DE1016368B

DE1016368B - Arrangement for the parallel connection of several synchronous-synchronous converters for coupling two networks with a frequency ratio of 1: 3

Info

Publication number: DE1016368B
Application number: DES28137A
Authority: DE
Inventors: Josef Tittel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1952-04-16
Filing date: 1952-04-16
Publication date: 1957-09-26

Description

Anordnung zum Parallelschalten von mehreren Synchron-Synchron-Umformern zur Kopplung zweier im Frequenzverhältnis 1 : 3 stehender Netze Zur Kopplung zweier Netze verschiedener Frequenz, z. B. zur Energielieferung aus einem 50periodigen Drehstromnetz an ein 162/3periodiges Einphasenbahnnetz werden Synchron-Synchron-Umformer verwendet, die aus einem Synchronmotor und einem unmittelbar gekuppelten (z. B. auf derselben Welle sitzenden) Synchrongenerator bestehen. Fig. 1 der Zeichnung veranschaulicht diese Anordnung mit dem 50periodigen Netz U1 und dem 162/speriodigen Netz Ui und den beiden vom 50periodigen Netz gespeisten Motoren M, und MII, mit denen unmittelbar die Generatoren G1 und G2 gekuppelt sind, die auf das 162/"-Perioden-Netz arbeiten. 5 ist die vom 162/3-Perioden-Netz gespeiste Last, also z. B. von der Fahrleitung gespeiste Lokomotiven des Bahnsystems. Wenn die Generatoren vierpolig ausgeführt sind, müssen dementsprechend die Motoren zwölfpolig ausgeführt sein, und die gemeinsame Drehzahl des Umformers beträgt 500 U/min. Derartige Umformer werden von der Motorseite aus angelassen, wobei der Anlauf mit Hilfe einer auf den ausgeprägten Polen der Synchronmotoren eingebauten Dämpferwicklung bewirkt wird. Nach erfolgtem Anlauf gehen die Synchronmotoren, da sie leer laufen, schon im unerregten Zu-,stand in den Synchronismus mit dem speisenden Drehstromnetz. Damit die Motoren mit richtiger Pollage zum Ständerdrehfeld in den Synchronismus gehen, werden die Läufer schon beim Anlauf schwach erregt, z. B. mit 30 bis 50°/o der Leerlauferregung.Arrangement for parallel connection of several synchronous-synchronous converters For coupling two networks with a frequency ratio of 1: 3 For coupling two Networks of different frequencies, e.g. B. to supply energy from a 50-period Three-phase network connected to a 162/3 period single-phase rail network are synchronous-synchronous converters used, which consists of a synchronous motor and a directly coupled (e.g. a synchronous generator sitting on the same shaft. 1 of the drawing illustrates this arrangement with the 50-period network U1 and the 162 / non-periodic network Mains Ui and the two motors M, and MII, fed by the 50-period network to which the generators G1 and G2 are coupled directly to the 162 / "period network work. 5 is the load fed by the 162/3 period network, e.g. B. from the catenary powered locomotives of the railway system. If the generators have four poles accordingly, the motors must have twelve poles, and the common The speed of the converter is 500 rpm. Such converters are from the engine side tempered off, the inrun with the help of a on the pronounced poles of the Synchronous motors built-in damper winding is effected. After the start-up the synchronous motors, since they are idling, go in the unexcited state in synchronism with the feeding three-phase network. So that the engines with correct Pole position to the stator rotating field go into synchronism, the rotors are already weakly excited when starting, e.g. B. with 30 to 50% of the idle excitation.

Sollen nun mehrere derartige Umformer nach ihrem synchronen Anlauf auf der Motorseite auf der Generatorseite parallel geschaltet werden, so ergeben sich zusätzliche Schwierigkeiten, die dadurch bedingt sind, daß die speisende Frequenz auf der :Motorseite ein Vielfaches der auf der Generatorseite abgegebenen Frequenz ist. Im folgenden sind diese Verhältnisse an Hand der Zeichnungen, die die Pollagen und die Spannungsvektoren an einem Umformer 1 und an einem parallel zu schaltenden Umformer 2 veranschaulichen, geschildert. In Fig. 2 der Zeichnung sollen die Buchstaben N und S an der Außenseite des Kreises die Pole des Ständerdrehfeldes auf der Motorseite des Umformers veranschaulichen, die Buchstaben N und S auf der Innenseite des Kreises die Pole am Polrad des Motors und die Ziffern 1 bis 12 die Nummern dieser Erregerpole auf dem Motor. Die Polachsen sind durch die einzelnen radialen Linien veranschaulicht. Die stark ausgezogenen Polachsen beziehen sich dabei auf die Polachsen des mit dem Motor gekuppelten Generators, während die schwach ausgezogenen radialen Linien die Motorpolachsen darstellen.If several converters of this type are to be connected in parallel on the generator side after their synchronous start-up on the motor side, additional difficulties arise due to the fact that the feeding frequency on the motor side is a multiple of the frequency output on the generator side. In the following, these relationships are described on the basis of the drawings, which illustrate the pole positions and the voltage vectors on a converter 1 and on a converter 2 to be connected in parallel. In Fig. 2 of the drawing, the letters N and S on the outside of the circle are intended to illustrate the poles of the stator rotating field on the motor side of the converter, the letters N and S on the inside of the circle the poles on the motor's pole wheel and the numbers 1 to 12 the numbers of these exciter poles on the motor. The polar axes are illustrated by the individual radial lines. The strongly drawn out pole axes relate to the pole axes of the generator coupled to the motor, while the weakly drawn out radial lines represent the motor pole axes.

