DE1438410A1 - Method for operating power converters with several circuit groups with controllable and non-controllable valves - Google Patents

Method for operating power converters with several circuit groups with controllable and non-controllable valves

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Description

BBC —BBC -

ββ^* Mannheim, den 7. Dezember 1961 ββ ^ * Mannheim, December 7, 1961

BROWN, BOVERl & CIE Pat, ML/ioBROWN, BOVERl & CIE Pat, ML / io

MANNHEIM Mp-ITr. 728/61 1 HO8*110MANNHEIM Mp-ITr. 728/61 1 HO8 * 110

11 Verfahren zum Betrieb von Stromrichtern mit mehreren Schaltungsgruppen mit steuerbaren und nicht steuerbaren Ventilen " 11 Procedure for the operation of converters with several circuit groups with controllable and non-controllable valves "

Der Betrieb von elektrischen Lokomotiven erfordert die Möglichkeit einer Änderung der Höhe der Spannung der Fahrmotoren der lokomotive, wozu in der Regel eine Spannungssteuerung vorgesehen ist.The operation of electric locomotives requires the possibility a change in the level of the voltage of the traction motors of the locomotive, for which purpose a voltage control is usually provided is.

Bei Wechselstromlokomotiven sind zur Spannungssteuerung der Fahrmotoren hauptsächlich zwei Verfahren gebräuchlich. Bei einer Hochspannungs-Steuerung wird die dem Haupttransformator der Lokomotive zugeführte Primärspannung geändert. Hierzu ist * O ein vorgeschalteter Stelltransformator angeordnet, der beispielsweise in Sparschaltung ausgeführt ist.und dessen Wicklungsanzapfungen über ein Stufenschaltwerk umschaltbar sind. Bei Betätigung dieses Stufenschaltwerkes tritt eine Änderung des magnetischen Flusses des Haupttransformators und damit eine Änderung seiner Sekundärspannung ein. Bei einer niederspannungsseitigen Spannungssteuerung bleibt der Magnetfluss des Haupttransformators ungeändert« Die Spannungssteuerung erfordert dann beispielsweise eine Ausführung der Sekundärwicklung mit mehreren Anzapfungen, die wiederum über ein Stufenschaltwerk wählbar sind.In AC locomotives, two main methods are used to control the voltage of the traction motors. With high voltage control, the primary voltage applied to the main transformer of the locomotive is changed. For this purpose, O * is arranged an upstream regulating transformer, the ist.und example performed in saving circuit whose winding taps are switched via a stage controller. When this step switchgear is operated, there is a change in the magnetic flux of the main transformer and thus a change in its secondary voltage. In the case of voltage control on the low-voltage side, the magnetic flux of the main transformer remains unchanged. The voltage control then requires, for example, the secondary winding to be designed with several taps, which in turn can be selected via a tap changer.

Bei mit Wechselstrom gespeisten Lokomotiven mit einem auf der Lokomotive mitgeführten Stromrichter, die als Stromrichter-Lokomotiven bezeichnet werden, können die vorgenannten Anordnungen zur Spannungssteuerung zur Änderung der Gleichspannung, mit der die Fahrmotoren betrieben werden sollen, verwendet werden.In the case of locomotives fed with alternating current, with a converter carried on the locomotive, which are used as converter locomotives are referred to, the aforementioned arrangements for voltage control to change the DC voltage, with the the traction motors are to be operated.

909828/0389909828/0389

BBC-Brl.fbogen VIII 3472 (561.50(XVlA) IBBC cover sheet VIII 3472 (561.50 (XVlA) I

Diesi Anordnungen haben indessen dan liaehteil, dass sie bewegte !Teile erfordern, die einem Verschleiß unterliegen und die deshalb einer Wartung bedürfen. Ausserdem sind besondere Vorkehrungen notwendig, um ein für die schaltenden Kontaktelemente gefahrloses Überschalten von einer Wicklungsanzapfung auf die benachbarte Anzapfung zu ermöglichen. ~These orders, however, have meant that they moved ! Require parts that are subject to wear and tear and that therefore require maintenance. In addition, special precautions are necessary for the switching contact elements To enable safe switching from one winding tap to the neighboring tap. ~

Es ist bekannt, dass- eine Änderung der Gleichspannung eines Gäsentladungs-Stromrienters auch durch Anwendung der als:Anschnittsteuerung bezeichneten Gittersteuerung erfolgen kann. Auf ähnliche Weise ist auch eine Änderung der Gleichspannung eines Halbleiter-Stromrichters mit Vierschichten-Halbleitefzellen möglich. Beide Arten von Gleichspannungssteuerung haben Indessen den Nachteil, dass mit zunehmender Herabsteuerung der Gleichspannung eine wachsende Blindleistungsentnahme aus dem Wechselstromnetz eintritt» It is known that a change in the DC voltage of a gas charge current rient can also be done by using the grid control referred to as: bleed control. On similar ones Way is also a change in the DC voltage of a semiconductor converter possible with four-layer semiconductor cells. Both types of DC voltage control, however, have the disadvantage that with increasing downward regulation of the direct voltage there is a growing consumption of reactive power from the alternating current network »

