Umrichter mit einer Schaltungsanordnung zur Änderung der Betriebsart Unter einem Ventilumformer ist bekanntlich eine elektrische Einrichtung zu verstehen, welche dazu dient, elektrische Energie hinsichtlich der Strom- und Spannungsform, der Effektiv-Werte von Strom und Spannung, der Phasenlage oder Phasenzahl bzw. der Frequenz mit Hilfe von elektrischen Ventilen umzufor men.
Umrichter sind Ventilumformer zwischen zwei Wechselstromsystemen, von denen eines normalerweise ein relativ starres Netz ist, während das andere ein Netz, eine Maschine oder irgend ein passiver Verbrau cher sein kann. Mit Umrichtern wird vornehmlich die Frequenz umgeformt.
Unter der Führung eines Umrichters wird das Er zwingen der Stromübergänge von einem Ventil auf das folgende verstanden. Hierzu sind Wechselspannungen, sog. Führungsspannungen erforderlich, welche gegen über den Wechselströmen voreilen. Ein führendes Wechselstromsystem muss daher in der Lage sein, in duktive Blindleistung an den geführten Umrichter ab zugeben.
Falls die Stromübergänge von einem Ventil auf das nächste derart erfolgen, dass der Strom lückenlos ver läuft, werden sie als Kommutierungen bezeichnet. Die zugehörigen Führungsspannungen nennt man Kommu- tierungs-Spannungen. Eine natürliche Kommutierung liegt dann vor, wenn die Kommutierungsspannungen von einem Netz oder von einer Maschine, nicht hinge gen beispielsweise von einem Schwingkreis stammen.
Umrichter werden bekanntlich in Zwischenkreis umrichter und Direktumrichter eingeteilt. Fig.1 gibt einen Zwischenkreisumrichter, Fig.2 einen Direktum- richter schematisch wieder.
In Fig. 1 sind mit U, V die Klemmen eines primä ren, mit X, Y die Klemmen eines sekundären Wechsel stromsystems bezeichnet. Ein Primärtransformator 1 weist eine äussere Wicklung la und eine innere Wick lung lb auf, ein Sekundärtransformator 2 eine äussere Wicklung 2a sowie eine innere Wicklung 2b. Gehört letztere einer Maschine an, kann die äussere Wicklung 2a entfallen. Dies trifft beispielsweise zu, wenn die Maschine Permanentmagnetpole besitzt. Die inneren Transformatorwicklungen 1b, 2b sind über steuerbare Ventile 3, 4, 5, 6 miteinander verbunden.
Eine Spei cherdrossel 7 ist an Mittelpunktsanzapfungen der bei den inneren Transformatorwicklungen 1b, 2b geschal tet. Die dargestellte Schaltung wird eine beidseitige Mit telpunktschaltung genannt.
Die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Zwi- schenkreisumrichters ht folgende: Nimmt man an, dass die Ventile 3, 5 geöffnet, die Ventile 4, 6 hingegen gesperrt sind, fliesst ein durch vollausgezogene Pfeile gekennzeichneter Strom in den oberen Wicklungshälften der inneren Wicklungen 1b, 2b.
Bei geeigneter Bemessung ist die Speicherdrossel 7 in der Lage, den Strom in praktisch unveränderter Grösse und Richtung aufrechtzuerhalten, selbst wenn infolge einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung letztere in bestimmten Zeitmomenten erste rem entgegengerichtet ist. Eine primäre Kommutierung tritt ein, wenn das Ventil 3 gesperrt, das Ventil 4 ge öffnet wird. Dann fliesst dem gestrichelten Pfeil ent sprechend ein Strom in. der unteren Wicklungshälfte der inneren Wicklung 1b, ohne dass dies im Sekundärkreis eine Stromumkehr zur Folge hätte.
Der Primärtrans formator 1 bildet zusammen mit den steuerbaren Ven tilen 3, 4 einen primären Stromrichter, denn über die Verbindungsleitung zwischen den zusammengeschalte ten Kathoden der Ventile 3, 4 sowie den miteinander verbundenen Anoden der Ventile 5, 6 fliesst ein Gleichstrom. Dieser wird durch den sekundären Strom richter 2b, 5, 6 in einen Wechselstrom umgeformt. Öff net man das Ventil 6 und sperrt das Ventil 5, so liegt eine sekundäre Kommutierung vor, da nunmehr der gestrichelt gezeichnete Strom in der unteren Wick lungshälfte der inneren Wicklung 2b fliesst.