Man erkennt nun, daß bei dem Anlauf der Motoren der beiden Umformer die Motorpolräder keineswegs immer derart in den Synchronismus hineinlaufen, daß die Polräder der Generatoren (veranschaulicht durch die stark ausgezogenen Polachsen) ebenfalls einander entsprechende Lagen einnehmen, so daß die von den Polrädern erzeugten Generatorspannungen ohne weiteres parallel geschaltet werden können. Während dies bei dem Hochlaufen der beiden Umformer gemäß Fig. 2 der Fall ist, da hier die Polräder sowohl bezüglich des Motors als auch bezüglich des Generators für beide Umformer dieselbe Relativlage einnehmen, ist dies bei dem Hochlaufen der Umformer gemäß Fig. 3 nicht mehr der Fall. Zwar befindet sich hier auf dem Umformer 1 der Motorpol 1 unterhalb des höchsten Ständerpols N, am Umformer 2 ist aber dieser Pol 1 um zwei Motorpolteilungen zurückgeblieben. Dementsprechend stimmen die stark ausgezogenen Generatorpolachsen nicht mehr miteinander überein. Die Generatorpolachse des Umformers 2 eilt gegenüber der des Umformers 1 um 120' nach und die Generatorspannungen können nicht mehr parallel geschaltet werden.It can now be seen that when the motors start up the two converters the motor pole wheels by no means always run into synchronism in such a way that the pole wheels of the generators (illustrated by the strongly extended pole axes) also assume corresponding positions, so that the generated by the pole wheels Generator voltages can easily be switched in parallel. While this is the case when the two converters run up according to FIG. 2, since the pole wheels are here both with regard to the motor and with regard to the generator for both converters assume the same relative position, this is when the converter starts up according to FIG. 3 is no longer the case. Motor pole 1 is located here on converter 1 below the highest stator pole N, but on the converter 2 this pole 1 is two Motor pole pitches left behind. Accordingly, the strongly drawn out vote Generator pole axes no longer coincide with one another. The generator pole axis of the converter 2 lags behind that of converter 1 by 120 'and the generator voltages can can no longer be connected in parallel.

Bei der Anordnung gemäß dem Schema der Fig. 5 sind die Motoren der parallel zu schaltenden Umformer derart in den Synchronismus hineingelaufen, daß der Motorpol 1 des Umformers 2 gegenüber dem des Umformers 1 um die doppelte Polteilung voreilt, so daß die stark ausgezogene Generatorpolachse von 2 ebenfalls um 120° e1. gegenüber dem Umformer 1 voreilt, was wiederum eine Parallelschaltung verhindert.In the arrangement according to the scheme of FIG. 5, the motors are the In parallel converters to be switched run into synchronism in such a way that the motor pole 1 of the converter 2 compared to that of the converter 1 by twice the pole pitch leads, so that the strongly extended generator pole axis of 2 also by 120 ° e1. leads to the converter 1, which in turn prevents a parallel connection.

Zur Verteilung der Wirkbelastung von parallelarbeitenden Synchron-Synchron-Umformern ist es bekannt, entweder die Ständer der Motoren oder der Generatoren verdrehbar auszubilden. Man könnte nun diese Ständerverdrehung auch dazu benutzen, eine Parallelschaltung der gemäß den Fig. 3 und 5 hochgelaufenen Umformer zu ermöglichen, indem man eben entweder die Motorständer der Umformer 2 oder auch deren Generatorständer so weit verdreht, bis die Generatorspannungen in der Phasenlage übereinstimmen. Wie ohne weiteres ersichtlich, müßten dazu die Ständer in beiden Fällen um 60°' mechanisch vor-oder rückgedreht werden. Eine so große Ständerverdrehung ist aus verschiedenen mechanischen und elektrischen Gründen nicht möglich. Eine Ständerverdrehung um 60°, zu der noch eine zusätzliche Verdrehung für die Lasteinstellung kommt, würde einen Zahnkranz am Ständer mit Verstellung über eine Schnecke erfordern. Bei dem im Einphasenbetrieb (162/3 Hertz) herrschenden pulsierenden Drehmoment, das ungünstigstenfalls zwischen Null und dem doppelten Nennmoment schwanken kann, ferner bei vorkommenden Kurzschlüssen mit hohen Stoßmomenten, wäre der starke Verschleiß am Zahneingriff und an der Schnecke nicht mehr zu beherrschen. Bei einem zu großen Drehwinkel müßten ferner die Anschlußkabel zu den Motoren über eine große Länge flexibel geführt werden, was bei Kurzschlüssen zu Beschädigungen der Kabel führen würde. Eine zu große Ständerverdrehung würde schließlich in den Extremlagen die Luftzuführung für die Kühlung zu stark behindern.For distributing the active load of synchronous-synchronous converters working in parallel it is known either the stator of the motors or the Generators train rotatable. You could now also use this stand rotation to to enable a parallel connection of the converters that have run up according to FIGS. 3 and 5, by either the motor stand of the converter 2 or the generator stand Twisted until the generator voltages match in phase position. As can be seen without further ado, the stands would have to be rotated by 60 ° 'in both cases. be rotated mechanically forwards or backwards. Such a large stand rotation is over not possible for various mechanical and electrical reasons. A stand rotation by 60 °, to which there is an additional rotation for the load setting require a ring gear on the stand with adjustment via a worm. In which pulsating torque prevailing in single-phase operation (162/3 Hertz), in the worst case can fluctuate between zero and twice the nominal torque, and also when there are Short circuits with high shock torques would be the heavy wear on the tooth mesh and can no longer be controlled at the snail. If the angle of rotation is too large Furthermore, the connection cables to the motors can be flexibly routed over a large length, which would lead to cable damage in the event of a short circuit. Too much stand rotation In the end, the air supply for cooling would be too strong in extreme situations hinder.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Parallelschalten von mehreren Synchron-Synchron-Umformern zur Kopplung zweier im Frequenzverhältnis 1 :3 stehender Netze (insbesondere zur Speisung eines 162/3periodigen Bahnnetzes aus einem 50periodigen Netz), wobei die mit größerer Polzahl als die zugehörigen Generatoren ausgerüsteten Motoren für den Anlauf bis zum synchronen Lauf des Umformers dienen. Die geschilderten Nachteile, die sich beim Parallelschalten mehrerer Umformer ergeben können, sind dabei jedoch dadurch erfindungsgemäß vermieden, daß bei falscher Phasenlage einer parallel zu schaltenden Generatorspannung die Generatorerregung und die Erregung des zugehörigen Motors umgepolt werden. Durch diese ein- oder mehrmalige Umpolung läßt sich in jedem Fall, also bei zunächst beliebiger Lage des synchron umlaufenden Motorpolrades, erreichen, daß das Generatorpolrad bzw. die Generatorspannungen in der Phasenlage übereinstimmen und parallel geschaltet werden können. Im folgenden sind diese Verhältnisse an Hand der Zeichnungen näher erläutert, wobei sich die Figuren wieder auf die Verhältnisse bei einem 50periodigen und einem 162/3periodigen Netz beziehen.The invention relates to an arrangement for connecting several in parallel Synchronous-synchronous converters for coupling two with a frequency ratio of 1: 3 Networks (especially for feeding a 162/3 period rail network from a 50 period Network), with those equipped with a larger number of poles than the associated generators Motors are used for starting up to synchronous running of the converter. The described Disadvantages that can arise when several converters are connected in parallel are In this way, however, according to the invention avoided that a wrong phase position generator excitation and excitation to be switched in parallel polarity of the associated motor must be reversed. By this one or more times polarity reversal can be in any case, i.e. with any position of the synchronously revolving Motor pole wheel, achieve that the generator pole wheel or the generator voltages in match the phase position and can be connected in parallel. Hereinafter these relationships are explained in more detail with reference to the drawings, with the Figures again on the relationships with a 50-period and a 162/3 period Get the network.