Zur Erzielung günstigerer Blindleistüngsverhältnisse hat man Schaltungsanordnungen angewendet, bei welchen nicht sämtliche Ventile des Stromrichters, sondern nur ein Teil ihrer Gesamtzahl als steuerbare Ventile ausgebildet oder in die Steuerung einbezogen ist» Sind alle Ventile steuerbar, so kann ein als unsymmetrische Steuerung bezeichnetes Steüerverfähren angewendet werden, bei welchem beispielsweise erst die eine Hälfte der Gesamtzahl der Ventile und dnäch die andere Hälfte der Ventile ausgesteuert werden ο Bei einer Brückens ehaltung mit zwei Brückenhälften mit beispielsweise je zwei steuerbaren Ventilen ist es auf diese Weise möglich, die Betriebszustände vom Wechselrichterbetrieb mit einer dem sogen. Kespektabstand des Aussteuerwinkels entsprechenden maximalen Gleichspannung bis zum Gleichrichterbetrieb mit Vollaussteuerung der Ventile in der Weise herzustellen, dass als Maximalwert der Blindleistung nur der halbe Wert der bei gleichmassiger Aussteuerung aller Ventile erzielten maximalen Blindleistung eintritt. To achieve more favorable reactive power ratios one has Circuit arrangements are used in which not all the valves of the converter, but only a part of their total number designed as controllable valves or included in the control is »If all valves are controllable, a control method known as asymmetrical control can be used, in which, for example, only half of the total number of valves and then the other half of the valves are controlled ο in the case of a bridge retention with two bridge halves with For example, every two controllable valves, it is possible in this way to change the operating states of the inverter with one of the so-called. Respect distance of the control angle corresponding to the maximum DC voltage up to rectifier operation with full modulation of the valves in such a way that the maximum value of the reactive power is only half that of the more uniform Control of all valves achieved maximum reactive power occurs.

- 3 - 9098 28/0 389- 3 - 9098 28/0 389

Bei Verzicht auf den Wechselrichterbetrieh der ganzen Brückenschaltung kann die Steuerbarkeit der Ventile der einen Gruppenhälfte ent-If the entire bridge circuit is not used as an inverter the controllability of the valves of one half of the group can be

■ behrfcwerden. Erfolgt bei einer so ausgebildeten Schaltung eine der macimal zulässigen Wechselrichteraussteuerung entsprechende Aussteuerung der steuerbaren Ventile, so entsteht eine resultierende .Gleichspannung, deren Mittelwert etwas über dem Wert Null liegt. Dieser Umstand ist dadurch begründet, dass der Zündwinkel der steuerbaren Ventile mit Rücksicht auf den Respektabstand nicht 18o° el, sondern beispielsweise nur 15o° el betragen darf. Bei einem Zündwinkel von 9o° el liefert der Stromrichter die Gleichspannung einer vollausgesteuerten Brückenhälfte, bei dem Zünd-■ be enforced. E r follows at a corresponding one of the thus formed circuit, a macimal permissible alternating lessons output control modulation of the controllable valves, there arises a resulting .Gleichspannung whose average value is slightly above the value zero. This fact is justified by the fact that the ignition angle of the controllable valves, taking into account the respectful distance, may not be 180 ° el, but for example only 150 ° el. At an ignition angle of 90 ° el, the converter supplies the DC voltage of a fully controlled half of the bridge, with the ignition

, winkel 0° tritt die maximale Gleichspannung der gesamten Brückenschaltung ein., angle 0 ° occurs the maximum DC voltage of the entire bridge circuit a.

Die Vorteilhaftigkeit einer Stromrichter-Anordnung mit z.T. steuerbaren und z.T. nicht steuerbaren Ventilen kann nun noch beträchtlich erhöht werden, wenn zusätzlich noch Schaltmittel zur Anwendung kommen, welche die genannten, als Schaltun^sgruppen bezeichneten ^eile der Anordnung einzeln, in Paralleloder in Reihenschaltung zu betreiben gestatten.The advantages of a converter arrangement with partly controllable and partly non-controllable valves can now be considerable are increased if additional switching means are used, which the named, as switching groups designated ^ part of the arrangement individually, in parallel or to operate in series connection.

Für den Betrieb eines Stromrichters mit steuerbaren und nicht steuerbaren Ventilen, die als selbstständige Teilstromrichter mit gleicher maximaler Teilgleichspannung wirksam sein können, ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, durch welches die Schaltungsgruppen durch Schaltmittel derart untereinander und mit dem gleichetromseitigen Belastungskreis verbunden werden können, dass die nachfolgend dargelegte Arbeitsweise der Teilstromrichter zustandekomnKfcs Bei Gleichspannungen des Belastungskreises unterhalb der maximalen Teilgleichspannung wirkt die Schaltungsgruppe mit den steuerbaren Ventilen allein auf den Belastungskreis ein. Bei Gleichspannungen des Belastungskreises oberhalb der maximalen -. Teilgleichspannung wirken beide Schaltungsgruppen in Reihenschaltung auf den Belastungskreis. -ein· Während der bei maximaler Teilgleichspannung stattfindenden Umschaltung wird ein vorübergehend er Parallelbetrieb beider Schaltungsgruppen vorgenommen.For the operation of a converter with controllable and non-controllable valves, which act as independent partial converters can be effective with the same maximum partial DC voltage, a method has been proposed by which the circuit groups can be connected to one another and to the load circuit on the DC side by switching means, that the working method of the partial converters, as set out below, takes effect with the controllable valves only on the load circuit. With DC voltages of the load circuit above the maximum -. Partial DC voltage affects both groups of circuits connected in series on the load circuit. -on · During the at maximum partial DC voltage The switchover that takes place becomes a temporary er Both circuit groups were operated in parallel.

