DE640958C

DE640958C - Arrangement to improve the power factor in the voltage regulation of conversion devices

Info

Publication number: DE640958C
Application number: DEA71425D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1932-09-23
Filing date: 1933-09-24
Publication date: 1937-01-16

Description

Bekanntlich ergibt sich bei Umformungseinrichtungen mit gesteuerten Entladungsstrecken, vorzugsweise gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken, der Umstand, daß bei Spannungsregelung mittels der Steuerung, insbesondere der Gittersteuerung, der Leistungsfaktor der Umformung schlecht ist. Man hat sich nun bereits bemüht, diesen Nachteil zu vermeiden bzw. zu verringern, indem man zusätzliche Entladungsstrecken in vorbestimmter Weise anordnete und ebenfalls an der Stromführung beteiligte. Die vorliegende Erfindung beschreitet nun einen anderen Weg, der ebenfalls eine erhebliche Verbesserung des Leistungsfaktors ermöglicht.As is known, this results in forming devices with controlled discharge paths, preferably grid-controlled ones Vapor or gas discharge paths, the fact that with voltage regulation by means of the control, especially the grid control, the power factor of the forming bad is. Efforts have already been made to avoid this disadvantage or to reduce by arranging additional discharge paths in a predetermined manner and also involved in the current management. The present invention proceeds now another way, which also significantly improves the power factor enables.

Die Erfindung bezieht sich auf Umformungseinrichtungen, bei denen mindestens zwei Gruppen von jeweils mindestens zwei Entladungsstrecken vorgesehen sind, wobei die Gruppen in bezug auf die Ströme in Reihe geschaltet sind, und wobei die Steuerung jeder Gruppe unabhängig von der Steuerung der anderen Gruppe; einstellbar ist.The invention relates to forming devices, in which at least two groups of at least two discharge paths are provided, wherein the groups are connected in series with respect to the currents, and where the controller each group independently of the control of the other group; is adjustable.

Es sind nun zwar bereits ähnliche Einrichtungen vorgeschlagen worden, bei denen ebenfalls die Steuerung der einzelnen Gruppen von Entladungsstrecken voneinander unabhängig sind. Jedoch werden dort sämtliche Gruppen, gleichzeitig geregelt, und die Unabhängigkeit der einzelnen Gruppensteuerungen hat lediglich den Zweck, die Steuerung der gesamten Umformungseinrichtung in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsgrößen ohne Schwierigkeiten durchführen zu können. An die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung ist bei diesen Anordnungen weder gedacht, noch geben sie einen Hinweis zu ihrer Lösung. Erfindungsgemäß kann der Leistungsfaktor der gesatn- -ten Umformungseinrichtung dadurch erhöht werden, daß die Regelung der Spannung nur jeweils in einer der in Reihe geschalteten Gruppe von Entladungsstrecken erfolgt, während die übrigen Gruppen von Entladungsstrecken mit einem Leistungsfaktor, der annähernd gleich ι ist, d. h. also mit unveränderlicher Einstellung der Gitterspannung, gesteuert werden. Bei einer größeren Anzahl von hintereinandergieschalteten Gruppen ergibt sich dabei eine Aufteilung in eine der Anzahl der Gruppen entsprechende Anzahl von Regel teilbereichen, wobei innerhalb jedes Regelteilbereiches die Spannung von einer an-It is true that similar devices have already been proposed in which also the control of the individual groups of discharge paths independently of one another are. However, all groups are regulated there at the same time, and independence the sole purpose of the individual group controls is to control the entire forming device as a function of different sizes of company to be able to carry out without difficulties. To the basis of the present invention The task at hand is neither intended nor given in these arrangements a hint to their solution. According to the invention, the power factor of the total -th converter can be increased by regulating the voltage only takes place in each case in one of the series-connected groups of discharge paths while the remaining groups of discharge paths with a power factor which approximates is equal to ι, d. H. i.e. with an unchangeable setting of the grid voltage, being controlled. With a larger number of groups connected one behind the other, the result is This is divided into a number of rule sub-areas corresponding to the number of groups, with each Control subrange, the voltage from another

