DE1563728C3

DE1563728C3 - Arrangement for supplying a network with alternating current of constant voltage and constant frequency, in particular for supplying an alternating current on-board network on vehicles, ships and aircraft

Info

Publication number: DE1563728C3
Application number: DE19661563728
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr. 1000 Berlin Harz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-08-08
Filing date: 1966-08-08
Publication date: 1975-07-31
Also published as: JPS4520860B1; DE1563728B2; DE1563728A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Speisung eines Netzes mit Wechselstrom konstanter Spannung und konstanter Frequenz durch Generatoren, die mit veränderlicher Drehzahl angetrieben werden (Wellengeneratoren) und über einen Gleichrichter-Wechselrichterkreis bei Ausführung als Synchrongeneratoren ihre ganze Leistung oder bei Ausführung als Asynchrongeneratoren ihre Schlupfleistung an das Bordnetz konstanter Frequenz als Wirkleistung abgeben, insbesondere zur Speisung eines Wechselstrombordnetzes auf Fahrzeugen, Schiffen und Flugzeugen durch Wellengeneratoren, die von den Hauptantriebsmotoren des Fahrzeuges usw. angetrieben werden, bei der diese Wellengeneratoren in ihrer Wirkleistungsabgabe in Abhängigkeit von der Frequenz des Bordnetzes regelbar sind, wobei die Läuferströme der Wellengeneratoren unmittelbar oder mittelbar so steuerbar sind, daß sie beim Sinken der Netzfrequenz größer und beim Steigen der Netzfrequenz kleiner werden und bei der zur Aufrechterhaltung der Spannung im Bordnetz und zur Deckung des Blindleistungsbedarfs des Wechselrichters eine parallel zum Netz laufende, unabhängige Blindleistungsmaschine dient, nach Patent 1563715. ■The invention relates to an arrangement for supplying a network with constant alternating current Voltage and constant frequency by generators that are driven with variable speed (wave generators) and via a rectifier-inverter circuit when designed as Synchronous generators their full power or, if they are designed as asynchronous generators, their slip power Output to the on-board network of constant frequency as active power, in particular for supply an alternating current on-board network on vehicles, ships and airplanes by means of wave generators, which are driven by the main drive motors of the vehicle, etc., in which these shaft generators can be regulated in their active power output depending on the frequency of the vehicle electrical system, with the rotor currents of the shaft generators are directly or indirectly controllable so that they are when If the network frequency decreases and if the network frequency increases, it becomes smaller and in the case of the Maintaining the voltage in the on-board network and covering the reactive power requirement of the inverter an independent reactive power machine running parallel to the grid is used, according to the patent 1563715. ■

Für die Wechselrichterbrücken werden normalerweise Thyristoren verwendet, die bekanntlich gegen Überströme sehr empfindlich sind und dagegen geschützt werden müssen. Von der Seite der Generatoren geschieht dies dadurch, daß diese mit kleinem Kurzschlußverhältnis ausgeführt werden, so daß sieThyristors are normally used for the inverter bridges, which are known to counteract Overcurrents are very sensitive and must be protected against them. From the side of the generators this happens because they are designed with a small short-circuit ratio, so that they

ίο mit nahezu eingeprägtem Strom arbeiten, der auch bei Kurzschluß nicht wesentlich größer wird, als bei Betrieb. Bei Kurzschlüssen im Drehstromnetz muß aber verhindert werden, daß durch den Wechselrichter eine weitere zusätzliche Kurzschlußstelle über den Wechselrichter-Gleichrichterkreis entsteht, andererseits muß dafür gesorgt werden, daß sich der vom Generator in den Gleichstromzwischenkreis gelieferte Strom schließen kann, weil sonst am Generator, am Gleich- und am Wechselrichter zu hohe Spannungenίο work with almost impressed current, that too in the event of a short circuit does not become significantly greater than in operation. In the event of short circuits in the three-phase network, but the inverter prevents another additional short-circuit point on the Inverter-rectifier circuit arises, on the other hand it must be ensured that the from Generator in the DC link can close, because otherwise on the generator, on Voltage too high on the rectifier and on the inverter