Die Erfindung beziehe sich auf ein Verfahren zum Betrieb vonThe invention relates to a method for operating

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Stromrichtern mit mehreren, als einphasige Brückenschaltung auf- · gebaute Schaltungsgruppen mit steuerbaren und nicht steuerbaren Ventilenf die als selbstständige Teilstromrichter mit etwa gleicher maximaler Teilgleichspannung wirksam sein können·Converters with several circuit groups constructed as a single-phase bridge circuit with controllable and non-controllable valves f which can be effective as independent partial converters with approximately the same maximum partial DC voltage

Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, dass durch Schaltmittel an sich bekannter Art eine veränderbare Anzahl von Schaltungsgruppen in Reihe geschaltet und mit dem gleichstromseitigen Belastungskreis verbunden werden, wobei eine wenigstens teilweise mit steuerbaren Ventilen ausgestattete und damit steuerbare Schaltungsgruppe bei jeder Umschaltung der übrigen, mit ungesteuerten Ventilen ausgestatteten Schaltungsgruppen von einer gegebenen Anzahl auf die nächst höhere oder nächst tiefere Anzahl von in Reihe geschalteten Schaltungsgruppen den stetigen Übergang der Gleichspannung der zuerst gegebenen Anzahl zu der Gleichspannung der nächst höheren oder nächst tieferen Anzahl von Schaltungsgruppen ohne Unterbrechung des Gleichstromes vollzieht und zwar in der Weise, dass bei jeder Erhöhung der Anzahl der in Reihe geschalteten ungesteuerten Schaltungsgruppen die hinzukommende ungesteuerte Schaltungsgruppe zu der auf Vollaussteuerung gebrachten steuerbaren Schaltungsgruppe zuerst parallel geschaltet und nach Herabsteuerung der Gleichspannung der steuerbaren Schaltungsgruppe auf den Wert Null durch kurzzeitige Umschaltung der Verbindung des einen Poles dieser Schaltungsgruppe von dem gleichnamigen auf den ungleichnamigen Pol. der hinzugekommenen ungesteuerten Schaltungsgruppe und Auftrennung der für die Parallelschaltung bestandenen zweiten Verbindung zu der hinzugekommenen ungesteuerten Schaltungsgruppe mit der gesteuerten Schaltungsgruppe in Reihe geschaltet wird, während bei jeder Erniedrigung der Anzahl der in Reihe geschalteten Schaltungsgruppen in umgekehrter Weise verfahren wird·The method according to the invention consists in that by switching means known per se a variable number of circuit groups connected in series and with the DC side Load circuit are connected, with an at least partially equipped with controllable valves and thus controllable circuit group at each changeover of the remaining circuit groups equipped with uncontrolled valves from a given one Number to the next higher or next lower number of series-connected circuit groups the continuous transition of the DC voltage of the number given first to the DC voltage of the next higher or next lower number of circuit groups without interruption of the direct current takes place in such a way that with each increase in the number of in series switched uncontrolled circuit groups the added uncontrolled circuit group to the one brought to full modulation controllable circuit group first connected in parallel and after reducing the direct voltage of the controllable circuit group to the value zero by briefly switching the connection of one pole of this circuit group from the one with the same name on the opposite pole. the added uncontrolled switching group and separation of the for the parallel connection passed second connection to the added uncontrolled circuit group is connected in series with the controlled circuit group, while at each decrease the number of circuit groups connected in series is reversed

Das Verfahren nach der Erfindung soll durch das in Fig. 1 dargestellte Schaltungsbeispiel, das durch die weiteren in Fig. 2 wiedergegebene Schaltung und durch die Kurvendarstellung in Fig. 3 ergänzt wird, erläutert werden·The method according to the invention is intended to be carried out by the method shown in FIG circuit example shown, which is replaced by the other in Fig. 2 The circuit shown and supplemented by the graph in Fig. 3 are explained.

