DE643801C

DE643801C - Arrangement for improving the power factor in the voltage regulation of rectifiers or inverters working with grid-controlled vapor or gas discharge paths

Info

Publication number: DE643801C
Application number: DEA69622D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Karl Kettner
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1933-05-31
Filing date: 1933-05-31
Publication date: 1937-04-17

Description

Unter den Entladungsstrecken, die für den Betrieb von Gleichrichtern oder Wechselrichtern in Frage kommen, haben sich in erster Linie diejenigen in die Technik eingeführt, S bei denen mittels der Steuerung nur der Entladungseinsatz in jeder Entladungsstrecke gesteuert wird. Besondere Bedeutung haben hierbei die gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken, d. h. Entladungsstrecken mit ionisierbarem Medium, weil unter allen Steuerungsarten die Gittersteuerung bisher die geringsten Aufwendungen erfordert. Wenn man mittels der Steuerung, insbesondere der Gittersteuerung, eine Spannungsregelung durchführt, so ergibt sich bekanntlich eine Verschlechterung des Leistungsfaktors. Man kann nun, wie bereits vorgeschlagen wurde, den Leistungsfaktor bei Gleichrichtern oder Wechselrichtern bei der Spannungsregelung verbessern, indem man mindestens zwei Gruppen von Entladungsstrecken, die an verschiedene Anzapfungen des Haupttransformators angeschlossen sind, vorsieht und in wenigstens einem Teil des gesamten Regelbereiches beide Gruppen an der Stromführung beteiligt. Hierbei erlischt der Strom der an die niedrigere Spannung angeschlossenen Entladungsstrecke, wenn der Strom der ablösenden, an die höhere Spannung angeschlossenen Entladungsstrecke einsetzt. Man erreicht dann bei gleichem Regeleffekt eine Verbesserung der Spannungskurve und des Leistungsfaktors. Nachteilig ist jedoch, daß beide Gruppen von Entladungsstrecken nicht gleichzeitig Strom führen. Bemerkt wird noch, daß die Anzapfungen beliebig gewählt werden können, so daß man im Grenzfall zu einer bzw. mehreren Entladungsstrecken, die an den Sternpunkt der Transformatorwicklung angeschlossen sind, gelangt.Among the discharge paths necessary for the operation of rectifiers or inverters come into question, it is primarily those who have become acquainted with the technology S where only the discharge start in each discharge path by means of the control is controlled. The grid-controlled steam or Gas discharge paths, d. H. Discharge paths with an ionizable medium, because under all types of control the grid control so far requires the least amount of effort. If one uses the control, in particular the grid control, a voltage regulation performs, it is known that there is a deterioration in the power factor. You can now, as has already been suggested, the power factor in rectifiers or inverters in the Improve voltage regulation by having at least two groups of discharge paths connected to different taps of the main transformer, provides and in at least part of the over the entire control range, both groups are involved in the current flow. This goes out the current of the discharge path connected to the lower voltage, if the Current of the replacing discharge path connected to the higher voltage begins. An improvement in the voltage curve and the power factor is then achieved with the same control effect. Is disadvantageous however, that both groups of discharge paths do not carry current at the same time. It should also be noted that the taps can be chosen arbitrarily, so that one in the borderline case to one or more discharge paths that are connected to the star point of the Transformer winding are connected.

Es ist nun weiter bekannt, bei Gleichrichtern oder Wechselrichtern für größere Leistungen den Strom auf mehrere Entladungsstrecken zu unterteilen. Hierzu werden vorzugsweise Stromtransformatoren, im allgemeinen als Stromteiler oder Saugdrosseln bezeichnet, verwendet. Charakteristisch für diese Stromtransformatoren ist, daß die von den Strömen der parallel arbeitenden Entladungsstrecken erzeugten magnetischen Flüsse einander entgegenwirken. Diese Stromtransformatoren, deren Eigenschaften vom ungesteuerten Gleichrichter her bekannt sind, lassen sich zunächst in gleicher Weise unter annähernd gleichen Verhältnissen bei Gleichrichtern oder Wechselrichtern verwenden, die mittels der Steuerung, insbesondereIt is now further known for rectifiers or inverters for larger ones Services to divide the current over several discharge paths. To do this will be preferably current transformers, generally as current dividers or suction throttles referred to, used. It is characteristic of these current transformers that the the currents of the parallel operating discharge paths generated magnetic fluxes counteract each other. These Current transformers whose properties are known from the uncontrolled rectifier can initially be found in the same way under approximately the same conditions Use rectifiers or inverters by means of the controller, in particular