Bei den beschriebenen Vorgängen führt das pri märe Wechselstromnetz den primären Stromrichter. Die Kommutierungen zwischen den Ventilen 3, 4 erfol- gen also mit Hilfe der Primärspannung, unabhängig von der Sekundärspannung. Das sekundäre Wechsel stromsystem ist ein Netz oder eine Maschine. Der sekundäre Stromrichter kann demnach sekundärnetzge- führt oder maschinengeführt betrieben werden. Der Umrichter arbeitet also mit natürlicher Kommutierung. Bei sekundärseitiger Führung durch eine Maschine muss diese die notwendige Kommutierungsblindleistung und Kommutierungsspannung bereitstellen können.
Eine Asynchronmaschine oder eine Maschine mit tiefer Maschinenfrequenz erfüllt jedoch die genannte Voraus setzung nicht. Dann liesse sich zur sekundärseitigen Führung das Primärnetz heranziehen. Dies hätte jedoch schädliche niederfrequente Rückwirkungen auf die Primärseite zur Folge.
Zwischenkreisumrichter ermöglichen zwar prak tisch unbegrenzt hohe Sekundärfrequenzen, sie versa gen aber bei sehr kleinen Sekundärfrequenzen.
Fig.2 zeigt einen Direktumrichter in beidseitiger Mittelpunktschaltung. Gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1. Es lässt sich er kennen, dass die gleichen Elemente Verwendung fin den wie beim Zwischenkreisumrichter. Die steuerbaren Ventile 3, 4, 5, 6 sind allerdings auf andere Art zu sammengeschaltet.
Die Funktion des in Fig. 2 wiedergegebenen Direkt umrichters ist folgende: Der Primärtransformator 1 bildet mit den Ventilen 3, 5 einen ersten und mit den Ventilen 4, 6 einen zwei ten primären Stromrichter. Diese beiden Stromrichter sind bezüglich der inneren Wicklung 2b des Sekundär transformators 2 antiparallel geschaltet. Nimmt man an, dass nur das Ventil 3 geöffnet, alle anderen Ventile aber gesperrt sind, fliesst ein durch vollausgezogene Pfeile gekennzeichneter Strom in den oberen Wick lungshälften der inneren Wicklungen 1b, 2b. Die Spei cherdrossel 7 dient wiederum dazu, Stromrichtung und Stromgrösse auch bei entgegengerichteter Spannung aufrechtzuerhalten.
Eine primäre Kommutierung tritt ein, wenn das Ventil 3 gesperrt, das Ventil 5 geöffnet wird. Dann fliesst dem gestrichelten Pfeil entsprechend ein Strom in der unteren Wicklungshälfte der inneren Wicklung 1b, ohne dass dies eine Stromumkehr in der Wicklung 2b zur Folge hätte. Das abwechselnde Zün den von kathodenseitig direkt miteinander verbunde nen Ventilen bedingt eine primäre Kommutierung. Eine sekundäre Kommutierung ergibt sich, wenn an odenseitig direkt miteinander verbundene Ventile auf einanderfolgend geöffnet werden.
So führt beispiels weise die Ablösung des Ventils 3 durch Ventil 6 zwar zur Stromumkehr in der Wicklung 2b (gestrichelter Pfeil), nicht hingegen in der Wicklung 1b. Werden Ventile, die weder anodenseitig noch kathodenseitig direkt miteinander verbunden sind, nacheinander ge zündet, so liegt eine gemeinsame Kommutierung vor. Folgt beispielsweise auf das Ventil 3 das Ventil 4, so tritt sowohl in der Wicklung 1b als auch in der Wick lung 2b eine Stromumkehr ein.
Der vorbeschriebene Direktumrichter wird wie derum primärseitig netz- oder maschinengeführt betrie ben. Das primäre Wechselstromsystem stellt also die erforderlichen Führungsspannungen und die benötigte Blindleistung bereit. Die primärseitige Führung ist damit gesichert. Sekundärseitig kann der Umrichter maschinengeführt, sekundämetzgeführt oder primär- netzgeführt betrieben werden. Der Umrichter arbeitet also mit natürlicher Kommutierung.
Mit primärnetzgeführten Direktumrichtern ohne Speicherdrossel lassen sich zwar beliebig tiefe Sekun- därfrequenzen beherrschen, die höchste Sekundärfre quenz ist jedoch auf einen Bruchteil der Primärfre quenz begrenzt. Darüber hinaus treten primärseitig starke, schädliche niederfrequente Rückwirkungen auf.
