DE657737C

DE657737C - Arrangement for converting direct current into multiphase alternating current by means of grid-controlled vapor or gas discharge paths

Info

Publication number: DE657737C
Application number: DEA72469D
Authority: DE
Inventors: Richard Troeger
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1934-02-10
Filing date: 1934-02-11
Publication date: 1938-03-11

Description

Anordnung zur Umformung von Gleichstrom in mehrphasigen Wechselstrom mittels gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsstrecken Bei gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken ist es im allgemeinen bei Speisung mit Gleichstrom nicht möglich, den einmal brennenden Lichtbogen durch die dem Gitter zugeführte Steuerspannung wieder zu löschen, sondern es müssen zusätzliche Mittel angewendet werden, um den durch die Entladungsstrecke fließenden Strom wieder zu unterbrechen. Als solche Mittel kommen bei Wechselrichtern ohne taktgebendes Verbrauchernetz z. B. Kondensatoren in Frage, die zum Zweck der Löschung einer Entladungsstrecke in einer der Stromdurchlaßrichtung entgegengesetzten Richtung durch das Gefäß entladen werden und so den Strom der Entladungsstrecke zum Verschwinden bringen. Derartige Kondensatoren bedeuten aber für Wechselrichter größerer Leistung und hoher Spannung, wie sie z. B. für, die Gleichstrom-Kraftübertragung in Frage kommen, infolge ihrer hohen Anschaffungskosten einen bedeutenden Nachteil und sind auch aus verschiedenen betrieblichen Gründen nicht immer erwünscht. Die vorliegende Erfindung zeigt einen Weg, wie der Betrieb selbstgeführter Wechselrichter auch ohne Kondensatoren möglich wird.Arrangement for converting direct current into multiphase alternating current by means of grid-controlled vapor or gas discharge sections with grid-controlled It is generally vapor or gas discharge paths when fed with direct current not possible, the once burning arc through the fed to the grid To delete the control voltage again, additional resources must be used in order to interrupt the current flowing through the discharge path again. Such means come with inverters without clocking consumer network z. B. capacitors in question, for the purpose of deleting a discharge path in discharged through the vessel in a direction opposite to the direction of current flow and so make the current of the discharge path disappear. Such However, capacitors mean for inverters with greater power and high voltage, how they z. B. for, the direct current power transmission in question, as a result of their high acquisition costs a significant disadvantage and are also made different not always desirable for operational reasons. The present invention shows one How self-commutated inverters can also be operated without capacitors will.

Es sind zwar schon Anordnungen bekanntgeworden, bei denen die Kommutierung zwischen den Entladungsstrecken eines an ein Verbrauchernetz ohne taktgebende Spannung angeschlossenen Wechselrichters ohne Zuhilfenahme besonderer Kommutierungskondensatoren erfolgen soll. Bei den bekannten Einrichtungen sind zu diesem Zweck besondere Verkettungen zwischen den einzelnen Phasen vorgesehen, beispielsweise durch Verwendung mehrphasiger Kommutierungsdrosseln, wie sie vom Speicherwechselrichter her bekannt sind. Die von der Verkettung der einzelnen Phasen herrührende Zusatzspannung macht dabei jedoch nur einen Teilbetrag der gesamten Wechselspannung aus und kann somit höchstens zur Unterstützung der von der eigenen Phasenspannung herrührenden Kommutierungsspannung dienen.Arrangements have already become known in which the commutation between the discharge paths to a consumer network without clock voltage connected inverter without the aid of special commutation capacitors should take place. In the case of the known devices, special chains are used for this purpose provided between the individual phases, for example by using multi-phase Commutation reactors, as they are known from storage inverters. the However, the additional voltage resulting from the concatenation of the individual phases makes this only a part of the total AC voltage and can therefore at most to Support of the commutation voltage resulting from its own phase voltage to serve.

