße, die parallel arbeiten,- verwendet werden
oder ein gemeinsames Gefäß mit zwölf Anoden.
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Der wesentliche Unterschied zwischen der Schaltung der Hilfsgleichrichter
der Fig, i und 2 und der Hilfsgleichrichter der Fig.3 besteht darin, daß in den
Fig. i und Übertrager g bzw. 21 mit nur einer Primärwicklung verwendet sind, während
die übertrager 26 in Fig. 3 mit mehreren Erregerwicklungen ausgerüstet sind. In
dem einen Falle wird die Zeitdauer der negativen Sperrspannung durch Vergrößerung
der Brenndauer einer Anode des Hilfsgleichrichters vergrößert, während in dem anderen
Falle bei gegebener Brenndauer der Anoden des Hilfsgleichrichters die Verlängerung
der Zeit dadurch erreicht wird, daß mehrere Erregerwicklungen für einen Übertrager
vorgesehen sind und daß die in diesen Erregerwicklungen fließenden Ströme zeitlich
in der Phase gegeneinander verschoben sind. Es leuchtet ein, daß bei der letztgenannten
Anordnung auch Übertrager mit mehr als zwei Erregerwicklungen angewendet werden
können. Die Schaltung des diese Erregerwicklungen speisenden Gleichrichters ist
dabei jeweils so zu wählen, daß die Gesamterregung dieser Erregerwicklungen der
Kurvenform der Steuerspannung angepaßt ist, die in der Sekundärwicklung der Übertrager
erzeugt werden soll und die sich ihrerseits nach der Zeit richtet, während der durch
Gittersteuerung eine Entladungsstrecke des zu steuernden Hauptstromrichters gesperrt
werden soll. An Stelle der Hilfsgefäße können auch andere Ventile, z. B. Trockengleichrichter,
verwendet werden.
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Es sei noch erwähnt, daß die an Hand der Fig. 1, 2 und 3 erläuterten
Einrichtungen, welche dazu dienen, die Dauer der den Steuergittern der Hauptstromrichter
zuzuführenden Steuerimpulse zu vergrößern, auch bei solchen Stromrichteranordnungen
angewendet werden können, bei denen durch Vermittlung der Hilfsgleichrichter den
Steuergittern des Hauptstromrichters nicht wie bei der Erfindung negative, sondern
wie bei den bisher bekannten Steuerungseinrichtungen positive Steuerspannungen zugeführt
werden.