Direktumriehter mit Speicherdrosseln ermöglichen ebenfalls tiefe Sekundärfrequenzen, da im Falle von gemeinsamer Kommutierung die Primär- und die Sekundärwechselspannung zusammen wirken, so dass auch bei sehr kleiner Sekundärspannung die Kommu- tierung noch sicher vor sich geht. Bei höherer Sekun därfrequenz ist aber die Ausnützung der Anlageteile ausserordentlich schlecht.
Es ist also zusammenfassend festzustellen, dass Umrichter mit natürlicher Kommutierung Sekundärfre quenzen beliebiger Höhe, wie sie beispielsweise bei be stimmten umrichtergespeisten Antrieben benötigt wer den, nicht ermöglichen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Mängel des Be kannten zu vermeiden.
Diese Aufgabe lässt sich lösen, wenn erfindungsge- mäss Schaltelemente vorgesehen sind, welche die steuerbaren Ventile und Induktivitäten des Umrichters derart miteinander verbinden, dass in einer ersten Schaltstellung der Schaltelemente der Umrichter als Zwischenkreisumrichter und in einer zweiten Schalt stellung als Direktumrichter geschaltet ist.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass un ter Verwendung praktisch gleicher Starkstromelemente (Transformatoren, Ventilen, Drosseln) bei tiefen Sekundärfrequenzen der in diesem Frequenzbereich be sonders geeignete Direktumrichter, bei hohen Sekun därfrequenzen der wesentlich günstigere Zwischenkreis umrichter zum Einsatz kommen kann.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch wiedergegeben.
Es zeigt: Fig. 1 einen bereits beschriebenen Zwischenkreis umrichter, Fig.2 einen ebenfalls schon erläuterten Direktum- richter, Fig. 3 einen Umrichter in beidseitiger Mittelpunkt schaltung, wobei sich ein Schaltelement in. einer ersten Schaltstellung befindet, Fig. 4 eine Anordnung entsprechend Fig. 3, wobei sich das Schaltelement in einer zweiten Schaltstellung befindet,
Fig.5 einen Umrichter in beidseitiger Brücken schaltung, wobei sich ein Schaltelement in einer ersten Schaltstellung befindet, Fig. 6 eine Anordnung entsprechend Fig. 5, wobei sich das Schaltelement in einer zweiten Schaltstellung befindet, Fig.7 einen Umrichter in beidseitiger Brücken schaltung, wobei die primäre und die sekundäre Puls zahl unterschiedlich sind.
Fig. 3 stellt einen Umrichter in beidseitiger Mittel punktschaltung dar, wobei wiederum gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind wie in den vor hergehenden Figuren. Nunmehr ist ein Schaltelement 8 vorgesehen, das sich in einer ersten Schaltstellung I be findet.
In dieser Schaltstellung sind die anodenseitig an die innere Wicklung 1b des Primärtransformators 1 an- geschlossenen Ventile 3, 4 über die Kontakte 9, 10 des Schaltelementes 8 sowie die Verbindungsleitung 11 kathodenseitig zusammengeschlossen. Die Ventile 5, 6 hingegen, welche kathodenseitig an der inneren Wick lung 2b des Sekundärtransformators 2 liegen, sind an- odenseitig über die Kontakte 12, 13 des Schaltelemen tes 8 und die Verbindungsleitung 14 miteinander ver bunden. Schliesslich besteht über die Leitung 15 eine Verbindung zwischen den zusammengeschlossenen Kathoden der Ventile 3, 4 und den zusammengeschlos senen Anoden der Ventile 5, 6.
Es liegt also ein Zwi- schenkreisumrichter gemäss Fig.1 vor.
Der in Fig. 4 dargestellte Umrichter entspricht hin sichtlich der Einzelelemente demjenigen von Fig.3. Das Schaltelement 8 nimmt jedoch eine zweite Schalt stellung II ein. In dieser Schaltstellung sind die Ventile 3, 5, welche anodenseitig je an einer Klemme der inne ren Wicklung 1b des Primärtransformators 1 liegen, über den Kontakt 9 des Schaltelements 8 sowie eine Leitung 16 kathodenseitig miteinander verbunden. Ebenso werden die Ventile 4, 6, welche gleichfalls an- odenseitig je an einer Klemme der inneren Wicklung 1b des Primärtransformators 1 liegen, über den Kon takt 10 des Schaltelements 8 sowie eine Leitung 17 kathodenseitig verbunden.
