DE913442C - Stromrichteranordnung mit steuerbaren Lichtbogenventilen - Google Patents

Stromrichteranordnung mit steuerbaren Lichtbogenventilen

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DE913442C
DE913442C DES3033D DES0003033D DE913442C DE 913442 C DE913442 C DE 913442C DE S3033 D DES3033 D DE S3033D DE S0003033 D DES0003033 D DE S0003033D DE 913442 C DE913442 C DE 913442C
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DE
Germany
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parallel
damping
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transformer
resistance
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Expired
Application number
DES3033D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Max Bosch
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/145Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/15Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using discharge tubes only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

  • Stromrichteranordnung mit steuerbaren Lichtbogenventilen Die Erfindung bezieht sich auf Stromrichteranlagen, die mit steuerbaren Lichtbogenventilen, vorzugsweise gittergesteuerten Quecksilberdampfentladungsgefäßen, arbeiten. In derartigen Anlagen ist die Beanspruchung der Entladungsstrecken nicht nur durch den höchsten Sperrspannungswert, sondern vor allem durch die Geschwindigkeit des Anstiegs der Sperrspannung nach dem Erlöschen der Entladungsstrecke bedingt. Dieser Sperrspannungsanstieg läBt sich dadurch verflachen, daß den Entladungsstrecken Kondensatoren in Reihe mit Dämpfungswiderständen parallel geschaltet werden. Beim Erlöschen der Entladungsstrecke lädt sich der Kondensator über den Widerstand auf. Der Ladestrom bedingt in der Induktivität des Transformators bzw. der Anodendrosselspule einen Spannungsabfall, durch den eine Verflachung des Sperrspannungsanstiegs erreicht wird. Die Erfindung betrifft eine Verbesserung derartiger Stromrichteranlagen, bei denen den Entladungsstrecken ein RC-Glied parallel geschaltet ist. Erfindungsgemäß ist der Dämpfungswiderstand kleiner als die Induktivität des Transformators und einer etwa vorzugsweise gleich . Darin bedeutet L zusätzlich angewendeten Anodendrosselspule, während C die Kapazität des oder der parallel geschalteten Kondensatoren darstellt. Die Erfindung hat den Vorteil, daB die Verluste wesentlich herabgesetzt werden und trotzdem das Ziel der Verflachung des Spannungsanstiegs erreicht wird.
  • Die Erfindung geht davon aus, daB bei der Parallelschaltung eines RC-Gliedes zu der Entladungsstrecke die Verluste in dem Dämpfungswiderstand unter Umständen ganz beträchtlich sind. Bezeichnet man mit L die bei dem Vorgang maßgebende Streuinduktivität des Transformators, mit C und R die Kapazität und den Widerstand, die der Entladungsstrecke parallel geschaltet sind, so ergibt sich aus der bekannten Schwingungsgleichung, daß der in dem Kreis auftretende Einschwingvorgang periodisch verläuft, wenn ist, aperiodisch dagegen, wenn ist. Der Grenzfall ist . Man ist daherbestrebt, den W iderstand nicht kleinerzu machen, als es diesem kritischen Grenzwert entspricht, damit die Sperrspannung nicht über den stationären Endwert hinausschwingt.
  • Untersuchungen haben nun gezeigt, daß es vorteilhaft ist, den Dämpfungswzderstand beträchtlich kleiner zu machen als , und daß dabei trotzdem keine wesentliche Schwingung auftritt. Ein Teil des Dämpfungswiderstandes wird bereits durch den ohmschen Widerstand der Transformatorwicklüng und durch die Wirbelstromverluste im Transformator gebildet. Vorteilhaft wird für den zusätzlichen äußeren Dämpfungswiderstand der Wert gewählt. Die Verluste gehen dann etwa auf die Hälfte zurück, und außerdem wird der Spannungsanstieg auf die Hälfte verflacht.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In der Schaltung der Fig. i ist ein Transformator i gezeichnet, der an ein Drehstromnetz 2 angeschlossen ist und dessen Sekundärwicklung 3 die Ventile 4., 5 und 6, beispielsweise gittergesteuerte Quecksilberdampfentladungsgefäße, speist. Ein Verbraucher 8 ist über eine Drosselspule 7 an den Gleichrichter angeschlossen. Der Verbraucher kann beispielsweise ein Gleichstromnetz sein.
