DES0000431MA - Anordnung zur selbsttätigen Regelung von mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden Umformungseinrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Anordnung zur selbsttätigen Regelung von mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden Umformeinrichtungen,insbesondere Gleichrichtern. Für die Gittersteuerung verwendet man meistens eine gegenüber der Anodenwechselspannung veränderliche Steuerwechselspannung. Bei selbsttätigen Regelungen benutzt man vielfach eine sättigbare Drossel mit einer durch die Regelgrösse gesteuerten Gleichstromvormagnetisierungswicklung. In Reihe mit der Drossel liegt ein Widerstand, und der Spannungsabfall an diesem Widerstand wird dem Gitterkreis zugeführt. Derartige selbsttätige Regelungen befriedigen bisher nicht vollkommen. Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung dieser selbsttätigen Regelungen, besonders in der Hinsicht, dass die Gittersteuerung in einem solchen Bereich arbeitet, dass ein sicherer Betrieb der Umformungseinrichtung, insbesondere des Gleichrichters, möglich ist.

In Fig. 1 der Zeichnung ist zunächst eine Steuerung mit zwei in Reihe geschalteten sättigbaren Drosseln 1 und 2 und einem zur Abnahme der eigentlichen Gitterwechselspannung dienenden Widerstand 3 gezeigt. Diese Reihenschaltung wird von einer sinusförmigen Wechselspannung 4 gespeist. Die Drossel 1 sei als Vordrossel bezeichnet und möge eine derartige Vormagnetisierung erhalten, dass der etwa am Widerstand 3 zur Wirkung kommende Impuls möglichst weit vorverschoben wird. Da jeweils nur diejenige Drossel wirksam ist, deren Vormagnetisierung kleine ist, wird im allgemeinen die Drossel 2, die als Hauptdrossel bezeichnet sein, die Lage des am Widerstand 3 zur Wirkung kommenden Impulses bestimmen. Von den zwei einander entgegenwirkenden Vormagnetisierungen möge die linke Wicklung von einen konstanten Strom oder auch von einem von der Gleichspannung des Gleichrichters gelieferten Strom, die rechte Wicklung vom Laststrom des Gleichrichters durchflossen werden. Steigt dieser Laststrom nun auf einen bestimmten Wert, der als Grenzwert bezeichnet werden möge, dann wird die Vormagnetisierung der Hauptdrossel kleiner als die der Vordrossel, und der Impuls wird im nacheilenden Sinne verschoben.

Dadurch wird die vom Gleichrichter gelieferte Gleichspannung entsprechend herabgesetzt und somit der Laststrom konstant gehalten. Solange bei diesem Regelvorgang der Regelbereich der verwendeten Drosseln, die vorteilhaft mit Kernen aus Mu-Metall versehen sind, nicht überschritten wird, ergeben sich keine Schwierigkeiten. Wird dagegen der Widerstand der Gleichstromlast so stark verkleinert, dass der Gleichstrom in der Hauptdrossel eine Magnetisierung in negativer Richtung bewirkt, dann entsteht der Impuls mit steiler Front in negativer Richtung. In der positiven Richtung tritt dann die Ausgleichsspannung auf, da aufgrund der allgemeinen Wechelstrombedingung die beiden Halbwellen im Mittelwert gleich sein müssen. Diese Ausgleichsspannung kann dann so hoch werden, dass sie grösser als die negative Vorspannung an den Steuergittern ist und so eine Zündung der Entladungsstrecke bewirkt. Die Phasenlage ist dabei derart, dass der Gleichrichter praktisch voll geöffnet ist und somit einen sehr grossen Strom liefert. In diesem Zustand ist die Steuereinrichtung nicht mehr in der Lage, eine Abwärtsregelung des Stromes zu bewirken.

Im Sinne der Erfindung wird nun eine Magnetisierung in negativer Richtung verhindert. Zu diesem Zweck wird (vgl. Fig. 2) zu der vom Hauptstrom durchflossenen Vormagnetisierungswicklung der Drossel 2 ein Nebenschluss angeordnet, der erst bei Erreichen einer bestimmten Stromstärke wirksam wird. Ein derartiger Nebenschluss besteht vorteilhaft aus einem mit einer Gleichspannung 5 in Reihe geschalteten Ventil 6. Die Höhe dieser Gegenspannung muss so gewählt sein, dass gerade der zulässige Regelbereich eingehalten wird.