Die Elemente 1b, 3, 5 bil den einen ersten primären Stromrichter, die Elemente 1b, 4, 6 einen zweiten primären Stromrichter. Diese beiden Stromrichter sind bezüglich der Sekundärwick lung 2b antiparallel geschaltet. Es liegt also ein Direkt- umrichter gemäss Fig. 2 vor.
Der Neuerungsgedanke ist nicht auf Mittelpunkt schaltungen beschränkt. Er lässt sich beispielsweise auch bei Brückenschaltungen verwirklichen.
Fig.5 bezieht sich auf eine beidseitige Brücken schaltung. Mit U, V sind wiederum die Klemmen eines primären, mit X, Y die Klemmen eines sekundären Wechselstromsystems bezeichnet. Steuerbare Ventile weisen die Bezugsziffern 20-27 auf. Ferner sind Dros seln 28, 29, die vorzugsweise auf einem gemeinsamen Kern angeordnet sind, vorgesehen und Schaltelemente 30 vorhanden. Letztere befinden sich in einer ersten Schaltstellung I.
In dieser Stellung sind die Wechsel stromklemmen der aus den Ventilen 20, 21, 22, 23 be stehenden ersten Stromrichterbrücke mit dem primären Wechselstromsystem, die Wechselstromklemmen der aus den Ventilen 24, 25, 26, 27 aufgebauten zweiten Stromrichterbrücke mit dem sekundären Wechsel stromsystem verbunden. Weil die beiden Stromrichter brücken gleichstromseitig über Drosseln in einen Kreis zusammengeschaltet sind, liegt ein Zwischenkreisum- richter vor.
Der in Fig. 6 dargestellte Umrichter entspricht hin sichtlich der Einzelelemente demjenigen von Fig.5. Das Schaltelement 30 nimmt jedoch eine zweite Schalt stellung II ein. Nunmehr sind sowohl die Wechsel stromklemmen der ersten Stromrichterbrücke 20, 21, 22, 23 als auch der zweiten Stromrichterbrücke 24, 25, 26, 27 mit dem sekundären Wechselstromsystem X, Y verbunden. Das primäre Wechselstromsystem U, V steht mit Mittelanzapfungen der Drosseln 28, 29 in Verbindung.
Die Funktionsweise des in Fig. 6 dargestellten Um richters ist folgende: Es sei ein Stromfluss von U über 28, 24, X, Y, 27, 29 nach V angenommen. Werden die Ventile 24, 27 durch die Ventile 22, 21, abgelöst, so liegt eine pri- märe Kommutierung vor (Stromfluss von V über 29, 22, X, Y, 21, 28 nach U). Würden hingegen die Ven tile 24, 27 durch die Ventile 25, 26 abgelöst, so hätte dies eine sekundäre Kommutierung zur Folge (Strom- fluss von U über 28, 25, Y, X, 26, 29 nach V).
Schliesslich tritt eine gemeinsame Kommutierung auf, wenn auf die Ventile 24, 27 die Ventile 23, 20 folgen (Stromfluss von V über 29, 23, Y, X, 20, 28 nach U). In der Umrichterschaltung gemäss Fig.6 ist kein Gleichstromzwischenkreis vorhanden. Es handelt sich also um einen Direktumrichter.
Die in den Fig.1-6 beschriebenen Schaltungen sind zweipulsig. Unter Pulszahl ist hierbei das Verhält nis zwischen der Frequenz der ersten Harmonischen der gleichgerichteten Spannung und der Netzfrequenz zu verstehen. Der Neuerungsgedanke ist aber auch auf eine bestimmte Pulszahl nicht beschränkt. Er lässt sich ohne weiteres auf höherpulsige Schaltungen anwenden. Es kann dann allerdings vorkommen, dass nicht sämt liche Starkstromelemente in beiden Schaltungsarten (Zwischenkreisumrichter und Direktumrichter) benötigt werden. Ein Beispiel ist in Fig.7 wiedergegeben.
Es handelt sich dort um eine beidseitige, primär zweipul- sige, sekundär sechspulsige Brückenschaltung. Mit U. V sind wieder die Klemmen eines primären, mit X, Y, Z die Klemmen eines sekundären Wechselstromsystems bezeichnet. Die aus den Ventilen 31-36 bestehende Stromrichterbrücke ist zu der aus den Ventilen 37-4.2 aufgebauten Stromrichterbrücke bezüglich der Drosseln 43 und 44 antiparallel geschaltet. Ferner sind Schalt elemente 45 vorgesehen.