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143841Q143841Q

Das Schaltungsbeispiel enthält einen Teilstrumrichter in Brückenschaltung mit zur Hälfte steuerbaren und zur Hälfte nicht steuerbaren Ventilen^' und drei weitere Teilstromrichter in Brüokenschaltung mit durchweg nicht steuerbaren Ventilen. Der erstgenannte, wenigstens teilweise steuerbare Teilstromrio"hter ist an die erste Sekundärwicklung 1 eines Einphasentransformators angeschlossen. Die zwei nicht steuerbaren Ventile der einen Brückenhälfte sind mit la» Ib, die zwei steuerbaren Ventile mit lc, Id bezeichnet. Die erstgenannten zwei 'Ventile stellen beispielsweise Halbleiter-Dioden vor, während die anderen zwei Ventile als Vierschichten-Halbleitertrioden ausgebildet sind. Wie bekannt ist, sind diese letztgenannten Halbleitertrioden in ähnlicher Weise steuerbar wie die Gasentladungs-Thyratrons, weshalb sie für gewöhnlich als Halbleiter-Thyratrons bezeichnet werden. Die weiteren drei Teilstromrichter, die an die weiteren Sekundärwicklungen 2, 3, 4 des Einphasen-Transformators angeschlossen sind, besitzen die nicht steuerbaren, als Halbleiter-Dioden ausgebildeten Ventile 2a, 2b, 2c, 2d, ..., 4a, 4b, 4c, 4d. Die Sekundärwicklungen 2,3,4 und der angezapfte Teil der Sekundärwicklung 1, an welchen die ungesteuerten Ventile des ersten Teilstromrichters angeschlossen sind, sollen eine gleicheeff. Wechselspannung besitzen. Über den Wert der eff. Wechselspannung der vollen Sekundärwicklung 1 werden noch besondere Angaben gemacht. Mit 6 ist die gemeinsame Primärwicklung des Einphasentransformators bezeichnet.The circuit example contains a partial converter in Bridge circuit with half controllable and half non-controllable valves ^ 'and three further converters in bridge circuit with non-controllable valves throughout. The first-mentioned, at least partially controllable partial flow rio "hter is connected to the first secondary winding 1 of a single-phase transformer. The two non-controllable valves one half of the bridge is marked with la »Ib, the two are controllable Valves labeled lc, Id. The former two 'valves present semiconductor diodes, for example, while the other two valves are designed as four-layer semiconductor diodes are. As is known, these last-mentioned semiconductor trodes can be controlled in a similar way as the gas discharge thyratrons, which is why they are commonly referred to as semiconductor thyratrones. The other three partial converters that are connected to the other Secondary windings 2, 3, 4 of the single-phase transformer connected are, have the non-controllable, designed as semiconductor diodes valves 2a, 2b, 2c, 2d, ..., 4a, 4b, 4c, 4d. The secondary windings 2,3,4 and the tapped part of the secondary winding 1, on which the uncontrolled valves of the first Converter are connected, one should be the same eff. Have alternating voltage. About the value of the eff. AC voltage the full secondary winding 1 is given special information. With 6 is the common primary winding of the single-phase transformer designated.

Die vier Teilstromrichter bilden die Schaltungsgruppen, die durch als Schalter dargestellte Schaltmittel auf die noch näher beschriebene Weise untereinander verbunden werden können.The four partial converters form the circuit groups, which are switched to that described in more detail by switching means shown as switches Way can be connected to each other.

Die erste Schaltungsgruppe mit der Sekundärwicklung 1 ist auf eine noch erläuterte Weise durch zweckdienliche Aufteilung dieser Wicklung so ausgebildet, dass durch eine passende Aussteuerung der steuerbaren Ventile lc, Id eine Herabsteuerang der Gleichspannung auf den Wert Null möglich ist.The first circuit group with the secondary winding 1 is in a manner that will be explained by expedient division this winding is designed in such a way that a down control gear can be achieved by a suitable modulation of the controllable valves lc, Id the DC voltage to the value zero is possible.

909828/0389 — 6 — 909828/0389 - 6 -

Das Schaltungsbeispiel, nach Fig. l soll sich auf eine Stromriohter-Anlage für eine Stromrichter-Lokomotive beziehen. Dementsprechend ist als gleichatromaeitige Belastung-, ein Gleichstrom-Fahrmotor 9 angenommen. Zwei Drosselspulen 7 und 8 dienen der Glättung des Gleichstromes. Die als Schaltmittel dienenden Schalter zur Umschaltung der Schaltungsgruppen sind mit 2e, 2f, . ·, 4e, 4f "und 5f bezeichnet.The circuit example according to Fig. 1 is intended to refer to a Stromriohter system for a converter locomotive. Accordingly, a DC traction motor is used as the load on the equatorial side 9 adopted. Two choke coils 7 and 8 are used to smooth the direct current. The ones used as switching means Switches for switching the circuit groups are marked with 2e, 2f,. ·, 4e, 4f "and 5f.

Bei der Anfahrt der; Stromrichter-Lokomotive aus dem Stillstand: ist der Schalter 5f geschlossen, während alle übrigen Schalter geöffnet sind. In diesem Schaltzustand ist die erste Schaltungsgruppe mit der Wicklung 1 über die Drosselspulen 7 und 8 mit dem "Fahrmotor unmittelbar verbunden. Mit Hilfe der veränderbaren Aussteuerung der steuerbaren Ventile lc, Id dieser Schaltungsgruppe kann die Motorspannung stetig von dem Wert Null bis auf den Gleichspannungswert jeder der ungesteuerten Schaltungsgruppen mit den Wicklungen 2,3,4 erhöht werden. Die Wicklung 1 dieser Schaltungsgruppe soll insbesondere so ausgelegt sein, dass die an den Ausgangsklemmen des durch die Schaltungsgruppe gebildeten Stromrichters bei voller Aussteuerung und bei der gegebenen Belastung durch den Fahrmotor abgegebene Gleichspannung, vermindert um den Spannungsabfall an der Drossel 7S dem wert der Leerlauf-Gleichspannung der ungesteuerten Schaltungsgruppe gleich wird.When approaching the; Converter locomotive from standstill: switch 5f is closed while all other switches are open. In this switching state, the first circuit group is directly connected to the winding 1 via the choke coils 7 and 8 with the drive motor of the uncontrolled circuit groups are increased with the windings 2, 3, 4. The winding 1 of this circuit group should in particular be designed so that the DC voltage output at the output terminals of the converter formed by the circuit group at full modulation and at the given load by the traction motor, reduced by the voltage drop at the choke 7 S w is the idle DC ert the uncontrolled circuit group is equal.

Ist bei Vollaussteuerung diese Gleichheit der genannten Gleichapannungswerte erreicht, so kann der Schalter 4e ohne Auftreten eines Stromstosses geschlossen werden* die erste und die vierte Schaltungsgruppe sind dadurch parallel geschaltet.Is this equality of the mentioned voltage values at full level reached, the switch 4e can be closed without the occurrence of a current surge * the first and the fourth Circuit groups are thus connected in parallel.

