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Anordnung zur Steuerung eines Umrichters Die Erfindung bezieht sich
auf einen Umformer, der mit steuerbaren Lichtbogenentladungsstrecken arbeitet und
eine Wechselspannung gegebener Frequenz in eine Wechselspannung anderer Frequenz
umformt. Bei einem bekannten Umformer hzw. Umrichter .dieser Art erhalten. die Steuerelektroden
der Entladungsstrecken zwei Steuerspannungen. Die eine Spannung wird dem höherfrequenten
und die andere dem niederfrequenten Wechselstromnetz entnommen. Die von -dem Umrichter
übertragene Leistung kann dabei dadurch geregelt werden, daß die dem niederfrequenten
Wechselstromnetz entnommene Spannung nach Größe und Phase geändert wird. Für eine
solche Regelung ist es vorteilhaft, diese Steuerspannung aus zwei Teilkomponenten
zusammenzusetzen, von denen die eine mit der Spannung des Wechselstromnetzes in
Phase ist, während .d!ie andere gegenüber der Spannung des Wechselstromnetzes um
9o° in der Phase verschoben ist. Unter der im allgemeinen bei der Regelung zugrunde
gelegten Annahme, daß der Spannungsabfall des Umrichters im wesentlichen ein induktiver
Spannungsabfall ist, regelt dann die mit der Netzspannung inPhase liegende Spa.nnungskomponente
die Blindleistung des Umrichters, während die um 9o° phas-en,verschobene Komponente
die Wirkleistung bestimmt.
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Gegenstand der Erfindung isst eine Steuerungsanordnung, welche die
der Netzspannung gegenüber um 9o° in .der Phase verschobene Steuerspannungskomponente
liefert. Gemäß,der Erfindung wird die phasenverschobene Spannung durch Hilfsschaltungen
gewonnen, bei denen die Reihenschaltung aus einem komplexen und einem Ohmschen
Widerstand
an eineWechselspannung angeschlossen ist, und bei. denen außerdem mindestens zwei
derartiger Hilf sschalit:ungen inKaslcade geschaltet sind. Das bedeutet, .daß die
durch eine Hilfsschaltung in der Phase bereits verschobene Wechselspannung für die
nächstfolgende Hilfsspannung als Eingangswechselspannung verwendet wird. Es gelingt
@da-. durch, mit- Hilfsschaltungen, von. denen jede einzelne noch keime Phasernverlschiebung
um 9o° erreicht, infolge der Käskadenschaltun.g die. .gewünschte.Phasenversehiebung
beliebig genau zu erreichen und sie außerdem .den besonderen Anforderungen der Regelung
noch weitgehend anzupassen.
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Mist besonderem Vorteil verwendet man. als Hilfsschaltung die Reihenschaltung
aus einer Induktivität und einem Ohmschen Widerstanid. Die phasenverschobene Ausgangsspannung
wird an dem Ohmschen; Widerstand abgenommen und kann dort reit Hilfe einer verschiebbaren
Anzapfung .in ihrer Amplitude geregelt werden,. Die an einem Ohmschen Widerstand
abgenommene phasenverschobene Spannung ist @im Sinne der erfindungsgemäßen Kaskadenschaltung
mehrerer Hilfsschaltungen ihrerseits Ausgangsspannung für eine weitere Hilfsspannung,
die ebenfalls aus der Reihenschaltung eines Ohmschen Widerstands mit einer Induktivität
besteht. .
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In Fig. i ist eine Schaltanordnung dargestellt, bei der iderGrundgedanke
der Erfindung angewendet ist. In :der Schaltung bedeutet i das niederfrequente,
meist einphasige Wechselstromnetz, des Umrichters. Über zwei Transformatoren _ und
3 werden die beiden Steuerspann.ungskomponenten entnommen. Anden Transformator 3
ist ein-Regelwiderstand R4 und ein Spannungsteilerwiderstand R5 angeschlossen. An
dem Anzapfpünkt P2 wird eine Steuerspannung E$ abgenommen, die mit der Netzspannung
in Phase ist und daher die Blindleistung des Umrichters bestimmt.
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An den Transformator 2 bzw. an dessen Klemmen! A und
B ist die Reihenschaltung aus einer Drosselspule D2 und einem Widerstand.
R2 angeschlossen. An den Klemmen, dieses Widerstands liegt eine gleichartige Reihenschaltung
aus einer Drosselspule D1 und einem Ohmschen Widerstand #Ri. Über eine- Anzapfung
P1 wiird an: diesem Widerstand eine Spannung EW albgenommen, die bei richtiger Bemessung,der
Widerstandsgrößen R1, R2, D1. und D2 gegenüberder Spannung des Netzes r um 9o° in
der Phase verschoben ist. Ein weiterer, unmittelbar an.,dem Netz i liegender Widerstand
Re liefert die Grundspannung, zu der die beiden Steuerspanmungskomponenten EW und
E$ hinzugefügt werden. Die Resultierende .aus diesen drei Spannungen wird .dem Regelstromkreis
zugeführt, der .als Belastungswiderstand Z dargestellt ist.
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Aus,der Schaltung der Fig. i ist zu ersehen, daß im vorliegenden Fall
eine Kaskadenschaltung aus zwei untereinander gleichartigen Hilfsschaltungen verwendet
ist: Die beiden H,ilfssch.ältungenbestehen je aus einer Reihenschaltung von Drosselspule
und Ohmschen Widerstand, wobei die Spannung am Widerstand die phasenverschobene
Spannung liefert. An,dem Grundgedanken der Erfindung wird nichts geändert, wenn
die Drosselspulen durch andere komplexe Widerstäizde, beispielsweise Kondensatoren
oder auch zusammengesetzte Widerstände, ersetzt werden. In jedem Fall kommt es darauf
an, daß die phasenverschobene Spannung einer Hilfsschaltung als Eingangsspannung
für die nächstfolgende bzw. die in der Kaskade folgende Hilfsschaltung dient.
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Es wurde bereits erwähnt; @daß die beeiden Steuerspannungen EW und
AB über Anzapfungen P1 und P2 an den zugehörigen Widerständen R1 und R;,
abgenommen werden. Dadurch ändert sich naturgemäß auch oder Strom i; welcher den.
Belastungswiderstand Z der Regelanordnung durchfließt. Mit anderen - Worten ändert
sich das Verhältnis dieses Stroms i zu dem Strom il, der den Gesamtwiderstand R1
durchfließt. Für die Regelanordnung ist es wesentlich, daß die Phasenlage der Steuerspannung
EW von dem Verhältnis dieser beiden Teilströme nicht unabhängilg ist. Nur bei einer
ganz bestimmten Stellung der Anzapfüng P1 bzw. bei Leerlauf der Regelanordnung erhält
man genau die ;gewünschte Phasenverschiebung von 9o°. jede Verschiebung der Anzapfung
P1 bedingt eine Änderung der Amplitude der abgenommenen Steuerspannung EW und demzufolge
auch eine Änderung der Phasenlage dieser Steuerspannungen oder eine Abweichung der
Phase dieser Steuerspannung von der Phasenverschiebung um 9o°. Diese Abhängigkeit
ist nichterwünscht, weil einerseits durch Veränderung des Anzapfpunkts P1 die Größe
der abgegebenen Wirkleiistung geregelt werden soll, andererseits aber die Phasenverschiebung
möglichst beibehalten werden muß, damit sich nicht gleichzeitig mit der Würkleistung
auch noch die Blindleistung ändert.
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Erfindungsgemäß wird ,dieser Schwierigkeit durch besondere Maßnahmen
an der Regelanordnung begegnet. Ein Mittel zur Verminderung des Einflusses des veränderlichen
Stroms i auf die Phasenverschiebung .der Spannung EW besteht darin, daß die Drosselspulen
D1, D2 und die Widerstände R1 und R2 so bemessen werden, -daß der Strom il, d. h.
der den Widerstand R1 durchfließende Strom, den die Belastung Z durchfließenden
Strom i bei weitem überwiegt. Die-Phasenlage der .Spannung EW bleibt dann auch bei
veränderlicher Anzapfung P1 im wesentlichen unverändert. Ein Nachteil dieser Maßnahme
liegt darin, daß -die Leistungen der Drosselspulen, D1 und D2 sowie der Widerstände
R'1 und R2 zunehmen. Im allgemeinen gelingt es je- i doch, bereits bei nicht allzu
großen Drossel- und Wilderstandsleistungen die unerwünschte Winkelabhängigkeit auf
ein erträgliches Maß zu begrenzen.
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Ein weiteres Mittel zur Beseitigung der Winkelabhängigkei't besteht
darin, daß die beiden Widerstände R1 und R2 miteinander zwangsläufig derart gekuppelt
werden, daß mit dem Widerstand R1 gleichzeitig auch der Widerstand R2 geändert wird.
In Fig. 2 .ist diese Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Bezeichnungen:
sind die gleichen
wie in Fig. i. Wegen der Kopplung zwischen R1
und R2 verschiebt sich mit dem Anzapfpunkt P1 gleichzeitig auch ein Anzapfpunkt
des Widerstands R2 und. damit die Größe der an diesem Widerstand abgegriffenen Spannung.
Bei richtiger Bemessung der beiden Widerstände und richtiger Wahl der Kopplung zwischen
den Anzapfungen beider Widerstände gelingt es, die Phasenlage der Steuerspannung
Ew unabhängi-g von der Größe des Stroms. i konstant zu halten. In diesem Fall ist
man nicht mehr gezwungen, das Verhältnis der beiden Ströme i und il möglichst klein
zu halten, weil in jeder Stellung von P1 die Winkelabweichung durch eine entsprechende
Änderung des Widerstands -R2 ausgeglichen wird. Der obenerwähnte ungünstige Leistungsaufwand
fällt weg .
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Der Widerstand R2 muß be;i der Schaltung der Fig.2 richtig gestaffelt
werden. Die, Staffelung wird dabei um so mehr von der einfachen linearen Verteilung
abweichen müssen, je größer die Winkelabweichung zwischen der unteren und oberen.
Stellung dies Anzapfpunkts P1 am Widerstand R1 ist.
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Die günstigste Lösung besteht in einer Verbindung der vorstehend erwähnten
Mittel gegen die Winkelabhängigkeit. Man wird also zweckmäßig das Verhältnis der
Ströme i, und il so groß wählen, daß die, dann entstehende Winkelabweichung zwischen
der untersten und derobersten Spannungsbeilerstellung noch genügend genau durch
einen linear gestaffelten Widerstand R2 ausgeglichen «-erden kann,.
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An Stelle der Widerstände R1 und R2 lassen sich auch die Drosselspulen
Dl und; D2 veränderlich ausbilden und mit der Anzapfung des Widerstands R1 kuppeln.
In jedem Fall kommt es darauf an, eine Änderung am Widerstand R1 und deren Einfluß
auf den Phasenverschiebungswinkel der Spannung Ew durch eine Änderung an einem oder
mehreren der übrigen .in den Hilfsschaltungen. verwendeten Widerstände auszugleichen.