In der Schaltstellung I (voll ausgezogene Schalterstellung) liegt ein Zwischenkreis umrichter vor, in der Schaltstellung II (gestrichelt ge zeichnete Schalterstellung) ein Direktumrichter. In der Schaltung als Zwischenkreisumrichter finden die Ven tile 33, 36 keine Verwendung, beim Direktumrichter werden hingegen sämtliche' Ventile benötigt. Die Wir kungsweise der Anordnung gemäss Fig. 7 ist analog zu jener anhand von Fig. 5 und 6 erläuterten Funktion.
EMI0003.0068
<I>Bezeichnungsliste</I>
<tb> 1 <SEP> --- <SEP> Primärtransformator
<tb> la <SEP> = <SEP> äussere <SEP> Wicklung <SEP> des <SEP> Primärtransformators <SEP> 1
<tb> 1b <SEP> = <SEP> innere <SEP> Wicklung <SEP> des <SEP> Primärtransformators <SEP> 1
<tb> 2 <SEP> = <SEP> Sekundärtransformator
<tb> 2a <SEP> = <SEP> äussere <SEP> Wicklung <SEP> des <SEP> Sekundär transformators <SEP> 2
<tb> 2b <SEP> = <SEP> innere <SEP> Wicklung <SEP> des <SEP> Sekundär transformators <SEP> 2
<tb> 3 <SEP> = <SEP> erstes <SEP> steuerbares <SEP> Ventil
<tb> 4 <SEP> = <SEP> zweites <SEP> steuerbares <SEP> Ventil
<tb> 5 <SEP> = <SEP> drittes <SEP> steuerbares <SEP> Ventil
<tb> 6 <SEP> --- <SEP> viertes <SEP> steuerbares <SEP> Ventil
<tb> 7 <SEP> = <SEP> Speicherdrossel
<tb> 8 <SEP> = <SEP> Schaltelement
EMI0004.0001
<B>9, <SEP> 10,
</B> <SEP> 12, <SEP> 13 <SEP> = <SEP> Kontakte <SEP> des <SEP> Schaltelementes <SEP> 8
<tb> 11, <SEP> 14, <SEP> 15, <SEP> 16 <SEP> = <SEP> Verbindungsleitungen <SEP> am <SEP> Schalt element <SEP> 8
<tb> 20, <SEP> 21, <SEP> 22, <SEP> 23 <SEP> = <SEP> erste <SEP> Stromrichterbrücke
<tb> 24, <SEP> 25, <SEP> 26, <SEP> 27 <SEP> = <SEP> zweite <SEP> Stromrichterbrücke
<tb> <B>28,29</B> <SEP> = <SEP> Drosseln
<tb> 30 <SEP> --- <SEP> Schaltelement
<tb> 31 <SEP> <B>...</B> <SEP> 42 <SEP> --- <SEP> steuerbare <SEP> Ventile
<tb> 43,44 <SEP> = <SEP> Drosseln
<tb> 45 <SEP> = <SEP> Schaltelement
<tb> I, <SEP> <B>il</B> <SEP> = <SEP> Stellungen <SEP> der <SEP> Schaltelemente
<tb> U, <SEP> V <SEP> = <SEP> Klemmen <SEP> eines <SEP> primären <SEP> Wechsel stromsystems
<tb> X, <SEP> Y, <SEP> Z <SEP> = <SEP> Klemmen <SEP> eines <SEP> sekundären <SEP> Wechsel stromsystems
Converter with a circuit arrangement for changing the operating mode. As is known, a valve converter is to be understood as an electrical device which is used to transfer electrical energy with regard to the current and voltage form, the effective values of current and voltage, the phase position or number of phases or the frequency Reshaped with the help of electric valves.
Converters are valve converters between two AC systems, one of which is usually a relatively rigid network, while the other can be a network, a machine or any passive consumer. Frequency is primarily converted with converters.
The management of a converter is understood to mean that the current transitions from one valve to the next are forced. This requires alternating voltages, so-called lead voltages, which lead the alternating currents. A leading AC system must therefore be able to deliver reactive reactive power to the controlled converter.
If the current transitions from one valve to the next take place in such a way that the current runs without gaps, they are referred to as commutations. The associated control voltages are called commutation voltages. Natural commutation occurs when the commutation voltages come from a network or from a machine, but not from a resonant circuit, for example.