'Nunmehr kann ohne Änderung der Speisung des Fahrmotors die erste steuerbare Schaltungsgruppe bis auf den Gleichspannungswert Null herabgesteuert werden. Die Gleichstromlieferung wird alsdann von der ungesteuerten vierten Sehaltungsgruppe mit der Wicklung 4 übernommen.'Now the first controllable circuit group are controlled down to the DC voltage value zero. The direct current supply will then from the uncontrolled fourth viewing group with the Winding 4 taken over.

_7 - 909828/0389_7 - 909828/0389

Wird nun der Schalter 5f stromlos geöffnet und der Schalter 4f geschlossen, so arbeitet die steuerbare erste Schaltungsgruppe in Nullspannungebetrieb auf die Drosselspule 7. Durch' geringe Heraufsteuerung der Gleichspannung dieser Schaltungegruppe kann in der Drosselspule im KurzschluBbetrieb ein mittlerer Gleichstrom hergestellt werden, der mit dem Belastungsstrom des Fahrmotors übereinstimmt· Die dazu erforderliche Einstellung der Steuerung kann beispielsweise durch eine zusätzliche Stromregeleinrichtung bewirkt sein. Ist diese Einstellung erreioht, kann der Schalter 4-6 stromlos geöffnet werden, wonach die beiden Schaltungsgruppen mit den Wicklungen 1 und 4 in Reihe geschaltet sind«If the switch 5f is now opened without current and the switch 4f closed, the controllable first circuit group works in zero voltage operation on the choke coil 7. By 'low This circuit group can increase the DC voltage A mean direct current can be produced in the choke coil in short-circuit operation, which corresponds to the load current of the traction motor. If this setting is reached, the switch 4-6 can be opened without current, after which the two circuit groups with the windings 1 and 4 are connected in series «

Hunmehr kann die Motorspannung durch Heraufsteuerung der Gleichspannung der steuerbaren Schaltungsgruppe weiter erhöht werden, bis die doppelte Gleichspannung einer ungesteuerten Schaltungsgruppe erreioht ist. Zweckmässig wird mittels der steuerbaren Sohaltungsgruppe wieder diejenige Gleichspannung hergestellt, welche abzüglich des Spannungsabfalles an der Drosselspule 7 die Leerlauf-Gleichspannung der nächstfolgenden ungesteuerten Sohaltungsgruppe mit der Wicklung 3 ergibt.The motor voltage can be increased further by increasing the DC voltage of the controllable circuit group, until double the DC voltage of an uncontrolled circuit group is reached. The taxable That DC voltage is produced again which minus the voltage drop across the choke coil 7 the no-load DC voltage of the next uncontrolled connection group with winding 3 results.

Daraufhin können die weiteren Steuervorgänge und Umschaltungen in ähnlioher Weise, wie sie für die Zuschaltung der ungesteuerten Sohaltungsgruppe mit der Wicklung 4 mittels der Schalter 5f, 4e und 4f durchgeführt worden sind, zur Zuschaltung der ungesteuerten Sohaltungsgruppe mit der Wicklung 3 mittels der Schalter 4f, 3e und 3f bewerkstelligt werden. Auf diese Weise können der Reihe nach alle drei ungestauerten Schaltungsgruppen untereinander und mit dor gesteuerten Schal'tungsgruppe in Reihe geschaltet werden,Thereupon the further control processes and switchings can be carried out in a manner similar to that for the connection of the uncontrolled Holding group with the winding 4 by means of the switches 5f, 4e and 4f have been carried out to connect the uncontrolled Holding group with the winding 3 by means of the switches 4f, 3e and 3f can be accomplished. This way you can turn after all three uncontrolled switching groups are connected in series with one another and with the switching group controlled there,

Bei dieser Schaltungsanordnung tritt als Steuerblindleistung nur diejenige Blindleistung auf, die der durch die erste Schaltungsgruppe gebildete, in einer Brückenhälfte steuerbare Teil-Stromrichter hervorruft· Diese infolge dieser Steuerung schonIn this circuit arrangement occurs as control reactive power only the reactive power produced by the partial converter formed by the first circuit group and controllable in one half of the bridge. This already occurs as a result of this control

909828/0389 - 8 -909828/0389 - 8 -

verminderte Steuerblindleistung ist relativ zur Gesamtleistung , umso geringer, je grosser die Anzahl der Schaltungsgruppen ge-( wählt wird. ·reduced control reactive power, the lower each large overall relative to the overall performance, the number of circuit groups (to be selected. ·

Soll die Motorspannung wieder vermindert werden, so ist wie folgt zu Verfahrens Zunächst wird die steuerbare Schaltungsgruppe so weit herabgesteuert, bis ihre mittlere Gleichspannung, vermindert um den Spannungsabfall an der Drosselspule 7, den Wert Hull ergibt. Dann kann der Schalter 2e ohne Auftreten eines Stromstosses geschlossen werden.If the motor voltage is to be reduced again, the procedure is as follows. First, the controllable circuit group is reduced until its mean DC voltage, reduced by the voltage drop across the inductor 7, the Value gives Hull. Then the switch 2e can be closed without the occurrence of a current surge.

Wird die Gleichspannung der steuerbaren Schaltungsgruppe weiter vermindert, so wird der Schalter 2f stromlos, so dass er geöffnet werden kann. Nunmehr wirken die drei ungesteuerten Schaltungsgruppen mit den Wicklungen 2,3 und 4 in Reihe allein auf den · · fahrmotor. Hiernach kann der Schalter 3f geschlossen werden, wodurch die steuerbare Schaltungsgruppe mit der ungesteuerten Schaltungsgruppe mit der Wicklung 2 parallel geschaltet wird. Erfolgt daraufhin eine Heraufsteuerung der erstgenannten Sohaltungsgruppe, so tritt schliesslich der Pail ein, dass ihre Gleichspannung einen Wert annimmt, die den Stromrichter zu einer solchen Stromaufnahme veranlasst, dass der Schalter 2e stromlos wird· Dieser Schalter kann dann geöffnet werden.If the direct voltage of the controllable circuit group is further reduced, the switch 2f is de-energized so that it can be opened. The three uncontrolled circuit groups with the windings 2, 3 and 4 in series now act solely on the traction motor. The switch 3f can then be closed, as a result of which the controllable circuit group is connected in parallel with the uncontrolled circuit group with the winding 2. Then e r followed by Up controlling the former Sohaltungsgruppe, the Pail enters finally that their DC voltage has a value that causes the converter to such a current consumption that the switch 2e normally is · This switch can then be opened.

Damit ist die ungesteuerte Schaltungsgruppe mit der Wicklung aus der Stromlieferung entfernt und die "steuerbare Sohaltungsgruppe mit den ungesteuerten Sohaltungsgruppen mit den Wicklungen 3 und 4 allein wirksam.This removes the uncontrolled circuit group with the winding from the power supply and the "controllable connection group" with the uncontrolled holding groups with the windings 3 and 4 effective alone.

Pur die weitere Verminderung der Motorspannung verlaufen die Verfahrensschritte in ganz entsprechender Weise.Purely the further reduction of the motor voltage runs Process steps in a very corresponding manner.

Es sollen nun noch die näheren Erläuterungen zu der Bemessung und Wirkungsweise der steuerbaren Sohaltungsgruppe mit der Transformatorwicklung 1 nachgeholt werden. Hierzu ist die Schaltung dieser steuerbaren Schaltungsgruppe in Pig. 2 noch etwas deutlicher wiedergegeben. Ihre Arbeitsweise wird durch die Kurvendarstellung in Pig. 3 veranschaulicht.There should now be a more detailed explanation of the dimensioning and mode of operation of the controllable holding group with the Transformer winding 1 to be made up. For this purpose, the circuit of this controllable circuit group is in Pig. 2 reproduced a little more clearly. The curve display in Pig. 3 illustrates.

9098 287 0 389 , - 9 -9098 287 0 389.00 9 -

Die sekundäre Transformatorwicklung 1 ist, wie man in Fig, 2 .deutlich erkennt, durch zwei symmetrisch angeordnete Anzapfungen in zwei Wioklungsabsohnitte aufgeteilt, welche die Wechselspannungen mit den Augenblickswerten U1 und U2 liefern· In Fig. 3 ist der zeitliche Verlauf der gegen einen gedaohten Nullpunkt der Wicklung 1 gemessenen Teilspannungen von U1 und u« dargestellt. Als Zeitvariable ist wie üblioh der in elektrischen Graden gemessene Winkel CO t eingetragen.The secondary T r ansformatorwicklung 1, as can be seen .deutlich in Fig, 2, divided by two symmetrically positioned taps in two Wioklungsabsohnitte which supply the alternating voltages to the instantaneous values U 1 and U 2 · In Fig. 3, the time course of Partial voltages of U 1 and U «measured against a threatened zero point of winding 1 are shown. As usual, the angle CO t measured in electrical degrees is entered as the time variable.

Die Kurvendarstellung Fig. 3 soll veranschaulichen, wie die zur Erzielung der mittleren Gleiohspannung Null angewendete Aussteuerung durchgeführt ist. Wie man dort erkennen kann, sind die steuerbaren Ventile mit einer Zündverzögerung von 18o° - cP oder einer Zündvoreilung von α ausgesteuert, wobei S den Vorellwinkel bedeutet. Da die teilausgesteuerten Ventile zur Transformatorspannung U2 mit dem grösseren Effektivwert und die ungesteuerten Ventile zur Transformatorspannung U1 mit dem kleineren Effektivwert gehören, entsteht als Gleichspannung die als sohraffierte Fläche hervorgehobene Differenz der beiden Transformatorspannungen· Darunter ist der zugehörige Ventilstrom iy dargestellt, dessen Weg in Fig. 2 für das Zeitintervall 18o° - σ strichpunktiert und für das ansohliessende Intervall cP als gestrichelte Linie wiedergegeben ist·The graph in FIG. 3 is intended to illustrate how the modulation used to achieve the mean zero voltage is carried out. As you can see there, the controllable valves are controlled with an ignition delay of 180 ° - cP or an ignition advance of α , where S means the advance angle. Since the partially controlled valves belong to the transformer voltage U 2 with the higher rms value and the uncontrolled valves belong to the transformer voltage U 1 with the smaller rms value, the difference between the two transformer voltages, highlighted as a shaded area, results as the direct voltage.The associated valve current iy is shown below, its path in Fig. 2 is dash-dotted for the time interval 180 ° - σ and shown as a dashed line for the subsequent interval cP.