deren Gruppe geregelt wird. Die Spannungsregelung erfolgt innerhalb jeder Gruppe zwischen dem Kleinst- und dem Größtwert der von der betreffenden Gruppe gelieferten Spannung. Weiterhin ergibt sich auch der Fall, die einzelnen Gruppen von Entladungsstrecken in der'Weise verschiedenartig zu steuern, daß gleichzeitig wenigstens eine Gruppe von Entladungsstrecken derart gesteuert wird, daß der Energiefluß in dieser Gruppe umgekehrt wie in den übrigen Gruppen ist, d. h. daß beispielsweise bei Gleichrichterbetrieb der Umformungseinrichtung eine Gruppe entsprechend den Bedingungen des Wechselrichterbetriebes gesteuert wird. Durch diese Art der Steuerung \vird nicht nur eine additive, sondern auch eine subtraktive Zusammensetzung von Teilspannungen möglich, so daß im Grenzfall eine 20- Regelung beispielsweise der abgegebenen Gleichspannung zwischen Null und dem vollen Wert erfolgen kann, ohne daß mehr als die Hälfte der vorgesehenen Gruppen von Entladungsstrecken überhaupt mit einer Steuerung versehen zu sein braucht.whose group is regulated. The voltage regulation takes place within each group between the minimum and maximum value of those supplied by the group in question Tension. Furthermore, there is also the case where the individual groups of discharge paths are assigned differently in this way control that at the same time at least one group of discharge paths is controlled in this way it becomes that the flow of energy in this group is reversed as in the other groups, i.e. H. that for example at Rectifier operation of the conversion device a group according to the conditions inverter operation is controlled. This type of control \ vird not only an additive but also a subtractive composition of partial voltages possible, so that in the borderline case a 20 control, for example, the delivered DC voltage between zero and the full value can be done without more than half of the intended groups of discharge paths need to be provided with a control at all.

In Abb. ι der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar kuppeln die beiden Gruppen von Entladungsstrecken 18, 19 und 16, 17 ein Wechselstromnetz 10 mit einem Gleichstromnetz 11 unter Mitwirkung eines Haupttransformators 12 mit den Wicklungen 13 bis 15. Ferner kann im Gleichstromkreis eine Glättungsdrossel 20 vorgesehen sein. Für die Steuerung der Entladungsstrecken 16 und 17, die im vorliegenden Falle gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken sind, dient ein Gittertransformator 23, der unter Mitwirkung einer phaseneinstellenden Vorrichtung 27, 29 den Gitterkreisen eine gegenüber der Anodenspannung phasenveränderbare Steuerwechselspannung zuführt. Ferner sind in die Gitterkreise Strombegrenzungswiderstände 21 und Vorspannungsbatterien 22 eingefügt. In ähnlicher Weise ist für die Entladungsstrecken 18 und 19 ein Gittertransformator 26 in Verbindung mit Strombegrenzungswiderständen 24 und einer Vorspannungsbatterie 25 vorgesehen. Auch m diesem Falle wird dem Gittertrans formator eine phasenveränderbare Wechselspannung zugeführt, die mittels einer phaseneinstellenden Vorrichtung 28, 30 aus dem Wechselstromnetz 10 abgeleitet ist. .Die Einstellung der Phasenlage erfolgt bei dieser Gruppe unabhängig von der Einstellung der Phasenlage bei der anderen Gruppe.In Fig. Ι the drawing is an embodiment of the invention, namely couple the two groups of discharge paths 18, 19 and 16, 17 an alternating current network 10 with a direct current network 11 with the participation of a main transformer 12 with the windings 13 to 15. Furthermore, a smoothing choke can be used in the direct current circuit 20 may be provided. For the control of the discharge sections 16 and 17, which in the present case are grid-controlled vapor or gas discharge paths, A grid transformer 23 is used which, with the assistance of a phase-adjusting device 27, 29 supplies an alternating control voltage which is phase-changeable with respect to the anode voltage to the grid circles. Further are in the grid circles current limiting resistors 21 and bias batteries 22 inserted. Similarly, a grid transformer is used for the discharge paths 18 and 19 26 in conjunction with current limiting resistors 24 and a bias battery 25 provided. In this case, too, the grid transformer is used a phase-changeable alternating voltage is supplied, which by means of a phase-adjusting Device 28, 30 is derived from the alternating current network 10. .The setting the phase position takes place in this group independently of the setting of the phase position at the other group.

