Schaltungsanordnung mit mindestens einem Paar zusammenarbeitender Teilstromrichter Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungs anordnung mit mindestens einem Paar zusammen arbeitender Teilstromrichter, die je an einen Strom richtertransformator angeschlossen sind, an welchen ausserdem an je einer weiteren, als Netzwicklung be zeichneten Wicklung zwei Wechselstromnetze ange schlossen sind.
Eines dieser Wechselstromnetze ist dabei das Netz, das die Stromrichter speist oder das von ihnen gespeist wird, und das andere ist gewöhnlich eine Synchronmaschine, die Blindleistung abgibt. In Ab hängigkeit von der Anzahl zusammenwirkender Teil stromrichter können eine oder mehrere Synchron maschinen in der Anlage eingeschaltet sein.
Es ist schon vorgeschlagen worden, die Primär wicklung des Stromrichtertransformators für die Span nung der Synchronmaschine auszuführen und einen zusätzlichen Transformator zwischen diesem Netz mit verhältnismässiger niedriger Spannung und dem spei senden oder gespeisten Netz anzuordnen. Bei einer solchen Anordnung muss die Wirkleistung zweimal umgewandelt werden, was bedeutende Nachteile mit sich führt, wie hohe Anlagekosten und grosse Verluste. In gewissen Fällen ist es wünschenswert, mehrere Teilstromrichter, die im Verhältnis zueinander phasen verschoben sind, an das Netz mit niedriger Spannung anzuschliessen.
Dabei wird die Kommutierung in einem Teilstromrichter die Kurvenform der Spannung der anderen Teilstromrichter beeinflussen. Dies kann besonders bei Wechselrichterbetrieb zu Schwierig keiten führen. Verschiedene Arten, diese Schwierig keiten zu meistern, sind in dem Patent Nr. 290727 angegeben worden. Sie gehen darauf aus, eine solche induktive Zusammenschaltung der Primärseiten der Stromrichtertransformatoren zustande zu bringen, dass eine Kompensation der gegenseitigen Beeinflussung der beiden Stromrichter erreicht wird.
Um die Ungelegenheiten zu vermeiden, die mit dem Anordnen eines zusätzlichen Transformators ver bunden sind, ist ferner vorgeschlagen worden, die Stromrichtertransformatoren mit einer Primärwicklung für jedes der beiden Wechselstromnetze auszuführen.. Es müssen dann Massnahmen ergriffen werden, um die gegenseitige Beeinflussung der Teilstromrichter zu kompensieren, wobei Rücksicht auf die Eigenschaften der beiden Wechselstromnetze genommen werden muss. Das Patent Nr. 290727 zeigt z.
B. in Fig. 5 eine Lösung dieses Problems in einem besonderen Fall. Dort sind die bei den verschiedenen Transformator wicklungen vorkommenden Streureaktanzen als in duktive Schaltelemente für die Kompensierung ver wendet worden. Die Transformatorkonstruktion wird jedoch dadurch so beengt, dass sie nicht immer ver wirklicht werden kann.
Die genannten bekannten Anordnungen sind zwar nur beschrieben worden in Zusammenhang mit pha senverschobenen Teilstromrichtern zur Kompensie- rung der gegenseitigen Beeinflussung der Teilstrom richter während des Kommutierungsvorgangs. Die selben Anordnungen sind jedoch auch bei Betrieb von gleichphasigen Teilstromrichtern berechtigt. Bei einem solchen Betrieb kommutieren die Teilstromrichter gleichzeitig, weshalb keine Störungen der obenge nannten Art auftreten können. In diesem Fall müssen stattdessen Störungen wie Rückzündungen und Durch zündungen berücksichtigt werden.
Der Einfluss der artiger Störungen kann durch Verwenden eines Kom pensationsreaktors zwischen den Stromrichtertransfor- matoren zweier Teilstromrichter beseitigt werden. Der Kompensationsreaktor erhält dann den Einfluss, dass die an ihn angeschlossenen Teilstromrichter so ar beiten, als ob sie an ganz verschiedene Netze ange schlossen wären. Dieses Verhalten wird am besten unter Hinweis auf die beigefügte Fig. 1 erklärt. Dort bezeichnet X die Reaktanz eines Netzes, das an eine Mittelan zapfung C eines Kompensationsreaktors B-D ange schlossen ist.