Der Mittelwert der Gleichspannung ist offenbar Null, wenn die senkrecht sohraffierte Fläche gleich der waagerecht schraffierten Fläche wird. Dies ergibt, wenn U1 und Ug die Iffektivwerte der Spannungen U1 und U2 sind, die BedingungThe mean value of the direct voltage is evidently zero when the vertical shaded area is equal to the horizontal shaded area. If U 1 and Ug are the effective values of the voltages U 1 and U 2 , this results in the condition

U1 β U2 oos O ·U 1 β U 2 oos O

Ist beispielsweise J * 3o°, so wird U1 ■ 0.866 Ug, Ist die Transformatorwioklung naoh dieser Vorschrift ausgeführt, so tritt die mittlere Gleiohapahnung Null somit bei einer Wohselriohteraussteuerung entsprechend einer Zündverzögerung von 15o° el ein,If, for example, J * 3o °, then U 1 0.866 Ug, if the transformer winding is carried out according to this rule, the mean Gleiohapahnung zero occurs with a Wohselriohter modulation corresponding to an ignition delay of 15o ° el,

909828/0389 - Io -909828/0389 - Io -

Die Verwirklichung des Erfindungsgedankens ist nioht an die in dem Beispiel angenommene Ausführung der die Schaltungsgruppen bildenden Stromrichter mit Halbleiterventilen gebunden, So kann beispielsweise der steuerbare Teilstromriohter hinsichtlich der Ventilart auch als Gasentladungsstromrichter und hinsichtlich der Steuerung auch in beiden Brückenzweigen steuerbar ausgebildet sein.The realization of the inventive concept is not tied to the embodiment of the power converters with semiconductor valves that form the circuit groups, as assumed in the example, For example, the controllable partial flow condenser with regard to the valve type also as a gas discharge converter and with regard to the control also in both bridge branches be designed to be controllable.

Ferner kann als Schaltung der Teilstromriehter anstelle der angenommenen Brückenschaltung auoh beispielsweise eine Mittelpunktschaltung gewählt werden. Ausaerdem ist der Erfindungsgedanke nicht auf zweipulsige Stromrichter beschränkt, sondern auch für höherpulsige Stromrichter anwendbar·Furthermore, as a circuit of the Teilstromriehter instead of the assumed bridge circuit also, for example, a midpoint circuit can be selected. In addition, the idea of the invention is not limited to two-pulse converters, but can also be used for higher-pulse converters

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Claims (5)