It is well known that converters are divided into intermediate circuit converters and direct converters. FIG. 1 shows an intermediate circuit converter, FIG. 2 a direct converter.
In Fig. 1 with U, V, the terminals of a primä Ren, with X, Y, the terminals of a secondary alternating current system designated. A primary transformer 1 has an outer winding la and an inner winding lb, a secondary transformer 2 has an outer winding 2a and an inner winding 2b. If the latter belongs to a machine, the outer winding 2a can be omitted. This is the case, for example, if the machine has permanent magnet poles. The inner transformer windings 1b, 2b are connected to one another via controllable valves 3, 4, 5, 6.
A storage cherdrossel 7 is switched to the center taps in the inner transformer windings 1b, 2b. The circuit shown is called a two-sided center point circuit.
The mode of operation of the intermediate circuit converter shown in FIG. 1 is as follows: If one assumes that the valves 3, 5 are open, but the valves 4, 6 are blocked, a current, indicated by solid arrows, flows in the upper winding halves of the inner windings 1b , 2 B.
With a suitable dimensioning, the storage choke 7 is able to maintain the current in practically unchanged size and direction, even if the latter is opposite in the first rem at certain moments of time due to a phase shift between current and voltage. Primary commutation occurs when valve 3 is blocked and valve 4 is opened. A current then flows in accordance with the dashed arrow in. The lower winding half of the inner winding 1b, without this resulting in a current reversal in the secondary circuit.
The primary transformer 1 forms, together with the controllable valves 3, 4, a primary converter, because a direct current flows via the connecting line between the interconnected cathodes of the valves 3, 4 and the interconnected anodes of the valves 5, 6. This is converted into an alternating current by the secondary power converter 2b, 5, 6. If the valve 6 is opened and the valve 5 is blocked, there is a secondary commutation, since the current shown in dashed lines is now flowing in the lower half of the winding of the inner winding 2b.
In the processes described, the primary alternating current network leads the primary converter. The commutations between the valves 3, 4 therefore take place with the aid of the primary voltage, independently of the secondary voltage. The secondary AC system is a grid or a machine. The secondary power converter can therefore be operated with a secondary network or with a machine. The converter thus works with natural commutation. If the machine is routed on the secondary side, it must be able to provide the necessary reactive power and voltage.
However, an asynchronous machine or a machine with a low machine frequency does not meet the requirement mentioned. The primary network could then be used for secondary guidance. However, this would result in harmful low-frequency repercussions on the primary side.
DC link converters allow practically unlimited high secondary frequencies, but they fail at very low secondary frequencies.
Fig. 2 shows a direct converter in a mid-point circuit on both sides. The same parts are provided with the same reference numerals as in FIG. 1. It can be seen that the same elements are used as in the intermediate circuit converter. The controllable valves 3, 4, 5, 6 are, however, connected together in a different way.
The function of the direct converter shown in Fig. 2 is as follows: The primary transformer 1 forms with the valves 3, 5 a first and with the valves 4, 6 a second primary converter. These two converters are connected in antiparallel with respect to the inner winding 2b of the secondary transformer 2. If one assumes that only valve 3 is open, but all other valves are blocked, a current, indicated by solid arrows, flows in the upper halves of the inner windings 1b, 2b. The storage cherdrossel 7 in turn is used to maintain the direction of current and current magnitude even when the voltage is opposite.
Primary commutation occurs when valve 3 is blocked and valve 5 is opened. A current then flows in accordance with the dashed arrow in the lower winding half of the inner winding 1b, without this resulting in a current reversal in the winding 2b. The alternating ignition of valves directly connected to one another on the cathode side requires primary commutation. A secondary commutation results when valves connected directly to one another on the od side are opened one after the other.
For example, the replacement of valve 3 by valve 6 leads to a current reversal in winding 2b (dashed arrow), but not in winding 1b. If valves that are neither directly connected to one another on the anode side nor on the cathode side are ignited one after the other, then there is a common commutation. If, for example, valve 3 is followed by valve 4, a current reversal occurs in both winding 1b and winding 2b.
The direct converter described above is again operated on the primary side with mains or machine control. The primary alternating current system therefore provides the required reference voltages and the required reactive power. The primary-side guidance is thus secured. On the secondary side, the converter can be machine-controlled, secondary grid-controlled or primary grid-controlled. The converter thus works with natural commutation.