Im Gegensatz hierzu wird nach der Erfindung ein mehrphasiger Wechselrichter vorausgesetzt, der sich aus mehreren in ihrer Anzahl der Phasenzahl des zu erzeugenden Wechselstromes entsprechenden, selbständigen einphasigen Wechselrichtern zusammensetzt, wie sie an sich schon für diesen Zweck bekanntgeworden sind. Es werden dabei gemäß der Erfindung die einzelnen Phasenspannungen selbst zum Löschen der gerade abzulösenden Entladungsstrecke benutzt, und zwar derart, daß jeweils die in einer Phase erzeugte bzw,. eine ihr proportionale Spannung als Kommutierungsspannung zwischen die Entladungsstrecken einer anderen Phase, die einander ablösen sollen, eingefügt wird. Das ist möglich, weil in dem Augenblick der Kommutierung eines Anodenstromes eine 'andere Phase gerade die volle oder fast die volle Spannung führt und so in der Lage ist, eine genügend hohe Kommutierungsspannurig für das erste System zu liefern. Durch die Anordnung der Erfindung wird also die von jedem Einphasenwechselrichter erzeugte Wechselspannung in ihrer vollen Größe den anderen Einphasenwechselrichtersystemen zugeführt. Die einzelnen Wechselrichter bleiben dabei in ihrer Schaltung und in ihrer Wirkungsweise vollkommen klar übersehbar, ohne daß ihre Selbständigkeit in irgendeiner Richtung aufgehoben wird. Im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen, bei welchen weitgehende Rückwirkungen zwischen den einzelnen Phasen in. Kauf genommen werden müssen, wirkt die Kommutierungsspannung gemäß unserer Erfindung wie eine besondere von außen eingefügte Hilfsspannung. In Abb. z ist ein Ausführungsbeispiel eines derartigen selbstgeführten mehrphasigen Wechselrichters ohne Löschkondensatoren dargestellt. Die einzelnen Einphasenwechselrichtersysteme sind beispielsweise jeweils nach Art einer Graetzschaltung aufgebaut. Die. Phasenzahl beträgt zwei, und es sind dementsprechend zwei getrennte Systeme vorgesehen. Das System I besteht aus dem Haupttransformator T1, den gesteuerten Entladungsstrecken a1 und cl, dem Hilfstransformator Thl und den gesteuerten oder ungesteuerten Entladungsstrecken b1 und dl. Das System II enthält dieselben Einzelteile, nämlich die Transformatoren T2 und 7'h2, sowie die Entladungsstrecken a2 . . . d2. Die Sekundärwicklung von T1 sowie die Primärwicklung von Th, sind mit dem Sammelschienensystem R verbunden, während die Sekundärwicklung von T2 und Primärwicklung von Thl an die Sammelschiene S angeschlossen sind, deren Spannung um 9o° gegenüber der Spannung der Sammelschiene R verschoben sein soll.In contrast to this, a polyphase inverter is used according to the invention provided that there are several in their number of the number of phases to be generated Composed of independent single-phase inverters corresponding to alternating current, as they have already become known for this purpose. It will be in accordance with According to the invention, the individual phase voltages themselves to delete the one to be replaced Discharge path used, in such a way that each generated in a phase respectively,. a voltage proportional to it as a commutation voltage between the Discharge paths of another phase, which are to replace each other, is inserted. This is possible because at the moment of commutation of an anode current a 'The other phase is at full or almost full voltage and so in the Is able to deliver a sufficiently high commutation voltage for the first system. The arrangement of the invention thus eliminates that of each single-phase inverter generated AC voltage in its full size to the other single-phase inverter systems fed. The individual inverters remain in their circuit and in its mode of operation can be clearly seen without compromising its independence any direction is canceled. In contrast to the well-known facilities, in which far-reaching repercussions between the individual phases are accepted have to be, the commutation voltage according to our invention acts like a special auxiliary voltage inserted from the outside. In Fig. Z is an embodiment of such a self-commutated polyphase inverter without quenching capacitors shown. The individual single-phase inverter systems are, for example, each built like a Graetz circuit. The. Phase number is two, and there are accordingly two separate systems are provided. System I consists of the Main transformer T1, the controlled discharge paths a1 and cl, the auxiliary transformer Thl and the controlled or uncontrolled discharge paths b1 and dl. The system II contains the same items, namely transformers T2 and 7'h2, as well the discharge paths a2. . . d2. The secondary winding of T1 as well as the primary winding from Th, are connected to the busbar system R, while the secondary winding of T2 and primary winding of Thl are connected to the busbar S, whose The voltage should be shifted by 90 ° compared to the voltage of the busbar R.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach Abb. z ist die folgende: In einem bestimmten Augenblick (to) seien ;die Entladungsstrekken a1, b1 und dl sowie c2, b2, d2 geöffnet, während cl und a2 gesperrt sind. Die Spannungen an denbeidenSammelschienenRundS haben, wie in Abb. 2 im Punkte to angedeutet ist, entgegengesetztes Vorzeichen, wobei die Spannung bei Stromdurchgang durch die Entladungsstrecken a1 und a2 positiv, diejenige bei Stromdurchgang durch die Entladungsstrecken cl und c2 negativ gerechnet wird. Die Spannung der Sammelschiene S liegt noch an der Primärwicklung von Thl und induziert in der zugehörigen Sekundärwicklung eine Spannung in dem Sinne, daß von den beiden Entladungsstrecken b1 `.Iknd dl nur das Ventil dl Strom führt. Das :@P.ötential des Punktes r wird nämlich um die `S'pännung,der Sammelschiene S erniedrigt, so daß zwischen den Punkten o . . . z der doppelte Wert der Gleichspannung liegt, wie auch in Abb. 2 für das System I dargestellt ist. Die Spannung der SammelschieneR liegt nun aber auch an TI,_ und wirkt hier erniedrigend auf das Potential des Punktes q., so daß auch vom System II die Entladungsstrecke d2 Strom führt. Zwischen den Punkten o und 5 liegt also nur die einfache Gleichspannung und entsprechend auch an den Sammelschienen S (s. Abb. 2). Der Verlauf des Primärstromes ist im System I von dem positiven Pol der Gleichstromquelle über o, a1, i, 2, dl, 3, im System II von .dem positiven Pol der Gleichstromquelle über o, c2, 5, d2, 3 zum negativen Pol der Gleichstromquelle.The mode of operation of the arrangement according to Fig. Z is as follows: In one given instant (to); the discharge paths a1, b1 and dl as well as c2, b2, d2 open, while cl and a2 are blocked. The voltages on the two busbars around S. have, as indicated in Fig. 2 in point to, opposite sign, where the voltage when current passes through the discharge paths a1 and a2 is positive, that when current passes through the discharge paths cl and c2, calculated as negative will. The voltage of the busbar S is still on the primary winding of Thl and induces a voltage in the associated secondary winding in the sense that of the two discharge paths b1 `.Iknd dl only valve dl carries current. That : @ P.ötential of the point r is namely lowered by the `S 'tension of the busbar S, so that between the points o. . . z is twice the value of the DC voltage, as also shown in Fig. 2 for system I. The voltage of the busbar R. but is now also due to TI, _ and has a degrading effect on the potential of the point q., so that the discharge path d2 also carries current from system II. Between Points o and 5 are only the simple DC voltage and accordingly on busbars S (see Fig. 2). The course of the primary current is in the system I from the positive pole of the DC power source through o, a1, i, 2, dl, 3, in the system II from the positive pole of the direct current source via o, c2, 5, d2, 3 to the negative Pole of the DC power source.

