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Anordnung zum Kommutieren bei Umformungseinrichtungen mit gesteuerten
Entladungsstrecken Es ist bereits eine Anordnung zum Betrieb von ein- oder mehrphasigen,
mit gesteuerten Entladungsstrecken, insbesondere gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken,
arbeitenden Umformungseinrichtungen vorgeschlagen worden, bei denen eine von den
Entladungsstrecken dauernd in- gleichbleibender Richtung vormagnetisierte Drossel
und ein die Kommutierung bewirkender EMK Träger vorgesehen sind, wobei der E.MK-Träger
parallel zur Gleichstromdrossel bzw. in Reihe mit der Speisespannung angeordnet
ist. Die Anwendung einer derartigen Anordnung bedingt besondere -Verhältnisse sowohl
hinsichtlich der Spannungskurve und der Frequenz der Zusatz-EMK-Quelle , als auch
hinsichtlich der Kommutierung. Gegenstand der Erfindung@sind nun Maßnahmen bei einer
derartigen .Anordnung, die ein sicheres Kommutieren bei beliebiger Belastung, -insbesondere
induktiver Belastung, ermöglichen. Gemäß der Erfindung wird die Spannungskurve der
Zusatz EMK derart ausgebildet, daß die Zusatz-EMK während der Kommutierungsvorgänge
die aufgedrückte Gleichspannung überwiegt: -In Abb. z der Zeichnung_ ist, ein vollständiger
Wechselrichter -.dargestell, bei dem die in- erster Linie Wirkstrom. führenden gittergesteuerten
Dampf- .-oder Gasentladungsgefäße g",1 und g",, in bekannter Weise die Glei<
spannung Eg in Wechselstrom umforme dieser Wechselstrom wird mittels des Tiax formators
T dein Verbrauchernetz zugefüh Der Wechselrichter enthält ferner die n Blindstrom
führenden gittergesteuert Dampf- oder Gasentladungsgefäßegb,undg Die Zusatz-EMK-Quelle,
dargestellt dur einen Transformator Z, ist parallel zur Gleic stromdrossel D in
Reihe finit der Gleichspa nung-Egi geschaltet. Tgi ist der durch d Drossel D konstant
fließende Gleichstrom. D Abb. z und 3 zeigen die Spannungs- ux Stromverhältnisse
zunächst bei rein Ohmsch Belastung. Die Zusatzspannung e, in Abb. pulsiert um die
Egt-Linie mit einer Frequen die doppelt so groß ist wie die vom Wechse richter gelieferte
Wechselspannung e. Let tere schwingt um die gestrichelt gezeichne Mittellinie. In
ähnlicher Weise verlaufen d Stromkurven (vgl. Abb. 3), indem iz", um J
und
der erzeugte Wechselstrom i", um d gestrichelte Horizontale als Mittellinie pu siegt.
Bei rein Ohmscher Belastung sind zi Zeit t1 die Zusatzspannung e,- und der Zusat:
strom iZ", in ihrem negativen Maximum at gelangt, während die erzeugte Wechselspat
nung e und der erzeugte Wechselstrom i gerade Null sind. Wenn also beispielswels
während der Zeit to . . . t1 das Gefäß J",1 Blei
tend war, so erlischt
der Strom zur Zeit t1 und kann während der nächsten Halbwelle t1 ... t2 ohne
weiteres vom Entladungsgefäß g",, übernommen werden. Eine eigentliche. I:bmmutierungsspannung
ist demnach nicht' notwendig, da die Kommutierung von einem Gefäß auf das andere
gerade im Nullwert des Wirkstromes erfolgt. Aus Sicherheitsgründen und mit Rücksicht
auf die Entionisierungszeit der Dampfentladungsgefäße wird man es jedoch auch bei
Ohmscher Belastung so einrichten, daß die negative Halbwelle von e_, etwas größer
ist als Egl, wie dies bei induktiver Belastung nötig ist. Außerdem läßt sich der
Fall rein Ohmscher Belastung nie streng verwirklichen, da zurnindestens im Transformator
T Streuinduktivitäten vorhanden sind, die einen nacheilenden Strom verursachen.