*) Von dem Patentsweher ist als der Erfinder angegeben worden:*) From the patent payer the following has been indicated as the inventor:

Dr.-Ing. Karl Kettner in Berlin-Lankwits.Dr.-Ing. Karl Kettner in Berlin-Lankwits.

der Gittersteuerung, hinsichtlich der Spannung geregelt werden. Dies gilt auch dann, λνεηη zwei Gruppen von an verschiedenen Spannungswerten liegenden Entladungsstrecken verwendet werden, wie bereits im ersten Absatz erläutert wurde.the grid control, can be regulated with regard to the voltage. This also applies if λνεηη two groups of discharge paths at different voltage values can be used as explained in the first paragraph.

Vorliegende Erfindung bezweckt nun eine weitere Verbesserung des Betriebes von Gleichrichtern oder Wechselrichtern mit ίο parallel arbeitenden Entladungsstrecken, bei denen mittels der Steuerung, insbesondere der Gittersteuerung, die Spannung geregelt wird. Der Erfindungsgedanke besteht im wesentlichen darin, daß gleichzeitigarbeitende, an die gleiche Spannung angeschlossene bzw. gleichphasig gespeiste Entladungsstrecken oder Gruppen von Entladungsstrecken unabhängig voneinander gleich- oder verschiedenartig gesteuert werden, d.h. also beispielsweise derart, daß der Entladungseinsatz bei der einen Gruppe mehr verzögert wird als bei der anderen, also von den an gleicher Spannung liegenden Entladungsstrecken (bei spielsweise 1 und 4 in Abb. 1) die eine Gruppe mit verzögertem Entladungseinsatz arbeitet und durch Gittersteuerung geregelt wird, während die Entladungsstrecken der anderen Gruppe sofort bei Beginn der positiven Anodenspannungshalbwelle zünden, oder daß die eine Gruppe von den an die gleiche Spannung angeschlossenen Entladungsstrecken mit einer dem jeweiligen Betriebszustand entsprechenden Zündverzögerung gesteuert, die andere Gruppe aber ganz gesperrt wird; gegebenenfalls arbeitet dabei die Gruppe mit freigegebenem Stromdurchlaß mit einer oder mehreren an andere Spannungen angeschlossenen Gruppen (beispielsweise 1 und 5 in Abb. 1) zusammen parallel.
Der Erfindungsgedanke soll nachstehend an einem Gleichrichter erläutert werden, der an eine einphasige Wechselspannung angeschlossen ist.The present invention aims to further improve the operation of rectifiers or inverters with ίο parallel discharge paths, in which the voltage is regulated by means of the controller, in particular the grid controller. The idea of the invention consists essentially in the fact that simultaneously operating discharge paths or groups of discharge paths connected to the same voltage or fed in phase are controlled independently of one another in the same or different manner, i.e. for example in such a way that the start of the discharge is delayed more in one group than in the other, i.e. of the discharge paths with the same voltage (for example 1 and 4 in Fig. 1), which one group works with a delayed start of discharge and is regulated by grid control, while the discharge paths of the other group ignite immediately at the beginning of the positive anode voltage half-wave, or that one group is controlled by the discharge paths connected to the same voltage with an ignition delay corresponding to the respective operating state, but the other group is completely blocked; If necessary, the group with enabled current passage works together in parallel with one or more groups connected to other voltages (for example 1 and 5 in Fig. 1).
The idea of the invention will be explained below using a rectifier that is connected to a single-phase alternating voltage.

