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Einrichtung zur Aufrechterhaltung des Betriebes einer Umrichteranlage beim Aussetzen der takt- gebenden Maschine am Einphasennetz.
In Anlagen zur Kupplung eines Mehrphasennetzes mit einem Einphasennetz mit Hilfe eines gittergesteuerten Umrichters hat man angegeben, die Steuerung so vorzunehmen, dass die vom Umrichter gelieferte Spannung Rechteckform besitzt. Um die Drehstromleistung bei pulsierender Einphasenleistung konstant zu halten, hat man weiter angegeben, Induktivitäten und Kapazitäten auf der Einphasenseite des Umrichters einzubauen, wobei die Induktivitäten die Differenz zwischen der Umrichterspannung rechteckförmiger Kurvenform und der sinusförmigen Einphasenspannung des Einphasennetzes und die Kapazitäten die Differenz zwischen dem Umrichterstrom rechteckförmiger Kurvenform und dem Netzstrom inusförmiger Kurvenform aufnehmen.
Eine solche Schaltung ist in Fig. 1 beispielsweise dargestellt, wo in der Kathodenleitung des Umrichters eine Drossel und parallel zum Einphasentransformator ein Kondensator geschaltet ist. Hiebei ist vorausgesetzt, dass die Frequenz der durch den Umrichter gekuppelten Netze durch parallelarbeitende Generatoren gehalten wird. Fällt zeitweise der Generator auf der Einphasenseite aus, d. h. arbeitet die Umrichteranlage ohne erregenden Taktgeber am Einphasennetz, so wird die Einphasenfrequenz irgendeinen gegenüber dem Normalwert veränderten Wert annehmen.
Durch den Ausfall des Generators wird aber gleichzeitig die Spannung des Einphasennetzes und damit auf der Einphasenseite des Umrichters gegenüber dem Wert bei Normalbetrieb verändert.
Gegenstand der Erfindung ist nun eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung des Betriebes einer Umrichteranlage beim Aussetzen der taktgebenden Maschine am Einphasennetz, bei der die vom Umrichter unmittelbar erzeugte Spannung Rechteckform besitzt und auf seiner Einphasenseite Induktivitäten und Kapazitäten vorhanden sind, wobei erfindungsgemäss die zusammen einen Schwingungskreis bildenden Elemente, nämlich die Induktivität und Kapazität des Einphasennetzes und die Induktivität und Kapazität des Umrichters dauernd derart geregelt werden, dass die Eigenfrequenz dieses Schwingungkreises angenähert gleich der normalen Betriebsfrequenz des Einphasennetzes ist, und dass ferner die Einphasenspannung des Umrichters angenähert gleich der normalen Betriebsspannung des Einphasennetzes bleibt.
Da nun, wie aus obigen Erläuterungen hervorgeht, die Einphasenfrequenz im wesentlichen durch die auf der Einphasenseite des Umrichters vorgesehene Kapazität und Induktivität, die Induktivität des Einphasentransformators und die Induktivität und Kapazität des Einphasennetzes bestimmt wird, werden zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung die zusammen einen Schwingungskreis bildenden Elemente, Induktivität und Kapazität auf der Einphasenseite des Umrichters, Induktivität des Einphasentransformators sowie Induktivität und Kapazität des Einphasennetzes derart eingestellt, dass die Eigenfrequenz dieses Schwingungskreises gleich der normalen Betriebsfrequenz des Einphasennetzes ist.
Die gleiche Einrichtung kann auch verwendet werden, wenn man die Spannung des Einphasennetzes bei Ausfallen des Generators auf der Einphasenseite angenähert konstant halten will.
In der Zeichnung sind in den Fig. 2 bis 5 Ausführungsbeispiele von Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung schematisch dargestellt. Die Fig. 6 und 7 zeigen Kurvendiagramme.
In den Fig. 2 bis 5 bedeutet a das Drehstromnetz, b das Einphasennetz und e das Entladungsventil mit Gas-oder Dampfentladungsstrecke und mit Anoden, Kathode und den Anoden vorgelagerten Steuergittern. Das Ventil wird aus dem Drehstromnetz über den Transformator d gespeist. Mit fist der Einphasentransformator bezeichnet. L ist die z. B. in die Kathodenleitung gelegte Drossel und a, Ci, Ca, Ca sind parallel zu den Wicklungen des Einphasentransformators gelegte Kondensatoren. Die Art der Gittersteuerung des Ventils e ist als für das Verständnis der Wirkungsweise der Erfindung un-
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nötig werde dargestellt, noch braucht dieselbe, weil bekannt, eingehend erläutert zu werden.
Dadurch, dass die Induktivität die Differenz zwischen der Umrichterspannung rechteckförmiger Kurvenform und. der sinusförmigen Einphasenspannung des Einphasennetzes und die Kapazität die Differenz zwischen dem Umrichterstrom rechteckförmiger Kurvenform und dem Netzstrom sinusförmiger Kurvenform aufnehmen, ergibt sich, dass nicht nur der Kathodenstrom und die Spannung zwischen der Kathode und dem Sternpunkt des jeweils brennenden Anodensystems, sondern dass auch die Frequenz und die Spannung des Einphasennetzes konstant sind, solange der an dem Einphasennetz b hängende und als Taktgeber dienende Synchrongenerator in Betrieb ist.