Zur Zeit t1 (vgl. Abb. 2) wird die Entladungsstrecke a2 freigegeben. Durch die im Transformator Th2 vom System I induzierte Spannung wird die zuerst (zwischen to und t1) brennende Entladungsstrecke c. gelöscht und der gesamte Strom des Systems 1I von u2 übernommen. Der Stromverlauf im System II ist jetzt: o, a2, q., 5, d2, 3. Die Spannung an der Sekundärwicklung von T2 ist positiv geworden und hat - sofern das übersetzungsverhältnis der Transformatoren z : z ist -den doppelten Wert der Gleichspannung angenommen. Damit hat sich auch die Polarität der Spannung Thl geändert, und der primäre Strom des Systems I fließt über die Entladungsstrecke bi. Entsprechend führt jetzt während des Zeitraums t1, t2 das System I auch noch den einfachen Spannungswert, während es im Zeitbereich to, t1 den doppelten Betrag besaß.At time t1 (see Fig. 2) the discharge path a2 is released. Due to the voltage induced in the transformer Th2 by system I, the first (between to and t1) burning discharge path c. deleted and the entire stream of system 1I is taken over by u2. The current curve in system II is now: o, a2, q., 5, d2, 3. The voltage on the secondary winding of T2 has become positive and - provided the transformation ratio of the transformers is z: z - has assumed twice the value of the DC voltage . The polarity of the voltage Thl has thus also changed, and the primary current of the system I flows over the discharge path bi. Correspondingly, the system I now also has the single voltage value during the time period t1, t2, while it had twice the amount in the time range to, t1.

