DE2223589A1

DE2223589A1 - Hochspannungsgleichstrom-Wandler mit Steuerung und Spannungsverzerrungsdetektor

Info

Publication number: DE2223589A1
Application number: DE19722223589
Authority: DE
Inventors: Philip Chadwick
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-05-17
Filing date: 1972-05-15
Publication date: 1972-11-30
Also published as: DE2223589C2; JPS481730A; FR2138049A1; FR2138049B1; IT960670B; JPS563744B2; GB1362467A; SE382143B; CA959544A

Description

Hochspannungsgleichstrom-Wandler mit Steuerung und Spannungsverzerrungsdetektor.

Die Erfindung betrifft eine neuartige Schaltung zur Feststellung von Spannungsverzerrung und zur Steuerung zur Verwendung mit Hochspannungs-Gleichstromkonvertern und ähnlichen Anordnungen.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine sehr schnell wirkende Schaltung für die Feststellung und Steuerung zur Erfassung der Anwesenheit von vorübergehenden Störungen, die sich als Spannungsverzerrung auf der Wechselstromseite eines Leisfcungskonverters für Hochspannung und Gleichstrom mit spannungskommutierter Thyristorbrücke wiederspiegeln. Eine solche Spannungsverzerrung wird normalerweise nachteilig die Kommutierungs spannung beeinflussen,

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welche zur Verfügung steht, um ein vorher Strom durchlassendes Thyristorventil zu kommutieren, wenn der Konverter in der Betriebsart als Inverter betrieben wird. Durch die Peststellung einer solchen Spannungsverzerrung in der für die Kommutierung verfügbaren Wellenform und durch ein schnelles Vorverlegen des Zündwinkels der Voreilung^'für das nächste in dem Konverter zu zündende Thyristorventil wird das Risiko eines Kommutierungsversagens auf ein Mindestmaß verringert.

Bei fast allen Wechselstromsystemen ist es eine vernunftgemäße Gewißheit, daß vorübergehende Störungen in Form von Oberwellen usw. während normaler Betriebsperioden in dem System auftreten werden. Bei dieser Gelegenheit ergibt sich eine Spannungsverzerrung der Wellenform des Wechselstroms, welche eine ausreichende Amplitude besitzen kann, um ein Kommutierungsversagen eines mit Netzspannung kommutierten Konverters zu bewirken, der in der Betriebsart als Inverter bei oder in der Nähe des Mindestsicherheitswinkels (margin angle) arbeitet (d.h. er arbeitet mit Mindeststeuerung des Sicherheitswinkels). Um beim Auftreten solcher vorübergehender Störungen ein Kommutierungsversagen zu verhindern, wurde die vorliegende Schaltung zur Peststellung und zur Steuerung für Spannungsverzerrung entwickelt.

Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neuartige Detektor- und Steuerschaltung für Spannungsverzerrung zur Verwendung mit Hochspannungs-Gleichstromkonvertern und ähnlichen Einrichtungen zu schaffen. Obwohl die Schaltung nachstehend hauptsächlich für die Verwendung mit Hochspannungsgleichstrom-Leistungskonvertern beschrieben ist, ist sie keinesfalls auf diesen Verwendungszweck beschränkt und kann mit anderen Arten von Thyristor-Leistungskonvertern verwendet werden, beispielsweise mit den Antriebssteuerungen für umkehrbare Walzen usw.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neuartige Detektor- und Steuerschaltung für Spannungsverzerrung für Lei-

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stungskonverter zu schaffen, die beim Auftreten vorübergehender Störungen in dem Wechselstromsystem schnell anspricht und schnell den Zündwinkel der Voreilung ß für das nächste in der Leistungskonverterbrücke zu zündende Thyristorventil nach der Feststellung einer Spannungsverzerrung der Wellenform im Wechselstromsystem vorverlegt. Auf diese Weise werden ernsthafte Verminderungen der Kommutierungsspannung vorhergesehen und die Kommutierungjirird früh genug begonnen, um ein besonders langes Kommutierungsintervall zu schaffen und doch noch einen ausreichenden Sicherheitswinkel zu behalten, welcher ein sicheres Abschalten des nächsten, durch Kommutierung abzuschaltenden Thyristorventils gewährleistet,

Nachstehend wird im Zusammenhang mit einer praktischen Ausführung der Erfindung ein Verfahren und ein Gerät zur Steuerung von Thyristorbrücken-Leistungskonvertern mit Kommutierung durch Leistungsspannung des Typs beschrieben, welche eine Vielzahl von nacheinander zündenden Thyristorventilen besitzen und in der Betriebsart als Inverter betrieben sind. Das Verfahren und die Anordnung beinhalten die überprüfung des Wertes der Kommutierungsspannung für das Thyristorventil, welche Über den jeweiligen Thyristorventilen an einem bestimmten Punkt einer Periode vor der Kommutierung liegen. Der momentane Wert der gerade gemessenen Spannung am Thyristorventil wird dann mit einem gespeicherten Wert für das Ventil des zuvor/führenden (d.h. des zuletzt gezündeten)Thyristorventils verglichen. Jede Differenz zwischen den momentanen und den gespeicherten Werten der Ventilspannung wird erfaßt zur Verwendung als ein ausgangsseitiges Regelabweichungssignal. Dieses ausgangsseitige Regelabweichungssignal wird unmittelbar parallel und zusätzlich zur normalen Regelschleife des Leistungskonverters zugeführt als eine schnell ansprechende Steuerung, die in der Lage ist, den Zündwinkel ß des nächsten zu zündenden Thyristorventils der Brücke vorzuverlegen.

Die Schaltung zur Messung und Steuerung der Spannungsverzerrung besitzt eine Einrichtung zur Entnahme von Meßwerten der Ventil-

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spannung und damit zur Messung von Werten für die Kommutierungsspannung über den jeweiligen Thyristorventilen der Leistungskonverterbrücke-, Es sind Schaltungen vorgesehen, um ein Umschaltsignal für den Probenahmepunkt (sample point switching signal) abzuleiten, welches einen bestimmten Punkt in der Wellenform der Kommutierungsspannung des Thyrietorventils anzeigt, an dem ein Meßwert für die Komrnutierungsspannung entnommen wird. Der Wert der Kommutierangsspannung wird ύόώ einem Zündintervall eines Thyristorventils bis zum nächsten in einer geeigneten Meßwertsignalspeichereini/ichtung gespeichert sdi- Hilfe einer geeigneten Schaltereinrichtung, die sowohl auf -äie Einrichtung zur Entnahme von Meßwerten der Yenti!spannung als auch auf das Umschaltsignal des Probenaiiffiipunktes ansr ^;.d-2i:t-, Sine Vergleichsschaltung oder Komparatcrschaltung ist- alt uer Speichereinrichtung für die Meßwerte der vwiti,!spannung geiccpp^lt («eiche einen Kondensator un:f aßt) und außerdem mit dem mc-vertanen Aus gangs signal von der Schaltungsanordnung für dir Umschaltung, Sie dient zum Vergleichen des mom·» rs tar: on Wertes «ines ifeßwei'tes für die Ventilspannung mit dem aufg££poi cherts:. W^rfc ut-z Meßwertes der Ventilspannung für das zuvor gesundete Thyr:I.3^;;-c-rvi-ntiI und zur Ableitung eines ausgangsseit-igsn Regelabweicliungegigaals, das die Differenz anzeigt und z.ur Steuerung des Ee'jrlebea des Leistungskonverters dient,

Der Leistungskonverter enthält eine Zündzeitrechnereinrichtung, weiche nu den richtigen Zeitpunkten Zündsignale zur Steuerung des Str.;-·: ..ijirigs entsprechender Thyristorventile in dem Brükkenleistungskonverter liefert. Die Zündzeitrechner-Einrichtung enthält steuerbare Grenzwert-Schaltungen für den Winkel ß zur Begrenzung des Winkels der Voreilung ß (angle of advance) des Thyristorventils auf einen Normalwert β]^™· Das aus gangs se itige Regelabweichungssignal wird unmittelbar dieser steuerbaren Schaltung für den Grenzwert von ß zugeführt, um unmittelbar diesen Wert der Minimumbegrenzung für ß für das nächste Thyristorventil im Konverter au erhöhen, zu dein _de'"zt die Kommutierung fortschreitet, Die Erhöhung des ZündwinktΛ3 für die Voreilung ß des als nächstes in dem Konverter zu zündenden Thyristorventils er-

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folgt dabei proportional dem Wert des ausgangsseitigen Regelabweichungssignals von der Komparätor-Sehaltungsanordnung. Die durch diese Schaltung zur Erfassung und Steuerung der Spannungsverzerrung erhaltene Steuerung ist parallel und zusätzlich zur normalen Regelschleife zur Steuerung des Betriebs des Zündzeitrechners mit großer Ansprechgeschwindigkeit vor dem Zünden des nächsten Ventils. Der Mindestgrenzwert für den Winkel ß wird dann wieder auf den normalen Wert ß_M™ mit einer vorgegebenen Zeitkonstante reduziert, innerhalb der normalerweise der Verzerrungszustand beseitigt sein sollte. Vorzugsweise ist die Schaltung ausgelegt zur Verwendung mit Leistungskonvertern bei 60 Hz und die Einrichtung zur Erzeugung eines Umsehaltsignals für den Meßpunkt umfaßt einen HiIfstransformator, der über tertiäre Wicklungen mit dem Transformator des Leistungskonverters gekoppelt und so geschaltet ist, daß er als Umschaltsignal für den Probenahmepunkt/Abbild der Kommutierungsspannung von Phase nach Phase liefert, welches gegenüber der zu messenden Kommutierungsspannung um 120° phasenverschoben ist.