Ändern sich nun infolge des Ausfallens des Generators am Einphasennetz die Kapazität und Induktivität desselben, so müssen diese Änderungen am Umrichter kompensiert werden, damit stets die Resonanzbedingung des oben bezeichneten Schwingungkreises für die Betriebsfrequenz des Einphasennetzes erfüllt bleibt und dessen Spannung angenähert konstant ist.
Die Änderung der Konstanten des Schwingungskreises kann auf verschiedene Arten erfolgen.
Beispielsweise kann nach Fig. 2 der Wert der Kapazität des Schwingungskreises durch Zu-und Abschalten
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Drossel g eingeschaltet werden, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Durch diese Drossel wird die Induktivität des Einphasennetzes verkleinert, wodurch die Einphasenfrequenz reguliert wird. Man kann denselben Zweck auch dadurch erreichen, ¯dans die Magnetisierungscharakteristik des Einphasentransformators verändert wird. In Fig. 6 bedeutet ot die normale Magnetisierungskurve eines Einphasentransformators und der Punkt P entspricht der Betriebsspannung. Auf der A TF-Aehse kann dann der Magnetisierungsstrom des Transformators direkt abgelesen werden. Wird der Magnetisierungsstrom grösser, so wäre eine beträchtliche Erhöhung der Spannung erforderlich.
Diese Spannungserhöhung könnte aber für die Kondensatoren C, C"C"C"schädlich werden. Um dies zu verhüten, kann durch Verwendung von speziallegierten Blechen die Magnetisierungskurve des Einphasentransformators nach Kurve ss eingestellt werden. Steigt die Einphasenspannung nur wenig über die Spannung des Betriebspunktes P, so erhöht sich der Magnetisierungsstrom des Transformators ganz beträchtlich. Auf diese Weise erfolgt eine automatische Kompensation der Kapazität des Schwingungskreises in Funktion der Einphasenspannung. Man kann die Magnetisierungscharakteristik des Einphasentransformators f auch dadurch verändern, dass man eine zusätzliche Gleichstrommagnetisierung vorsieht und diese veränderbar macht.
Zur Veränderung der Magnetisierungscharakteristik des Einphasentransformators kann man auch einen regelbaren Luftspalt im Eisen vorsehen.
Bekanntlich wird zur Regelung der an das Einphasennetz abgegebenen Umrichterleistung und zwecks guter Kommutierung die Kommutation von einem System auf das andere System vollzogen, bevor die Einphasenspannung durch Null geht ; Dies ist in Fig. 7 dargestellt, wo E die Spannung des Einphasennetzes und J den vom Umrichter abgegebenen Strom darstellt. Die Netzspannung geht im Punkt B durch Null und der Umrichterstrom im Punkt A. Die Kommutation des Umrichterstromes erfolgt im Punkte A und es ergibt sich die Phasenverschiebung r. p. Diese Verschiebung bedeutet eine induktive Belastung des Einphasennetzes respektive des Kondensators. Der dieser Voreilung entsprechende Blindstrom des Kondensators wird nicht an das Einphasennetz abgegeben und wird somit nicht durch die Induktivität des Einphasennetzes kompensiert.
Es ist deshalb notwendig, bei Bestimmung der Netzfrequenz diese zusätzliche induktive Belastung zu berücksichtigen. Anderseits kann aber gerade durch Regelung dieser Voreilung eine Feinregelung der Einphasenfrequenz erreicht werden. Diese Regelung erfolgt durch Einstellung desjenigen Teiles der Gittersteuerung, der synchron mit der Einphasennetzfrequenz arbeitet. Durch Verstellung des Teiles der Steuerung, der synchron mit dem Dreiphasennetz arbeitet, kann die durch erstere Verstellung veränderte Leistung wieder auf den Sollwert eingestellt werden.
Die Spannung des Einphasennetzes kann auch dadurch angenähert konstant gehalten werden, dass sie anstatt durch Veränderung der zusammen einen Schwingungskreis bildenden Elemente durch die Gittersteuerung des-Umrichters geregelt wird.
Die Frequenz des Einphasennetzes kann auch selbsttätig in Abhängigkeit eines Frequenzreglers eingestellt werden. Ebenso kann auch die Spannung des Einphasennetzes selbsttätig in Abhängigkeit des Spannungsreglers eingestellt werden. Es ist auch weiter ohne weiteres möglich, die aufgeführten Mittel zur Aufrechterhaltung des Betriebes des Umrichters beim Aussetzen des taktgebenden Generators am Einphasennetz, d. h. zur Konstanthaltung der Spannung und Regulierung der Frequenz des Einphasennetzes und auf der Einphasenseite des Umrichters in beliebiger Weise kombiniert anzuwenden.
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