With primary line-commutated direct converters without storage choke, secondary frequencies of any depth can be controlled, but the highest secondary frequency is limited to a fraction of the primary frequency. In addition, there are strong, harmful, low-frequency repercussions on the primary side.
Directly wrapped with storage chokes also enable low secondary frequencies, since in the case of common commutation the primary and secondary AC voltages work together, so that the commutation is still safe even with very low secondary voltages. At a higher secondary frequency, however, the utilization of the system parts is extremely poor.
In summary, it can be stated that converters with natural commutation do not allow secondary frequencies of any level, such as those required for certain converter-fed drives, for example.
It is an object of the invention to avoid the shortcomings of the known.
This object can be achieved if according to the invention switching elements are provided which connect the controllable valves and inductances of the converter to one another in such a way that the converter is connected as an intermediate circuit converter in a first switching position of the switching elements and as a direct converter in a second switching position.
The advantages of the invention are that under the use of practically the same high-voltage elements (transformers, valves, chokes) at low secondary frequencies the direct converter that is particularly suitable in this frequency range, and at high secondary frequencies the much cheaper intermediate circuit converter can be used.
In the drawing, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown schematically.
It shows: FIG. 1 an intermediate circuit converter already described, FIG. 2 a direct converter also already explained, FIG. 3 a converter in a mid-point circuit on both sides, with a switching element in a first switching position, FIG. 4 an arrangement corresponding to it Fig. 3, wherein the switching element is in a second switching position,
5 shows a converter in a bridge circuit on both sides, with a switching element in a first switching position, FIG. 6 shows an arrangement corresponding to FIG. 5, with the switching element in a second switching position, FIG. 7 a converter in a bridge circuit on both sides, where the primary and secondary pulse numbers are different.
Fig. 3 shows a converter in two-sided center point circuit, in which case the same parts are again provided with the same reference numerals as in the previous figures. Now a switching element 8 is provided, which is in a first switching position I be.
In this switching position, the valves 3, 4 connected on the anode side to the inner winding 1b of the primary transformer 1 are connected together via the contacts 9, 10 of the switching element 8 and the connecting line 11 on the cathode side. The valves 5, 6, however, which are on the cathode side on the inner winding 2b of the secondary transformer 2, are connected to one another on the anode side via the contacts 12, 13 of the switching element 8 and the connecting line 14. Finally, there is a connection via line 15 between the connected cathodes of valves 3, 4 and the connected anodes of valves 5, 6.
There is therefore an intermediate circuit converter according to FIG.
The converter shown in FIG. 4 corresponds to that of FIG. 3 in terms of the individual elements. However, the switching element 8 assumes a second switching position II. In this switching position, the valves 3, 5, which on the anode side are each connected to a terminal of the inner winding 1b of the primary transformer 1, are connected to each other via the contact 9 of the switching element 8 and a line 16 on the cathode side. Likewise, the valves 4, 6, which are also on the anode side each on a terminal of the inner winding 1b of the primary transformer 1, are connected via the contact 10 of the switching element 8 and a line 17 on the cathode side.
The elements 1b, 3, 5 form a first primary converter, the elements 1b, 4, 6 form a second primary converter. These two converters are connected in anti-parallel with respect to the secondary winding 2b. There is therefore a direct converter according to FIG.
The idea of innovation is not limited to midpoint circuits. It can also be implemented in bridge circuits, for example.
Fig.5 refers to a double-sided bridge circuit. U, V in turn denotes the terminals of a primary, and X, Y the terminals of a secondary alternating current system. Controllable valves have the reference numbers 20-27. Furthermore, throttles 28, 29, which are preferably arranged on a common core, are provided and switching elements 30 are present. The latter are in a first switch position I.
In this position, the alternating current terminals of the first converter bridge existing from the valves 20, 21, 22, 23 are connected to the primary alternating current system, the alternating current terminals of the second converter bridge constructed from the valves 24, 25, 26, 27 are connected to the secondary alternating current system. Because the two converters are bridged on the DC side via chokes in a circuit, an intermediate circuit converter is available.
The converter shown in FIG. 6 corresponds to that of FIG. 5 in terms of the individual elements. However, the switching element 30 assumes a second switching position II. Now both the AC terminals of the first converter bridge 20, 21, 22, 23 and the second converter bridge 24, 25, 26, 27 are connected to the secondary AC system X, Y. The primary alternating current system U, V is connected to center taps of the chokes 28, 29.