In Abb. ι der Zeichnung handelt es sich um einen Vollweggleichrichter, der an eine einphasige Wechselspannung 7 angeschlossen ist und einen Haupttransformator mit den Wicklungen 8, 9 und 10 enthält. Das Gleichrichtergefäß enthält sechs durch Gitter gesteuerte Anoden 1 bis 6. Je zwei Anoden führen gleichzeitig Strom, wofür ein Stromtransformator 11, der als Spannungsteiler wirkt, vorgesehen ist. Der Verbraucher 12 möge außer seinem Ohmschen Widerstand auch einen induktiven Widerstand enthalten. Beispielsweise möge es sich um einen Gleichstrommotor auf einem Gleichrichtertriebfahrzeug handeln. Im Sinne vorliegender Erfindung erfolgt die Spannungsregelung unter Mitwirkung des Spannungsteilers 11 mittels der Gittersteuerung durch geeignete Auswahl je einer Anode aus den Gruppen 1 bis 3 und 4 bis 6. Im untersten Teilbereich einer positiven Halbwelle der Wechselspannung arbeiten entweder die Anoden 1 und 5 oder 2 und 6 zusammen, wobei 1 und 6 in an sich bekannter Weise durch Verzögerung des Entladungseinsatzes gesteuert werden mögen. Bei rein Ohmscher Belastung ergeben sich keine zusätzlichen Gesichtspunkte. Soll jedoch bei Vorhandensein einer Induktivität im Gleichstromkreis eine unnötige Verschlechterung des Leistungsfaktors möglichst vermieden werden, so muß auch die Anode 2 zur Stromführung herangezogen werden. Selbstverständlich kann der unterste Teil des Regelbereiches auch durch die Anoden 2 und 4 bzw. 3 und 5 bestritten werden. Handelt es sich in diesem Bereich um ausgesprochen große Ströme, so kann man eine weitere Herab-Setzung der Belastung der einzelnen Anoden erreichen, indem man zwischen i, 5, 2, 6 und ²» 4. 3. 5 periodisch wechselt. Im obersten Regelbereich arbeiten bei rein Ohmscher Belastung in der einen Halbwelle 1 und 4, in der anderen Halbwelle 3 und 6 zusammen, bei Belastung mit induktivem Anteil sind sämtliche Anoden an der Stromführung beteiligt. Gesteuert wird dabei in der Weise, daß die eine Anode, z. B. 1, während der vollen Halbwelle 9» Strom führt, die andere Anode, nämlich 4, durch Verzögerung des Entladungseinsatzes ausgesteuert wird. Arbeiten beide Anoden gleich lange, d.h. wird der Entladungseinsatz von 4 nicht verzögert, so wirkt der Strom- '5 transformator 11 als reiner Stromteiler.In Fig. Ι of the drawing is a full-wave rectifier which is connected to a single-phase AC voltage 7 and contains a main transformer with the windings 8, 9 and 10. The rectifier vessel contains six anodes 1 to 6 controlled by grids. Two anodes each carry current at the same time, for which purpose a current transformer 11, which acts as a voltage divider, is provided. In addition to its ohmic resistance, the consumer 12 may also contain an inductive resistance. For example, it may be a DC motor on a rectifier traction vehicle. In the context of the present invention, the voltage is regulated with the help of the voltage divider 11 by means of the grid control by suitable selection of one anode each from groups 1 to 3 and 4 to 6. In the lowest part of a positive half-wave of the alternating voltage, either anodes 1 and 5 or 2 and 6 together, where 1 and 6 may be controlled in a manner known per se by delaying the start of the discharge. In the case of a purely ohmic load, there are no additional considerations. However, if an unnecessary deterioration in the power factor is to be avoided as far as possible when there is an inductance in the direct current circuit, then the anode 2 must also be used to conduct the current. Of course, the lowest part of the control range can also be used by anodes 2 and 4 or 3 and 5. If the currents in this area are extremely large, the load on the individual anodes can be further reduced by changing ^{periodically between i, 5, 2, 6 and 2} >> 4, 3, 5. In the uppermost control range, with a purely ohmic load, 1 and 4 work together in one half-wave, 3 and 6 in the other half-wave, and all anodes are involved in the current flow when the load has an inductive component. It is controlled in such a way that one anode, e.g. B. 1, during the full half-wave 9 »carries current, the other anode, namely 4, is controlled by delaying the start of the discharge. If both anodes work for the same time, ie if the start of discharge of 4 is not delayed, the current transformer 11 acts as a pure current divider.