Die Wirkungsweise wird am besten ver standen, wenn man annimmt, dass dieser in die idealen Transformatorwicklungen B-C und C-D und den mit ihnen parallel geschalteten Reaktor 4X aufgeteilt ist. An den Punkt B ist ein Teilstromrichter A 1 ange schlossen und an den Punkt D ein Teilstromrichter A2. Wenn man annimmt, dass in dem Teilstromrichter A2 eine Störung aufgetreten ist, was einen Störstrom J zur Folge hat, wird dieser Strom dem normalen Be triebsstrom überlagert, der in der Zeichnung nicht angedeutet ist.
Der Strom teilt sich in C so, dass J/2 nach<I>B</I> und durch den Reaktor<I>4X</I> nach<I>D</I> fliesst, und J/2 von C nach<I>D,</I> wo der totale Strom<I>J</I> fliesst. Der Strom J/2 durch den Reaktor 4X gibt Anlass zum Spannungsabfall 2JX, von<I>B</I> nach<I>D</I> gerichtet. Eine Spannung JX wird daher zwischen<I>B</I> und C liegen und eine Spannung JX zwischen C und<I>D.</I> Ein Span nungsabfall, der gleich dem ist, den der Störungsstrom im Netz verursacht, wird also in dem Stromkreis, der den ungestörten Teilstromrichter enthält, subtrahiert und in dem Stromkreis, der den gestörten Teilstrom richter enthält, addiert.
Ein ungestörter Teilstrom richter bekommt somit keine Spannung und kann also als vom Netz abgeschaltet betrachtet werden.
Auf Grund der beschriebenen Verhältnisse haben die bekannten Anordnungen eine günstige Wirkung, unabhängig davon, ob der Betrieb mit ungleichpha- sigen oder gleichphasigen Teilstromrichtern stattfindet.
Die Kommutierungsverhältnisse, wie überlappungs- winkel, Kommutierungszeit, Sicherheitswinkel eines Teilstromrichters, werden somit unabhängig von der Anzahl in Betrieb befindlicher gleichphasiger Teil stromrichter, da jeder Teilstromrichter auf ein unab hängiges Netz zu arbeiten scheint.
Die obengenannten Nachteile werden nach der vorliegenden Erfindung dadurch vermieden, dass eine der Netzwicklungen aller Stromrichtertransformatoren an eines der Wechselstromnetze angeschlossen ist, während die anderen Netzwicklungen der zu einem Paar zusammenarbeitender Teilstromrichter gehörigen Stromrichtertransformatoren über eine Kompensa tionsdrossel an das zweite Wechselstromnetz ange schlossen sind, und dadurch, dass der Kreis, der die Kompensationsdrossel in Reihe mit den Streureak- tanzen zwischen den Netzwicklungen enthält, so ist,
dass diese Reihenschaltung nicht kurzgeschlossen ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel gemäss der Erfin dung enthalten die Stromrichtertransformatoren drei Hauptwicklungen, eine, die als Netzwicklung bezeich net werden kann, eine, die an die Synchronmaschine angeschlossen ist (Maschinenwicklung) und eine, die an die Stromrichterventile angeschlossen ist (Ventil wicklung). Zwei Teilstromrichter, die im Verhältnis zueinander um einen gewissen Winkel phasenver schoben sind, können zweckmässig zusammenarbeiten.
Die Maschinenwicklungen der beiden Stromrichter- transformatoren sind dabei über einen Kompensa tionsreaktor an eine gemeinsame Synchronmaschine angeschlossen, die den Blindleistungsbedarf der Strom richter deckt und ganz oder teilweise den Blind leistungsbedarf des Netzes decken kann.
Wenn eine Kommutierung zwischen zwei Phasen in einem der Teilstromrichter eintritt, entsteht ein Kurzschluss zwi schen diesen Phasen, und es wird dabei teils eine Spannung in dem Teil des genannten Kompensations reaktors induziert, der die Kommutierungsleistung führt, und teils eine Spannung derselben Richtung in dem Teil des Kompensationsreaktors, der mit dem oder den nicht kommutierenden Te.ilstromrichtern verbunden ist.
