DE653789C

DE653789C - Verfahren zum Betrieb einer gittergesteuerten Umrichteranlage, die ein Mehrphasennetz mit einem zeitweise ohne erregenden Taktgeber (Synchrongenerator) arbeitenden Einphasennetz kuppelt

Info

Publication number: DE653789C
Application number: DEB165848D
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1934-05-12
Filing date: 1934-06-17
Publication date: 1937-12-03

Description

In Anlagen zur Kupplung eines Mehrphasennetzes mit einem Einphasennetz mit Hilfe eines gittei'gesteuerten Umrichters hat man angegeben, die Steuerung so vorzunehmen, daß die vom Umrichter gelieferte Spannung Rechteckform besitzt. Urn die Drehstromleistung bei pulsierender Einphasenleistung konstant zu halten, hat man weiter angegeben, Induktivitäten und Kapazitäten auf derEinphasenseite des Umrichters einzubauen, wobei die Induktivitäten die Differenz zwischen der Umrichterspannung rechteckförmiger Kurvenform und der sinusförmigen Einphasenspannung des Einphasennetzes und die Kapazitäten die Differenz zwischen dem Umrichterstrom rechteckförmiger Kurvenform und dem Netzstrom sinusförmiger Kurvenform aufnehmen. Eine solche Schaltung ist in Fig. 1 beispielsweise dargestellt, wo in der Kathodenleitung des Umrichters e eine Drossel L und parallel zum Einphasentransformator / ein Kondensator c geschaltet ist. Hierbei ist vorausgesetzt, daß die Frequenz der durch den Umrichter gekuppelten Netze a und b durch parallel arbeitende Generatoren gehalten wird. Fällt zeitweise der Generator auf der Einphasenseite aus, d. h. arbeitet die Umrichteranlage ohne erregenden Taktgeber am Einphasennetz, so wird die Einphasenfrequeriz irgendeinen gegenüber dem Normalwert veränderten Wert annehmen. Durch den Ausfall des Generators wird im allgemeinen auch die Spannung des Einphasennetzes verändert.

Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren, welches die Aufrechterhaltung des Betriebes der Umrichteranlage ermöglicht, wenn das Einphasennetz zeitweise ohne erregenden Taktgeber (Synchrongenerator) arbeitet. Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung sollen die zusammen einen Schwingungskreis bildenden Elemente, nämlich Kapazität des Umrichters und die durch die Gittersteuerung bestimmte Induktivität desselben, Induktivität des Einphasentransformators sowie Induktivität und Kapazität des Einphasennetzes einerseits derart eingestellt werden, daß die Eigenfrequenz dieses Schwingungskreises gleich der normalen Betriebsfrequenz des Einphasennetzes ist, anderer- seits aber so eingestellt werden, daß die Spannung des Einphasennetzes bei Ausfallen des Generators auf der Einphasenseite angenähert konstant gehalten wird.

Die Frequenz des Einphasennetzes ist durch · die Eigenfrequenz des' Schwingungskreises, dessen Elemente oben aufgezählt sind, gegeben. Faßt man alle Kapazitäten zur resultierenden Kapazität C und alle Indt|$3^ tivitäten zur resultierenden Induktivität L ^Γζών sammen, so gilt die bekannte Resonanzgleichung ω^% · L - C = ι. Man erkennt aus dieser Gleichung, daß die gleiche Frequenz ω für ίο verschiedene Werte von L und C erhalten wird, sofern ihr Produkt obiger Gleichung genügt. Von diesen vielen Möglichkeiten gibt es aber eine, bei der gleichzeitig die gewünschte *Einphasenspannung auftritt. Die resultierende Kapazität und Induktivität werden derart geregelt, daß gerade diese bestimmten Werte von L und C erreicht werden. Es ergibt sich aber daraus, daß es im allgemeinen nicht genügen wird, nur die Kapazität oder nur die Induktivität zu regeln, sondern daß beide geregelt werden müssen, um die voneinander unabhängigen Betriebsgrößen, Frequenz und Spannung, einhalten zu können. ' ■

