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Anordnung zur Steuerung zweier Stromrichter in Kreuzschaltung Es ist bekannt, Gleichstrommaschinen veränderlicher Drehzahl und Drehrichtung, die auch zeitweilig als Generator arbeiten, durch gegensinnig parallel geschaltete Stromrichter in der sogenannten Kreuzschaltung zu speisen. Dabei ist der eine Stromrichter jeweils im Gleichrichterbetrieb und der andere im Wechselrichterbetrieb ausgesteuert.
Eine solche Stromrichteranordnung soll im allgemeinen so gesteuert sein, dass die Gleichstrommaschine Strom aus dem als Gleichrichter arbeitenden Stromrichter aufnimmt, wenn ihre Spannung unter einen bestimmten, durch die Aussteuerung gegebenen Wert sinkt, während sie über den als Wechselrichter arbeitenden Stromrichter Strom in das speisende Netz zurückliefert, wenn ihre Spannung über diesen Wert ansteigt. Um diese, einem Leonard- Umformer entsprechende Arbeitsweise der Stromrichter zu erreichen, muss im ganzen Steuerbereich stets die Gleichspannung des jeweils im Wechselrichterbetrieb gesteuerten Stromrichters um eine Kleinigkeit niedriger sein als diejenige des im Gleichrichterbereich gesteuerten Stromrichters.
Während eine solche aufeinander abgestimmte Steuerung zweier Stromrichter verhältnismässig leicht zu erreichen ist, wenn die zeitliche Verschiebung der Steuerimpulse durch Drehtransformatoren erfolgt, die dann nur in geeigneter Weise gekuppelt zu werden brauchen, macht sie Schwierigkeiten, wenn zur Verschiebung der Steuerimpulse in bekannter Weise andere Vorrichtungen, z. B. veränderbare Blindwiderstände, dienen. Bei diesen wird gewöhnlich von elektronischen Mitteln, Sättigungsdrosseln, elektrischen Ventilen und dergleichen Gebrauch gemacht. In solchen Fällen ist es nicht leicht, eine genügende übereinstimmung der Kennlinien der beiden Steuereinrichtungen zu erreichen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dies Schwierigkeiten zu vermeiden.
Dabei wird von der Erscheinung Gebrauch gemacht, dass innerhalb des durch die beiden Stromrichter gebildeten Stromkreises bei der genannten Betriebsweise stets ein mehr oder minder welliger Gleichstrom in der Durchlassrichtung des Stromrichters fliesst. Dieser Kreisstrom ist um so kleiner, je näher beieinander die Gleichspannungen liegen, auf welche die beiden Stromrichter ausgesteuert sind.
Bleibt die Differenz dieser Gleichspannungen konstant, so hat auch der Kreisstrom den gleichen oder angenähert den gleichen Wert. Wenn umgekehrt der Kreisstrom innerhalb des ganzen Steuerbereiches konstant ist, so ist dies ein Kriterium dafür, dass auch die Differenz der Gleichspannungsaussteuerung beider Stromrichter unverändert ist.
Dies gilt unabhängig davon, welcher Stromrichter als Gleichrichter bzw. Wechselrichter gesteuert ist, das heisst unabhängig von der jeweiligen Drehrichtung und Arbeitsweise (Motor oder Generator) der mit den Stromrichtern zusammen arbeitenden Gleichstrommaschine. Die Erfindung macht sich diese Erkenntnis in der Weise zunutze, dass bei einer Stromrichteranordnung der erwähnten Art einer, und zwar der Führungsstromrichter genannte, der beiden Stromrichter abhängig von irgendeiner Führungsgrösse gesteuert ist, während der andere, Folgestromrichter genannte, abhängig von dem zwischen beiden Stromrichtern fliessenden Gleichstrom derart geregelt ist, dass der Kreisstrom einen bis auf 10% konstanten Wert hat.
Der Kreisstrom kann dabei durch Gleichstromwandler bekannter Art in der Weise abgebildet bzw. als Führungsgrösse für die Regelung des Folgestromrichters erfasst werden, dass die Differenz zwischen der
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Summe der Ströme in den Verbindungsleitungen der beiden Stromrichter und dem Laststrom gebildet wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Der Gleichstrommotor 1 wird aus einem Transformator mit den Sekundärwicklungen 2 und 3 über Stromrichter 4 und 5 mit Steuereinrichtungen 6 und 7 und Glättungs- drosseln 8 und 9 gespeist.