Ein besseres Verständnis dieser und weiterer Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Messung und Steuerung der Spannungsverstärkung zur Verwendung mit durch Leitungsspannung kommutierten Hochspannungs-Gleichstrombrücken-Leistungskonvertern u.a. Anordnungen gemäß der Erfindung.

Fig. 2 gibt ein ausführliches Schaltbild einer Schaltung zur Feststellung der Spannungsverzerrung und einer Komparator- oder Vergleichsschaltung, welche das Kernstück der Erfindung bildet.

Fig. 3 zeigt eine Reihe von Spannungswellenformen an verschiedenen Punkten dor Schaltung nach Fig. 1 und 2 zur Veranschaulichung; der At beitnwv.- iae der er find ungs gemäße η Anordnung.

2 μ 9-W. 9 /ti^r'9 Β

Pig. 1 ist ein Blockschaltbild einer neuartigen Schaltung zur Messung und Steuerung der Spannungsverzerrung in einem Wechselstromsystem für Hochspannungsgleichstrom-Leistungskonverter u.ä; Anlagen gemäß der Erfindung. Im oberen Teil der Pig.l ist ein Leistungskonverter mit Thyristorbrücke, Transformatorkopplung und Kommutierung durch Netzspannung gezeigt. Der Konverter enthält eine Brücke, welche aus 6 Thyristorventilen 1-6 besteht, die paarweise zwischen zwei Gleichstromleitern 11 und 12 und einem Satz von Wechselstromleitern R, B und Y für 3 Phasen verbunden sind. Die Leiter R, B und Y sind mit den Phasenwicklungen R- N, Y - N und B-N eines Dreiphasennetztransformators verbunden (die Primärwicklung des Transformators ist nicht gezeigt). Der Transformator bildet einen Teil des Wechselstromsystems, mit dem der Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungskonverter verwendet wird. Die Thyristorventile 1-6 werden periodisch gezündet (stromdurchlässig gemacht oder eingeschaltet) in der durch ihre Bezugsziffern angegebenen Reihenfolge. Jedes Ventil umfaßt eine Ionenröhre, wie beispielsweise ein Thyratron, ein Ignitron oder ähnliches, oder ein Halbleiterventil,beispielsweise einen gesteuerten ^r;-· liziumgleichrichter. Jedes der Ventile 1-6 kann enlfei' r eine einzelne Thyristoreinrichtung oder eine Vielzahl solcher Einrichtungen in Reihenschaltung zur Erhöhung der Spannung und/oder in Parallelschaltung zur Erhöhung des Stroms enthalten. Wenn sie in dieser Weise untereinander verbunden sind, werden sie dann in an sich bekannter Weise gleichzeitig betrieben oder stromdurchlässig gemacht. Der Leistungskonverter nach Fig. 1 umfaßt einen Brückenkonverter mit 6 Impulsen. Alternativ kann er jedoch auch eine Vielzahl solcher Brücken umfassen, deren Anschlüsse in Reihe miteinander liegen und deren Wechselstromanschlüsse mit Netzversorgungswicklungen mit angemessener Phasenlage verbunden sind. Beispielsweise könnte ein Konverter für 12 Impulse aus zwei in Reihe verbundenen 6-Impulsbrücken ähnlich der Brücke nach Pig.l gebildet sein, welche durch Wechselstrompctentiale geeigneter Phasenlage aus Transformatorwicklungen in Sternschaltung und Dreieckschaltung versorgt werden, die in richtiger Weise untereinander verbunden sind, um eine Phasenverschiebung von 30° zwischen den jeweiligen Wechsel-

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Stromanschlüssen der beiden Brücken zu erhalten (d.h. im Endeffekt erhält man einen 6-Phasentransformator).

Bezüglich einer ausführlichen Beschreibung des Aufbaus der Arbeitsweise von Leistungskonvertern des oben erwähnten Typs und gemäß Pig.l wird verwiesen auf die Lehrbücher "High Voltage Direct Current Power Transmission" von C. Adamson und H.B. Hingorani (Garroway Ltd., London, I960) und "Principles of Inverter Circuits" von B.D. Bedford tind R.G. Hoft (Jota Wiley and Sons Inc., New York, 1964).

Kurz gesagt, kann jedoch festgestellt werden₉ daß flei* Leisfctmgs™ konverter 10 mit Thyristorbrücke betrieben wird durch Steuerung des Zeitpunktes der Zündimpulse, welche zyklisch den Gattereinrichtungen oder Zündelektroden der jeweiligen Thyristorventile 1-6 zugeführt werden, um sie in numerischer Reihenfolge strosadurchlässig zu machen. Der Zeitpunkt, an eiern ein IFentil relativ zu den periodisch wiederkehrenden Nulldurchgängen d@r Spannung Phase-Phase gezündet wird, welche vor dem Stpoiiöi^chgang über ihr erscheint, ist auch als "Zündwinkel" ("firing angle") bekannt (diese Spannung wird auch "Kommutierungsspannung" genannt und besitzt die in den Fig. 3a und 3b gezeigte allgemeine Wellenform), Der Zündwinkel kann entweder als ein "Verzögerungswinkel" ("delay angle") alpha kO ausgedrückt werden, welcher in elektrischen Graden von dem Nulldurchgang an gemessen wirö, an dem die Grundfrequenz der Kommutierungsspannung des Ventils positiv wird (d.h. die Anode wird positiv bezüglich der Kathode). Alternativ kann er ausgedrückt werden als ein "Voreilungswinkel" ("advance angle") beta (ß) gemessen in elektrischen Graden vor dem periodisch wiederkehrenden Augenblick, an dem die Wellenform der Spannung den Nullpunkt überschritten hätte und negativ geworden wäre, wenn das Ventil nicht gezündet worden wäre. Der Zündwinkel wird vorverlegt durch Erhöhung von ß und zurückverlegt durch Verminderung von ß. Kommutierung ist die Bezeichnung für die überführung des Verbraucherstroms von einem Ventil (dem entlasteten oder gelöschten Ventil) zu dem zunächst gezündeten Ventil in der gleichen Hälfte der Brücke (dem entlastenden oder herein-

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kommenden Ventil). Bei einem VerzögerungswinkeloC zwischen 0 und 7772 wird dann der Leistungskonverter in der Betriebsart als Gleichrichter betrieben. Wenn der Voreilwinkel ß im Bereich zwischen 0 und Tf/2 liegt, arbeitet der Leistungskonverter in der Betriebsart als Inverter und liefert elektrische Leistung von der Gleichstromquelle zurück in das Wechselstromsystem. Die vorliegende Erfindung ist ausgelegt zur Verwendung mit Leistungskonvertern in der Betriebsart als Inverter und kann auch mit irgendeinem anderen Leistungsinverter verwendet werden, wie sie beispielsweise für den Antrieb von umkehrbaren Walzen und Reservenetzversorgungen verwendet werden, bei denen SpannungsVerzerrungen im Wechselstromsystem auftreten können und der Inverter mit Sicherheitswinkelsteuerung betrieben wird (margin angle).

Der Ausdruck "Sicherheits-winkelsteuerung" ("margin angle control") soll hier für die Zwecke dieser Darstellung als Synonym mit dem Ausdruck "Löschwinkelsteuerung" ("extenction angle control") betrachtet werden und solche Steuerungen sind an sich bekannt. Es wird hierzu beispielsweise auf den Aufsatz "A New Constant Extinction Angle Control For AC/DC/AC Static Converters" von N.Gi Hingorani und P. Chadwick - IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS - 87, Nr. 3, März 1968, Seiten 866 - 872 verwiesen. Die Löschwinkelsteuerung kann kurz gefaßt auf folgende Weise beschrieben werden. Für einen sicheren Betrieb des Inverters muß der Voreilwinkel ß hinreichend groß sein, so daß am Ende der Kommutation das tatsächlich verfügbare Intervall zwischen dem Aufhören des Stromdurchgangs durch das verlöschende Ventil und dem Zeitpunkt, in dem dieses Ventil erneut einer wieder zugeführten Spannung in Vorwärtsrichtung widerstehen muß, länger ist als ein vorgegebener Mindestzeitraum, der in der Fachsprache als "kritischer Mindeetwert der Entionisationszeit" (für Ionenröhren) oder "Wiederholzeit" (Thyristorventile) bekannt ist. Dieses Intervall wird häufig Sicherheitswinkel (margin angle) des auslöschenden Ventils genannt und in diesem Zusammenhang soll der Ausdruck "Sicherheitswinkel" ein Zeitmaß und nicht ein Winkelmaß darstellen.