Die neben den Fig. 2 bis 7 gezeichneten Vektordiagramme veranschaulichen einerseits die Phasenlage der Motorspannungen UI oder UII (Umformer 1 und 2), andererseits die Lage der Generatorspannungen Ui bzw. U2. Bei der Anordnung der Fig. 2 sind beide Umformer derart hochgelaufen, daß die Phasenlagen der Generatorspannungen U1 und U2 mit-,einander übereinstimmen, so daß sofort parallel geschaltet werden kann. Bei der Anordnung der Fig. 3 ist jedoch die Phasenlage der Generatorspannung des Umformers 2 U, um 120° zurückgeblieben. Wenn man nun an dem Umformer 2 sowohl die Motorerregung als auch die Generatorerregung umpolt, dann bedeutet dies zunächst sowohl für den Motor als auch für den Generator eine Verdrehung der Phasenlage des Polrades um 180° cl., was in dem Diagramm der Fig. 3 durch die dünn ausgezogenen Vektoren (U,) und (UII) veranschaulicht ist. Da infolge der Umpolung an dem Motorpolrad ein Südpol zu einem Nordpol wird, so schlüpft das Polrad bzw. bleibt um eine Polteilung gegenüber dem Ständerdrehfeld zurück, läuft jedoch dann synchron weiter. In dem Diagramm der Fig.3 kommt also infolge des Schlüpfens der Vektor (UII) wieder in Übereinstimmung mit dem Vektor U,1. 180° e1. auf der Motorseite bedeuten auf der Generatorseite den dritten Teil, also 60° e1., und dementsprechend bleibt der Vektor (U2) beim Schlüpfen nur um 60° zurück, und er kommt ebenfalls in Übereinstimmung mit dem Vektor LTII. An beiden Umformern stimmen also die Spannungsvektoren für den Motor und für den Generator wieder überein, und die Umformer .können auf der Generatorseite parallel geschaltet werden. Fig. 4 veranschaulicht sowohl bezüglich der Polräder als auch bezüglich der Spannungsvektoren die neue Lage. Am Umformer 2 ist zwar der Motorpol 1 um drei Polteilungen zurückgeblieben, jedoch stimmen die Generatorpolachsen - im Gegensatz zu Fig. 3 - sowohl bezüglich der Polarität als auch bezüglich der räumlichen Lage wieder überein. Dementsprechend können auch die GeneratorSpannungen parallel geschaltet werden.The vector diagrams drawn next to FIGS. 2 to 7 illustrate on the one hand the phase position of the motor voltages UI or UII (converters 1 and 2), on the other hand the position of the generator voltages Ui and U2. In the arrangement of FIG. 2, both are Converter run up in such a way that the phase positions of the generator voltages U1 and U2 match with each other, so that they can be switched in parallel immediately. In the arrangement of FIG. 3, however, the phase position of the generator voltage is the Converter 2 U, lagged behind by 120 °. If you now on the converter 2 both the Motor excitation as well as the generator excitation reversed polarity, then this means initially a rotation of the phase position of the for both the motor and the generator Pole wheel by 180 ° cl. What in the diagram of Fig. 3 by the thinly drawn out Vectors (U,) and (UII) is illustrated. As a result of the polarity reversal on the motor pole wheel If a south pole becomes a north pole, the pole wheel slips or remains by one pole pitch back compared to the stator rotating field, but then continues to run synchronously. By doing Diagram of FIG. 3 therefore comes back into the vector (UII) as a result of the hatching Agreement with the vector U, 1. 180 ° e1. on the engine side mean on the Generator side the third part, i.e. 60 ° e1., And accordingly the vector remains (U2) only retracts by 60 ° when hatching, and it also comes into agreement with the vector LTII. The voltage vectors for both converters are correct the engine and the generator match again, and the converters can be used on the Generator side can be connected in parallel. Fig. 4 illustrates both with respect to of the pole wheels as well as the new position with regard to the voltage vectors. On the converter 2 motor pole 1 is three pole pitches, but they are correct Generator pole axes - in contrast to FIG. 3 - both in terms of polarity also agree with regard to the spatial location. Accordingly, the Generator voltages are switched in parallel.