Die genannten Spannungen könnten nun über die reihengeschalteten Streureaktanzen der Strom richtertransformatoren kurzgeschlossen werden, näm lich über die, die zwischen den Maschinen- und Netzwicklungen jedes Stromrichtertransformators vor handen sind. Ein solcher Kurzschluss muss jedoch vermieden werden, und es werden nachstehend ver schiedene Massnahmen zu diesem Zweck vorge schlagen.
Auf der beigefügten Zeichnung zeigen die Fig. 2 bis 6 schematisch verschiedene beispielsweise Aus führungsformen des Erfindungsgegenstandes.
In Fig. 2 bezeichnen 1 und 2 Teilstromrichter, die über je ihren Stromrichtertransformator 3 und 4 an ein Netz 5 angeschlossen sind. In dem dreiphasigen Schema besitzt jeder Teilstromrichter sechs Strom ventile, die für den Teilstromrichter 1 mit 6 bis 11 bezeichnet sind. Die Anoden der Stromventile 6 bis 8 sind an eine Gleichstromklemme 12 angeschlossen, und die Kathoden der Stromventile 9 bis 11 sind in dem gezeigten Fall miteinander verbunden und über die Verbindung 14 an die Anoden von drei der Strom ventile im Teilstromrichter 2 angeschlossen, so dass die Teilstromrichter reihengeschaltet werden.
Die Kathoden in der zweiten Dreiventilgruppe des Teilstromrichters 2 sind an die zweiten Gleichstromklemmen 13 der Anlage angeschlossen. Es ist natürlich auch möglich, stattdessen in geeigneter Weise die Teilstromrichter 1 und 2 parallelzuschalten. Die Gitter der Stromventile in jedem Tei'lstromrichter sind an das Gittersteuer gerät 15 bzw. 16 angeschlossen. Der Teilstromrichter 1 ist an eine Ventilwicklung 17 des Stromrichtertrans- formators 3 angeschlossen.
Eine Maschinenwicklung 18 auf diesem Transformator ist über einen Kompen sationsreaktor 19 mit einer Maschinenwicklung 20 auf dem Stromrichtertransformator 4 verbunden. An den Mittelanzapfungen der verschiedenen Phasenreaktoren des Kompensationsreaktors 19 liegen die drei Phasen einer Synchronmaschine 21. Der Teilstromrichter 2 ist an den Stromrichtertransformator 4 über eine Ventilwicklung 22 auf diesem Transformator ange schaltet. Eine Netzwicklung 23 des Stromrichtertrans- formators 3 und eine Netzwicklung 24 des Strom richtertransformators 4 sind über je ihren Schalter 25 bzw. 26 an das Netz 5 angeschlossen.
Die Netz wicklung 23 und 24 sind über einen Kompensations reaktor 27 zusammengeschaltet. Die Mittelpunkte der Phasenreaktoren dieser Kompensationsreaktoren sind verbunden und eventuell bei 28 an Erde ange schlossen.
Durch das Anordnen des Kompensationsreaktors 27 wird verhindert, dass die Spannung, die bei Kom- mutierung in irgendeinem der Teilstromrichter 1 oder 2 über dem Kompensationsreaktor 19 entsteht, an den in Reihe liegenden Streureaktanzen zwischen der Maschinenwicklung 18 und der Netzwicklung 23 und der Netzwicklung 24 und der Maschinenwicklung 20 kurzgeschlossen ist. Wäre der Kompensationsreaktor 27 nicht da, so könnten nämlich Spannungen, die auf Grund der genannten Streureaktanzen im Kreis 5, 25, 23, 24, 26 induziert werden, grosse Zirkulationsströme verursachen.
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform kann da durch abgewandelt werden, dass die Kompensations reaktoren 27 und 19 auf gemeinsamen Kernen ange ordnet werden. Da sie dabei gemeinsame magnetische Kreise bekommen, können deren zusammengelegte Dimensionen verkleinert werden. Eine solche Anord nung bedeutet eine erhebliche Kostenersparnis, da besonders der Kompensationsreaktor 27 beträchtliche Dimensionen annehmen kann.