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Um zu gewährleisten, daß keines der Ventile^in dem Inverter vorzeitig zündet und Strom durchläßt, wenn seine Vorwärtsspannung erneut angelegt wird, sind Einrichtungen entwickelt worden, um einen angemessenen Sicherheitswinkel zu erhalten, Eine solche Steuereinrichtung für den Sicherheitswinkel wird in dem oben angeführten Aufsatz von Hingorani und Chadwick beschrieben. Typischerweise sind diese bekannten Steuerungen für den Sicherheitswinkel so angeordnet, daß sie eine regulierende Funktion ausführen, so daß der Inverter praktisch mit einem konstanten Sicherheitswinkel arbeitet, der so klein wie möglich ist unter Erhaltung eines geeigneten Sicherheitsfaktors.

Die vorliegende Erfindung kann mit jeder bekannten Steuerung für den Sicherheitswinkel verwendet werden. Darüberhinaus kann die Erfindung mit irgendeiner bekannten Zündwinkeleteuerschaltung für Inverter verwendet werden, bei der die Spannungsverzerrung des Wechselstromsystems ein Problem darstellt. Sie ist jedoch hauptsächlich ausgerichtet auf die Verwendung im Zusammenhang mit einer Sicherheitswinkelregelung, bei der bekannt ist, daß die Spannungsverzerrung des Wechselstromsystems ein Versagen der Kommutierung und einen unbefriedigenden Betrieb des Inverters verursaehen könnte.

Die jeweiligen Thyristorventile des Konverters 10 werden in der zeitlichen Reihenfolge gezündet durch eine Gruppe von Zündimpulsen, welche den Steuergittern oder -gattern der Ventile aus einem Ventilzündsystem (nicht gezeigt) durch einen Zündzeitrechner (PTC) 13 zugeführt werden. Der Zündzeitrechner 13 umfaßt einen Oszillator variabler Frequenz, welcher durch einen Regler 14 gesteuert wird und zum richtigen Zeitpunkt Steuerimpulse an das Ventilzündsystem (VFS) liefert zur Verteilung an die Steuergitter der Thyristorventile. Der Zündzeitrechner 13 und der Regler 14 können an sich bekannte Einrichtungen darstellen, welche die Erzeugung der erforderlichen Zündimpulse gestatten, deren Voreilwinkel ß normalerweise von dem Wert eines eingangsseitigen Regelabweichungssignals abhängt, welches den Regler steuert.

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Dem Regler 1Ί wird ein eingangsseitiges Gleichspannungs-Regelab weichungssignal wechselnder Amplitude von einem Summierungspunkt 15 zugeführt, an dessen Eingang ein Rückkopplungssignal zugeführt wird, das repräsentativ ist für den Ist-Wert einer zu regelnden Größe und ein Bezugs- oder Sollwertsignal, das repräsentativ ist für den Sollwert der zu regelnden Größe. Beim Betrieb als Inverter ist üblicherweise eine Regelung mit konstantem Sicherheitswinkel erwünscht und der Mindestwert des tatsächlichen Sicherheitswinkels im Konverter wird die Amplitude des Rückkopplungssignals bestimmen. Trotzdem kann gelegentlich das Rückkopplungssignal den Wert des Gleichstroms wiederspiegeln, welcher in der GleichstromübertragungsLeitung 11 bis 12 fließt. Der Summierungspunkt 15 summiert diese beiden eingangsseitigen Steuerparameter und gibt ein ausgangsseitiges Regelabweichungssignal ab, das repräsentativ ist für die gegebenenfalls vorliegenden Signaldifferenzen und zur Steuerung des Betriebs des Reglere 14 und des Zündzeitrechners 13 dient. Die Steuerung oder Regelung, welche durch den Summierungspunkt 15, den Regler 14 und den Zündzeitrechner 13 gegeben ist, bildet üie Hauptregelschleife oder normale Regelschleife und wird arter normalen Betriebsbedingungen die Arbeitsweise des Leistiogskonverters richtig regeln durch eine solche Erhöhung oder Verringerung des Winkels ß, wie sie notwendig ist, um die geregelte Größe (den Sicherheitswinkel) auf dem erwünschten konstanten Wert zu halten, welchen das Bezugssignal für die Regelung bestimmt. Wegen der Konstruktion und der Eigenschaften dieser normalerweise verwendeten Hauptregelschleife ist jedoch die durch diese Schleife erhaltene Regelung relativ langsam ansprechend (sie erstreckt sich übe>r mehrere Stromdurchlaßintervalle von Thyristorventilen) und sie kann daher nicht ausreichend 3ein, um einen stabilen Betrieb des Konverters bei Anwesenheit einer schwerwiegenden Spannungsverzerrung in der Spannungswellenform des Wechselstromsysteme aufrecht zu erhalten.

Die Schaltung gemäß Fig. 1 ist darauf gerichtet, sofort Verzerrungen in der Spannung des Wechselstromsystems zu erfassen und schnell eine Erhöhung des Voreilungswinkels ß des nächsten Thyristorventils zu bewirken, welches in der Brücke gezündet werden soll. Diese Erhöhung wird erreicht über die Veränderung des Grenz-

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wertes für den Winkel ß_f welcher sofort aus der normalen Einstellung mit ß_MIN auf einen Maximalwert verschoben wird. Diesem Wert wird dann gestattet, sich mit irgendeiner erwünschten. Zeitkonstanten anschließend wieder auf den Mindestwert ßu™ zu verringern. Wenn auf diese Weise sofort der Mindestgrenzwert für ß zu seinem Maximalwert erhöht wird, welcher größer ist als der von der Hauptregelschleife norm-alerweise eingestellte Wert von ß, wird gewährleistet, daß ein ausreichender Sicherheitswinkel zur Gewährleistung der Kommutierung des gerade Strom durchlassenden Thyristorventils vorhanden ist. Wenn man dann zuläßt, daß sich der Mindestgrenzwert für ß über irgendeine lange Zeitkonstante (beispielsweise 0,5 Sekunden für ein System mit 60 Hz), anschließend wieder reduziert auf den Wert &_MIN» dann wird die vorübergehende Störung,welche überhaupt die Spannungsverzerrung verursacht hat, genügend Zeit zum Abklingen haben. Das Wechselstromsystem wird dann im allgemeinen wieder auf einen neuen stationären Zustand zurückgekehrt sein und ermöglicht dadurch die Rückkehr zum Betrieb mit einer Steuerung des Sicherheitswinkels, bei dem ß denjenigen Wert besitzt, der erforderlich ist, um ein Mindeststeuersignal von dem Summierungspunkt 15 zu erhalten. Die Art und Weise der Verwirklichung dieses Betriebsverhaltens wird nachstehend im einzelnen erörtert.

Um die Anwesenheit einer Verzerrung der Spannung des Wechselstromsystems festzustellen, ist eine Verzerrungsdetektoreinrichtung vorgesehen, welche in Pig.l bei 16 und 16^f gezeigt ist. Beide Spannungsverzerrungsdetektoren 16 und 16' sind in ihrem Aufbau und ihrer Arbeitsweise identisch und daher ist in Fig. 2 nur ein Detektor mit weiteren Einzelheiten wiedergegeben. Der zusätzliche Detektor 16' ist vorgesehen zur Verwendung mit einer zweiten Sechs-Impuls-Brücke (nicht gezeigt), welche zur Bildung eines kombinierten Konverters für 12 Impulse mit dem Thyristorbrückenkonverter 10 für 6 Impulse verbunden werden könnte. Wenn bei einem Zwölf-Impuls-Konverter zwei solche Spannungsverzerrungs· Detektorschaltungen 16 und 16' verwendet werden, dann werden die Ausgangssignale der beiden Detektorschaltungen über ein ODER-Gatter zum Eingang der Schaltung für den ß-Grenzwert in dem

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Zündzeitrechner 13 eingespeist und das Regelabweichungssignal für die größte Verzerrung wird zur Steuerung beider Brücken ausgewählt.