Wie bereits erwähnt, ist bei dem Hochlaufen der beiden Umformer gemäß Fig. 5 der Umformer 2 in eine synchrone Lage hineingelaufen, in der der Pol 1 um zwei Polteilungen gegenüber dem Pol 1 des Urnformers 1 vorauseilt. Gemäß dem Diagramm der Fig. 5 hat dies zur Folge, daß am Umformer 2 die Generatorspannung U2 gegenüber der Generatorspannung U1 des Umformers 1 um 120° vorauseilt. Polt man nunmehr sowohl die Motorerregung als auch die Generatorerregung um, so kommen zunächst die Vektoren der neuen Motorspannung in die Lage (U,1) und der neuen Generatorspannung in die Lage (LT.). Nach dem Hineinschlüpfen des Polrades in die stabile Lage (wobei es eine Relativbewegung entgegen der Drehrichtung ausführt), nimmt gemäß dem Diagramm zu Fig. 6 zwar die Motorspannung UII wieder die vertikale Lage ein; die neue Generatorspannung, die sich dabei ebenfalls entgegen der Umlaufrichtung des Diagramms dreht, bleibt nur um 60° e1. zurück und kommt in die in Fig. 6 stark ausgezogene Lage U2, bei der sie gegenüber dem Vektor der Generatorspannung UI des Umformers 1 um 120° nacheilt. Ein Parallelschalten der Generatorspannungen ist also noch nicht möglich, da dabei sich dieselben Verhältnisse ergeben wie bei der Lage der Polräder gemäß Fig. 3 der Zeichnung. Man kann aber nunmehr durch ein nochmaliges Umpolen der Generator- und der Motorerregung die Generatorspannungen in derselben Weise zur Übereinstimmung in der Phasenlage bringen, wie dies an Hand der Fig. 3 und 4 geschildert und an den schwach ausgezogenen Vektoren im rechten Teil der Fig. 6 bzw. an den Vektoren der Fig. 7 nochmals veranschaulicht ist.As already mentioned, when the two converters run up, Fig. 5, the converter 2 ran into a synchronous position in which the pole 1 to two pole pitches ahead of pole 1 of Urnformer 1. According to the diagram 5, this has the consequence that the generator 2 opposite the generator voltage U2 the generator voltage U1 of the converter 1 leads by 120 °. If you now pole both If the motor excitation as well as the generator excitation fail, the vectors come first the new motor voltage in the position (U, 1) and the new generator voltage in the Location (LT.). After the pole wheel has slipped into the stable position (whereby it executes a relative movement against the direction of rotation), increases according to the diagram 6, the motor voltage UII is back in the vertical position; the new generator voltage, which also rotates against the direction of rotation of the diagram, remains only by 60 ° e1. back and comes into the strongly drawn out position U2 in FIG which it lags behind the vector of the generator voltage UI of the converter 1 by 120 °. A parallel connection of the generator voltages is therefore not yet possible because this is the case the same conditions result as in the position of the pole wheels according to FIG. 3 of the Drawing. But you can now by reversing the polarity of the generator and the motor excitation the generator voltages in the same way to match bring in the phase position, as described with reference to FIGS. 3 and 4 and on the weakly drawn out vectors in the right part of FIG. 6 or on the vectors 7 is illustrated again.

Anstatt bei den Anordnungen der Fig. 5 bis 7 die Motor- und die Generatorerregung am Umformer 2 zweimal umzupolen, hätte man auch am Umformer 1 eine einmalige Umpolung vornehmen können und dadurch eine Parallelschaltung der Generatorspannungen ermöglichen können. Dies ist aber nur im Leerlauf von Umformer l möglich, da die Umpolung immer nur an einer leerlaufenden zuzuschaltenden Maschine erfolgen kann.Instead of the arrangements of FIGS. 5 to 7, the motor and generator excitation To reverse the polarity twice at the converter 2, one would also have a single polarity reversal at the converter 1 can make and thereby enable a parallel connection of the generator voltages can. However, this is only possible when converter 1 is idling, since the polarity reversal always occurs can only be done on an idle machine to be switched on.

Bei den Anordnungen nach den Fig. 2 bis 7 ist angenommen, daß der Umformer 1 zwar auf das 162/,periodige Netz geschaltet ist, jedoch zunächst noch leer läuft, so daß die Parallelschaltung der Umformer bei Leerlauf beider vollzogen wird. Arbeitet jedoch der Umformer 1 bereits mit Vollast auf das Einphasennetz und soll Umformer 2 zugeschaltet werden, dann können zwar nach dem Hochlaufen und Synchronisieren mit dem Drehstromnetz ähnliche Pollagen auf der Generatorseite beider Umformer auftreten, wie sie an Hand der Fig. 2 bis 7 geschildert sind. Es kommt jedoch zu dem eventuellen Phasenverschiebungswinkel der Generatorspannungen, der durch das falsche Hochlaufen des Umformers 2 bedingt ist, noch ein Phasenverschiebungswinkel hinzu, der dadurch verursacht ist, daß Umformer 1 voll belastet ist, Umformer 2 jedoch leer läuft. Dieser Vorbelastungswinkel y kann etwa 65' e1. zwischen den beiden Generatorspannungen betragen. Sind die Polräder in die Lagen gemäß der Fig. 2 hineingelaufen, dann ist nur dieser Vorbelastungswinkel vorhanden. Fig. 8 veranschaulicht die dann auftretenden Vektorverhältnisse an den Motor- und Generatorspannungen. Am Umformer 1 ist der Vektor der Generatorspannung U1 gegenüber dem Vektor der Motorspannung 11I um 65' e1. zurückgeblieben. Am Umformer 2 nehmen infolge des Leerlaufes Motor- und Generatorspannung die vertikale Lage ein. Um die Generatorspannungen parallel schalten zu können, müssen daher am Umformer 2 durch Verdrehen des Motorständers die beiden Vektoren @TII und U2 ebenfalls um den Winkel l zurückgedreht werden, so daß U1 und (U2) zur Übereinstimmung kommen.In the arrangements of FIGS. 2 to 7 it is assumed that the Converter 1 is switched to the 162 /, periodic network, but initially still runs idle, so that the converters are connected in parallel when both are idle will. Is working however, the converter 1 is already at full load on the Single-phase network and if converter 2 is to be switched on, then after the Starting up and synchronizing with the three-phase network, similar pole positions on the generator side Both converters occur, as they are described with reference to FIGS. 2 to 7. It but comes to the possible phase shift angle of the generator voltages, which is caused by the incorrect start-up of the converter 2, another phase shift angle which is caused by the fact that converter 1 is fully loaded, converter 2 but runs empty. This preload angle y can be approximately 65 'e1. between the two Generator voltages. If the pole wheels have run into the positions according to FIG. 2, then only this preload angle is present. Fig. 8 illustrates the then occurring vector relationships at the motor and generator voltages. On the converter 1 is the vector of the generator voltage U1 versus the vector of the motor voltage 11I at 65 'e1. lagged behind. On converter 2, as a result of idling, engine and generator voltage the vertical position. To the generator voltages in parallel to be able to switch, must therefore on the converter 2 by rotating the motor stand the two vectors @TII and U2 are also rotated back by the angle l, so that U1 and (U2) match.