Durch das Anordnen der Kompensationsreaktoren 27 und 19 ist es auch möglich, jeden Teilstromrichter für sich zu betreiben. Gewöhnlich haben die Teil stromrichter je ein Nebenwegventil 29 bzw. 30, das in normalem Betrieb blockiert gehalten wird, von denen aber dasjenige deblockiert wird, das zu einem Teilstromrichter gehört, der ausser Betrieb genommen werden soll. Die Schalter 25 und 26 werden ange wendet, um den dazugehörigen Stromrichtertransfor- n:ator spannungslos zu machen.
Eine weitere Vereinfachung der Anordnung in Fig. 2 kann gemäss Fig. 3 erhalten werden, in welcher der Kompensationsreaktor 27 durch einen Stromteiler 31. 32, 33 in jeder Phasenwicklung ersetzt wird. Die Mittelpunkte der Stromteiler sind miteinander ver bunden und an Erde 28 angeschlossen. Eine Sekun därwicklung 34, 35, 36 auf jedem Stromteiler ist an Phasenreaktoren 19', 19", 19"' des Kompensations reaktors 19 geschaltet. Durch diese Einrichtung sind nur ein Reaktor mit einer Wicklung und ein Trans formator in jeder Phase erforderlich. Die Wirkungs weise ist im übrigen dieselbe wie gemäss Fig. 2.
In Fig.3 sind nur die Ventilwicklungen 17 und 22 gezeigt, und nicht die Teilstromrichter.
Wenn man von der Möglichkeit Abstand nimmt, einen der Stromrichtertransformatoren abtrennen zu können, kann die in Fig. 3 gezeigte Anordnung da durch abgewandelt werden, dass die Sekundärwick lungen 34 bis 36 weggelassen werden. Die Anordnung funktioniert trotzdem bei Blockierung eines der Teil stromrichter.
Die zuletzt angedeutete Schaltung ist gleichwertig mit einer Schaltung nach Fig. 4, in der die Netzwick lungen 23 und 24 der beiden Strom.richtertransfor- matoren reihengeschaltet und an Erde 28 gelegt sind. In beiden letztgenannten Fällen wird die Möglichkeit vermieden, einen geschlossenen Kreis über die Streu reaktanzen zwischen den Maschinen- und Netzwick lungen der Stromrichtertransformatoren herzustellen. Auch in Fig. 4 sind der Deutlichkeit wegen die Teil stromrichter weggelassen worden.
Es kann zweck mässig sein, zwei Stromrichtertransformatoren über einander auf einem gemeinsamen Kern anzuordnen. Die Reihenschaltung der Kompensationsdrossel 19 und der Streureaktanzen, die in Fig. 3 über den Kreis 5, 26, 24, 31-33, 25 geschlossen ist, ist nach Fig. 4 zwischen dem Netz 5 und Erde 28 eingeschaltet, so dass die Reihenschaltung in diesem Fall offen ist.
Die bisher beschriebenen Ausführungsformen ha ben Anordnungen gezeigt, mit denen verhindert wer den kann, dass eine Störung in einem Teilstromrichter einen anderen Teilstromrichter beeinflusst; diese Schaltungen betreffen die Anwendung von ungleich- phasigen Teilstromrichtern. In den Fig. 5 und 6 sind Beispiele dafür gezeigt, dass die Erfindung auch vor teilhaft angewendet werden kann, wenn gleichphasige Teilstromrichter zusammenwirken.
Zwischen Gleich strompolen 40 und 41 in Fig. 5 liegen acht Teilstrom richter 42 bis 49. Eventuell kann eine Erdverbindung 50 in dieser Reihenverbindung angeordnet werden. Der Deutlichkeit halber ist für Fig. 5 das Einlinien schema gewählt worden, in dem also zwei Phasen leitungen weggelassen sind, ebenso die Zusammen schaltung der Transformatorwicklungen. Jeder Teil stromrichter 42 bis 49 ist an eine Ventilwicklung auf je einem Stroturichtertransformator 52 bis 59 mit den Wicklungen 521, 522, 523 bis 591, 592, 593 ange schlossen.