ao entstehen würden. Es besteht nun die Aufgabe, bei einer Anordnung gemäß der Hauptpatentanmeldung diese Forderungen zu erfüllen, ohne daß dafür ein zusätzlicher Aufwand im Leistungskreis erforderlich ist.ao would arise. There is now the task of an arrangement according to the main patent application to meet these requirements without any additional effort required in the performance area is.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden gemäß der Erfindung bei Kurzschlüssen im Drehstromnetz konstanter Frequenz alle Brücken des Wechselrichters bis auf eine gesperrt, die eine wird aber in beiden Zweigen freigegeben, so daß sich der gleichgerichtete Generatorstrom über diese Brücke schließen kann. Es ist zwar aus der FR-PS 1 320 057 an sich bereits bekannt, eine Thyristorbrücke als Kurzschließeinrichtung in einer Schutzeinrichtung für eine elektrische Maschine zu verwenden, jedoch bildet bei der bekannten Anordnung die Thyristorbrücke eine zusätzliche Einrichtung, während bei der vorliegenden Erfindung eine in der Anordnung bereits vorhandene, normalerweise zu einem anderen Zweck verwendete Thyristorbrücke ausgenutzt wird.To solve this problem, according to the invention, in the event of short circuits in the three-phase network constant frequency, all bridges of the inverter except one are blocked, but one is blocked in both Branches released, so that the rectified generator current close over this bridge can. Although it is already known per se from FR-PS 1 320 057, a thyristor bridge as a short-circuiting device to be used in a protective device for an electrical machine, but forms at the known arrangement, the thyristor bridge an additional device, while in the present Invention one already present in the arrangement, usually for a different purpose used thyristor bridge is exploited.

Im folgenden sei die Erfindung an Hand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.In the following, the invention will be explained in greater detail using the exemplary embodiment shown in the figure explained.

Der Brennkraftmotor 1 treibt sowohl die Schraubenwelle eines Schiffes mit veränderlicher Drehzahl an, als auch den Generator2, der z.B. über den gesteuerten Gleichrichter 3 und den Umspanner 4 erregt wird und das Drehstrom-Bordnetz 5 speist, dessen Frequenz konstant gehalten wird. Der vom Generator 2 gelieferte Drehstrom veränderlicher Frequenz wird dazu zunächst über den Gleichrichter 6 in Gleichstrom und dann über einen Wechselrichter, bestehend aus den Thyristoren 7 bis 12, in Drehstrom konstanter Frequenz umgeformt. Die Spannung im Drehstrom-Bordnetz 5 wird durch die Blindleistungsmaschine 13 konstant gehalten, die z. B. über den Gleichrichter 14, den Stromwandler 15, die Drosselspule 16 und den Kondensator 17 in bekannter Weise lastabhängig erregt wird.The internal combustion engine 1 drives both the propeller shaft of a ship at a variable speed on, as well as the generator2, which e.g. via the controlled Rectifier 3 and the transformer 4 is energized and the three-phase electrical system 5 feeds, its Frequency is kept constant. The three-phase current of variable frequency supplied by generator 2 is first converted into direct current via the rectifier 6 and then via an inverter, consisting of thyristors 7 to 12, converted into three-phase current of constant frequency. The voltage in the three-phase electrical system 5 is kept constant by the reactive power machine 13, the z. B. via the rectifier 14, the current converter 15, the choke coil 16 and the capacitor 17 in a known manner Way is excited depending on the load.

Tritt nun im Drehstrom-Bordnetz 5 konstanter Frequenz ein Kurzschluß auf, so fällt die Netzspannung sowohl für die Steuerung als auch für die Stromwendung weg. Der Wechselrichter 7 bis 12 hat eine der Phasenzahl des Wechselstromes entsprechende Anzahl von Wechselrichterbrücken, im vorliegenden Fall drei zu je zwei in Reihe geschalteten Thyristoren. An den Mittelpunkt jeder Brücke ist eine Phase des Drehstromnetzes angeschlossen. Da bei ungestörtem Betrieb von den beiden ThyristorenIf a short circuit now occurs in the three-phase electrical system 5 of constant frequency, the mains voltage drops both for the control and for the commutation away. The inverter 7 to 12 has a number of inverter bridges corresponding to the number of phases of the alternating current, in the present case Case three with two thyristors each connected in series. At the midpoint of every bridge is one phase of the three-phase network is connected. As with undisturbed operation of the two thyristors

einer Brücke stets einer gesperrt ist, würde bei Kurzschluß nach Wegfall der Steuerspannung der vom Wechselrichter in das Drehstrombordnetz fließende Strom zu Null werden, wenn die gerade fließende Halbwelle zu Ende geht, weil die Zündimpulse für die kommende Halbwelle fehlen. Wenn z. B. bei ungestörtem Betrieb der Strom aus dem Gleichstromzwischenkreis über die Thyristoren 7,10 und 12 floß, so waren die Thyristoren 8, 9 und 11 gesperrt. Bei Umkehr der Halbwelle muß nun der Strom über die Thyristoren 8, 9 und 11 fließen, was aber nach Eintritt des Kurzschlusses nicht mehr möglich ist, weil diese Thyristoren gesperrt bleiben. Da mittlerweile auch die bisher Strom führenden Thyristoren 7, 10 und 11 Sperrwirkung erlangt haben, muß der vom Generator gelieferte Strom zu Null werden, wodurch aber die Generatorspannung sehr stark ansteigen würde.
Um dies zu vermeiden, wird daher bei Eintritt des Kurzschlusses eine Brücke, z.B. die mit den beiden Thyristoren 7 und 8, freigegeben, so daß sich der Gleichstrom über diese Brücke schließen kann. Diese Brücke kann z. B. durch positive Beaufschlagung der Steuerelektroden der beiden Thyristoren 7 und 8 freigegeben werden. Da die beiden anderen Brücken mit den Thyristoren 9 bis 12 gesperrt bleiben, können von der Drehstromseite keine unerwünschten Kurzschlußströme in den Gleichstromzwischenkreisone bridge is always blocked, in the event of a short circuit after the control voltage is lost, the current flowing from the inverter into the three-phase electrical system would become zero when the half-wave currently flowing comes to an end because the ignition pulses for the coming half-wave are missing. If z. B. with undisturbed operation the current from the DC link via the thyristors 7,10 and 12 flowed, the thyristors 8, 9 and 11 were blocked. When the half-wave is reversed, the current must now flow through the thyristors 8, 9 and 11, but this is no longer possible after the short circuit has occurred because these thyristors remain blocked. Since the thyristors 7, 10 and 11 that carried current up to now have now also achieved a blocking effect, the current supplied by the generator must be zero, which would, however, increase the generator voltage very sharply.
To avoid this, when the short circuit occurs, a bridge, for example the one with the two thyristors 7 and 8, is released so that the direct current can close across this bridge. This bridge can e.g. B. released by positive application of the control electrodes of the two thyristors 7 and 8. Since the other two bridges with the thyristors 9 to 12 remain blocked, no undesired short-circuit currents can enter the DC link from the three-phase current side

ίο gelangen. Wenn der Kurzschluß beseitigt ist, muß die Erregung des Generators so weit abgesenkt werden, daß der Gleichstromzwischenkreis stromlos wird, worauf dann die Wechselrichterbrücke (7, 8) wieder sperrt und steuerfähig wird.ίο arrive. When the short circuit has been eliminated, the Excitation of the generator is reduced so far that the DC link is de-energized, whereupon the inverter bridge (7, 8) blocks again and becomes controllable.

Bestehen die Wechselrichterbrücken aus einanodigen Gefäßgleichrichtern, so müssen im Kurzschlußfall bei vier Stromrichtern, z. B. 9 bis 12, die Steuergitter gesperrt und bei zweien, z. B. 7 und 8, die Steuergitter freigegeben werden.If the inverter bridges consist of single-anode vessel rectifiers, in the event of a short circuit with four converters, e.g. B. 9 to 12, the control grid locked and two, z. B. 7 and 8, the Control grid are released.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for supplying a network with alternating current of constant voltage and constant Frequency through generators that are driven at variable speeds (shaft generators) and via a rectifier-inverter circuit when designed as synchronous generators their full power or, if they are designed as asynchronous generators, their slip power output the vehicle electrical system of constant frequency as active power, in particular to feed a AC electrical system on vehicles, ships and airplanes by means of wave generators, which are driven by the main drive motors of the vehicle, etc., in which these shaft generators in their active power output in Depending on the frequency of the electrical system can be regulated, the rotor currents of the shaft generators are directly or indirectly controllable in such a way that when the mains frequency drops become larger and smaller as the grid frequency rises and to maintain it the voltage in the on-board network and to cover the reactive power requirement of the inverter Independent reactive power machine running parallel to the grid is used, according to patent 1563 715, characterized in that in the event of short circuits in the three-phase network (5) of constant frequency all bridges of the inverter (7 to 12) except for one are blocked, but the one in both branches is released, so that the rectified generator current over this bridge can close.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that after elimination of the short circuit the generator excitation is reduced so far that the DC link de-energized and the previously released inverter bridge can be blocked again.