Eine weitere Lösung ist in Fig. 3 dargestellt. Vom Hilfsnetz 7 wird die Vormagnetisierungswicklung 8 über einen Widerstand 9 gespeist. Die gleiche Wicklung wird auch vom Laststrom in entgegengesetzter Richtung durchflossen. Dieser Laststrom wird dem Gleichstromwandler 10 entnommen, mit Hilfsgleichrichter 11 gleichgerichtet und mit der Vormagnetisierungswicklung 8 über den Widerstand 12 verbunden.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Wenn kein Laststrom fliesst, wird die Vormagnetisierungswicklung 8 nur vom Hilfsnetz gespeist. Der Laststrom fliesst nun in entgegengesetzter Richtung durch die Vormagnetisierungswicklung 8, somit wird der Steuerimpuls im nacheilenden Sinne verschoben. Das in Reihe mit der Wicklung 8 geschaltete Ventil 13 verhindert jedoch bei weiterem Ansteigen des Laststromes eine Magnetisierung der Drossel in umgekehrter Richtung. Bei Stromänderungen im Lastkreis würde sich diese Änderung in der Wicklung 8 nur langsam auswirken, da sie eine erhebliche Induktivität besitzt, und der Ausgleichsstrom würde sich zunächst über das Netz 7 schliessen. Um das zu verhindern, ist die Drosselspule 14 im Hilfskreis angeordnet. Die Hauptdrossel trägt nun ausser der Wechselstromwicklung 15 und der oben erwähnten Vormagnetisierungswicklung 8 noch eine weitere Wicklung 16, die dazu dient, bei Änderung des Laststromes einen dieser Änderung entgegenwirkenden Impuls auf die Hauptdrossel zu geben. Zu diesem Zweck wird diese Wicklung 16 über den Widerstand 17 an die im Gleichstromkreis liegende Kathodendrossel 18 gelegt. Es muss noch erwähnt werden, dass in jeder Phase der Steuereinrichtung eine gesättigte Drossel vorhanden ist und dass die auf den einzelnen Drosseln vorgesehenen Wicklungen 8 zweckmässig in Reihe geschaltet werden, das gleiche gilt für die Wicklungen 16. Es kann ferner von Vorteil sein, den Regelbereich, wie er sich aus der beschriebenen Anordnung ergibt, zu verkleinern oder die Hauptdrossel nicht so zu betreiben, dass kein Vormagnetisierungsstrom fliesst. Die Hauptdrosseln werden zu diesem Zweck mit je einer weiteren Wicklung 19 versehen, die einen derartigen, konstanten Gleichstrom führt, dass für die Impulsverschiebung die gewünschte Grenze eingehalten wird. Durch diese konstante Vormagnetisierung wird immer eine für die sichere Zündung der Entladungsstrecke ausreichende Höhe der Steuer- impulse gewährleistet. Statt die Spannung an der Kathodendrossel 18 auf die Zusatzwicklung 16 zu geben, ist es auch möglich, sie in Reihe mit dem Widerstand 12 in den Stromkreis einzuführen. Will man vermeiden, das Potential des Hauptkreises in den Vormagnetisierungskreis zu übertragen, muss ein Zwischentransformator vorgesehen oder die Kathodendrossel 18 mit einer besonderen zusätzlichen Wicklung ausgeführt werden. Die Beeinflussung der Steuerdrossel in Abhängigkeit von der Änderung des Stromes, die sogenannte Rückführung, kann auch in der Weise durchgeführt werden, dass zum Gleichstromwandler 10 eine Drosselspule parallel geschaltet wird. Diese bewirkt dann, dass die Änderung des Stromes sich wesentlich im Stromwandlerkreis auswirkt, während bei konstantem Strom dieser sich nach den Ohmschen Widerständen aufteilt.

Das am Beispiel der Strombegrenzung dargestellte Verfahren ist in gleicher Weise anwendbar für alle selbsttätigen Regelungen, z. B. auch bei Anordnungen, die die Aufgabe haben, die vom Gleichrichter gelieferte Gleichspannung konstant zu halten. Sie ist auch nicht auf die Anordnung mit zwei in Reihe geschalteten gesättigten Drosselspulen nach Fig. 1 beschränkt, sondern kann u. U. auch in einer Schaltung mit nur einer Drossel verwendet werden.

In Fig. 4 der Zeichnung ist zunächst die Schaltung mit den zwei in Reihe geschalteten Steuerdrosseln dargestellt. Es liegen hier die Wechselstromwicklungen der Vordrossel 1 und der Hauptdrossel 2 in Reihe mit dem Widerstand 3 an der Wechselspannungsquelle 4. Am Widerstand 3 wird die Steuerspannung für die Gitter abgenommen. Die Vormagnetisierungswicklung 20 der Vordrossel wird über den Widerstand 21 von einer Gleichspannungsquelle 7 gespeist, an die auch die Wicklung 8 der Hauptdrossel über das Ventil 13 und den Widerstand 9 angeschlossen ist. Die Wicklung 8 mit dem Ventil 13 ist ausserdem über den Widerstand 12 an den Gleichrichter 11 angeschlossen, der von dem Gleichstromwandler 10 gelieferten rechteckförmigen Wechselstrom gleichgerichtet. Die Wicklung 20 der Vordrossel wird von einem konstanten Gleichstrom solcher Höhe durchflossen, dass der am Widerstand 3 abgegriffene Gitterimpuls auch bei beliebig hoher Vormagnetisierung der Hauptdrossel in seiner vorderen Endlage begrenzt ist. Der in der Wicklung 8 fliessende Vormagnetisierungsstrom ist so gross, dass erst der ihm entgegenkommende, vom Gleichrichter 11 gelieferte Gleichstrom eine gewisse Höhe erreicht haben muss, um eine Impulsverschiebung zu bewirken. Diese Stromschwelle, bei der die begrenzende Wirkung der Gittersteuerung einsetzt, wird also durch die Höhe des Vormagnetisierungsstromes eingestellt, während die Vordrosseln die Aufgabe haben, die vordere Begrenzung für den Impuls festzulegen.

Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, die Vordrosseln ganz wegzulassen, so dass die Schaltung bedeutend vereinfacht wird. Dass das möglich ist, liegt in der Eigenart der Ventilschaltung begründet. Der Gleichrichter 11 wird nämlich bei Leerlauf des Hauptgleichrichters von einem Gleichstrom durchflossen, der aus dem Netz 7 entnommen wird, und der durch die Widerstände 9 und 12 sowie die Wicklung 8 bestimmt wird. Bei anwachsendem Strom im Wandler 10 bleibt der Gleichstromkreis zunächst unverändert; er beginnt erst diesen zu beeinflussen, wenn er den Wert des im Widerstand 12 fliessenden Gleichstromes erreicht hat; von hier ab wird der Strom im Gleichstromkreis dann durch den Wandlerstrom bestimmt.

In Fig. 5 ist die geschilderte Charakteristik aufgezeichnet, wobei mit J(sub)w der Wandlerstrom und mit J(sub)= der Gleichstrom im Widerstand 12 bezeichnet sind. Man erkennt, dass diese Schaltung auf einfache Weise die Einführung eines Schwellenwertes ermöglicht, der durch die Höhe des Stromes J(sub)o bestimmt wird. Es ist jetzt nur noch notwendig, durch passende Wahl der Widerstände 9 und 12 sowie notfalls durch Einführung eines weiteren Widerstandes 22 den Vormagnetisierungsstrom ind der Wicklung 8 auf die gewünschte Höhe einzustellen.

Bei der Überlagerung von Gleich- und Wechselstrom im Gleichrichter 11, wie sie in der beschriebenen Anordnung vorkommen, ist es von Wichtigkeit, Ventile zu verwenden, die in ihren Durchgangs- und Sperrwiderständen möglichst übereinstimmen, denn nur dann ist die Gleichheit der Halbwellen des Wandlerstromes inbezug auf Amplitude und Phasengrösse möglich. Da aber Trockengleichrichter häufig hierin Verschiedenheiten aufweisen, werden nach einer Weiterbildung der Erfindung im Stromkreis des Gleichrichters 11 zusätzliche Widerstände 23 und 24 vorgesehen, mit denen der resultierende Widerstand des Gleichrichters 11 so eingestellt wird, dass die Halbwellenströme einander gleich sind. Es ist zweckmässig, diese Widerstände 23 und 24 grösser zu wählen als die Durchgangswiderstände der Ventile, da diese bekanntlich Alterungserscheinungen unterliegen. Unter Umständen ist es sogar möglich, den Widerstand 12 ganz fortzulassen.

Die Anordnung hat weiter den Vorteil, dass von dem Gleichstromwandler 10 eine wesentliche Leistung nur in dem Falle geliefert wird, wenn der Schwellenstrom erreicht wird, da bis dahin der Gleichrichter 11 durch den dem Netz 7 entnommenen Gleichstrom kurzgeschlossen ist. Es ist dadurch möglich, den Wandler 10 kleiner zu bemessen.