Der Aufbau und die Arbeitsweise der Spannungsdetektorschaltungen 16 und 16' wird im einzelnen erörtert im Zusammenhang mit Fig.2. An dieser Stelle wird lediglich darauf verwiesen, daß der Spannungsverzerrungsdetektor 16 mit eingangsseitigen niedertransformierten Meßwertsignalen für die Kommutierungsspannung versorgt wird, die mit den Bezeichnungen R-Y,Y-R,Y-B,B-Y,B-R und R-B versehen sind. Die Signale werden den mit Mittelabgriff versehenen sekundären Wicklungen eines Hilfstransformators 17 entnommen, dessen Primärwicklung induktiv mit den entsprechenden Phasenwicklungen R-N,B-N und Y-N des Versorgungstransformators gekoppelt ist, welche einen Teil des Brückenkonverters 10 bilden. Diese eingangsseitigen Meßwertsignale für die Kommutierung werden in ihrer Amplitude abwärts transformiert. Sie sind jedoch repräsentativ für die Wellenformen der Kommutierungsspannung von Phase zu Phase, welche über den jeweiligen Thyristorventilen 1 bis 6 erscheint, wenn das entsprechende Ventil keinen Strom durchläßt. Man versteht daher, daß der Hilfstransformator 17 eine Einrichtung zur Entnahme von Ventilspannungsmesswerten besitzt, um momentane Messungen des Wertes der Kommutierungsspannung der jeweiligen Thyristorventile 1 bis 6 zu entnehmen.

Neben den jeweiligen Thyristorventilspannungen wird der Spannungsverzerrungsdetektor 16 noch mit Umschaltsignalen für die Punkte zur Meßwertentnahme von dem Ausgang eines Monitors oder Überwachungsteils 18 für das Wechselstromsystem versorgt, wobei die Umschaltsignale für die Meßwertentnahme in der Phase um 120° verzögert sind, bezüglich der Wellenformen der Kommutierungsspannung der entsprechenden Thyristorventile 1-6. Der überwachungeteil 18 für das Weehselstromsystem umfaßt einen zweiten tertiären Transformator 19, der Sekundärwicklungen mit geerdetem Mittenabgriff besitzt, die in richtiger Weise über geeignete Schaltungen zur Peststellung der Amplitude und Schaltungen zur Wellen- oder Impulsformung mit dem Eingang des Detektore 16 für die Spannungs-

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verzerrung verbunden sind. Bei einem Drei-Phasen-Wechselstromsystem sind die Phasen untereinander um 120° versetzt, Daher kann man eine Identifizierung des Probe »«^nahmepunktes für 120° leicht dadurch erhalten, daß man einfach den Nulldurchgang der um 120° versetzten Phasenspannung erfaßt, in geeigneter Weise umformt und dem Detektor 16 als Umschaltsignal für den Probe ~**-*nahmepunkt zuführt. Zu diesem Zweck ist die Primärwicklung des Hilfstransformators 19 mit geeigneten tertiären Wicklungen verbunden und wird von diesen versorgt, wobei diese tertiären Wicklungen induktiv an die drei Phasenwicklungen RN, BN und YN des Netztransformators gekoppelt sind, welche einen Teil des Brückenleistungskonverters 10 bilden. Zur erhöhten Sicherheit können anstelle eines einzigen überwachungssystems zwei Monitoren für das Wechselstromsystem verwendet werden. In einem solchen Falle werden diese überzähligen Wechselstromsystemmonitoren kreuzweise miteinander verbunden, so daß der Monitor für die Brücke, deren Bezugsziffern ein ' enthalten, den Detektor 16 versorgt und der Monitor für die andere Brücke den Detektor 16' versorgt. Bei einer solchen Anordnung könnte bei/Aufierbetriebnahme eines Satzfcs von Monitoren die Funktion mit einer gewissen Verringerung der Leistungsfähigkeit noch für den gesamten 12-Impuls-Konverter erreicht werden durch eine einzige Detektorschaltung 16 oder l6^f für die Spannungsverzerrung.

Ein besseres Verständnis der Arbeitsweise der Schaltung der Fig.l für die Feststellung der Spannungsverzerrung und die Steuerung ergibt sich im Zusammenhang mit den Wellenformen der Fig. 3· Fig. 3a zeigt eine Reihe von positiven Halbperioden der Kommutierungsspannung von Phase nach Phase, welche über den entsprechenden Thyristorventilen des Leistungskonverters während der aufeinanderfolgenden Ventilzündungen erscheint. Wie in Fig. 3a dargestellt, wird der Wert der Kommutierungsspannung über den jeweiligen Thyristorventilen periodisch gemessen an einem Meßwertentnahmepunkt. Dieser Punkt ist so ausgewählt, daß er einer Phasenverschiebung von 120° relativ zu jeder Wellenform der Kommutierungsspannung entspricht. Bei jedem Meßwertentnahmepunkt für 120° wird die Kommutierungsspannung des Thyristorventils erfaßt

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und auf einem Kondensator gespeichert. Wie im einzelnen noch nachstehend erläutert, wird im Augenblick der Probenahme der momentane Wert der Kommutierungsspannung des vorher stromdurchlassenden Thyristorventils erfaßt. (Das vorher stromdurchlassende Ventil ist dasjenige Ventil, welches bei der normalen Zündsequenz unmittelbar vor demjenigen Ventil eingeschaltet wurde, für dessen Kommutierungsspannung der Meßwert entnommen wird.) Wenn eine beträchtliche Verringerung in den neu erfaßten Wert vorliegt, dann wird eine ausgangsseitige Regelabweiöhungsspannung erzeugt zur Verwendung bei der Regelung oder Steuerung des Konverters. Die Spannungswerte, welche während der Sequenz der Ventilzündungen an dem Speicherkondensator erscheinen, stellen im allgemeinen geringfügig stufenförmige oder treppenförmige Signale gemäß Fig. 3a dar.

Fig. 3b zeigt eine vergrößerte Ansicht der Wellenformen der Kommutierungpspannung Phase nach Phase, welche einem zusammenwirkenden jBaar der Thyristorventile augeordnet ist (beispielsweise der Ve ifiIe 3 und 1) und veranschaulicht die Notwendigkeit für die V»r mdung der vorliegenden Erfindung. Die in Fig. 3 ge- ze'.u;[,? rrfc durchgehenden Linien wiedergegebene Wellenform ist die normale Wellenform der Kommutierungsspannung unter normalen Betriebsbedingungen. Wie im einzelnen in dem oben angegebenen Lehrbuch von Adamson und Hingorani und in dem Artikel der Zeitschrift "IEEE" angegeben, kannjman normalerweise erwarten, daß der Zündwinkel der Voreilung ß, welcher den Zündzeitpunkt des hereinkommenden Thyristorventils des Paars bezeichnet, dessen Kommutierungsspannung abgebildet ist, in der Größenordnung von 40° liegt, wenn der Inverter mit Steuerung des Sicherheitswinkels betrieben wird. Beim Zünden des hereinkommenden Ventils (Ventil Nr. 3) bewirkt die Kommutierungsspannung, daß der Verbraucherstrom in bekannter Weise von dem zugeordneten auslaufenden Ventil (Nr.1) zu dem hereinkommenden Ventil übertragen wird. E3 kann dann erwartet werden, daß der Kommutierungswinkel Y einen Bereich von einigen 22° einnimmt und damit ein Sicherheitswinkel 2fvon l8° für das auslaufende Ventil verbleibt, in dem es seine Sperrfähigkeit wieder erlangen kann. (In diesem Intervall

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erscheint die abgebildete Kommutierungsspannung mit umgekehrter Polarität über dem auslaufenden Ventil L). Die Kommutierungsspannung kann Jedoch bei der Anwesenheit einer merklichen Störung durch diese verzerrt werden und in einer Weise erscheinen, wie es in Fig. 3b mit punktierten Linien dargestellt ist. Die Spannung ist dann an dem Probenahmepunkt bei 120° um mehr als 15? unter dem normalen Wert der Spannung, ein längeres Zeitintervall wird für die Kommutierung benötigt und der Sicherheitswinkel ($■*kann unzureichend sein, um eine volle Wiedererlangung der Sperrfähigkeit durch das ausgehende Ventil zu gewährleisten. Der Grund für die Probenahme bezüglich der Kommutierungsspannungswellenform am Punkt 120° wird Jetzt erkenntlich, da hierdurch ein Winkel von etwa 20° verbleibt, in dem eine schnell ansprechende Steuerung betätigt werden kann, um den Voreilungswinkel ß hinreichend zu erhöhen und auf diese Weise der verminderten, für die Sperrung des fraglichen Thyristorventils durch Kommutierung verfügbaren Spannung gerecht zu werden. Im Ergebnis wird selbstverständlich sowohl der Kommutierungswinkel 6^und der Sicherheitswinkel vorverlegt. Auf diese Weise wird eine sichere Abschaltung des dann Strom durchlassenden oder auslaufenden Thyristors gewährleistet und ein Kommutierungsversagen mit entsprechendem unbefriedigendem Betrieb des Konverters vermieden. Bei der vorliegenden Schaltung wird Jede Verzerrung von weniger als 15% als vernachlässigbar betrachtet und es wird dann von dem System keine korrigierende Wirkung vorgenommen.