Innerhalb der Verbindungsleitungen zwischen den beiden Stromrichtern fliesst der durch die mit JI; bezeichneten Pfeile angedeutete Kreisstrom. Der Laststrom fliesst je nach seiner Richtung im Sinne der ausgezogenen Pfeile JL oder der punktierten Pfeile JI,'.
Ein Gleichstromwandler 10 bekannter Art umfasst die beiden Verbindungsleitungen zwischen den Stromrichtern. Die an der Ausgangsseite seines Richt- elementes 10', z. B. eines Selengleichrichters, in Brük- kenschaltung abgenommene Gleichspannung ist proportional der Stromsumme 2Jg -f- JL. Der im Laststromkreis liegende Gleichstromwandler 11 erzeugt an der Ausgangsseite seines Richtelementes 11' eine Gleichspannung, die proportional dem Laststrom JL bzw. TL' ist.
Durch die dargestellte Gegeneinanderschaltung der Ausgangsspannung beider Gleichstromwandler ergibt sich also eine Spannung, die proportional ist dem Betrag: 2 Jh + JL - JL = 2 JI;.
Diese Spannung wird gegen die als Sollwert für den einzuregelnden Kreisstrom dienende einstellbare Spannung einer Gleichspannungsquelle 12 dem Regler 13 beliebiger Art zugeführt. Dieser steuert mittels der Steuereinrichtung 7 den Stromrichter 5 so, dass der Kreisstrom stets seinen durch die Gleichspannungsquelle 12 vorgegebenen konstanten oder angenähert konstanten, das heisst bis auf 10% unver- änderlichen Wert behält.
Wie auch immer der Führungsstromrichter durch seine Steuereinrichtung 6 bzw. durch einen dieser vorgeschalteten beliebigen Regler 14 gesteuert wird, wird damit nach dem vorher Gesagten auch die Differenz der jeweiligen Aussteuerung der beiden Stromrichter in der gewünschten Weise konstant gehalten.
Dieses Ergebnis wird völlig unabhängig davon erzielt, ob die beiden Steuereinrichtungen 6 und 7 gleichartig sind und gleiche Kennlinien haben oder nicht.
Wesentlich ist, dass insbesondere bei plötzlichen Änderungen der Aussteuerung des Führungsstromrichters 4 die Regelung des Folgestromrichters 5 genügend schnell folgen kann, so dass auch nur kurzzeitig auftretende unzulässige Betriebszustände ver- mieden werden. Deshalb soll die Steuer- bzw. Regelgeschwindigkeit der beiden Einrichtungen 7 und 13 mindestens gleich derjenigen der beiden Einrichtungen 6 und 14, zweckmässig aber etwas grösser als diese sein.
Die Erfindung kann in mancher Hinsicht auch anders verwirklicht werden, als in dem dargestellten Beispiel gezeigt ist.
So kann z. B. statt des Gleichstromwandlers 10, der die Ströme der beiden Verbindungsleitungen zwischen den Stromrichtern umfasst, für jede dieser Leitungen ein besonderer Gleichstromwandler vorgesehen werden, wobei die Ausgangsspannungen dieser beiden Wandler hintereinander geschaltet werden.
Statt der dargestellten Gleichstromwandler können auch andere, ähnlich wirkende Einrichtungen verwendet werden.
Selbstverständlich ist die Erfindung auch für Stromrichter anderer Art und Phasenzahl als dargestellt anwendbar. Auch kann sie bei der Speisung anderer Verbraucher als Gleichstrommotoren durch Stromrichter in Kreuzschaltung angewendet werden.
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Arrangement for controlling two converters in cross connection It is known to feed direct current machines of variable speed and direction of rotation, which also temporarily work as a generator, by inverters connected in parallel in the so-called cross connection. One converter is controlled in rectifier mode and the other in inverter mode.