In den Fig. 2 bis 5 bedeutet α das Drehstromnetz, b das Einphasennetz und e das Entladungsventil mit Gas- oder Dampfentladungsstrecke und mit Anoden, Kathode und den Anoden vorgelagerten Steuergittern. Das Ventil wird aus dem Drelistromnetz über den Transformator d gespeist. Das Einphasennetz sei zeitweise durch einen in· der Figur nicht dargestellten taktgebenden Generator erregt. Mit f ist der Einphasentransformator bezeichnet. L ist die z. B. in die Kathodenleitung gelegte Drossel und C, C₁, Cj,, C₃ sind parallel zu den Wicklungen des Einphasentransformators gelegte Kondensatoren. Die Frequenz und die Spannung des Einphasennetzes sind solange konstant, als der am Einphasennetz b hängende und als Taktgeber dienende Synchrongenerator in Betrieb ist. Ändern sich nun infolge Ausfallens des Generators am Einphasennetz die Kapazität und Induktivität desselben, so müssen diese Änderungen am Umrichter kompensiert werden, damit stets die Resonanzbedingung des oben bezeichneten Schwingungskreises für die Betriebsfrequenz des Einphasennetzes erfüllt und dessen Spannung angenähert konstant bleibt.

Die Änderung einer einzelnen Konstanten des Schwingungskreises kann auf verschiedene Arten erfolgen. Beispielsweise kann nach Fig. 2 der Wert der Kapazität des Schwingungskreises durch Zu- und Abschalten einzelner Kondensatorelemente C₂, C₃ mittels Schalter S_s, S₃ geändeig; werden. Die wirksame Kapazität kann nach Fig. 3 auch durch Anzapfungen am Einphasentransformator/ geregelt werden. Ähnlich wie Fig. 3 wirkt die Schaltung der Fig. 4, wo das Übersetzungsverhältnis des Einphasentransformators/ geändert wird. Anstatt die Kapazität C selbst zu regulieren, kann auch par- -ällel zu· derselben eine regulierbare Drossel g >:■ eingeschaltet werden, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Es kann ebensogut eine zusätzliche Induktivität in Reihe zur Kapazität geschaltet werden. Zur Änderung der Induktivität kann die Magnetisierungscharakteristik des Einphasentransformators verändert werden. In Fig.-6 bedeutet α die normale Magnetisierungskurve eines Einphasentransformators, und der Punkt P entspricht der Betriebsspannung. Auf der A W-Achse kann dann der Magnetisierungsstrom des Transformators direkt abgelesen werden. Soll der Magnetisierungsstrom größer werden, so wäre eine beträchtliche Erhöhung der Betriebsspanung erforderlich. Um dies zu verhüten, kann durch Verwendung von speziallegierten Blechen die Magnetisierungskurve des Einphasentransformators nach Kurve β eingestellt werden. Steigt die Einphasenspannung nur wenig über die Spannung des Betriebspunktes P, so erhöht sich der Magnetisierungsstrom des Transformators ganz beträchtlich. Auf diese Weise erfolgt eine automatische Kompensation der Induktivität des Schwingungskreises in Abhängigkeit der Einphasenspannung. Man kann die Magnetisierungscharakteristik des Einphasentransformators / auch dadurch verändern, daß man eine zusätzliche Gleichstrommagnetisierung vorsieht und diese veränderbar macht. Zur Veränderung der Magnetisierungscharakteristik des Einphasentransformators kann man auch einen regelbar"en Luftspalt im Eisen vorsehen. *