Fig. 3c zeigt eine andere ernsthaft verzerrte Wellenform der Kommutierungsspannung, welche durch das Vorhandensein von Oberwellen auf der Seite des Wechselstromsystems des Konverters verursacht werden kann. Bei dieser Wellenform der Spannung wird die idealisierte normale Kommutierungsspannung in punktierten Linien wiedergegeben und die durch Oberwellen gestörte Wellenform der Spannung wird in ausgezogenen Linien dargestellt. Wegen der Anwesenheit der Oberwellen wird ein Meßwert für das Ausgangssignal am Meßwertentnahmepunkt 120° beträchtlich oberhalb

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der erwarteten oder normalen Kommutlerungsspannung liegen, welche bei ungestörter Koiranutierungsspannung erzeugt werden würde. Wenn daher nur dieser einzige Meßwert an dem 120°-Punkt entnommen würde, könnte eine solche stark verzerrte Wellenform gemäß Fig. 3c unerfaßt bleiben. Um diese Möglichkeit zu vermeiden, vollzieht die Detektorschaltung eine mehrfache Probenahme der Ventilspannung, beispielsweise an dem verminderten Punkt V. und an einem späteren Punkt V₂ und der letztere Meßwert ergibt eine zweite Gelegenheit zur Betätigung der Regelung und zur Erzeugung eines vergrößerten Zündwinkels für die Voreilung ß.

Die Art und Welse, in der die Probenahme bei einer stark verzerrten Wellenform gemäß Fig. 3a erhalten wird, ist am besten ersichtlich aus den Fig. 3d und 3e. In 3d ist die Wellenform der Spannung Phase zu Phase, mit punktierten Linien bei V-, abgebildet, welche um 120° bezüglich der Kommutierungsspannung des fraglichen Ventils versetzt ist und daher das Umschaltsignal für den Probenahmepunkt liefert. Wenn jedoch infolge der Anwesenheit von Oberwellen anstatt dieser idealisierten Wellenform der Kommutierungsspannung die stark verzerrte, mit voll ausgezogenen Linien bei V„ dargestellte Wellenform vorliegt, ist ersichtlich, daß infolge der Oberwellen eine Vielzahl von Nulldurchgangspunkten für die Spannung in positiver Richtung auftreten. In der Schaltung für die Feststellung und Steuerung von Spannungsverzerrung wird ein Monitor 18 für das Wechselstromsystem verwendet, welcher einen Amplitudendetektor zur Erfassung des Nulldurchgangs in positiver Richtung für diese um 120° phasenverschobene Wechselspannung benutzt. Das Ausgangssignal von diesem Amplitudendetektor ist ein rechteckförmiges Signal, dessen Vorderflanke den Punkt anzeigt, an dem die Wellenform der Kommutierungsspannung durch Null gegangen ist. Solche Monitoren für . Wechselstromsysteme sind an sich bekannt und sind in einer Reihe von Veröffentlichungen beschrieben einschließlich der oben angegebenen Veröffentlichungen von Hingorani und Chadwick und des Aufsatzes von IEEE. Das erhaltene ausgangsseitige Umschaltsignal

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von dem Monitor für das Wechselstromsystem wird ein Aussehen gemäß Fig. 3e besitzen. Dort ist ersichtlich, daß bei stark verzerrten Wellenformen gem. Fig. 3c nicht nur ein eingangsseitiges Umschaltsignal sondern zwei solcher Signale von dem Monitor 18 für das Wechselstromsystem zum Detektor 16 für die Spannungsverzerrung geliefert werden. Wenn daher als Folge hiervon ein irrtümlicherweise hoher Probemeßwert an dem ersten Probeentnahmepunkt (dieser wird in der Gegend von etwa 120 liegen) durch die Detektorschaltung für Spannungsverzerrung erhalten wird, wegen der doppelten Umschaltwirkung von dem Monitor 18 für das Wechselstromsystem, dann wird ein zweiter Meßwert V« an einem späteren Punkt und vor der normalen Voreilung ß für den Zündwinkel erhalten. Auf diese Weise steht genügend Zeit zur Verfügung für die Korrektur der stark verzerrten Kommutierungsspannung durch die Steuerung oder Regelung.

Fig. 2 enthält eine ausführliche Schaltzeichnung und zeigt den Aufbau einer bevorzugten Form der für die Erfindung verwendeten Detektorschaltung 16 für die Spannungsverzerrung . Diese Schaltung besteht aus einer Signalspeichereinrichtung für die Meßwerte der Thyristorventilspannung, welche einen ersten Speicherkondensator 21 und einen zweiten Speicherkondensator 22 umfaßt, die über eine Kopplungsschaltung 23 untereinander verbunden sind. Die Kopplungsschaltung 23 besitzt den Verstärkungsgrad 1 und kann aus einer konventionellen handelsmäßig erhältlichen integrierten Schaltung bestehen oder aus einem Operatorverstärker, beispielsweise der integrierten Schaltung des Typs 741, hergestellt und erhältlich von der Fair—child Camera Company, oder sie kann irgendeine andere ähnliche integrierte Schaltung oder ein Operatorverstärker sein. Der integrierte Operatorverstärker 23 besitzt einen Rückkopplungskreis, der so eingestellt tot, daß er einen Verstärkungsgrad 1 ergibt und dient zur Kopplung der aus dem Kondensator 21 erzeugten Ladung hinüber zum Speicherkondensator 22 über eine Sperrdiode 24, welche die Ladung auf dem Kondensator 22 einfängt und speichert.

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Ein Belag des ersten Speicherkondensators 21 ist unmittelbar verbunden mit einem geerdeten Anschluß. Die andere Belegung oder Platte des Kondensators ist gemeinsam mit den Kathodenelektroden einer Vielzahl von in zwei Richtungen arbeitenden Feldeffekt-Schalttransistoren 25a, 25b und 25c verbunden, die zusammen mit den Kondensatoren 21 und 22 und dem Verstärker 23 als eine konventionelle Schaltung zur Probenahme und Speicherung mit 3 Eingängen wirken. Ein Satz von 3 dualen Halbwellengleichrichterschaltungen 26a, 26b und 26c bewirken eine Vollweggleichrichtung der Kommutierungsspannungen der jeweiligen Ventilpaare. Sie sind mit den Anodenelektroden der Schalttransistoren 25a, 25b und 25c jeweils über Widerstandskopplungsnetzwerke verbunden. Diese schwächen die Meßwerte oder Probewerte für die Ventilspannung AC -1 bis AC -6, welche den Schalttransistoren geliefert werden, auf einen vorgegebenen Wert ab. Die Messwerte AC-I bis AC-6 für die Kommutierungsspannung Phase nach Phase, welche von den entsprechenden mit Mittenabgriff versehenen Sekundärwicklungen des Hilfstransformators 17 nach Fig. 1 erhalten wurden, werden den jeweiligen dualen Halbwellengleichrichtern 26a bis 26c als Eingangssignale zugeführt.

Die Umschaltsignale für den Meßwert-Entnahmepunkt, welche aus dem Monitor 18 für das Wechselstromsystem gemäß Fig. 1 erhalten werden, werden den Gatter- oder Gitterelektroden der jeweiligen Schalttransistoren 25a - 25c über die Inverter- und Treibertransistoren 30a, 30b und 30c zugeführt durch duale Einweggleichrichterschaltungen 27a, 27b und 27c für die Pegelmessung und Impulsformung, welche mit geeigneten Ausgängen A1-A6 von den mit Mittelabgriff versehenen Sekundärwicklungen des Hilfstransformators 19 der Fig. 1 verbunden sind. Auf diese Weise werden die Gitter der Umschalt-Feldeffekttransistoren 25a - 25c mit Umschaltsignalen versorgt, welche aus Spannungen Phase nach Phase abgeleitet sind, die jeweils um 120° in der Phase verschoben sind bezüglich der Kommutierungsspannungen, deren Wert gerade gemessen wird. Da sowohl in einem Thyristorbrückenkonverter für 6

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Impulse äLs auch für 12 Impulse eine Kommutlerungswellenform für , das Thyristorventil vorhanden sein wird, welche im wesentlichen um 120° in der Phase verschoben ist gegenüber der Kommutierungsspannung eines bestimmten durch Kommutierung zu sperrenden Thyristorventils, ist es lediglich notwendig, die Vorderflanke dieser Spannung zu erfassen und zu verformen, um sie dann als Umschaltsignal zur Identifizierung des Entnahmepunktes für den Meßwert zu verwenden.