Such a converter arrangement should generally be controlled in such a way that the direct current machine draws current from the converter working as a rectifier when its voltage falls below a certain value given by the modulation, while it returns current to the feeding network via the converter working as an inverter when their voltage rises above this value. In order to achieve this mode of operation of the converters, which corresponds to a Leonard converter, the DC voltage of the converter controlled in inverter operation must always be slightly lower than that of the converter controlled in the rectifier area in the entire control area.
While such a coordinated control of two converters is relatively easy to achieve if the timing of the control pulses is shifted by rotary transformers, which then only need to be coupled in a suitable manner, it creates difficulties if other devices are known to shift the control pulses, z. B. variable reactances are used. These usually make use of electronic means, saturation reactors, electric valves and the like. In such cases it is not easy to achieve a sufficient match between the characteristics of the two control devices. The invention is based on the object of avoiding these difficulties.
Use is made here of the fact that within the circuit formed by the two converters, a more or less wavy direct current always flows in the forward direction of the converter in the operating mode mentioned. The closer the DC voltages to which the two converters are controlled, the smaller the circulating current.
If the difference between these DC voltages remains constant, the circulating current also has the same or approximately the same value. Conversely, if the circulating current is constant within the entire control range, this is a criterion for ensuring that the difference in the DC voltage control of the two converters is also unchanged.
This applies regardless of which converter is controlled as rectifier or inverter, that is to say regardless of the respective direction of rotation and mode of operation (motor or generator) of the DC machine working together with the converters. The invention makes use of this knowledge in such a way that, in a converter arrangement of the type mentioned, one of the two converters, called the reference converter, is controlled as a function of some reference variable, while the other, called the follow-up converter, is controlled depending on the one flowing between the two converters Direct current is regulated in such a way that the circulating current has a value that is constant up to 10%.
The circulating current can be mapped by a known type of DC converter or recorded as a reference variable for the control of the slave converter that the difference between the
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Sum of the currents in the connecting lines of the two converters and the load current is formed.
An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the drawing. The direct current motor 1 is fed from a transformer with the secondary windings 2 and 3 via converters 4 and 5 with control devices 6 and 7 and smoothing chokes 8 and 9.
Within the connecting lines between the two converters, the flows through the with JI; indicated arrows indicated circular current. The load current flows depending on its direction in the sense of the solid arrows JL or the dotted arrows JI, '.
A DC / DC converter 10 of known type comprises the two connecting lines between the converters. The on the output side of his straightening element 10 ', z. B. a selenium rectifier, the DC voltage taken in a bridge circuit is proportional to the current sum 2Jg -f- JL. The direct current converter 11 located in the load circuit generates a direct voltage on the output side of its directional element 11 'which is proportional to the load current JL or TL'.
By connecting the output voltage of the two direct current converters to one another, a voltage is obtained which is proportional to the amount: 2 Jh + JL - JL = 2 JI;
This voltage is fed to the regulator 13 of any type against the adjustable voltage of a direct voltage source 12 serving as the setpoint value for the circulating current to be regulated. This controls the converter 5 by means of the control device 7 in such a way that the circulating current always retains its constant or approximately constant value, that is to say unchangeable up to 10%, given by the DC voltage source 12.
Regardless of how the reference converter is controlled by its control device 6 or by any controller 14 connected upstream of it, the difference between the respective modulation of the two converters is thus kept constant in the desired manner according to the above.
This result is achieved completely independently of whether the two control devices 6 and 7 are of the same type and have the same characteristic curves or not.
It is essential that, particularly in the event of sudden changes in the modulation of the reference converter 4, the regulation of the follower converter 5 can follow sufficiently quickly so that impermissible operating states that occur only briefly are avoided. Therefore, the control or regulating speed of the two devices 7 and 13 should be at least equal to that of the two devices 6 and 14, but appropriately somewhat greater than this.
In some respects, the invention can also be implemented differently than is shown in the example shown.
So z. B. instead of the direct current converter 10, which comprises the currents of the two connecting lines between the converters, a special direct current converter can be provided for each of these lines, the output voltages of these two converters being connected in series.
Instead of the DC converters shown, other similarly acting devices can also be used.
Of course, the invention can also be used for converters of a different type and number of phases than those shown. It can also be used when powering consumers other than DC motors through converters in cross-connection.