The mode of operation of the converter shown in FIG. 6 is as follows: A current flow from U via 28, 24, X, Y, 27, 29 to V is assumed. If the valves 24, 27 are replaced by the valves 22, 21, there is a primary commutation (current flow from V via 29, 22, X, Y, 21, 28 to U). In contrast, if the valves 24, 27 were to be replaced by the valves 25, 26, this would result in secondary commutation (current flow from U via 28, 25, Y, X, 26, 29 to V).
Finally, a common commutation occurs when the valves 24, 27 are followed by the valves 23, 20 (current flow from V via 29, 23, Y, X, 20, 28 to U). There is no DC intermediate circuit in the converter circuit according to FIG. So it is a direct converter.
The circuits described in FIGS. 1-6 are two-pulse. The number of pulses here is to be understood as the ratio between the frequency of the first harmonic of the rectified voltage and the line frequency. The idea of innovation is not limited to a certain number of pulses. It can easily be applied to higher-pulse circuits. However, it can then happen that not all high-voltage elements are required in both types of circuit (intermediate circuit converter and direct converter). An example is shown in Fig.7.
It is a double-sided, primarily two-pulse, secondary six-pulse bridge circuit. U. V again denotes the terminals of a primary, and X, Y, Z the terminals of a secondary alternating current system. The converter bridge consisting of the valves 31-36 is connected anti-parallel to the converter bridge built up from the valves 37-4.2 with respect to the chokes 43 and 44. Furthermore, switching elements 45 are provided.
In switch position I (fully extended switch position) there is an intermediate circuit converter, in switch position II (switch position shown in dashed lines) there is a direct converter. In the circuit as an intermediate circuit converter, the valves 33, 36 are not used, in the direct converter, however, all 'valves are required. The manner in which the arrangement according to FIG. 7 is operated is analogous to the function explained with reference to FIGS. 5 and 6.
EMI0003.0068
<I> Description list </I>
<tb> 1 <SEP> --- <SEP> primary transformer
<tb> la <SEP> = <SEP> outer <SEP> winding <SEP> of the <SEP> primary transformer <SEP> 1
<tb> 1b <SEP> = <SEP> inner <SEP> winding <SEP> of the <SEP> primary transformer <SEP> 1
<tb> 2 <SEP> = <SEP> secondary transformer
<tb> 2a <SEP> = <SEP> outer <SEP> winding <SEP> of the <SEP> secondary transformer <SEP> 2
<tb> 2b <SEP> = <SEP> inner <SEP> winding <SEP> of the <SEP> secondary transformer <SEP> 2
<tb> 3 <SEP> = <SEP> first <SEP> controllable <SEP> valve
<tb> 4 <SEP> = <SEP> second <SEP> controllable <SEP> valve
<tb> 5 <SEP> = <SEP> third <SEP> controllable <SEP> valve
<tb> 6 <SEP> --- <SEP> fourth <SEP> controllable <SEP> valve
<tb> 7 <SEP> = <SEP> storage choke
<tb> 8 <SEP> = <SEP> switching element
EMI0004.0001
<B> 9, <SEP> 10,
</B> <SEP> 12, <SEP> 13 <SEP> = <SEP> Contacts <SEP> of the <SEP> switching element <SEP> 8
<tb> 11, <SEP> 14, <SEP> 15, <SEP> 16 <SEP> = <SEP> connecting lines <SEP> on the <SEP> switching element <SEP> 8
<tb> 20, <SEP> 21, <SEP> 22, <SEP> 23 <SEP> = <SEP> first <SEP> converter bridge
<tb> 24, <SEP> 25, <SEP> 26, <SEP> 27 <SEP> = <SEP> second <SEP> converter bridge
<tb> <B> 28,29 </B> <SEP> = <SEP> throttles
<tb> 30 <SEP> --- <SEP> switching element
<tb> 31 <SEP> <B> ... </B> <SEP> 42 <SEP> --- <SEP> controllable <SEP> valves
<tb> 43,44 <SEP> = <SEP> throttles
<tb> 45 <SEP> = <SEP> switching element
<tb> I, <SEP> <B> il </B> <SEP> = <SEP> Positions <SEP> of the <SEP> switching elements
<tb> U, <SEP> V <SEP> = <SEP> terminals <SEP> of a <SEP> primary <SEP> alternating current system
<tb> X, <SEP> Y, <SEP> Z <SEP> = <SEP> Terminals <SEP> of a <SEP> secondary <SEP> alternating current system