Die erfaßten Umschaltpotentiale A1-A6, welche von dem Transformator 19 über den Monitor 18 für das Wechselstromsystem entnommen werden, werden jeweils über Schaltungen 27a, 27b und 27c zur Messung des Pegelwertes und zur Impulsformung geführt. Jede dieser Schaltungen, beispielsweise die Schaltung 27a, besteht aus einem Widerstand Ml, Kondensator 42, Widerstand 43 und Diode 44. Diese Bauteile sind dabei so angeordnet, daß sie einen positiven Impuls konstanter Amplitude von etwa 10 msek Dauer an der Vorderflanke der eingangsseitigen Signalspannung von der Sekundärwicklung des Transformators 19 abgeben, wenn die Spannung entsprechend den Abbildungen in den Fig. 3d und 3e in positiver Richtung durch Null geht. Selbstverständlich wird nur ein einzelner Impuls erzeugt werden, wenn nur ein einziger Durchgang durch Null auftritt. Dieser Impuls ist dann bei normalen Betriebsbedingungen ohne Verzerrung im Wechselstromsystem an dem Meßwertentnahmepunkt 120°. Dieses Eingangssignal (bezeichnet mit Ac) tritt an dem Meßwertentnahmepunkt 120° für das Thyristorventil 3 auf. In ähnlicher Weise entsteht an den Widerständen 45 und 47, dem Kondensator 46 und der Diode 48 ein positiver Umschaltimpuls an der Vorderflanke des Eingangssignals Ap, welches gegenphasig zum Eingangssignal A,- ist und den Meßwertentnahmepunkt 120° für das Thyristorventil 6 liefert. Diese, den Eingangssignalen A₁- und Ap zugeordneten positiven Impulse, werden in der Art eines Betriebs mit Oder-Verhalten weitergegeben zur momentanen Sperrung des Transistors 30a. Ähnliche Anordnungen sind vorgesehen für die Eing-änge A₁, A₁₁ und A,, Ag des

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Monitors für das Wechselstromsysten zur Ansteuerung der Transistoren 30b und 30c. Daher werden die Transistoren 30a, 30b und 30c kurzzeitig zweimal in jeder Periode der Kommutierungsspannung in der Reihenfolge mit einem Phasenabstand von 60° gesperrt.

Während des kurzen Zeitintervalls ( 10 msek), in dem der Transistor 30a gesperrt ist, wird der Umschalttransistor 25a eingeschaltet und der Kondensator 21 nimmt die momentane Spannung über den Widerständen 51 und 52 am Ausgang der Widerstandskopplungsschaltung 26a an. Auf diese Weise werden die Kommutierungsspannungen für die Ventile 3 und 6 gemessen bei einem Winkel cL β 120° und dieser Punkt liegt für einen Zündwinkel ß = 40° um einen Winkel von 20° vor dem Zündpunkt des Ventils. Die Arbeitsweise der Transistoren 30b und 30c gestattet eine ähnliche Meßwertentnahme der Kommutierungsspannungen für die Ventile 2,5 und 1 und h. Daher speichern die Kondensatoren 21 und 22 während einer Periode von 60° die momen/Kommutierungsspannungen für den Zeitpunkt*^ = 120° für die Ventile 1 - 6 in Sequenz. Fig. 3a zeigt die Spannung am Kondensator 22 für ein Ungleichgewicht der Amplituden der Spannung des Dreiphasen-Wechselstromsystems . Unter Verhältnissen mit abgeglichenen Amplituden ist die Kondensatorspannung auf einem konstanten Wert, da alle Kommutierungsspannungen an ihren 120° -Punkten die gleiche Amplitude besitzen.

Die Fig. 3c zeigt die Wellenform der Kommutierungsspannung für eines der Ventile (beispielsweise Ventil 3) unter Bedingungen mit starkem Oberwellengehalt, so daß mehrfache Nulldurchgänge auftreten. Das entsprechende Ausgangssignal A₅ des Monitors für das Wechselstromsystem ist in Fig. 3e dargestellt. Es wird erzeugt als Ergebnis der Verhältnissse der Kommutierungsspannung am Ventil 5 (d.h. desjenigen Ventils dessen Kommutierungsspannung um 120° gegenüber dem Ventil 3 versetzt ist). Die Auswirkung des Doppelimpulsausgangs von dem Monitor für das Wechselstromsystem besteht darin, daß eine doppelte Meßwertentnahme der betroffenen Kommutierungsspannungen an den Punkten wt = 120 -φ

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und Wt = 120° +θ erfolgt.(Die Summe von 0+0 ist gleich der Zahl der Winkelgrade zwischen den beiden nach positiven Werten verlaufenden Nulldurchgängen der Kommutierungsspannung am Ventil). Im allgemeinen wird eine Amplitudendifferenz zwischen den gemessenen Spannungen an diesen beiden Punkten bestehen. Wie noch nachstehend erläutert, wird bei einer ausreichenden Differenz der Amplituden die Schaltung ähnliche Schutzmaßnahmen bewirken, wie im Falle allgemeiner Verringerungen der Spannung im Wechselstromsystem.

Unter normalen Wechselstromverhältnissen liegt über dem Kondensator 22 und dem Widerstand 29 fast die gleiche Spannung als Ergebnis der gemessenen Spannungswerte an den Punkten wt = 120° der Kommutierungsspannungen. Wenn jedoch eine Verminderung dieser Spannungen auftritt, wird die Diode 24 in Sperrichtung vorgespannt, da der Kondensator 22 sich nur mit einer geringen Geschwindigkeit entlädt (T = 150 Mikrosekunden), wie sie durch die Widerstände 3^ und 35 eingestellt ist. Die Spannung über dem Widerstand 29 folgt der gemessenen Spannung. Daher ist eine Fehlerspannung zwischen den Differentialeingängen des Verstärkers 32 vorhanden, deren Momentanwert gegeben ist durch die Verminderung der Spannung an diesem bestimmten Meßwertpunkt (wt =120°) gegenüber der zuvor an solchen Meßwertpunkten gemessenen höchsten Spannung. Daher geht der Ausgang des Verstärkers 32 von seinem vorherigen Wert von etwa 0 V auf irgendeinen positiven Wert proportional diesem Regelabweichungssignal multipliziert mit dem Verstärkungsgrad dieser Stufe.

Wenn im nächsten Falle einer Meßwertentnahme die Spannung größer oder gleich der zuvor auf dem Kondensator 22 gespeicherten größten Spannung ist, dann wird das Regelabweichungssignal und damit der Ausgang des Verstärkers 32 auf 0 zurückkehren. Wenn jedoch die gemessene Spannung sich weiterhin während einiger Zeit entsprechend der Zeitdauer der Störung vermindert, wird in dieser Zeitdauer ständig ein Regelabweichungssignal vorhanden sein und

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wird veranlassen, daß während dieses Zeitraumes der Ausgang des Verstärkers 32 positiv bleibt. In jedem Falle besitzt ein bestimmter Eingang zu der Schaltung des Zündzeitrechners 13 für den Grenzwert ß eine Zeitkonstante von 50 msek, welche einer Dioden-Kondensator-Speicheranordnung ähnlich der Anordnung der Diode 24 und des Kondensators 22 zugeordnet ist. Die Auswirkung dieser Anordnung besteht darin, daß der Grenzwert für β«·™ von seinem neuen hohen Wert vermindert wird auf seine Nennwerteinstellung mit einer Zeitkonstante von 50 msek. Dann wird wieder die Sicherheitswinkelsteuerung aufgenommen, wenn der Grenzwert für ß_MIN auf denjenigen Wert für ß vermindert wird, der für die Sicherheitswlnkelsteuerung erforderlich ist. Weiterhin wird ein Maximalwert von β«™ = 55° in der Wahlschaltung für den Grenzwert erzwungen.