Zur Zeit t2 wird die Entladungsstrecke cl freigegeben; von Thl her wird dann die Entladungsstrecke dl gelöscht, da der Punkt z das höhere Potential besitzt als 2. Es erfolgt also jetzt eine Spannungsumkehr im System I, und zwar auf den doppelten negativen Wert, da, wie man sich leicht überzeugen kann, wegen der von der Sammelschiene S her gelieferten Spannung die Entladungsstrecke bi weiterbrennt, so daß über den Punkten o ... 2 die doppelte Gleichspannung liegt. Mit der Polaritätsänderung der Spannung der Sammelschiene R findet auch eine solche zwischen den Sekundärklemmen q. und 5 des Transformators Th2 statt, so daß von da ab die Entladungsstrecke b2 leitend ist.At time t2, the discharge path cl is released; from Thl the discharge path dl is then deleted, since the point z has the higher potential than 2. There is now a voltage reversal in system I, namely to twice the negative value, because, as one can easily see, because of the The voltage supplied by the busbar S continues to burn the discharge path bi, so that double the DC voltage is located across the points o ... 2. With the change in polarity of the voltage of the busbar R, there is also such a change between the secondary terminals q. and 5 of the transformer Th2 instead, so that from then on the discharge path b2 is conductive.

Zwischen T, und t4 ist dann von dem System II wieder die Entladungsstrecke c2 leitend, und es tritt, wie aus Abb. 2 hervorgeht, an der Sammelschiene S die doppelte negative Spannung auf. Vom Zeitpunkt t4 an wiederholt sich der beschriebene Vorgang von neuem. Die Grundwellen der von. den Wechselrichtersystemen I und II gelieferten Spannungen sind, wie verlangt, um go° gegeneinander phasenverschoben.The discharge path of the system II is then again between T 1 and t 4 c2 is conductive, and, as can be seen from Fig. 2, on the busbar S doubles the negative voltage. From the point in time t4, the one described is repeated Process all over again. The fundamental waves of. the inverter systems I and II The voltages supplied are, as required, out of phase with one another by go °.