  • Der Entladungsstrecke q. ist ein RC-Glied, bestehend aus der Reihenschaltung eines Kondensators C und eines Widerstandes R, parallel geschaltet. In Reihe mit der Transformatorwicklung ist eine zusätzliche Anodendrossel angegeben, die zur weiteren Verflachung des Spannungsanstiegs vorgesehen werden kann.
  • Die Anodendrossel kann mit einem Kern aus einer Spezialeisenlegierung mit scharfem Sättigungsknick versehen und dieser Kern so bemessen sein, daß die Sättigung bereits bei geringem Strom erreicht wird. Der Spannungsanstieg im ersten Augenblick des Einschwingvorganges, d. h. im Augenblick des Erlöschens der Entladungsstrecke, ist annähernd gleich . Daraus folgt, daß bei widerstandsfreier Anschaltung des Kondensators C der Spannungsanstieg am geringsten wird. Davon ausgehend, ist bei der Entladungsstrecke in Fig. i dem Widerstand des RC-Gliedes noch eine kleine Kapazität c parallel geschaltet. Damit in dem Kreis L-C-c keine periodische Schwingung auftritt, darf c einen vorbestimmten Wert nicht überschreiten. Bei überschlägiger Betrachtung des Stromkreises kann wegen der Reihenschaltung C-c in erster Annäherung C gegenüber c vernachlässigt werden; so daß ein Schwingungskreis mit der Induktivität L, der Kapazität c und dem zu c parallel geschalteten Dämpfungswiderstand R erhalten wird. Für diesen Kreis ergibt sich aus der Schwingungsgleichung für , wobei wegen der Parallelschaltung das Zeichen < für aperiodischen und das Zeichen > für periodischen Vorgang gilt. Der aperiodische Grenzwert ist gegeben mit . Faßt man dieses Ergebnis zusammen mit dem kritischen Dämpfungswert für den Kreis I_ - C - R, so ergibt sich, daß die Kapazität c den Wert annehmen darf. Günstigere Verhältnisse ergeben sich jedoch, wenn C gewählt ist. In dem Diagramm der Fig. 2 ist der Spannungsverlauf an einer Entladungsstrecke dargestellt. In dem Augenblick ti, in dem die Anode einen positiven Spannungswert gegenüber der Kathode besitzt, werde die Entladungsstrecke gezündet. Die Spannung zwischen Anode und Kathode bricht in diesem Augenblick auf den sehr kleinen Brennwert zusammen. Im Augenblick t2 i2o° e1. nach t, werde die folgende Anode gezündet, die den Strom innerhalb einer begrenzten Zeit übernimmt, so daß die betrachtete Entladungsstrecke im Zeitpunkt t;. erlischt. Theoretisch würde sich in diesem Augenblick ein Spannungssprung entsprechend dem Verlauf a, vollziehen. Das der Entladungsstrecke parallel geschaltete RC-Glied bewirkt mit einen verlangsamten Spannungsanstieg und eine ganz unwesentliche Überschwingung entsprechend dem Verlauf a.. Ein Parallelkondensatorc zum Dämpfungswiderstand R ergibt eine weitere Verlangsamung des Spannungsanstiegs im ersten Augenblick gemäß dem Kurvenverlauf a, Eine weitere Verringerung der Verluste im Dämpfungswiderstand R läßt sich erreichen durch die Parallelschaltung eines R'eihenschwingungskreises, der auf die Netzfrequenz abgestimmt ist.
  • Diese Anordnung ist in Fig. i dargestellt am Entladungsventil 6. Wie Fig.2 zeigt, liegt an der Entladungsstrecke und damit auch am RC-Glied eine Spannung, die aus einer Gleichspannungskomponente; einer 5operiodigen Grundwelle und einer Anzahl von Oberwellen besteht. Der erwähnte Schwingungskreis schließt den Dämpfungswiderstand R für die 5operiodige Grundwelle kurz, so daß die Verluste in demselben beträchtlich verringert werden, ohne daß dadurch eine nachteilige Wirkung für die Verflachung des Sperrspannungsanstiegs auftritt.
  • Fig.3 zeigt eine Anordnung, durch die dasselbe Ziel in anderer Weise erreicht wird. Die den drei Entladungsstrecken q., 5, 6 parallel geschalteten Kondensatoren C4, C, C6 sind an je eine Wicklung des Dämpfungstransformators 9 angeschlossen, wobei die drei anderen Wicklungsenden vereinigt mit der Kathodenleitung verbunden sind. Die Schaltung des Transformators ist so getroffen, daß die 5operiodige Grundwelle über die Kondensatoren C4, C5, C, von Phase zu Phase des Transformators fließen kann, ohne im Kern ein Feld hervorzurufen. Die Oben%,ellen dagegen werden auf eine vierte Wicklung übertragen, an die ein gemeinsamer Dämpfungswiderstand R und parallel dazu ein Kondensator c angeschlossen sind. Die Grundwelle der am Dämpfungswiderstand liegenden Spannung ist gleich der dreifachen Netzfrequenz. Diese kann ohne Beeinträchtigung der Wirksamkeit der Einrichtung über einen in Fig.3 nicht besonders bezeichneten Reihenschwingungskreis, der auf die dreifache Netzfrequenz abgestimmt ist, abgeleitet werden. Dadurch werden die Verluste im Dämpfungswiderstand beträchtlich verringert. Die anderen Bezugszeichen der Fig.3 entsprechen denen der Fig. i.
  • Die Graetz-Schaltung ermöglicht besonders vorteilhafte Abwandlungen dieser Anordnung. Fig. q. zeigt ein Beispiel. Der Transformator i, der wiederum vom Drehstromnetz 2 gespeist werde, sei mit seiner Sekundärwicklung 3 an die beiden Röhrengruppen q., 5, 6 und q.', 5' und 6' angeschlossen. Die Kondensatoranordnung ist lediglich für die Entladungsstrecken q. und q.' dargestellt (Kondensatoren C4 und C4'). Der Dämpfungstransformator g ist mit seinem Mittelpunkt an den entsprechenden Phasenendpunkt des Transformators angeschaltet, und seine Wicklungsenden sind mit den Kondensatoren C4 bzw. C4 verbunden, so daß sich damit Parallelwege zu den Entladungsstrecken q. bzw. q.' ergeben. Die sekundäre Wicklung des Dämpfungstranformators speist den Dämpfungswiderstand R und den Parallelkondensator c. Da die Spannungen an den Entladungsstrecken q. und q.' um 18o° e1. gegeneinander versetzt sind, heben sich die 5operiodigen Grundwellen des Kondensatorstromes in ihrer magnetisierenden Wirkung wieder auf, so daß der Dämpfungswiderstand R von dieser Grundwelle entlastet bleibt. Gleiche Anordnungen erhalten die beiden anderen Phasen bzw. Entladungsstreckenpaare. Die drei sekundären Wicklungen der drei Dämpfungstransformatoren können parallel geschaltet werden und einen gemeinsamen Dämpfungswiderstand und Parallelkondensator speisen. Es können jedoch auch die drei Dämpfungstransformatoren zu einem einzigen vereinigt werden, wobei die Wicklungen auf gemeinsamem Kern verteilt werden.
  • Die Sekundärwicklungen der Dämpfungstransformatoren führen Spannungen mit einer Grundwelle der sechsfachen Netzfrequenz. Zur weiteren Entlastung des Dämpfungswiderstandes kann demselben ein auf die sechsfache Netzfrequenz abgestimmter Reihenschwingungskreis parallel geschaltet werden, der den Dämpfungswiderstand für diese Frequenz kurzschließt, ohne daß dadurch die Wirksamkeit der Einrichtung beeinträchtigt wird.
  • Fig. 5 zeigt eine Einrichtung für Graetz-Schaltung, die sich an Fig. 3 anlehnt. Der Entladungsstreckengruppe q., 5, 6 sind Kondensatoren C4, C5, C8 in Reihe mit dem Dämpfungstransformator g parallel geschaltet. Die entsprechende Anordnung der anderen Entladungsstreckengruppen q.', 5', 6' benutzt die Kondensatoren C4', C5', C,' und den Dämpfungstransformatorg. Die Sekundärwicklungen der Dämpfungstransformatoren arbeiten entweder getrennt auf zwei Dämpfungswiderstände mit entsprechenden Parallelanordnungen oder sind in Reihe oder parallel geschaltet und arbeiten auf einen gemeinsamen Dämpfungswiderstand R, dem ähnliche Zusätze entsprechend Fig 5 hinzugeschaltet werden können Es sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht nur für Gleichrichter, sondern auch für Wechselrichter- oder Umrichteranordnungen verwendet werden kann.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Stromrichteranordnung mit steuerbaren Lichtbogenventilen, denen ein RC-Glied parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungswiderstand (R) kleiner ist als vorzugsweise gleich wobei L die Induktivität des Transformators und einer etwa zusätzlich verwendeten Anodendrosselspule und C die Kapazität parallel geschalteter Kondensatoren bedeutet.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelschaltung aus Ventil und RC-Glied eine Induktivität gegebenenfalls mit einem Kern aus hochlegiertem Eisen, der bei geringem Belastungsstrom schon gesättigt ist, vorgeschaltet ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des RC-Gliedes durch eine zusätzliche kleine Kapazität überbrückt ist, die vorzugsweise der Hauptkapazität beträgt. q..
  4. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Widerstand des RC-Gliedes ein Reihenschwingungskreis parallel geschaltet ist, der auf die Netzfrequenz abgestimmt ist.
  5. 5. Stromrichteranordnung mit steuerbaren Lichtbogenventilen, denen ein RC-Glied parallel geschaltet ist, insbesondere nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand an die Sekundärwicklung eines Dämpfungstransformators angeschlossen ist, dessen Primärwicklung mit der Kapazität des RC-Gliedes in Reihe geschaltet ist.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Sekundärwicklung des Dämpfungstransformators ein auf die dreifache Netzfrequenz abgestimmter Reihenschwingungskreis parallel geschaltet ist.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Graetz-Schaltung der Dämpfungstransformator mit seinem Mittelpunkt an den entsprechenden Phasenendpunkt des Haupttransformators angeschaltet ist und daß seine Wicklungsenden mit den Kapazitäten der zu der Phase gehörigen Ventile verbunden sind. B. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundären Wicklungen der Dämpfungstransformatoren parallel geschaltet sind und einen gemeinsamen Dämpfungswiderstand und Parallelkondensator speisen. g. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungstransformatoren zu einem einzigen Transformator vereinigt sind, wobei die Wicklungen auf einem gemeinsamen Kern angeordnet sind. io. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daB dem Widerstand im Sekundärkreis des Dämpfungstransformators ein auf die sechsfache Netzfrequenz abgestimmter Reihenschwingungskreis parallel geschaltet ist. ii. Anordnung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daB die Sekundärwicklungen der Dämpfungstransformatoren entweder getrennt auf zwei Dämpfungswiderstände mit entsprechenden Parallelanordnungen arbeiten oder daB die Sekundärwicklungen in Reihe oder parallel geschaltet sind und auf einem gemeinsamen Dämpfungswiderstand arbeiten (Fig. 5).
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