Die Fig. 3f der Abbildungen zeigt die Arbeitsweise des Summierverstärkers 32. Es sei für den Anfang angenommen, daß keine Verzerrung in der Wellenform der Spannung des Wechselstromsystems vorhanden ist. Der Wert für die auf den Kondensatoren 21 und 22 gespeicherten Spannung ist dann dargestellt durch den Spannungspegel V«. Solange dieser Zustand weiter besteht, bleibt im Moment der Meßwertentnahme dieser Wert V_ praktisch konstant und das momentane Eingangssignal, das über den Widerstand 22 zugeführt wird, ist in geeigneter Weise verringert, so daß es unter diesen Verhältnissen zu einem Ausgangssignal 0 vom Summierverstärker 32 führt. Wenn jedoch eine Verzerrung in der Wellenform der Spannung auftritt, wie sie bei V_D in Fig. 3b oder bei V₂ in der Fig. 3c dargestellt ist, dann wird der momentane Wert der gemessenen Spannung V_R unter den Wert V„ gemäß der Darstellung nach Fig. 3f absinken. Der Summierverstärker 32 wird dann an seinem Eingang ein Differenzsignal V-, - V_ gemäß der Abbildung in Fig. 3g erhalten,

Das Wesen des Regelabweichungssignals, welches der Grenzwert schaltung für ß zugeführt wird, ist in Fig. 3h dargestellt. Die Darstellung ist etwas übertrieben zur Erleichterung der Betrachtung und läßt erkennen, daß der größte Wert der Differenz

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zwischen dem auf dem Kondensator 24 gespeicherten Meßwert für die Ventilspannung und dem momentanen Meßwert für die Spannung mit einer Zeitkonstante T (50 msek) gegen Null abklingt. Solange das ausgangsseitige Regelabweichungssignal unter einem Schwellwert liegt, welcher repräsentativ ist für die Einstellung von ^ßMIN · ^{arbeite1; der} Konverter normal unter der Annahme, daß keine Spannungsabsenkungen oder Spannungsungleichgewicht weiterhin im Wechse-1 stromsystem erscheinen. Wenn jedoch gemäß Pig. 3g und 3h die Störung lange genug ausgedehnt ist, um die Kommutierungsspannung des nächstfolgend zu zündenden Thyristorventils zu beeinträchtigen, dann wird das an der Schaltung für den ß-Grenzwert zugeführte Signal erneut aufgestuft zu einem Pegel, welcher durch die Amplitude des Ungleichgewichtes bestimmt ist. Von diesem Punkt an wird es sich wieder mit der Zeitkonstante T nach Werten mit dem Pegelausgangssignal Null hin entladen, welche repräsentativ sind für den Zustand mit ungestörter Wellenform der Kommutierungsspannung, und die Grenzwertschaltung für ß nimmt erneut ihre Einstellung für ß_MTN an. Auf diese Weise arbeitet der Konverter unter allen normalen Betriebsbedingungen mit einer normalen Sicherheitswinkelregelung mit geschlossener Regelschleife zur Erzielung eines maximalen Wirkungsgrades. Die Zündwinkelvorverlegung des Konverters wird jedoch sofort bei Erfassung der Spannungsverzerrung in dem Wechselstromsystem zu dem Maximalwert von ß_K-r_N erhöht. Das Ausmaß der Vorverlegung von ß wird bestimmt durch die Amplitude des abgegebenen Regelabweichungssignals.

Das ausgangsseitige Regelabweichungssignal von der Detektorschaltung 16 für die Spannungsverzerrung wird der Grenzwertschaltung für ß des Zündzeitrechners 13 parallel und zusätzlich zur normalen Regelschleife zugeführt, welche durch den Summierungspunkt 15 und den Regler 14 vorgesehen ist. Als Folge hiervon wird die Schaltung zur Messung und Steuerung von Spannungsverzerrung schnell ansprechen und ist in der Lage den Mindestgrenzwert für ß für das zunächst in dem Leistungskonverter zu zündenden Thyristorventil zu erhöhen. Wenn eine Brückenanordnung für 12 Impulse verwendet wird, werden die Regelabweichungs-

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Signale von 2 getrennten Detektorschaltungen 16 und 16' für die Spannungsverzerrung durch ein geeignetes O_der—Gatter gegeben, das am Eingang der Grenzwertschaltung für ß in dem Zündzeitrechner 13 enthalten ist. Das größte Regelabweichungssignal wird dann ausgewählt und der Grenzwert für ß zur Steuerung der Arbeitsweise des Konverters zugeführt.

Aus der vorstehenden Beschreibung entnimmt man, daß die erfindungsgemäße Anordnung ein neuartiges Verfahren und eine Schaltung zur Peststellung und Steuerung von Spannungsverzerrung zur Verwendung mit Hochspannungs-Gleichstromkonvertern und ähnlichen Anlagen liefert, welche schnell wirkt bei Auftreten von vorübergehenden Störungen in dem Wechselstromsystem, welche zu einer Verzerrung der für die Thyristorventile des Konverte» verfügbaren Kommutierungsspannung führen. Beim Feststellen eines solchen Zustandes mit Spannungsverzerrung verlegt die erfindungsgemäße Anordnung schnell den Zündwinkel ß des nächsten in dem Konverter zu zündenden Thyristorventil vor, und gewährleistet dadurch einen ausreichenden Sicherheitswinkel und ein sicheres Abschalten des begleitenden auslaufenden Ventils trotz der erwarteten Verminderung seiner Kommutierungsspannung.

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Claims

Patentansprüche

( 1. J Schaltung zur Feststellung und Steuerung von Spannungsverzerrung für eine durch Leitungsspannung kommutierte, durch Transformator gekoppelte Thyristorbrücken-Anordnung, welche aus einer Vielzahl von Thyristorventilen besteht,
dadurch gekennzeichnet , dass sie enthält:

eine Meßwertentnahmeeinrichtung (16) (17) für die Ventilspannung zum Messen des Wertes der Kommutierungsspannung über den jeweiligen Thyristorventilen (1-6) eines Leistungskonverters (10) oder einer anderen Anordnung, einer Einrichtung (18) zur Erzeugung eines Schaltsignals für den Meßwertentnahmepunkt, das einem bestimmten Punkt in der Wellenform
der Kommutierungsspannung eines Thyristorventils entspricht, an dem der Wert für die Kommutierungsspannung erfasst wird, ,eine Einrichtung (21,22,23) zum Speichern des Meßwertsignals für die Ventilspannung, eine auf die Meßwerteinrichtung für die Ventilspannung und für das Umschaltsignal für den Meßwertentnahmepunkt ansprechende Schaltereinrichtung (25),
die mit der Meßwertsignalspeichereinrichtung gekoppelt ist zur Zuführung der gemessenen Spannungswerte der jeweiligen Thyristorventile zu dieser Speichereinrichtung in Sequenz, und eine Komparatorschaltungseinrichtung (32), welche ζμπι
Vergleich der momentanen Werte eines Meßwertes der Ventilspannung des zuvoristromdurchlassenden Thyristorventiles gekoppelt ist zur Ableitung eines ausgangsseitigen Regelabweichungssignals entsprechend der Differenz zur Verwendung zur Steuerung der Arbeitsweise des Leistungskonverters.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Leistungskonverter in der
Betriebsart als Inverter verwendbar ist, und einen Zündzeitrechner (13) zur Lieferung von Zündsignalen zu geeigneten Zeitpunkten zwecks Steuerung des Stromdurchlasses der entsprechenden Thyristorventile in dem Konverter enthält,

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wobei der Zündzeitrechner (13) eine regelbare Grenzwertschaltung für ß zur Begrenzung des Zündwinkels der Voreilung ß der Thyristorventile auf einen normalen Wert β.,™ besitzt

MIN

und das ausgangsseitige Regelabweichungssignal mit dieser sieuerbaren Grenzwertschaltung für ß zur sofortigen Erhöhung des Wertes der Mindestgrenze für ß für das nächste in dem Konverter zu zündende Thyristorventil verbunden ist.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Erhöhung des Wertes der Mindestgrenze für ß proportional zum Wert des ausgangsseitigen Regelabweichungssignals ist.
4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass der Leistungskonverter eine normale Regelschleife zur Regelung der Arbeitsweise des Zündzeitrechners (13) und damit der Zündung der Thyristorventile des Konverters und zur Einhaltung eines vorgegebenen Sicherheitswinkels besitzt, und die durch die Schaltung zur Messung und zur Steuerung der Spannungsverzerrung gegebene Regelschleife parallel und zusätzlich zu der normalen Regelschleife vorhanden ist, und eine bedeutend grössere Ansprechgeschwindigkeit besitzt, und an die Schaltung zur Messung der Spannungsverzerrung eine Schaltung gekoppelt ist zur Rückführung des Mindestgrenzwertes für ß auf den normalen Wert für ß_MTM mit einer vorgegebenen Zeitkonstante, in der normalerweise der Verzerrungszustand beseitigt ist.
5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Konverter zum Betrieb mit 60 Hz ausgelegt ist und die Einrichtung zur Erzeugung eines Umschaltsignals für den Meßwertentnahmepunkt einen Tertiärtransformator (19) umfasst, der an die Wicklungen des Transformators des Leistungskonverters gekoppelt und so geschaltet ist, dass er ein Abbild der Kommutierungsspannung der Phase

