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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.