Bekanntlich wird zur Regelung der an das Einphasennetz abgegebenen Umrichterleistung und zwecks guter Kommutierung die Kommutation von einem System auf das andere System vollzogen, bevor die Einphasenspannung durch Null geht. Dies ist in Fig. 7 dargestellt, wo E die Spannung des Einphasennetzes und / den vom Umrichter abgegebenen Strom darstellt. Die Netzspannung geht im Punkt B durch Null und. der Umrichter- no strom im Punkt A. Die Kommutation des Umrichterstromes erfolgt im Punkt A und es ergibt sich die Phasenverschiebung ψ. Diese Vorverschiebung y> des abgegebenen Stromes gegenüber der Netzspannung entspricht einer induktiven Belastung des Einphasennetzes bzw. des Kondensators. Der dieser Voreilung entsprechende Blindstrom des Kondensators wird nicht an das Einphasennetz abgegeben und wird somit nicht durch die Induktivität des Einphasennetzes kompensiert. Es ist deshalb notwendig, bei Bestimmung der Netz- ·

frequenz diese zusätzliche induktive Belastung zu berücksichtigen. Andererseits kann aber gerade durch Regelung dieser Voreilung eine Feinregelung einer der zu regelnden Größen des Schwingungskreises erreicht werden. Diese Regelung erfolgt durch Einstellung desjenigen.Teiles der Gittersteuerung, der synchron mit der Einphasennetzfrequenz arbeitet. Durch Verstellung des Teiles der

ίο Steuerung, der synchron mit dem Dreiphasennetz arbeitet, kann die durch erstere Verstellung veränderte Leistung wieder auf den Sollwert eingestellt werden.

Zur Ausübung des Verfahrens kann die Umrichteranlage mit selbsttätig wirkenden Mitteln versehen sein, z. B. mit einem Frequenz- und einem Spannungsregler, die die Betriebsfrequenz bzw. die Betriebsspannung durch Beeinflussung der resultierenden Kapazität und Induktivität der Anlage selbsttätig aufrechterhalten. Diese Regler können entweder getrennt oder gemeinsam auf mindestens zwei der veränderlichen Größen des Schwingungskreises wirken!

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zum Betrieb einer gittergesteuerten Umrichteranlage, die ein -Mehrphasennetz mit einem zeitweise ohne erregenden Taktgeber (Synchrongenerator) arbeitenden Einphasennetz kuppelt und

^x bei der Induktivitäten verwendet werden, um die Differenz zwischen der Umrichterspannung rechteckiger Kurvenform und der sinusförmigen Spannung des Einphasennetzes und Kapazitäten, um die Differenz' zwischen dem Umrichterstrom rechteckiger Kurvenform und dem Netzstrom sinusförmiger Kurvenform aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammen einen Schwingungskreis bildenden Elemente, nämlich die Kapazität des Mehrphasennetzes und die durch die Gittersteuerung bestimmte Induktivität des Umrichters sowie die Induktivität des Einphasentransformators und die Induktivität und Kapazität des Einphasennetzes einerseits derart eingestellt werden, daß die Eigenfrequenz dieses Schwingungskreises gleich der normalen Betriebsfrequenz des Einphasenrtetzes ist, andererseits aber so eingestellt werden, daß die Spannung des Einphasennetzes angenähert^

konstant gehalten wird.
2. Umrichteranlage zur iVusübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie selbsttätig wirkende Mittel aufweist, welche die für die Aufrechterhaltung des Betriebes erforderliche Änderung der elektrischen Größen der Anlage vornehmen.
. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen in der Anlage angeordnete veränderliche Kondensatoren verwendet werden.
4. »Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen die Über-Setzung des Einphasentransformators geändert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen parallel zu den Kapazitäten zusätzliche Induktivitäten geschaltet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen in Reihe zu den Kapazitäten zusätzliche Induktivitäten geschaltet werden..
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen die Magnetisierungscharakteristik des Einphasentransformators geändert wird.
8. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen eine zusatzliehe Gleichstromvormagnetisierung des Kernes des Einphasentransformators verändert wird.
9. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen die Magnetisierung des Kernes des Einphasentransformators durch Veränderung eines Luftspaltes erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der durch die Gittersteuerung bestimmten Induktivität des Umrichters der von der Sekundärfrequenz abhängige Teil der Gittersteuerung eingestellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Einphasenspannung der von der Primärfrequenz abhängige Teil der Gittersteuerung geregelt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen