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Anordnung zur Speisung einer elektrischen Anlage über mehrere Stromrichter
Die Aufgabe, bei zusammenarbeitenden Aggregaten eine gleichmäßige Leistungsverteilung
zu erzielen, tritt in verschiedenen Anwendungsgebieten auf und hat bereits
verschiedene Lösungen gefunden. So ist beispielsweise eine Anordnung bekanntgeworden,
bei der mehrere einzeln angetriebene Wechselstromgeneratoren auf eine gemeinsame
Sammelschiene arbeiten, wobei der Ausgang jedes Generators durch einen eigenen Wechselstromwandler
mit zwei Sekundärwicklungen überwacht wird, die in solcher Weise auf ein gemeinsames
wattmetrisches Relais arbeiten, daß bei Abweichungen des Belastungsstromes eines
Generators vom Durchschnittswert seine Antriebsmaschine in entgegengesetztem Sinne
geregelt wird.
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Bei einer ähnlichen Anlage sind an Stelle von Stromwandlern mit je
zwei Sekundärwicklungen jedem Generator zwei getrennte Wechselstromwandler
zugeordnet, wobei zur Regelung der einzelnen Antriebsturbinen zweiphasige Motoren
vorgesehen sind, von denen die eine Phasenwicklung von der Spannung des zugehörigen
Generators, die andere aus den parallel geschalteten Sekundärwicklungen eines eigenen
Stromwandlers und den eines benachbarten Generators gespeist werden. Die Aufgabe,
eine gleichmäßige Verteilung von parallel arbeitenden Einrichtungen zu gewährleisten,
besteht auch bei Anlagen, die Stromrichter enthalten. So wurde beispielsweise bei
einer Anlage, bei der gleichartige Gleichstromverbraucher mit in bestimmtem Verhältnis
zuein-ander stehenden Gleichspannungen aus einem Wechselstromnetz über gittergesteuerte
Gleichrichter gespeist werden, die stromabhängige Steuerung der einzelnen Gleichrichter
zur Aufrechterhaltung dieses Verhältnisses derart ausgeführt, daß sie von der Summe
der Ströme mehrerer Gleichrichter gemeinsam abhängig ist. Hierzu wird in der Zuführungsleitung
vom Netz ein Stromwandler sowie in jedem Teilkreis noch ein weiterer Wechselstromwandler
vorgesehen, wobei mit Hilfe von Zwischenwandlern eine Summenbildung auf der Gleichstromseite
der Wandler vorgenommen wird und in Abhängigkeit von diesen Werten eine Änderung
der Aussteuerung der einzelnen Gleichrichter vorgenommen wird. Hierbei wird gegebenenfalls
auch noch eine zusätzliche Beeinflussung in Abhängigkeit vom Gesamtstrom aller angeschlossenen
Verbraucher vorgesehen, um auch bei durch solche außenliegende Verbraucher bedingten
Spannungsänderungen die gewünschten Verhältnisse aufrechtzuerhalten.
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Die Erfindung hat eine andere Lösung einer solchen Aufgabe zum Gegenstand,
und zwar bei Anlagen mit mehreren Stromrichtern, die entweder parallel gemeinsam
das gleiche Sammelschienensystem speisen oder von denen jeder je eine elektrische
Maschine bzw. einen Gleichstrommaschinenanker speist, die einem gemeinsamen Antrieb
angehören, also gemeinsam ein resultierendes Drehmoment auf irgendeine anzutreibende
Maschine ausüben. Diese Motoren können dabei an verschiedenen Stellen der zu treibenden
Maschine angreifen, wobei sie über Teile. derselben gekuppelt sind. Es können jedoch
auch zwei Elektromotoren unmittelbar miteinander gekuppelt sein und über eine gemeinsame
oder je eine Kupplung auf die anzutreibende Einrichtung arbeiten. Schließlich können
mehrere Gleichstromanker unmittelbar auf der gleichen Welle einer elektrischen Maschine
nach Art der sogenannten Doppelankermotoren angeordnet sein.
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Für eine solche Anlage erscheint es wichtig, daß die Belastung auf
die verschiedenen Stromrichter möglichst gleichmäßig verteilt wird. Vielfach ist
es außerdem wichtig, daß die gesamte Belastung der Stromrichter eine obere Grenze
nicht überschreiten kann.
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Nach der Erfindung kann eine Anordnung zur Speisung einer elektrischen
Anlage über mehrere steuerbare Stromrichter, welche entweder gemeinsam eine Sammelschiene
speisen oder von denen jeder für sich einen Teil eines aus mehreren Motoren bestehenden
elektrischen Antriebes speist, unter Verwendung von Transduktoren für die Steuerung
der Stromrichter, dadurch verbessert werden, daß in deren Speiseleitung jeweils
ein Gleichstromwandler für die Lieferung je einer elektrischen Meßgröße vorgesehen
ist und daß abhängig von der Differenz dieser Meßwerte Transduktoren gesteuert werden,
die den
Phasenbrücken in den Steuerkreisen der verschiedenen Stromrichter
vorgeschaltet sind, um die Stromrichter bei Abweichungen der von ihnen gelieferten
anteiligen Last in entsprechendem entgegengesetztem Sinne auszuregeln.
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Als Gleichstromwandler kann ein solcher mit einem Aufbau mit sogenannten
Ventildrosseln verwendet werden, wobei mit der einzelnen Wechselstromwicklung ein
Gleichrichter in Reihe geschaltet ist, um auf diese Weise eine Selbsterregung des
magnetischen Kreises zu erreichen. Die an den Gleichstromwandlern gewonnenen Spannungswerte
werden miteinander verglichen, indem der Differenzwert gebildet wird. Dieser Differenzwert
wird dann benutzt für die Lieferung eines Steuerstromes für die Steuerwicklungen
der Regeldrossel, welche der Phasenbrücke des einzelnen Stromrichters vorgeschaltet
ist, die durch ihre Grundeinstellung für den Grundwinkel zwischen der Anodenspannung
und der Zündeinsatzspannung bestimmend ist. Die Regelwirkung durch den Steuerstrom
ist dann derart, daß für das zu stark belastete Gefäß eine Herunterregelung der
Steuerung erfolgt, während gleichzeitig für das geringer belastete Gefäß die Teilaussteuerung
entsprechend hinaufgeregelt wird, bis bei gleicher Belastung der beiden Stromrichter
die gleichen Spannungsabfälle an den Ausgangswiderständen der Gleichstromwandler,
die den verschiedenen Stromrichtersystemen für die verschiedenen Gleichstromanker
zugeordnet sind, entstehen und somit die Ausgleichssteuerwirkung an den den Phasenbrücken
vorgeschalteten Regeldrosseln Null wird. Der einzelne Gleichstromwandler kann dabei
gegebenenfalls noch mit einer besonderen Steuerwicklung versehen sein, die unmittelbar
von dem Steuerstrom durchflossen wird, der für die Steuerung der vor den Phasenbrücken
liegenden Regeldrosseln benutzt wird, so daß durch diese zusätzliche Steuerwicklung
eine entsprechende Unterstützung der Regelwirkung nach Art einer Rückkopplung erreicht
wird.
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Für die Erzielung einer Strombegrenzung an einer solchen Anordnung
kann aus den Meßwerten der Ströme der Gleichstromwandler der Stromrichtersysteme
für die verschiedenen Gleichstromanker ein Summenwert gebildet werden, der für die
Lieferung einer entsprechenden Istspannung ausgenutzt wird. Diese Istspannung wird
mit einer Sollspannung verglichen und die Differenz der beiden Spannungen für die
Steuerung einer Regeldrosselung ausgenutzt, die einen Steuergleichstrom für die
Regeldrosseln liefert, die den Phasenbrücken der Steuergittersysteme der Stromrichter
vorgeschaltet sind. Diese Steuerwicklungen an den Regeldrosseln müssen derart gespeist
werden, daß sie nicht wie für die Herbeiführung einer gleichmäßigen Belastung der
verschiedenen Stromrichtersysteme eine gegensätzliche Aussteuerung der Stromrichtergefäße
herbeiführen, sondern sie müssen gleichsinnig wirken, denn der angestrebte Effekt
ist, die Gesamtbelastung der Gefäße beider Stromrichtersysteme einen bestimmten
oberen Grenzwert nicht überschreiten zu lassen.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand einer beispielsweisen
solchen Anordnung, in welcher mehrere Gleichstromanker eines gemeinsamen Antriebes
über je einen Stromrichter gespeist werden, wird auf die Anordnungen nach den Figuren
der Zeichnung Bezug genommen.
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Die Fig. 1 veranschaulicht grundsätzlich ein solches System, auf welches
sich die Erfindung bezieht. 1 bezeichnet die Speiseleitung eines ein- oder
mehrphasigen Wechselstromnetzes. An diesem liegt ein Transformator 2. Dieser weist
eine Primärwicklung 2 a und zwei Sekundärwicklungen 2 b und
2 c auf. Von der einen Wicklung wird die Stromrichtergefäßgruppe 3, von der
anderen die Stromrichtergefäßgruppe 4 gespeist. 3 a und 3 b bzw. 4 a und 4 6 bezeichnen
Drosseln in der Anodenleitung der Gefäße, 3 c und 4 c Drosseln in der Kathodenleitung.
Mit 5 ist ein Ankerumschaltersystem bezeichnet, 6 und 7 sind die beiden Gleichstromanker
eines Doppelankermotors an der Welle B. Mittels des Ankerumschalters können die
Anschlüsse der Gleichstromanker an die Stromrichtersysteme, die nur einphasig angedeutet
sind, entsprechend vertauscht werden bei gleichzeitiger Umschaltung der Steuerung
der Gefäßgruppen 3 und 4 von Gleichrichterbetrieb auf Wechselrichterbetrieb oder
umgekehrt und auch die Drehrichtung des Antriebes umgekehrt werden.
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In Fig. 2 ist das grundsätzliche Schema nach Fig. 1 ergänzt hinsichtlich
der Einrichtungen, die nach der Erfindung in Verbindung mit der Steuerung der Gefäße
benutzt werden. 3 und 4 bezeichnen wieder die Gefäße bzw. Gefäßgruppen der
Stromrichter, die mit beliebiger Phasenzahl betrieben werden können. Die Teile 9
bzw. 10 bezeichnen die Einrichtungen zur Gittersteuerung, die Teile 11 bzw. 12 die
Phasenbrücken vor der Gittersteueresnrichtung der Gefäße und die Teile 13 bzw.
14 gleichstromvormagnetisierte Regeldrosseln, welche erfindungsgemäß den
Phasenbrücken vorgeschaltet sind für die Herbeiführung einer gleichmäßigen Belastung
der Stromrichtergefäße und der Antriebsmotoren, welche von den beiden Gefäßgruppen
im Sinne der Gleichstromanker 6 bzw. 7
nach Fig. 1 gespeist werden.
In dem Zuge jedes der Stromrichtersysteme ist ein Gleichstromwandler 15 bzw. 16
vorgesehen. Diese arbeiten über je ein Leitungssystem 17 und 18 auf eine Einrichtung
für die Ausgleichsregelung, welche die Regeldrosseln 13 und 14 entsprechend
gegensinnig beeinflußt. Gleichzeitig wird von den beiden Gleichstromwandlern ein
entsprechender Meßwert an eine Einrichtung zur Strombegrenzung 19 geliefert, die
ihrerseits wieder. auf die Regeldrosseln 13 bzw. 14 einwirkt für die entsprechende
Herabregelung der Spannungen der Gefäße bzw. Gefäßsysteme 3 bzw. 4, falls eine zulässige
obere Grenze des Belastungsstromes überschritten wird. Mit 20 sind die Schalthebelsysteme
bezeichnet, welche gleichzeitig mit der Ankerumschaltung betätigt werden, um die
Steuereinrichtung entsprechend umzuschalten von einem Betrieb der Stromrichtergefäße
3 und 4 in der Gleichrichterschaltung auf eine solche für den Betrieb der Gefäße
in Wechselrichterschaltung. Den Schalthebeln 20, welche wechselweise je nach
der Betriebsart der Gefäße 3 und 4 in Funktion treten, sind Stufenregelwiderstände
21 bzw. 22 vorgeschaltet, welche über das Gestänge 23 mittels des Steuerhebels 24
verstellt werden. Der Steuerwert über die Widerstände 21 und 22 wird von einer Spannungsquelle
an die Leitungen 25 mittels der Leitung 26 geliefert, wobei schematisch vereinfacht
nur ein Leitungszug angedeutet ist.
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Die in Fig. 2 schematisch dargestellte Anordnung ist in Fig. 3 hinsichtlich
des Aufbaus der wichtigen Elemente ausführlicher dargestellt. 3 und 4 bezeichnen
wieder die Stromrichtergefäße, 9/11 und 10/12
die Gittersteuerung und die
Phasenbrücke für das einzelne Stromrichtersystem, 13 bzw. 14 die Regeldrosseln
vor
den Phasenbrücken und 15 bzw. 16 die Gleichstromwandler im Zuge der Speiseleitungen
von den Stromrichtern zu dem einzelnen Gleichstrommaschinenanker. Jede der einzelnen
Drosseln 13
bzw. 14 weist für jede Phase Ventildrosseln 13a bis 13c
bzw. 14a bis 14c für die drei Phasen auf, deren Wechselstromspeisung über das Leitungssystem
26 und dem Drehtransformator 27 erfolgt. Die Steuerwicklungen
13a' bis 13c' und 14a' bis 14c' werden gespeist über
die Leitungen 28 und 29. Der Wicktungssinn der Steuerwicklungen an der Drossel
13 und derjenige der Steuerwicklungen an der Drossel 14 sind derart
gewählt, daß die Induktivität der einen Drossel heraufgeregelt wird und gleichzeitig
die Induktivität der anderen heruntergeregelt wird, so daß sich jeweils eine entgegengesetzte
Steuerwirkung auf die Einrichtung 9..!11 und die Einrichtung 10/12 der Stromrichtergefäße
3 bzw. 4 ergibt. Der einzelne Gleichstromwandler 15 bzw. 16 benutzt die Leitungen
30 bzw. 31 als Gleichstromschiene. 15 a und 15 b
bezeichnen die Arbeitswicklungen der beiden Teildrosseln des Gleichstromwandlers,
die über den Transformator 32 und den Vorwiderstand 33, der auch für einen Abgleich
benutzt werden kann, mit Wechselspannung beschickt werden. 15c bis
15f bezeichnen die Ventile an der Gleichstromwandleranordnung,
15i den Belastungswiderstand an seinem Ausgang, an welchem ein dem Strom
durch die Leitung 30 entsprechender Spannungswert entsteht. 15g und 15h bezeichnen
eine zusätzliche Steuerwicklung an dem Gleichstromwandler für eine Rückkopplungswirkung.
An dem Gleichstromwandlersystem 16 sind die entsprechenden Teile mit dem gleichen
Kennzeichen an der Zahl 16 bezeichnet, während in diesem Fall der Vorwiderstand
für die Speisung mit der Hilfswechselspannung vom Transformator 32 mit
34 bezeichnet ist. Sobald die Spannungsabfälle an den Widerständen
15i und 16i, die mit ihrer Polarität gegeneinander geschaltet sind, verschieden
groß werden, wird durch die Steuerwicklungen und über die Wicklungen 15g und
15h sowie 16g und 16h und die Verbindungsleitung
35
zwischen diesen beiden Wicklungen ein entsprechender Steuerstrom geschickt,
der nach Größe und Richtung durch den überwiegenden Spannungsabfall an dem Widerstand
15i oder 16i bestimmt ist und, wie bereits hervorgehoben, eine entsprechende
gegensinnige Steuerung der Drosseln 13 und 14 sowie der Stromrichtergefäße
3 und 4 herbeiführt, bis eine gleichmäßige Belastung dieser Gefäße
erreicht ist. Das ist dann der Fall, wenn die Spannungsabfälle an den Widerständen
15i und 16i gleich sind, weil die Ströme in den Leitungen 30 und
31 den gleichen Wert angenommen haben.
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Die Fig. 4 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, in welchem außer
der Ausgleichsregelung der verschiedenen Gefäße auf gleiche Belastung gleichzeitig
noch eine Strombegrenzung der Gefäße verwirklicht ist. Die Gefäße der verschiedenen
Systeme sind wieder mit 3 bzw. 4 bezeichnet, die Steuereinrichtungen
mit den Phasenbrücken mit 9/11 bzw. 10/12. Die Regeldrosseln vor den
Phasenbrücken tragen wieder die Bezeichnungen 13 bzw. 14. Jede von
ihnen besteht wieder aus Ventildrosseln 13 a bis 13 c bzw.
14 a bis 14c. Die einzelne Ventildrossel ist hierbei mit einer zusätzlichen
Wicklung 13ä' versehen, über welche von den Klemmen der Ventildrossel ein Gleichstromwert
gewonnen wird, um auf diese Weise eine zusätzliche Rückkopplung an dem einzelnen
Drosselsystem zu erreichen. Die Wicklungen 13ä bis 13c' sind wieder die Steuerwicklungen
der Regeldrosseln, welche abhängig von dem Differenzwert der Spannungsabfälle an
den Widerständen 15i bzw. 16i der Gleichstromwandler 15 bzw. 16 gespeist
werden. An Stelle der Widerstände 33 bzw. 34 gemäß Fig. 3 ist in den Wechselstromspeisekreisen
der Teildrosseln der Gleichstromwandler jeweils ein Transformator 36 bzw. 37 benutzt.
Diese erzeugen an ihren Sekundärwicklungen eine gemeinsame Summenspannung für die
Speisung eines Gleichrichters 38, der auf einen Widerstand 39 arbeitet. Dieser
Widerstand 39 liegt in dem gleichen Stromkreis mit einem Ventil 40, den Steuerwicklungen
41a einer Regeldrossel 41 und einem Widerstand 42. Über den Widerstand
42 wird von einer Spannungsquelle 43 über den Gleichrichter 44 und
einen Eisenwasserstoffwiderstand 45 ein Strom geschickt, um auf diese Weise
eine konstante Sollwertspannung an dem Widerstand 42 entstehen zu lassen.
Der Differenzwert aus der Spannung an dem Widerstand 42 und der Spannung
an dem Widerstand 39 ist für den Strom bestimmend, der durch die Steuerwicklung
41a der Regeldrossel fließt. Wie zu erkennen ist, kann nur ein Strom einer bestimmten
Richtung wirksam werden, da in dem Stromkreis das Ventil 40 vorgesehen ist. Sobald
der Summenwert der Ströme an den Gefäßen 3 und 4 einen bestimmten Grenzwert
überschreitet, entsteht an dem Widerstand 39 ein Spannungsabfall solcher Größe und
Richtung, daß eine solche Steuerung der Drossel 41 stattfindet. die wechselstromseitig
von der Spannungsquelle 46 an ihren Arbeitswicklungen 41 b gespeist ist,
daß über die Wicklungen 13 a ... bis 13 c"' und 14 a"' bis 14 (-"'
ein solcher Strom fließt, der an den Phasenbrücken und den Steuereinrichtungen eine
Herabsteuerung der Spannung an den Stromrichtergefäßen 3 und 4 herbeiführt, so daß
der für die Strombegrenzung vorgesehene Wert der beiden Gefäße als obere Grenze
eingehalten wird.