Die Netzwicklungen 522 bis 592 dieser Transformatoren sind teils über Schalter 62 bis 69 an Phasenleitungen 60 angeschlossen und teils über die Kompensationsreaktoren 70 bis 73 paarweise zusam mengeschaltet. Die Mittelpunkte der Reaktoren 70 und 71 sind an einen Kompensationsreaktor 74, die Mittelpunkte der Reaktoren 72 und 73 an einen Kompensationsreaktor 75 angeschlossen. Die Mittel punkte der Reaktoren 72 und 73 sind ihrerseits über einen Kompensationsreaktor 76 miteinander ver bunden, dessen Mittelpunkt an Erde 77 liegt. Die Maschinenwicklungen der Stromrichtertransforma- toren sind paarweise über Kompensationsreaktoren 90 bis 93 verbunden, deren Mittelpunkte an Synchron maschinen 94 bis 97 angeschlossen sind.
Die zwei Teilstromrichter 42 und 43 sind un- gleichphasig ebenso wie auch folgende Paare von Teilstromrichtern. Dagegen können die Teilstrom richter mit geraden Nummern untereinander gleich- phasig sein, ebenso wie die Teilstromrichter mit unge raden Nummern.
Störungen, die durch die Kommu- tierung in einem der Teilstroinrichter 42 und 43 ver ursacht wurden, können einander auf Grund ihrer Zusammenschaltung durch Kompensationsreaktoren 70 und 90 nicht beeinflussen. Die Gruppe, die von den Teilstromrichtern 42 und 43 gebildet wird, wird ausserdem auf Grund des Kompensationsreaktors 74 unabhängig von den Betriebsverhältnissen derjenigen Gruppe, die von den Teilstromrichtern 44 und 45 gebildet wird. Störungen in irgendeiner dieser Grup pen beeinflussen also die andern Gruppen nicht.
In entsprechender Weise ist die Gruppe, die von den Teilstromrichtern 42 bis 45 gebildet wird, getrennt von derjenigen Gruppe, die von den Teilstromrichtern 46 bis 49 durch das Anordnen des Kompensations reaktors 76 gebildet wird.
Anstatt getrennte Quellen für die Blindleistungs- quellen 94 bis 97 anzuordnen, können natürlich eine oder mehrere solche Quellen für verschiedene Grup pen von Teilstromrichtern dadurch gemeinsam sein, dass die Mittelpunkte bestimmter Kompensationsreak toren 90 bis 93 über weitere Kompensationsreaktoren paarweise verbunden werden, an deren Mittelpunkte die genannten Quellen angeschlossen werden können.
Fig.6 zeigt eine Anlage von entsprechender Grössenordnung wie in Fig. 5, in der die Netzwick lungen 522 bis 592 jedes Stromrichtertransformators 52 bis 59 statt über Kompensationsreaktoren über je einen Reaktor 82 bis 89 an Erde geschaltet sind. Jeder solche Reaktor hat eine Sekundärwicklung, und alle Sekundärwicklungen 82' bis 89' sind in solcher Weise reihengeschaltet, dass Eine Störung, die in einem Teil stromrichter auftritt, daran gehindert wird, die übrigen Teilstromrichter zu beeinflussen.
Die Stromrichter transformatoren 52 bis 59 haben in ähnlicher Weise wie in Fig. 5 ihre Maschinenwicklungen über Kom pensationsreaktoren 90 bis 93 paarweise zusammen geschaltet, deren Mittelpunkte mit Synchronmaschinen 94 bis 97 verbunden sind. In der Fig. 6 ist bei den Reaktoren 88, 89, die am weitesten rechts liegen, die Modifikation ersichtlich, dass sie durch einen Trans formator ersetzt worden sind. In diesem Fall ist es erforderlich, dass die Sekundärwicklung des Trans formators mit einem Reaktor parallel geschaltet ist, wie dort gezeigt wird.
Die Kompensierungsdrosseln 70 bis 73 in Fig. 5 und 82 bis 89 in Fig. 6 haben dieselbe Funktion wie die Kompensierungsdrosseln 27 in Fig. 2 und 31 bis 33 in Fig. 3, nämlich Zirkulationsströme in den die Netzwicklungen 522 bis 592 enthaltenden Kreisen zu begrenzen.
Die Schaltungen nach Fig. 5 und 6 haben dieselbe Wirkungsweise, aber die zuletzt gezeigte Ausführungs form ist einfacher auszuführen und bringt niedrigere Anlagekosten mit sich.