In Abb. 2 der Zeichnung ist in Abhängigkeit von der Zeit t veranschaulicht, wie beispielsweise die einzelnen Anoden zusammenarbeiten. Dabei ist im Zeitpunkt <₀ angenom- κ»⁰ men, daß die vom Gleichrichter abgegebene Spannung sprunghaft steigt. Es wird noch bemerkt, daß die in Klammern angegebenen Zahlen die Anoden bedeuten, die bei Vorhandensein einer Induktivität im Gleich-Stromkreis an der Stromführung teilnehmen. Grundsätzlich können die Anoden 2 und 5 ungesteuert sein — bei Wechselrichterbetrieb ist diese Möglichkeit naturgemäß nicht gegeben —, jedoch empfiehlt es sich, zur Vermei- *¹⁰ dung eines Zündverzuges je ein Gitter vorzusehen und an dieses eine solche Steuerspannung zu legen, daß die zugeordnete Entladungsstrecke auch bei den kleinsten positiven Anodenspannungen den Strom übernehmen kann.In Fig. 2 of the drawing it is illustrated as a function of time t , for example, how the individual anodes work together. It is angenom- at the time _<0 κ men that the voltage output from the rectifier is increasing by leaps and bounds ^"0th It should also be noted that the numbers given in brackets denote the anodes which take part in the current flow in the presence of an inductance in the DC circuit. Basically, the anodes may be uncontrolled 2 and 5 - when the inverter operation, this possibility is of course not present - but it is advisable for avoiding * ¹⁰ dung an ignition delay depending provide a grid, and to be applied to this, such a control voltage, that the associated discharge path can take over the current even with the smallest positive anode voltages.

Wie schon aus der Bezeichnung unterster bzw. oberster Teilbereich hervorgeht, kann man mehr als zwei Teilbereiche verwenden, indem man beispielsweise eine oder mehrere *»° Anzapfungen vorsieht, an die ebenfalls Anoden angeschlossen sind. Dabei wird man vor-As can already be seen from the designation of the lowest or highest sub-area you can use more than two sub-areas, for example by adding one or more * »° Provides taps to which anodes are also connected. In doing so, one will

teilhaft, wie bereits in der Einleitung erläutert wurde, die Stromführung zwischen zwei benachbarten Anoden an verschiedenen Spannungswerten derselben Phasenwicklung wechsein lassen, aber in jedem Teilbereich nur an einer der beiden Transformatorwicklungen, während an der anderen Transformatorwick-· lung in dem betreffenden Teilbereich konstante Verhältnisse herrschen. Weiterhin hatPartly, as already explained in the introduction, the current flow between two adjacent anodes at different voltage values of the same phase winding alternate but only on one of the two transformer windings in each sub-area, while on the other transformer winding in the relevant sub-area constant Conditions prevail. Still has

ίο der Erfindungsgedanke Bedeutung für mehrphasige Gleichrichter und Wechselrichter, vorzugsweise solche mit gerader Phasenzahl. Wesentlich für vorliegende Erfindung ist, daß mindestens zwei unter Mitwirkung eines Stromtransformators, der im wesentlichen als Spannungsteiler anzusehen ist, parallel arbeitende Gruppen von Entladungsstrecken vorhanden sind. Jede der Gruppen ist an eine Transformatorwicklung angeschlossen. Für die Steuerung ist, abgesehen von den Grenzen der einzelnen Spannungsteilbereiche, wesentlich, daß das Einsetzen der Entladung nur in einer Gruppe von Entladungsstrecken mittels der Steuerung, insbesondere der Gittersteuerung, stetig geändert wird. Daher können diese Gruppen durchaus periodisch ihre Rollen vertauschen.ίο the inventive concept meaning for multi-phase Rectifiers and inverters, preferably those with an even number of phases. It is essential for the present invention that that at least two with the participation of a current transformer, which is essentially as Voltage divider is to be considered, groups of discharge paths working in parallel are present are. Each of the groups is connected to a transformer winding. For the controls, apart from the limits of the individual voltage sub-ranges, it is essential that the onset of the discharge only in a group of discharge paths by means of the controller, in particular the Grid control, is constantly changing. Therefore, these groups can be periodic reverse their roles.

Claims

Claim:

Arrangement to improve the power factor in the voltage regulation of rectifiers or inverters working with grid-controlled vapor or gas discharge paths, in which on the one hand at least two discharge paths are assigned the same voltage values (for example 1 and 4), on the other hand at least two discharge paths per phase are fed by voltages with different peak values are (for example 1 and 2), characterized in that in-phase fed discharge paths are independently controlled in the same or different manner and that the parallel work ⁴ ^ of discharge paths both with each other and with different voltages is ensured by a known current transformer, the is inserted between the centers of the primary phase associated secondary winding parts of the main transformer that are otherwise not electrically connected to one another.

1 sheet of drawings