Es kann in vielen Fällen erwünscht sein, den Grenzwert des Stromes während des Betriebes einzustellen, insbesondere dann, wenn die Anordnung zur Speisung eines Verbrauchers mit konstantem Strom dient, der aber in seiner Höhe einstellbar sein soll. Zu diesem Zweck erhält der Wandler 10 eine weitere Wicklung 25, die über einen regelbaren Widerstand 26 von einer Gleichspannungsquelle gespeist wird. Der Strom in der Wicklung 25 bewirkt eine Magnetisierung des Wandlers in gleicher Richtung wie durch den Belastungsstrom des Gleichrichters. Er täuscht also eine höhere Belastung vor, als sie der Wirklichkeit entspricht. Man kann also durch Änderung des Stromes in der Wicklung 25 ohne sonstige Eingriffe in den Regelkreis die Höhe des konstantzuhaltenden Stromes einstellen.

Eine andere Möglichkeit, die Einstellung des Grenzstromes zu ändern, lässt sich durch Änderung der Widerstände 9 und 12 gewinnen, es ist allerdings notwendig, gleichzeitig den Widerstand 22 zu verstellen, um den Strom in der Wicklung 8 bei Leerlauf des Gleichrichters in gleicher Höhe beizubehalten.

Die beiden beschriebenen Anordnungen zur Änderung des Grenzstromes gestatten eine praktisch stufenlose Einstellung, während eine stufenweise Änderung durch Anzapfung an den Wicklungen des Gleichstromwandlers durchführbar ist. Es ist auch möglich, die Anzapfungen am Wandler mit einer der vorher beschriebenen stufenlosen Regelmöglichkeiten zu verbinden.

Da die Wicklung 8 unterhalb des Grenzstromes von einem konstanten Strom durchflossen wird, die Steuerdrosselspulen also unter gleichen Vormagnetisierungsverhältnissen arbeiten, ist es in diesem Bereich möglich, eine weitere Regelgrösse auf sie einwirken zu lassen. So kann z. B. auf den Sättigungsdrosseln eine weitere Wicklung vorgesehen werden, mit deren Hilfe eine Regelung des Gleichrichters unterhalb des Grenzstromes auf konstante Gleichspannung möglich ist.

Claims (9)

1.) Anordnung zur selbsttätigen Regelung von mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden Umformungseinrichtungen, insbesondere Gleichrichtern, mit einer den Gitterkreisen zugeführten Steuerwechselspannung, die an einem mit einer durch die Regelgrösse gesteuerten sättigbaren Drossel in Reihe liegenden Widerstand abgegriffen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Gittersteuerung in einem solchen Bereich arbeitet, dass ein sicherer Betrieb der Umformungseinrichtung, insbesondere des Gleichrichters, möglich ist.

2.) Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zusätzliche Schaltelemente, die bewirken, dass der Strom in der Vormagnetisierungswicklung (Regelwicklung) der sättigbaren Drossel einen vorbestimmten Wert nicht überschreiten kann.

3.) Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vormagnetisierungswicklung mit einem gleichrichtenden Element in Reihe geschaltet ist und an zwei Gleichspannungskreise angeschlossen ist, von denen einer die Regelgrösse enthält (Fig. 3 und 4).

4.) Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Nebenschluss zur Vormagnetisierungswicklung eine Gegenspannung und ein gleichrichtendes Element in Reihe geschaltet sind (Fig. 2).

5.) Anordnung nach Anspruch 2 od.ff. dadurch gekennzeichnet, dass die sättigbare Drossel mit weiteren, vorzugsweise von weiteren Regelgrössen beeinflussten Vormagnetisierungswicklungen versehen ist.

6.) Anordnung nach Anspruch 2 od.ff., gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung der Schaltelemente und des den Hilfsgleichrichter enthaltenden Gleichspannungskreises mit der Regelgrösse, dass ein vorbestimmter Schwellenwert besteht.

7.) Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsgleichrichter zusätzliche Widerstände zwecks Vergleichmässigung des Stromflusses in den Stromführungszeiten der einzelnen Phasen enthält.

8.) Anordnung nach Anspruch 6 od.ff. mit einem Hilfsgleichrichter in Verbindung mit einem Gleichstromwandler, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstromwandler eine zusätzliche, von Gleichstrom durchflossene Wicklung zur Einstellung der Regelgrösse enthält.

9.) Anordnung nach Anspruch 6 od.ff. mit einem Hilfsgleichrichter in Verbindung mit einem Gleichstromwandler, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wicklung des Gleichstromwandlers mit Anzapfungen versehen ist.