Pat entansprüohe Patent claims tt Verfahren zum Betrieb von Stromrichtern mit mehreren, als einphaeLge Brüokenschaltung aufgebauten Schaltungsgruppen mit steuerbaren und nicht steuerbaren Ventilen, die als selbständige leilstromrichter mit etwa gleicher maximaler Teilgleiohspannung wirksam sein können, dadurch gekennzeichnet, dass duroh Schaltmittel an sich bekannter Art (2e, 2f, 3e, 3f» 4e, 4f, 5f) eine veränderbare Anzahl von Schaltungsgruppen (1, la, Ib, Io, Id, ...·, 4-f 4a, 4b, 4o, 4d) in Reihe geschaltet und mit dem gleiohstromseitigen Belastungskreis (9) verbunden werden, wobei eine, wenigstens teilweise mit steuerbaren Ventilen (lc, Id) ausgestattete und damit steuerbare Sohaltungsgruppe (1, la, Ib, lc, Id) bei jeder Umschaltung der übrigen, ait ungesteuerten Ventilen ausgestatteten Sohaltungsgruppen (2, 2a, 2b, 2o, 2d, ···, 4» 4a, 4b, 4o, 4d) von einer gegebenen Anzahl auf die nächst höhere oder nächst tiefere Anzahl von in Reihe geschalteten öohal tungsgruppen den stetigen Übergang der Gtleiohspannung der zuerst gegebenen Anzahl zu der Gleichspannung der näohst höheren oder nächst tieferen Anzahl von Sohaltungsgruppen oftne Unterbrechung des Gleichstromes vollzieht und zwar in der Weise, dass bei jeder Erhöhung der Anzahl der in Reihe geschalteten ungesteuerten Schaltungsgruppen die hinzukommende ungesteuerte Schaltungsgruppe zu der auf Vollaussteuerung gebrachten steuerbaren Schaltungsgruppe zuerst parallel (5f, 4e) geschaltet und nach Herabsteuerung der Gleichspannung der steuerbaren Schaltungsgruppe auf den Wert Null duroh kurzzeitige Umschaltung (5f» 4f) der Verbindung des eomem Stales dieser Schaltungsgruppe von dem gleichnamigen auf den ungleichnamigen Pol der hinzugekommen-en ungesteuerten Schaltungsgruppe und Auftrennung (4e) der für die Parallelschaltung bestandenen zweiten Verbindung zu der hinzugekommenen ungesteuerten Schaltungsgruppe mit der gesteuerten Schaltungsgruppe in Reihe geschaltet wird, während bei jeder Erniedrigung der Anzahl der in Reihe geschalteten Schaltungsgruppen in umgekehrter Weise verfahren wird·Method for operating converters with several circuit groups constructed as a single-phase bridge circuit with controllable and non-controllable valves, which can act as independent partial converters with approximately the same maximum partial residual voltage, characterized in that switching means of a type known per se (2e, 2f, 3e, 3f »4e, 4f, 5f) a variable number of circuit groups (1, la, Ib, Io, Id, ..., 4-f 4a, 4b, 4o, 4d) connected in series and connected to the load circuit on the DC side (9 ) are connected, with one at least partially equipped with controllable valves (lc, Id) and thus controllable holding group (1, la, Ib, lc, Id) with each changeover of the other holding groups (2, 2a, 2b equipped with uncontrolled valves , 2o, 2d, ···, 4 '4a, 4b, 4o, 4d) tung groups of a given number to the next higher or next lower number of series-connected ö ohal the continuous transition of the Gtleiohspannung to The number only given to the DC voltage of the next higher or next lower number of floating groups often interrupts the direct current in such a way that with each increase in the number of uncontrolled circuit groups connected in series, the uncontrolled circuit group added to the fully controlled circuit group first connected in parallel (5f, 4e) and after reducing the direct voltage of the controllable circuit group to the value zero by briefly switching (5f »4f) the connection of the eomem stale of this circuit group from the pole of the same name to the unlike pole of the added uncontrolled circuit group and separation ( 4e) the existing for the parallel connection second connection to the added uncontrolled circuit group is connected in series with the controlled circuit group, while with each decrease in the number of series-connected Schaltungsgru ppen is proceeded in reverse 909828/0389909828/0389 - 12 -- 12 - — ι c. — - ι c. - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vollaussteuerung der steuerbaren Schaltungsgruppe vor der erfolgten Parallelschaltung (5f»4e) mit der hinzukommenden ungesteuerten Schaltungsgruppe in der Weise erfolgt, dass die : Gleichspannung der steuerbaren Schal tungsgruppe bei Belastung abzüglich des Spannungsabfällen einer gegebenenfalls vorgeschalteten Drossel (7) mit der Leerlauf-Gleichspannung der ungesteuerten Schaltungsgruppe übereinstimmt·2. The method according to claim 1, characterized in that the full modulation of the controllable circuit group takes place before the parallel connection (5f »4e) with the added uncontrolled circuit group in such a way that the : DC voltage of the controllable circuit group under load minus the voltage drop of a possibly upstream choke (7) corresponds to the no-load DC voltage of the uncontrolled circuit group 3» Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadureh gekennzeichnet, dass die steuerbare Schaltungsgruppe nach der erfolgten kurzzeitigen Umschaltung (5f>4f) der Verbindung des einen Poles diese zweitweise im Nullspannungsbetrieb auf die Drosselspule (7) wirkende Schaltungsgruppe um einen geringen Betrag heraufge-' steuert wird, so dass der mittlere Gleichstrom in der Drosselspule mit dem gleichstromseitigen Belastungsstrom übereinstimmt, wernach die stromlose Auftrennung (4e) der zur Parallelschaltung bestandenen zweiten Verbindung mit der hinzukommenden ungesteuerten Schaltungsgruppe erfolgen kann.3 »Method according to claim 1 and 2, characterized in that the controllable circuit group after the brief switchover (5f> 4f) of the connection of one pole this circuit group, which occasionally acts on the choke coil (7) in zero-voltage operation, is increased by a small amount is controlled so that the mean direct current in the reactor coincides with the direct current-side load current, after which the currentless disconnection (4e) of the second connection that existed for parallel connection with the uncontrolled one coming in Circuit group can be done. 4* Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Heraufsteuerung der auf die Drosselspule (7) wirkenden Schaltungsgruppe durch eine Stromregeleinrichtung an sich bekannter Art erfolgt, der der gleichstromseitige Belastungsstrom als Sollwert vorgegeben ist. 4 * Method according to claim 3 »characterized in that the upward control of the circuit group acting on the choke coil (7) by a current control device per se known type takes place, the DC-side load current is specified as a setpoint. 5. Stromrichter in Brückenschaltung zur Verwendung als steuerbare Schaltungsgruppe für das Verfahren nach Anspruch 1 und der folgenden Ansprüche mit steuerbaren Ventilen in der einen Brückenhälfte und nicht steuerbaren Ventilen in der anderen Brückenhälfte, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbaren Ventile (lc, ld) an die ganze sekundäre Wicklung (l) des Stromrichter-Transformators (1,2,3,4,6), und die nicht steuerbaren Ventile (Ia9Ib) an eine über symmetrisch angeordnete Anzapfungen abgegriffene sekundäre Teilwicklung angeschlossen5. converter in bridge circuit for use as a controllable circuit group for the method according to claim 1 and the following claims with controllable valves in one bridge half and non-controllable valves in the other bridge half, characterized in that the controllable valves (lc, ld) to the entire secondary winding (l) of the converter transformer (1,2,3,4,6), and the non-controllable valves (Ia 9 Ib) connected to a secondary winding tapped via symmetrically arranged taps 909828/0389 - 13 -909828/0389 - 13 - sind, deren Spannungsverhältnis zur vorgenannten ganzen Wicklung so gewählt ist, dass die der maximalen Wechselrichter-Aussteuerung entsprechend dem sogenannten Respektabstand zukommende mittlere Gleichspannung der steuerbaren Brückenhälfte mit der mittleren Gleichspannung der nichtsteuerbaren Brückenhälfte übereinstimmt.whose voltage ratio to the aforementioned entire winding is selected so that the mean DC voltage of the controllable bridge half that is attributable to the maximum inverter modulation according to the so-called R e spect spacing corresponds to the mean DC voltage of the non-controllable bridge half. 909828/0389909828/0389
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