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Wie aus dem bisherigen hervorgeht, braucht bei Ohmscher Belastung
in der Zusatz-EMK-Quelle der Strom nicht kommutiert zu werden. Zusätzliche Maßnahmen
sind jedoch erforderlich, wenn im Belastungskreis Induktivitäten vorhanden sind.
Wir nehmen im folgenden den extremen Fall rein induktiver Belastung (in Abb. 7 bis
io) an. In Abb. 4 sind der Blindstrom der Zusatz-EMK-Quelle mit 1,b und der gestrichelt
dargestellte Netzblindstrom mit ib bezeichnet. Wie hieraus zu entnehmen ist, muß
jetzt der Strom in der Zusatz-EMK-Quelle im Punkte t1 bzw. t., möglichst rasch von
seinem positiven MTert zü dem gleich großen negativen Betrag kominutiert werden.
- Hierzu - ist wegen der unvermeidlichen Streuinduktivität in der EMK-Quelle eine
Stromwendespannung nötig, die so groß gewählt werden muß, daß der Kommutierungsvorgang
in einer Zeit verläuft, die klein gegen die Periodenlänge des Wechselstromes ist.
Außer der Streuinduktivität der EMK-Quelle ist bei Zweiwicklungstransformatoren
auch noch die Streuinduktivität des Transformators zu berücksichtigen, die ebenfalls
von der Kommutierungsspannung überwunden werden muß.
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Die Kommutierungsspannung kann beliebig, beispielsweise durch eine
besondere Einrichtung, zugeführt werden. Einfacher ist es jedoch im allgemeinen,
sie gleich durch die Zusatz-EMK-Quelle liefern zu lassen. Zu diesem Zweck gibt man
der Zusatzspannung e, beispielsweise die in Abb. 5 und 6 gezeichnete Form und eine
solche Größe, daß sie in den Zeiten, _ während welcher die Kommutierung stattfinden
soll, die Gleichspannung Egl überwiegt. - Der ifberschuß von e= über Egl während
der Zeit t11 ... t12 bzw. t21 ... t22 in Abb. 5 und 6 muß genügen,
um den Blindstrom iZb von seinem positiven auf seinen negativen Maximalwert zu bringen.
Der zeitwährend der Kommutierungsperiode erfolgt dann nach der in Abb. q. zwischen
t11 und t12 bzw. t21 und t22 gestrichelt eingezeichneten Exponentialkurve.
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Die Abb. 7 bis io dienen zur Erläuterung der Stromverläufe innerhalb
der Wechselrichteranordnung, wobei zur Vereinfachung die Zusatz-EMK-OOuelle Z als
Maschine unmittelbar in Reihe mit der Gleichstromquelle gezeichnet ist. Abb. 7 deutet
durch die ausgezogenen Pfeile den Verlauf des Stromes während der positiven Halbwelle
von i, zwischen t1o und t11 (Abb. q.) an, d. h. vor dem Beginn der Kommutierung.
Von den vier Gefäßen ist nur g" leitend. Sobald im Punkte t11 (vgl. Abb. 5 und 6)
der Absolutwert von e, größer wird als Egl, wird das Gefäß 9b2 leitend, und es bildet
sich ein zusätzlicher Kurzschlußstrom in der gestrichelt gezeichneten Pfeilrichtung
aus, der dem bisherigen Strom über 91v1 entgegenwirkt.
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Zur Zeit t1 ist der Strom i, in der Zusatzmaschine zu Null geworden,
und der Belastungsstrom ib, der sich während des Intervalles t11 bis t1 (bzw. t12)
nur unwesentlich geändert hat, schließt sich auf der Primärseite des Transformators
ausschließlich über die Ventile g1,1 und 9b2. Die Abb. 8 zeigt den tatsächlichen
Stromverlauf in diesem Zeitpunkt-Während der Strom in der Zusatzmaschine zu Null
geworden ist, ist er im Entladungsgefäß 9w1 auf den halben Wert gegenüber dem Betrag
zur Zeit t11 zurückgegangen und in 9b2 auf die Hälfte des Wertes angestiegen, den
er in diesem Gefäß nach der Kommutierung haben wird.
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Da e, zwischen t, und t1, seinem absoluten Betrage nach immer noch
größer ist als E,1, so nimmt auch der entsprechendeKurzschlußstrom, der z. Z. t1
gleich dem Momentanwert von ib war, in diesem Intervall noch weiter zu; d. h. die
Zusatzmaschine Z führt zwischen t1 und t12 Strom in umgekehrter Richtung wie bisher,
der sich, wie in Abb. g dargestellt ist, dem in Abb. S eingezeichneten Stromverlauf
überlagert. Die Abb. io zeigt schließlich noch den Verlauf im Zeitpunktt12, wo das
Entladunggefäß g1,1 gelöscht ist und der ganze Strom über 9b2 geführt wird.
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Von jetzt ab nimmt der Strom ib und ebenso der Absolutwert des Maschinenstromes
i"b wieder ab, bis er schließlich zu Null wird. In diesem Augenblick wird das Entladungsgefäß
g1,2 leitend, und von jetzt ab wiederholt sich der gleiche Vorgang, der sich bisher
zwischen den Gefäßen g,i und 9b2 abspielte, zwischen den Entladungsstrecken 9W2
und 9b1 innerhalb der Zeitpunkte t2" . . . t21 ... t2 ... t22 (Abb. q. bis
6).
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Den bisherigen Ausführungen kann man
spätestens im
Punkte t12 bzw. t22 beendet sein @muß. Mit Rücksicht auf die erforderliche Entionisierungszeit
der Entladungsgefäße wird man es so einrichten, daß das Ventil g",; schon etwas
vor dem Punkte t, bzw. das Gefäß g",2 schon vor dein Punkte t22 gelöscht ist. uni
auf diese Weise die Sperrwirkung des Gitters am Entladungsgefäß g",1 bzw. g",2 wiederherzustellen,
bevor an diesem Gefäß die Anodenspannung wieder positiv wird. Unter Umständen ist
es auch zweckmäßig, die Kominutierung nicht im Punkt t11 bzw. t21, sondern etwas
später beginnen zu lassen. Unter der Voraussetzung einer Spannungskurvenform nach
Abb.6 ergeben sich dann die in Abb. ii gezeichneten Verhältnisse. Zwischen t11 und
t13 ist zwar die Zusatzspannung ihrem Absolutwerte nach schon größer als die Gleichspannung
E,1, aber das Gefäß gL2 wird noch durch ein negatives Gitterpotential an
der Zündung gehindert. Erst im Zeitpunkt t13 wird es freigegeben und hat bis t,,,
den gesamten Strom übernommen, so daß schon von t1.4 -ab das Gefäß g",1 stromlos
ist. Die Zeit zwischen t1,1 und t12 steht dem Gefäß g",1 zur Beruhigung zur Verfügung,
damit es nach Wiederkehr der positiven Spannung im Punkte t12 bei negativem Gitterpotential
in der Lage ist, den Stromdurchgang zu verhindern. Entsprechendes gilt für die Gefäße
gbi und g",2 für die Zeiten t_1 ... t23 ... 1.4 . . .
t22.
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Eine weitere Verbesserung der Kommutierungsverhältnisse erreicht man,
wenn man nach Abb. 12 parallel zu der Zusatz-EMK-Quelle Z eine Kapazität C schaltet.
Die gleiche Wirkung wird erreicht, wenn parallel zu der Transformätorwicklung die
Kondensatoren Cl und C2 vorgesehen werden. Durch das Zuschalten von Kapazitäten
wird der Kominutierungsvorgang beschleunigt, indem die die Stromwendung verzögernde
Streuinduktivität der Zusatzmaschine 7. (bzw. der Transforinatorwicklungen) teilweise
kompensiert wird. Bei Verwendung derartiger Kondensatoren ist es besonders ratsam,
die Gefäße gbi und a72 ebenfalls zu steuern und ihren Zündeinsatz, wie in Abb. i
i angedeutet ist, ein wer zu verzögern.
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Die hier für die Extremfälle rein Ohmscl bzw. rein induktiver Belastung
beschrieben Maßnahmen lassen sich sinngemäß auf d 7a11 gemischter Belastung übertragen.
D( nleichen gelten die für den Einphasenwechsi richter beschriebenen Verhältnisse
entspi chend auch für Mehrphasenschaltungen.