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verschoben um 120 von der zu messenden Kommutierungsspannung abgibt, sowie eine Monitorschaltung (18) zur Pegelwertmessung und zur Impulsformung, welche an den tertiären Transformator gekoppelt is-t zur Ableitung des Umschaltsignals für den Meßwertentnahmepunkt bei einem Nulldurchgang dieses Abbildsignals, wodurch mehrfache ausgangsseitige Umschaltsignale für den Meßwertentnahmepunkt bei Anwesenheit von Oberwellenverzerrungen ableitbar sind, welche mehrfache Nulldurchgänge von Wellenform der Kommutierungsspannungen verursachen.
6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass der Leistungskonverter geeignet ist zum Betrieb in der Betriebsart als Inverter und eine Zündzeit-RegTsr-Einrichtung (It) zur Lieferung von Zündsignalen mit geeignetem Zeitpunkt zur Steuerung des Stromdurchgangs der entsprechenden Thyristorventile in dem Konverter besitzt, wobei der Zündzeitregier (I¹O eine steuerbare Grenzwert schaltung für ß zur Begrenzung des Mindest-Zündwinkels der Voreilung ß der Thyristorventile auf einen normalen Wert ß_UTH besitzt und das ausgangsseitige Regelabweich,^ungssignal

^η*^Ν eine

dieser steuerbaren Grenzwerte für ß/schnelle Erhöhung des Mindestgrenzwertes ß auf einen höheren Wert als ß«_IN zuführbar ist.
7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass der Mindestgrenzwert für ß um einen Betrag proportional zu dem Wert des ausgangsseitigen Regelabweiehungssignals erhöht ist.
8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeiehn et» dass der Leistungskonverter eine normale Regelschleife zur Regelung des Betriebs des Zündzeitrechners (13) und damit zur Zündung der Thyristorventile des Konverters mit Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Sicherheitswinkels

■ besitzt, wobei die Regelschleife, welche durch die Schaltung

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zur Steuerung und Feststellung von Spannungsverzerrung gegeben ist, parallel zusätzlich zu der normalen Regelschleife liegt, und eine bedeutend grössere Ansprechgeschwindigkeit aufweist, und eine Schaltung zur Reduzierung des Zündwinkels der Voreilung ß zurück zu dem durch die normale Regelschleife eingestellten Wert innerhalb einer vorgegebenen Zeitkonstante mit der Schaltung für die Spannungsverzerrung und Messung gekoppelt ist, wobei innerhalb dieser Zeitkonstante normalerweise der Verzerrungszustand beseitigt ist.
9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dass der Leistungskonverter ein Hochspannungsleistungskonverter ist, und geeignet ist zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom hoher Spannung beim Betrieb als Gleichrichter und geeignet ist zur Umwandlung von Gleichstrom hoher Spannung in Wechselstrom beim Betrieb als Inverter.
10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , dass die Umschalteinrichtung Transistorschalter (2 5) für jedes Ventilpaar in dem Thyristorbrücken-Leistungskonverter besitzt, wobei jeder Transistorschalter mindestens zwei Eingangsanschlüsse und einen Ausgangsanschluss aufweist, die Meßwerteinrichtung für die Ventilspannung für beide Thyristorventile des Paars auf einen Ein« gangsanschluss gekoppelt ist, das Umsehaltsignal für den Meßwertentnahmepunkt, dem anderen Eingangsanschluss zugeführt ist, und die Ausgangsanschlüsse aller Transistorschalter·(25) gemeinsam mit der Speichereinrichtung (21, 22, 23) für die Meßwertsignale der Ventilspannung verbunden sind, wobei diese Speichereinrichtung für die Meßwertsignale der Ventilspannung einen ersten Kondensator <21) besitzt, der gemeinsam mit allen Ausgangsansehlüssen der Transistorschalter verbunden ist, und einen zweiten Speicherkondensator (22), der durch eine Kopplungsschaltung (23) mit dem Verstärkungsgrad 1'

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mit dem ersten Speicherkondensator (21) zur Speicherung einer gemessenen Thyristorventilspannung von einem Durchlaßintervall eines Thyristorventils zum nächsten Intervall gekoppelt ist, wobei die Komparatorschaltung eine Summierungsschaltung (32) umfasst, bei der ein Eingang mit dem zweiten Speicherkondensator (22) und ein zweiter Eingang mit dem Ausgang der Kopplungsschaltung (23) mit Verstärkungsgrad 1 gekoppelt ist, zur Summierung des Momentanwertes einer gerade gemessenen Thyristorventilspannung und des Meßwertes der Spannung des zuvor Strom führenden Thyristorventils, welcher auf dem zweiten Kondensator gespeichert ist, und zur Ableitung eines ausgangsseitigen Regelabweichungssignals, welches eine vorhandene Spannungsdifferenz anzeigt.
11. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Schaltereinrichtung Transistorschalter (25) für jedes Ventilpaar in dem Thyristorbrückenleistungskonverter besitzt, wobei jeder Transistorschalter mindestens zwei Eingangsanschlüsse und einen Ausgangsanschluss aufweist, und die Meßwertentnahmeschaltung für die Ventilspannung für beide Thyristorventile des Paars auf einem Eingangsanschluss gekoppelt ist und das Umschaltsignal für den Meßwertentnahmepunkt dem anderen Eingangsanschluss zugeführt ist und der Ausgangsanschluss aller Transistorschalter (25) gemeinem mit der Speichereinrichtung (21, 22, 2 3) .für das Meßsignal der Ventilspannung verbunden ist, wobei diese Meßwertsignalspeichereinrichtung der Ventilspannung einen ersten Kondensator (21) besitzt, der gemeinsam mit allen Ausgangsanschlüssen der Transistorschalter (25) verbunden ist, und einen zweiten Speicherkondensator (22), der über eine Kopplungsschaltung (23) mit Verstärkungsgrad 1 mit dem ersten Speicherkondensator (21) gekoppelt ist zur Speicherung eines Meßwertes der Thyristorventilspannung von einem Thyristorventil-Stromdurchlaßintervall zum nächsten, und die Komparatorschaltung eine Summierungsschaltung (32) enthält, von

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der ein Eingang mit dem zweiten Speicherkondensator (22) und ein zweiter Eingang mit dem Ausgang der Kopplungsschaltung (23) mit Verstärkungsgrad 1 gekoppelt ist zur Summierung des momentanen Wertes einer gerade gemessen Thyristorventilspannung und des Meßwertes der Spannung des vorher Strom durchlassenden Thyristorventils, welcher auf dem zweiten Kondensator (22) gespeichert ist, zur Ableitung eines ausgangsseitigen Regelabweichungssignals, das eine vorhandene Spannungsdifferenz anzeigt.
12. Schaltung nach Anspruch H₅ dadurch gekennzeichnet , dass der Konverter für den Betrieb bei 60 Hz ausgelegt ist und die Einrichtung zur Erzeugung eines Umschaltsignals für den Meßwertentnahmepunkt eine tertiäre Transformatoreinrichtung (19) besitzt, welche an die Transformatorwicklungen des Leistungskonverters gekoppelt und so geschaltet ist, dass sie ein Abbild der Spannung Phase/Phase als Umschaltsignal für den Meßwertentnahmepunkt liefert, welches in seiner Phase um 12O^ gegenüber der zu messenden Kommutierungsspannung versetzt ist.
13. Verfahren zum Steuern eines durch Leistungsspannung kommutierten Thyristorbrückenleistungskcnverters beim Betrieb als Inverter 5 welcher eine Vielzahl von nacheinander Strom führenden Thyr-i ε tcr ventilen (1-6) besitzt, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: es werden momentane Meßwerte der Kommutierungsspannung, welche über den entsprechenden Thyristorventilen anliegt, bei einem bestimmten Punkt der Spannungsperiode vor der Kommutierung entnommen, der Momentanwert einer- gerade gemessenen Ventilspannung wird mit einem gespeicherten Wert der Veritilspannung für das vorher stromdurchlassende Thyristorventil verglichen, die Differenz zwischen de:;; momentanen und dem gespeicherten Wert der Ventilspannung 'cird erfasst zur Verwendung als ausgangsseitiges Eegelabmenungs signal und das ausgangsseitige

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Regelabwexchungasignal wird unmittelbar zurückgeführt zur Steuerung des Zündwinkels des nächsten in dem Leistungskonverter zu zündenden Thyristorventils.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , dass der zu steuernde Leistungskonverter eine normale Regelschleife zur normalen Steuerung des Zündwinkels ß des Konverters zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Sicherheitswinkels besitzt, das ausgangsseitige Regelabweichungssignal parallel mit und zusätzlich zu der normalen Regelschleife als schnell ansprechende Regelung zurückgeführt wird, welche in der Lage ist, den Zündwinkel ß des nächsten stromdurchlässig zu machenden Thyristorventils vorzuverlegen, und anschliessend der Zündwinkel ß innerhalb einer vorgegebenen Zeitkonstante auf den normalen Wert zurückgeführt und herunterges_etzt wird, wobei in dieser Zeitspanne die Verzerrung normalerweise verschwinden sollte.

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