Ist jedoch gemäß Fig. 3 und 4 das Motorpolrad des Umformers 2 beim Hochlaufen um zwei Polteilungen zurückgeblieben, dann kommen (ohne Vornehmen einer Umpolung der Erregung) die Generatorspannungsvektoren in die Lagen gemäß dem Diagramm der Fig.9. Man sieht, daß sich von der durch das falsche Hochlaufen verursachten Phasenverschiebung der Generatorspannungen U1 und U2 von 120' die durch die Vorbelastung des Umformers 1 eintretende Phasenverschiebung von 65' abzieht, so daß für U2 eine Phasenverschiebung von 55' nacheilend gegenüber U1 entsteht. Würde man hier - ebenso wie gemäß Fig. 8 - den Motorständer des Umformers 2 zurückdrehen, so würde sich der Differenzwinkel zwischen den beiden Generatorspannuilgen noch weiter vergrößern. Dies ergibt also den Hinweis, daß die Pollage des Umformers 2 falsch ist und daß man Motor und Generator am Umformer 2 umpolen muß. Nach dem Umpolen ergeben sich dieselben Verhältnisse wie an Hand der Fig. 8 geschildert, und die Phasenübereinstimmung kann durch weiteres Rückdrehen des Motorständers 2 gemäß dem Diagramm Fig. 9b hergestellt werden.However, according to FIGS. 3 and 4, the motor pole wheel of the converter 2 is at Run up two pole pitches, then come (without making a Polarity reversal of the excitation) the generator voltage vectors in the positions according to the diagram of Fig. 9. You can see that they were caused by the wrong run-up Phase shift of the generator voltages U1 and U2 of 120 'caused by the preload of the converter 1 subtracts occurring phase shift of 65 ', so that for U2 a Phase shift of 55 'behind U1 arises. You would here - as well as shown in Fig. 8 - turn back the motor stand of the converter 2, so would increase the difference angle between the two generator voltages even further. This gives the indication that the pole position of the converter 2 is wrong and that you have to reverse the polarity of the motor and generator on converter 2. After reversing the polarity, the result is the same relationships as described with reference to FIG. 8, and the phase correspondence can be produced by further turning back the motor stand 2 in accordance with the diagram in FIG. 9b will.

Ist der Umformer 2 in eine Phasenlage gemäß der Fig.5 hineingelaufen, so ergeben sich die Vektorverhältnisse gemäß Fig.10, wobei der Vektor der Generatorspannung U2 am Umformer 2 gegenüber U1 um einen Winkel voreilt, der durch die Summe von 120' und dem Vorbelastungswinkel (65') bedingt ist. Die Differenzspannung an den Generatoren beträgt fast die doppelte Generatorspannung. Ein Rückdrehen des Motorständers vorn Umformer 2 wird hier die Differenzspannung zwischen den Generatorspannungen verkleinern, jedoch selbst bei vollem Rückdrehwinkel gleich dem Vorbelastungswinkel nur auf einen Wert von v3- - U1. Diese hohe Generatordifferenzspannung gibt also ebenfalls ein Kriterium, daß am Umformer 2 Generator- und Motorerregung umzupolen sind, und zwar im Gegensatz zu dem Kriterium der Fig.9 zweimal, wie an Hand der Fig. 5 bis 7 geschildert. Nach dieser zweimaligen Umpolung gemäß Fig.10 und Fig. 10b wird dann der Motorständer des Umformers 2 um den Vorbelastungswinkel y zurückgedreht (Fig. 10c), so daß die Generatorspannungen infolge Phasenübereinstimmung parallel geschaltet werden können.If the converter 2 has run into a phase position according to FIG. 5, this results in the vector relationships according to FIG. 10, the vector being the generator voltage U2 on converter 2 leads U1 by an angle which is given by the sum of 120 ' and the preload angle (65 '). The differential voltage across the generators is almost twice the generator voltage. A backward rotation of the engine stand in front Converter 2 will reduce the differential voltage between the generator voltages here, however, even with a full reverse rotation angle equal to the preload angle only to one Value of v3- - U1. This high generator differential voltage is also input Criterion that the converter 2 generator and motor excitation are to be reversed, namely in contrast to the criterion in FIG. 9 twice, as described with reference to FIGS. 5 to 7. After this two-fold reversal of polarity according to FIG. 10 and FIG. 10b, the motor stator is then of the converter 2 rotated back by the preload angle y (Fig. 10c), so that the Generator voltages can be switched in parallel as a result of phase matching.

Nach dem Parallelschalten kann dann der Umformer 2 durch Vordrehen des Motorständers in der gewünschten Weise mit zur Lieferung von Leistung an das 162/3-Perioden-Netz herangezogen werden. Mit dem Vordrehen des Motorständers und der dabei erfolgenden Lastübernahme wird auch zweckmäßig selbsttätig die Motor- und Generatorerregung verstärkt.After the parallel connection, the converter 2 can then be rotated in advance of the engine stand in the desired manner for the delivery of power to the 162/3 period network can be used. With the pre-rotation of the motor stand and the resulting load transfer is also expediently automatically the engine and generator excitation amplified.

Die geschilderten Umpolungen der Motor- und der Generatorerregung sowie auch das Rückdrehen des Motorständers des parallel zu schaltenden Umformers können selbsttätig in Abhängigkeit von der Differenzspannung zwischen den entsprechenden Phasen an den beiden parallel zu schaltenden Generatoren vorgenommen werden. Zu diesem Zweck kann für jeden Umformer ein von der Differenzspannung zwischen Netz und der zuzuschaltenden Generatorspannung gespeistes Relais vorgesehen werden, das beim Ansteigen dieser Differenzspannung über einen bestimmten Wert anspricht und eine Umpolung der Motor- und Generatorerregung an dem zuzuschaltenden Umformer bewirkt. Wenn dadurch die Differenzspannung an dem Relais auf einen Betrag zurückgeht, der durch den Vorbelastungswinkel y des Umformers 1 bedingt ist, so kann dadurch von dem Relais ein Stromkreis betätigt werden, der auf den Verstellmotor für den Ständer des Umformers 2 im Sinne einer Verkleinerung dieser Differenzspannung bis auf Null herab einwirkt. Hierauf kann dann ebenfalls selbsttätig die Parallelschaltung der Generatorspannungen vorgenommen werden. Im folgenden sind an Hand des Schaltungsschemas der Fig. 11 diese Vorgänge näher erläutert. Es sind zwei Synchron-Synchron-Umformer mit den Motoren HI und MII vorgesehen, auf deren Wellen die auf ein 162/..-Perioden-Netz arbeitenden Generatoren G1 und G2 sitzen. Für das Anlassen der Umformer werden die Motoren mit Hilfe der Schalter S, und SII an das 50-Perioden-Netz angeschlossen. Nach dem Hochlaufen bis zum Synchronismus wird zunächst der Generator G1 mit Hilfe des Schalters S1 an das 162/"-Perioden-Netz angeschlossen, während der Schalter S2 noch offen ist. Mit den Umformern sind unmittelbar die Erregermaschinen 13 für die Erregung der Motorpolräder und die Erregermaschinen 14 für die Gleichstromerregung der Generatoren gekuppelt. Diese Erregermaschinen werden ihrerseits von den Hilfserregermaschinen 15 für die Motorerregung und 16 für die Generatorerregung erregt. Die Ständer der Motoren 11-7I und MII können mit Hilfe der Verstellmotoren 17 um einen Winkel verdreht werden, der für die Aufteilung der Belastung auf die einzelnen Umformer zwischen Leerlauf und Vollast erforderlich ist. Da einerseits infolge der erfindungsgemäßen Umschaltung von Motor- und Generatorerregung die Ständer nur um einen Winkel verdreht werden müssen, der durch die Belastungsaufteilung bedingt ist, und andererseits dieser Winkel infolge Anbringung der Verdrehung an den mit zwölf Polen ausgerüsteten Motoren maximal nur etwa 20' (mechanisch) beträgt, so kann für die Verdrehung eine Einrichtung gewählt werden, die die Nachteile der eingangs geschilderten Einrichtung mit Zahnkranz und Schnecke vermeidet. Es kann eine kraftschlüssige Führung der Motorständer über eine Spindelverstellung benutzt werden, bei der eine in Lagern geführte verdrehbare Spindel eine Spindelmutter verschiebt, an der ein Verbindungsstück (Stange) aasgelenkt ist, das seinerseits wiederum mit dem über Rollenlager verdrehbaren Motorständer über ein Gelenk kraftschlüssig verbunden ist. Außerdem kann sich die Spindelwelle in Lagern entgegen der Kraft von genau abgestimmten Pufferfedern in Richtung der Spindelachse verschieben. Dadurch können irgendwelche Resonanzerscheinungen, also unberechenbare Schüttelschwingungserscheinungen, die durch das pulsierende Drehmoment an dem Motorständer angeregt werden, vermieden werden.The described polarity reversal of the motor and generator excitation as well as turning back the motor stand of the converter to be connected in parallel can automatically depending on the differential voltage between the corresponding Phases can be carried out on the two generators to be switched in parallel. to For this purpose, one of the differential voltage between the network can be used for each converter and the generator voltage fed relay are provided, the responds when this differential voltage rises above a certain value and causes a polarity reversal of the motor and generator excitation at the converter to be switched on. If this reduces the differential voltage across the relay to an amount that is caused by the preload angle y of the converter 1, this can result from the relay actuates a circuit that acts on the actuator for the stator of the converter 2 in the sense of reducing this differential voltage down to zero acts down. The parallel connection of the Generator voltages are made. The following are based on the circuit diagram 11 explains these processes in more detail. There are two synchronous-synchronous converters provided with the motors HI and MII, on whose shafts a 162 /..- period network working generators G1 and G2 sit. For starting the converter, the Motors connected to the 50-period network using switches S, and SII. After starting up to synchronism, the generator G1 is first activated with the aid of switch S1 is connected to the 162 / "period network, while switch S2 is still open. With the converters are the excitation machines 13 for the excitation of the motor pole wheels and the excitation machines 14 for the direct current excitation of the generators coupled. These excitation machines are in turn controlled by the auxiliary excitation machines 15 for motor excitation and 16 for generator excitation. The stand of the Motors 11-7I and MII can be rotated by an angle with the aid of the adjusting motors 17 that is responsible for the distribution of the load on the individual converters between Idle and full load is required. Since on the one hand as a result of the invention Switching between motor and generator excitation, the stator is only rotated by an angle which is conditioned by the burden sharing, and on the other hand this angle due to the application of the twist to the equipped with twelve poles Motors is a maximum of only about 20 '(mechanical), a Device can be chosen that has the disadvantages of the device described above with gear rim and worm avoids. It can be a force-fit guidance of the motor stand can be used via a spindle adjustment, in which a guided in bearings twistable Spindle moves a spindle nut on which a connecting piece (rod) is articulated is, in turn, with the motor stand that can be rotated via roller bearings is positively connected via a joint. In addition, the spindle shaft in bearings against the force of precisely matched buffer springs in the direction of the Shift the spindle axis. This can cause any resonance phenomena, so unpredictable shaking vibration phenomena caused by the pulsating torque are excited at the motor stand, should be avoided.

Zur selbsttätigen Steuerung der Motor- und Generatorerregungen und der Verstellmotoren 17 sind nun an beiden Umformern Relais R1 und R2 vorgesehen, die einerseits an die Klemmenspannung des zugehörigen Generators, andererseits (also hinter dem Schalter.S) an die Sammelschienenspannung angeschlossen sind, so daß also R2 bei offenem Schalter S2 von der Differenzspannung zwischen den beiden Generatoren gespeist wird. Wenn nun die speisende Spannung an dem Relais R, erheblich über den Wert der Generatornennspannung Ui ansteigt, bringt das Relais die Umschalter 18 und 19 zum Ansprechen. Diese Umschalter polen die den Erregerwicklungen der Generator- und Motorerregermaschinen 13 und 14 von den Hilfserregermaschinen 15 und 16 zugeführte Erregerspannung um, wodurch auch die Erregerfelder am Generator G2 und am Motor MI, umgepolt werden. In den Erregerstromkreisen der Erregermaschinen 13 und 14 sind noch Regler SRI, bzw. SRI und SR2 bzw. SR, eingeschaltet, die ihrerseits von der dem Motor zugeführten bzw. von dem Generator abgegebenen Spannung gesteuert werden und die einerseits die Generatorspannung auf die gewünschte Höhe einregulieren, andererseits den Leistungsfaktor der Motoren durch Änderung der Erregung auf die gewünschten Werte bringen.For the automatic control of the motor and generator excitations and the adjusting motors 17, relays R1 and R2 are now provided on both converters, which are connected on the one hand to the terminal voltage of the associated generator, on the other hand (i.e. behind the switch S) to the busbar voltage, so that R2 is fed by the differential voltage between the two generators when the switch S2 is open. If the supply voltage at the relay R rises significantly above the value of the generator nominal voltage Ui, the relay causes the changeover switches 18 and 19 to respond. These changeover switches reverse the polarity of the excitation voltage supplied to the excitation windings of the generator and motor excitation machines 13 and 14 from the auxiliary excitation machines 15 and 16, which also reverses the polarity of the excitation fields on the generator G2 and on the motor MI. In the excitation circuits of the excitation machines 13 and 14, regulators SRI, or SRI and SR2 or SR, are switched on, which in turn are controlled by the voltage supplied to the motor or output by the generator and which on the one hand regulate the generator voltage to the desired level , on the other hand, bring the power factor of the motors to the desired values by changing the excitation.

Die Anordnung arbeitet nun folgendermaßen: Es ist angenommen, daß der Umformer 1 bereits auf das 162/2-Perioden-2"Tetz arbeitet und daß der Umformer 2 parallel geschaltet werden soll. Hat sich nach dem Anlaufen der Motor des Umformers 2 in einer Pollage gefangen, bei der entsprechend Fig.2 zwischen den Generatorspannungen nur der Vorbelastungswinkel @r vorhanden ist, dann tritt an dem Relais R, nur eine diesem Vorbelastungswinkel entsprechende geringe Differenzspannung auf, die an den Verstellmotor 17 des Motors llI,I ein Kommando zum Rückdrehen des Ständers gibt, bis die Differenzspannung auf Null zurückgegangen ist. Der Schalter S2 kann dann ebenfalls selbsttätig geschlossen werden, und der Umformer ist für die Übernahme von Last bereit, was durch Verdrehen des Motorständers MI, bewirkt wird. Ein Entgegenarbeiten des Relais R2 kann nicht eintreten, da infolge geschlossenen Schalters S2 eine speisende Differenzspannung nicht vorhanden ist. Ist das Polrad des Umformermotors 2 beim Hochlaufen um zwei Polteilungen zurückgeblieben (entsprechend dem Diagramm der Fig. 9 und der Fig. 3), dann ist die am Relais R2 auftretende Differenzspannung infolge des geringen insgesamten Phasenverschiebungswinkels nicht größer als die Nennspannung U1 bzw. U2. Das Relais R2 spricht infolgedessen nicht auf Umschaltung an. Es wird vielmehr von einer Spannung gesteuert, bei der es den Verstellmotor am Motor MI, zu einem Rückdrehen des Ständers veranlaßt. Dadurch vergrößert sich aber - wie geschildert - die am Relais R2 auftretende Differenzspannung bis auf einen Betrag erheblich über Ui, so daß das Relais nunmehr eine Umschaltung der Erregung von Generator und Motor über die Umschalter 18 und 19 herbeiführt. Nach dieser Umschaltung ist die Polradlage gemäß Fig.2 der Zeichnung hergestellt und die durch das Rückdrehen des ;Motorständers reduzierte Differenzspannung ist nur durch den Vorbelastungswinkel J veranlaßt, so daß das Relais R2 nunmehr an den Verstellmotor 17 ein Kommando zur vollständigen Beseitigung der Differenzspannung gibt. Haben sich hingegen Motor und Generator beim Hochlaufen in einer Polradlage synchronisiert, die dem Diagramm der Fig. 10 bis 10c bzw. der Fig. 5 entspricht, dann tritt - wie bereits geschildert - an dem Relais R2 eine Differenzspannung auf, die etwa der doppelten Klemmenspannung Ui entspricht und die das Relais zur Betätigung der Umschalter 18 und 19 veranlaßt. Es stellt sich dann zunächst der eben geschilderte Fall ein, der durch nochmaliges Umschalten in den Fall des richtigen Hochlaufens gemäß Fig. 2 umgewandelt wird, wobei anschließend auch die durch die Vorbelastung gegebene Differenzspannung durch Ständerverdrehung beseitigt wird.The arrangement now works as follows: It is assumed that the converter 1 is already working on the 162/2-period 2 "Tetz and that the converter 2 should be connected in parallel. After starting up, the converter motor stopped 2 caught in a pole position in which, according to FIG. 2, between the generator voltages only the preload angle @r is present, then occurs at the relay R, only one this preload angle corresponding small differential voltage that is applied to the Adjusting motor 17 of the motor llI, I gives a command to rotate the stator back, until the differential voltage has decreased to zero. The switch S2 can then can also be closed automatically, and the converter is ready for takeover from load ready, which is caused by rotating the motor stand MI. A counter-work of relay R2 cannot occur because switch S2 is closed as a feeding Differential voltage is not available. Is the pole wheel of the converter motor 2 at Acceleration by two pole pitches remained behind (according to the diagram in Fig. 9 and Fig. 3), then the differential voltage occurring at relay R2 is due to the small overall phase shift angle is not greater than the nominal voltage U1 or U2. As a result, relay R2 does not respond to switchover. It will rather it is controlled by a voltage at which the adjusting motor at the motor MI, caused a reverse rotation of the stand. However, this increases - as described - the differential voltage occurring at relay R2 is considerable except for an amount via Ui, so that the relay is now switching the excitation of the generator and Motor via the switch 18 and 19 brings about. After this switchover, the Pole wheel position produced according to Figure 2 of the drawing and by turning back the ; Motor stator's reduced differential voltage is only due to the preload angle J causes so that the relay R2 now to the adjusting motor 17 a command complete elimination of the differential voltage there. Have, however, engine and generator synchronized when starting up in a pole wheel position that corresponds to the diagram 10 to 10c or FIG. 5, then occurs - as already described - A differential voltage at relay R2 which is approximately twice the terminal voltage Ui corresponds and which causes the relay to actuate the changeover switches 18 and 19. The case just described then arises first, which is caused by repeated Switching is converted into the case of correct startup according to FIG. 2, whereupon the differential voltage given by the preload also passes through Stand rotation is eliminated.

Es erweist sich als vorteilhaft, sowohl für die Generatoren als auch für die Motoren Hilfserregermaschinen vorzusehen, die ihrerseits die Haupterregermaschinen erregen. Man kommt dann mit erheblich kleineren Umschaltern 18 und 19 aus infolge der entsprechenden Verringerung der umzuschaltenden Stromstärken. Auch soll man den Erregerkreis sowohl der Generatoren als auch der Motoren möglichst nicht unterbrechen, da bei der hohen Induktivität der Pole die Erregerwicklung durch Überspannung gefährdet würde. Außerdem wird die Umpolung stabiler.It turns out to be beneficial for the generators as well Provide auxiliary excitation machines for the motors, which in turn are the main excitation machines irritate. You can then get by with considerably smaller switches 18 and 19 as a result the corresponding reduction in the currents to be switched. One should too If possible, do not interrupt the excitation circuit of both the generators and the motors, because with the high inductance of the poles, the field winding is endangered by overvoltage would. In addition, the polarity reversal becomes more stable.

Anstatt für die Speisung der Erregerstromkreise der Generatoren und Motoren Erregermaschinen bzw. Hilfserregermaschinen vorzusehen, könnte man auch die umzupolenden Erregerstromkreise (z. B. aus dem 50periodigen Netz) über Gleichrichter (insbesondere Trockengleichrichter) speisen, oder man könnte Hilfsbatterien für die Speisung dieser Erregerstromkreise vorsehen.Instead of supplying the excitation circuits of the generators and One could also provide motors for excitation machines or auxiliary excitation machines the excitation circuits to be polarized (e.g. from the 50-period network) via rectifiers (especially dry rectifiers) feed, or you could use auxiliary batteries for provide for the supply of these excitation circuits.

Claims

PATENT CLAIMS '1. Arrangement for parallel connection of several synchronous-synchronous converters for coupling two networks with a frequency ratio of 1: 3 (especially for Supply of a 162 / gperiodigen single-phase railway network from a 50periodigen three-phase network), where the motors equipped with a larger number of poles than the associated generators serve for starting up to synchronous running of the converter, characterized in that that in the case of an incorrect phase position of a generator voltage to be switched in parallel, the The polarity of the generator excitation and the excitation of the associated motor has been reversed.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that for the distribution of the effective load the converters working in parallel, the stator of the generators or motors (in particular the stator of the higher-pole motors) can be rotated.

3. Arrangement according to claim 2, characterized by a non-positive guidance of the rotatable motor stand z. B. by means of a spindle adjustment in which the spindle nut has a connecting joint engages positively on the rotatable housing.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the polarity reversal of the motor and the generator excitation expediently automatically depending on the differential voltage between the one to be switched on Generator and the grid.

5. Arrangement according to claim 1 or 4, characterized in that that with repeated incorrect phase position of the generator voltage the motor and the The polarity of the generator excitation must be reversed a second time.

6. Arrangement according to the claims 1, 4 or 5, characterized in that after the start of the to a loaded Converter to be switched in parallel at first, and if necessary, the Motor and generator excitation are reversed once or twice and then the Motor stand is rotated until the differential voltage between the loaded and the converter to be connected becomes zero, whereupon the parallel connection is carried out will.

7. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized by one of the differential voltage relay fed between the mains and the generator voltage to be switched on, which is activated during Rise in this differential voltage over the nominal voltage of the generators responds and polarity reversal of the motor and generator excitation at the converter to be switched on causes. B.

Arrangement according to Claim 7, characterized in that one of the differential voltage powered relay at a differential voltage that is greater than zero, but less than the nominal voltage of the network, actuates a circuit that is controlled by a variable displacement motor the motor stand in the sense of reducing this differential voltage to zero twisted down.

9. Arrangement according to claims 1 to 8, characterized in that that the polarity reversal of the generator and motor excitation in the excitation circuit of the excitation machines for generator and engine going on.

10. Arrangement according to claim 9, characterized in that that provided auxiliary excitation machines for supplying the excitation circuits to be reversed are.

11. Arrangement according to claims 1 to 7, characterized in that for the supply of the excitation circuits to be polarized (e.g. from the 50-period network fed) dry rectifiers are provided.

12. Arrangement according to the claims 1 to 7, characterized in that for the supply of the polarity reversing excitation circuits Auxiliary batteries are provided. Considered publications German patents No. 596 121, 636 026, 653 991, 677 145, 700 634, 724 887.