Bezüglich der Wirkungsweise sei zunächstRegarding the mode of operation, let me begin with

angenommen, daß beide Gruppen von Entladungsstrecken gleichzeitig und gleichsinnig gesteuert werden. Nimmt man ferner an, daß im Belastungskreis ein konstanter Strom und im Wechselstromkreis eine konstante ■ Spannung besteht, so wird der Strom im Wechselstromkreis ebenfalls im wesentlichen konstant . sein, aber der Leistungsfaktor ändert sich entsprechend der Einstellung der Gittersteuerung. Es ergibt sich dann als Beziehung zwischen der Blindleistung und der Gleichspannung die Kurve α gemäß Abb. 2. Man ersieht aus dieser Abbildung, daß bei der Regelung der Gleichspannung vom Größtwert bis annähernd Null verhältnismäßig große Beträge von induktiver Blindleistung aus dem Wechselstromnetz 10 ange-■fordert werden.assumed that both groups of discharge paths are controlled simultaneously and in the same direction. If one also assumes that there is a constant current in the load circuit and a constant voltage in the alternating current circuit, the current in the alternating current circuit is also essentially constant. but the power factor changes according to the setting of the grid control. The relationship between the reactive power and the direct voltage then results in the curve α according to Fig. 2. It can be seen from this figure that when the direct voltage is regulated from the maximum value to almost zero, relatively large amounts of inductive reactive power from the alternating current network 10 occur demands are made.

Wenn man nun aber die Gittersteuerung der beiden Gruppen \*erschiedenartig einstellt, beispielsweise die Entladungsstrecken 16 und 17 gewissermaßen als ungesteuerten Gleichrichter arbeiten läßt, und die Entladungsstrecken 18 und 19 in an sich bekannter Weise regelt, so wird der Leistungsfaktor der Umformung bezüglich der Entladungsstrecken 16 und 17 im wesentlichen den Wert Eins haben, während die bekannte Verschlechterung des Leistungsfaktors nur bei den Entladungsstrecken 18 und 19 auftritt. Da auf diese Gruppe beim Arbeiten der anderen Gruppe als ungesteuerter Gleichrichter in dem Regelteilbereich der Gleichspannung zwischen 5o°/₀ und 100 °/₀ der Gesamtspannung entfallen, so erhält man als Beziehung zwischen der Blindleistung und der Gleichspannung die Kurve b gemäß Abb. 2. Das Maximum der Blindleistung im Falle der Kurve b entspricht einer Verzögerung des Entladungseinsatzes um etwa 90⁰. Indem man nun weiter die Gittersteuerung im nacheilenden Sinne über die 90⁰ Phasenlage hinaus verschiebt, dreht sich die Energierichtung um, d. h. die Entladungsstrecken 18 und 19 arbeiten nunmehr entsprechend den Bedingungen des Wechselrichterbetriebes. In dem Maße, wie die Phasennacheilung der Gitterspannung zunimmt, nimmt die zurückgelieferte Energie zu, bis bei einer Phasenlage von annähernd i8o°, bei Vernachlässigung des erforderlichen Kommutierungswinkels, die Umformung mit einem Lei- no stungsfaktor von annähernd Eins vor sich geht. Bei gleichmäßiger Aufteilung der Spannung auf die beiden Gefäßgruppen bedeutet dies, daß dem Gleichstromkreis eine resultierende Spannung von etwa Null zügeführt wird. Natürlich besteht auch die Möglichkeit, daß die Spannungsaufteilung auf die einzelnen Gruppen ungleichmäßig erfolgt.If, however, the grid control of the two groups is set differently, for example the discharge paths 16 and 17 are made to work as an uncontrolled rectifier, and the discharge paths 18 and 19 are regulated in a manner known per se, then the power factor of the transformation with respect to the discharge paths becomes 16 and 17 have essentially the value one, while the known deterioration in the power factor occurs only in the case of the discharge gaps 18 and 19. Since this group is allotted to this group when the other group works as an uncontrolled rectifier in the control sub-range of the direct voltage between 50 ° / ₀ and 100 ° / _{0 of} the total voltage, the relationship between the reactive power and the direct voltage is curve b according to Fig. 2. The maximum of the reactive power in the case of curve b corresponds to a delay in the onset of discharge by approximately 90 ^° . By now moves further, the grid control in the trailing sense over the 90 ⁰ phasing addition, the energy direction turns around, that is, the discharge paths 18 and 19 are now working in accordance with the conditions of the inverter operation. As the phase lag of the grid voltage increases, the returned energy increases until, with a phase position of approximately 180 °, neglecting the required commutation angle, the transformation takes place with a power factor of approximately one. If the voltage is evenly divided between the two groups of vessels, this means that a resulting voltage of approximately zero is fed to the direct current circuit. Of course, there is also the possibility that the voltage distribution between the individual groups is uneven.

Nimmt man nun abweichend an, daß die Gruppe 16, 17 als Wechselrichter arbeitet, wobei ebenfalls eine feste Einstellung der Gittersteuerung vorgesehen ist, und regeltIf one assumes now that the group 16, 17 works as an inverter, a fixed setting of the grid control is also provided, and regulates

man die Entladungsstrecken i8 und 19 in einer Weise, wie sie kurz zuvor beschrieben • wurde, so erhält man als Beziehung zwischen der Blindleistung und der Gleichspannung die Kurve c gemäß Abb. 2. Da jedoch die Spannung des Gleichstromkreises normalerweise konstant gehalten wird, so bedeutet dies, daß infolge der Phasenverschiebung der Gitterspannung die Spannung im Wechselstromnetz notwendigerweise vergrößert wird. Im vorliegenden Falle bedeutet dies, daß die dem Wechselstromnetz zugeführte Wechselspannung vergrößert wird. Diese Zunahme der Spannung ist jedoch von einer erheblichen Zunahme der Blindleistung auf der Wechselstromseite begleitet. Insgesamt ergibt sich also, daß durch verschiedenartige Aussteuerung der einzelnen Gruppen und durch verschiedenartige Einstellung der Gruppen mit fester Einstellung der Gittersteuerung die Regelung in weiten Grenzen vorgenommen werden kann, ohne daß der Leistungsfaktor wesentlich verschlechtert wird.If the discharge paths i8 and 19 are in a way as described shortly before, the relationship between the reactive power and the DC voltage is curve c according to Fig. 2. However, since the voltage of the DC circuit is normally kept constant, then means this is that as a result of the phase shift of the grid voltage, the voltage in the AC network is necessarily increased. In the present case this means that the alternating voltage supplied to the alternating current network is increased. However, this increase in voltage is accompanied by a significant increase in reactive power on the AC side. Overall, the result is that by different types of modulation of the individual groups and by different types of setting of the groups with a fixed setting of the grid control, the regulation can be carried out within wide limits without the power factor being significantly impaired.

Man kann bei der Schaltung gemäß Abb. 1 die Wicklung 14 mit der Wicklung 15 zusammenlegen. Dann erhält man eine Schaltung gemäß Abb. 3. 31 ist ein Taktgeber. Die Entladungsstrecken sind dann in Graetzschaltung angeordnet. Die übrigen Bezugszeichen dieser Abbildung entsprechen denen der Abb. 1. Hinsichtlich der Wirkungsweise ergibt sich bezüglich Abb. 1 kein Unterschied, jedoch bezüglich der normalen Graetzschaltung, da ja die Entladungsstrecken 16 und 17 in anderer Weise als die Entladungsstrecken 18 und 19 gesteuert werden. With the circuit according to FIG. 1, the winding 14 can be combined with the winding 15. Then you get a circuit according to Fig. 3. 31 is a clock generator. The discharge paths are then arranged in a Graetz circuit. The remaining reference symbols this figure correspond to those in fig. 1. With regard to the mode of operation there is no difference with regard to Fig. 1, but with regard to the normal Graetz circuit, since the discharge paths 16 and 17 are controlled in a different way than the discharge paths 18 and 19.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Abb. 4 der Zeichnung angegeben. Zwei Gruppen von Entladungsstrecken kuppeln ein Drehstromnetz 32 und ein Gleichstromnetz 11. Zu der Umformungseinrichtung gehört ein Haupttransformator mit den Wicklungen 33 bis 35; ^un(i zwar ist der Wicklung 34 die Graetzschaltung mit den Entladungsstrecken 36 bis 41 und der Wicklung 35 die Graetzschaltung mit den Entladungsstrecken 42 bis 47 zugeordnet. In ähnlicher Weise wie oben kann jede Einzelgruppe unabhängig von der anderen gesteuert werden, und es sind daher vier Drehtransformatoren" 48 bis 51 vorgesehen, die die phasenveränderbaren Steuerwechselspannungen mittels der Gittertransformatoren 52 den Gitterkreisen zuführen, die außer der Sekundärwicklung des Gittertransformators noch je einen Strombegrenzungswiderstand 53 und Vorspannungsbatterien 54 enthalten. Hinsichtlich der Wirkungsweise ergeben sich keine grundsätzlichen Besonderheiten gegenüber Abb. 1. Da man im vorliegenden Falle insgesamt vier unabhängig steuerbare Gruppen von Entladungsstrecken hat, so gelten naturgemäß nicht die Regelbeziehungen gemäß den Kurven b und c der Abb. 2, sondern man erhält die Kurven d bis g. Another embodiment is shown in Fig. 4 of the drawing. Two groups of discharge paths couple a three-phase network 32 and a direct current network 11. The conversion device includes a main transformer with windings 33 to 35; ^{un (i,} although 34 is the rectifier circuit with the discharge paths 36 to 41 and the winding 35 associated with the winding, the Graetz circuit with the discharge paths 42 to 47. In a similar manner as above, each individual group can independently of the other are controlled, and there are therefore four Rotary transformers "48 to 51 are provided, which feed the phase-changeable control AC voltages by means of the grid transformers 52 to the grid circuits, which in addition to the secondary winding of the grid transformer each contain a current limiting resistor 53 and bias batteries 54. With regard to the mode of operation, there are no fundamental peculiarities compared to Fig. 1 in the present case has a total of four independently controllable groups of discharge paths, the control relationships according to curves b and c in Fig. 2 do not naturally apply, but curves d to g are obtained.

Das in Abb. 5 der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel betrifft einen Frequenzumformer, der den Wechselstrom des Netzes 59 in Wechselstrom des Netzes 60 umformt. Die Einrichtung enthält zwei Gruppen von Entladungsstrecken, die in bezug auf die Klemmen des Netzes 59 gegensinnig parallel geschaltet sind. Im vorliegenden Falle besteht jede der beiden Gruppen aus vier Entladungsstrecken 61 bis 64 bzw. 65 bis 68, die in Graetzschaltung angeordnet sind. Die beiden Entladungsstreckengruppen sind durch Konimutierungssdrosseln 69 und 70 miteinander in Verbindung. Für die Gittersteuerung der Entladungsstrecken 61, 62 und 65, 66 dient ein Gittertransformator 73 mit einer phaseneinstellenden Vorrichtung 74, 75, ferner sind Strombegrenzungswiderstände 71 und Vorspannungsbatterien 72 vorgesehen. Für die Entladungsstrecken 63, 64 und 67, 68 dient ein- Gittertransformator 76 in Verbindung mit einer phaseneinstellenden Vorrichtung yy, 78.The exemplary embodiment shown in FIG. 5 of the drawing relates to a frequency converter which converts the alternating current of the network 59 into alternating current of the network 60. The device contains two groups of discharge paths which are connected in parallel in opposite directions with respect to the terminals of the network 59. In the present case, each of the two groups consists of four discharge paths 61 to 64 and 65 to 68, which are arranged in a Graetz circuit. The two groups of discharge paths are connected to one another by means of conimutation reactors 69 and 70. A grid transformer 73 with a phase-adjusting device 74, 75 is used to control the grid of the discharge paths 61, 62 and 65, 66; current limiting resistors 71 and bias batteries 72 are also provided. A grid transformer 76 in conjunction with a phase-adjusting device yy, 78 is used for the discharge paths 63, 64 and 67, 68.

Hinsichtlich der Wirkungsweise gelten auch in diesem Falle die Ausführungen, die bereits in Zusammenhang mit den Abb. 1 bis 3 gemacht worden sind. Beispielsweise wird während derjenigen Halbwellen, wäh-rend deren die Spannung des Netzes 59 positiv ist, die Gruppe 61 bis 64 Wechselstrom an das Netz 60 liefern. Während der restlichen Halbwellen leiten die Entladungsstrecken 65 bis 68 den Strom. Indem man die Phase der Gitterspannungen im nacheilenden Sinne verstellt, beispielsweise für die Entladungsstrecken 61, 62 und 65, 66 um im wesentlichen 180 ° in bezug auf die Spannung des Wechselstromnetzes 60, und indem man allmäiilich die Phase der Gitterspannung der Entladungsstrecken 63, 64 und 67, 68 im voreilenden Sinne verstellt, kann man die Spannung des Wechselstromnetzes 60 auf einen gewünschten Wert einstellen, ohne daß erhebliche Blindleistungen auftreten. Der Einfachheit halber ist für Abb. 5 die Umformung von Einphasenstrom in Einphasenstrom zu- n₀ gründe gelegt, jedoch bereitet es keine Schwierigkeiten, auch die Schaltung derart abzuändern, daß eines der beiden Wechselstromnetze mehrphasig ist.With regard to the mode of operation, the statements made in connection with Figs. 1 to 3 also apply in this case. For example, during those half-waves during which the voltage of the network 59 is positive, the group 61 to 64 supply alternating current to the network 60. During the remaining half-waves, the discharge paths 65 to 68 conduct the current. By adjusting the phase of the grid voltages in a lagging sense, for example for the discharge paths 61, 62 and 65, 66 by essentially 180 ° with respect to the voltage of the alternating current network 60, and by gradually adjusting the phase of the grid voltage of the discharge paths 63, 64 and 67, 68 adjusted in the leading sense, the voltage of the alternating current network 60 can be set to a desired value without significant reactive power occurring. For simplicity of Fig. 5, the forming of single-phase single-phase power supply in set n is ₀ reasons, however, it is not difficult to modify the circuit such that one of the two AC networks is multiphase.

Claims

Patent claims:

i. Arrangement to improve the power factor in voltage regulation of converting devices that have at least two in relation to the currents groups connected in series lattice

controlled vapor or gas discharge paths, by means of the grid control, The grid control of each group of discharge paths can be set independently of that of the other groups, characterized in that only one of the groups is controlled in a manner known per se by grid control and the other groups of discharge paths are controlled in such a way that the power factor of the respective Groups is approximately equal to one.

2. Arrangement according to claim i, characterized in that temporarily at least one group of discharge paths corresponding to the conditions of the rectifier operation and at least another group of discharge paths is controlled according to the conditions of the inverter operation.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the discharge paths are arranged in Graetz circuit (Fig. 3 and 4).

1 sheet of drawings