Die Anordnung des Ausführungsbeispiels soll nach der obigen Beschreibung ohne Steuerung der Entladungsstrecken b1, b2, dl und d2 arbeiten. Wie jedoch durch die Darstellungsweise in Abb. r schon angedeutet ist, kann auch für diese Entladungsstrecken eine Steuerung vorgesehen sein. Die Steuerung kann zur Unterstützung .der Kommutierungstransformatoren gleichphasig mit der Steuerung der Entladungsstrecken al, a2, cl und c2 des jeweils anderen Systems erfolgen. Dann ändert sich an der Arbeitsweise der Einrichtung nichts gegenüber der oben beschriebenen Wirkungsweise. Vorteilhaft kann aber, insbesondere zur Erzielung einer besseren Kurvenform der erzeugten Spannungen, die Steuerung der Hilfsentladungsstrecken b1, b2, dl und d2 mit einer von der Steuerung der Hauptentladungsstrecken a1, a2, cl, c2 abweichenden Phasenlage, vorzugsweise mit einer gewissen Nacheilung gegenüber der letzteren, durchgeführt werden. Die Möglichkeiten für die Beeinflussung des Augenblickswertes der erzeugten Spannungskurven werden dadurch rein zahlenmäßig vergrößert, d. h. gleichmäßiger über die ganze Periode verteilt, 5o daß sich eine größere Anzahl treppenförmiger Abstufungen für die erzeugten Kurven ergibt.According to the description above, the arrangement of the exemplary embodiment is intended to operate without control of the discharge paths b1, b2, dl and d2. However, as already indicated by the representation in Fig. R, a control can also be provided for these discharge paths. To support the commutation transformers, the control can take place in phase with the control of the discharge paths a1, a2, cl and c2 of the other system. Then nothing changes in the mode of operation of the device compared to the mode of operation described above. However, it can be advantageous, in particular to achieve a better curve shape of the generated voltages, to control the auxiliary discharge paths b1, b2, dl and d2 with a phase position that deviates from the control of the main discharge paths a1, a2, cl, c2, preferably with a certain lag compared to the latter , be performed. The possibilities for influencing the instantaneous value of the generated voltage curves are thereby increased purely numerically, ie distributed more evenly over the entire period, so that there is a larger number of step-shaped gradations for the generated curves.

Es ist nicht notwendig, daß, wie in der Zeichnung angedeutet, nur einanodige Gefäße verwendet werden; zweckmäßig werden die Gefäße mit gleichem Kathodenpotential, wie z. B. b1, dl, b2 und d2, zu einem gemeinsamen inehranodigen Entladungsgefäß vereinigt. Auch bei den Transformatoren wird man eine entsprechende Verbindung anstreben. So liegen z. B. die Sekundärwicklungen von T1 (T2) und TI,2 (T1,1) an derselben Sammelschiene und führen dementsprechend gleiche Phasenspannung. Es ist deshalb ohne weiteres möglich, diese Transformatoren jeweils zu einem einzigen zusammenzufassen. Zum Zwecke einer derartigen Vereinigung des Haupttransformators einer Phase mit dem Kommutierungstransformator einer anderen Phase wird ein Transformator mit drei Wicklungen vorgesehen, der vorzugsweise mit einem freien magnetischen Rückschluß versehen ist.It is not necessary that, as indicated in the drawing, only single-anodic vessels are used; it is advisable to use the vessels with the same cathode potential, such as B. b1, dl, b2 and d2, to a common inehranodigen discharge vessel united. A corresponding connection will also be sought for the transformers. So lie z. B. the secondary windings of T1 (T2) and TI, 2 (T1,1) on the same Busbar and lead accordingly the same phase voltage. It is therefore It is easily possible to combine these transformers into a single one. For the purpose of such a union of the main transformer of a phase with the commutation transformer of another phase becomes a transformer with three Windings are provided, preferably with a free magnetic yoke is provided.

Der Erfindungsgedanke wurde zwar an Hand eines Zweiphasensystems näher erläutert, ist aber nicht hierauf beschränkt. Er kann in ähnlicher Weise auch bei mehrphasigen Anordnungen Anwendung finden. Mit Erhöhung der Phasenzahl ergibt sich dann jeweils eine der Sinusform besser angepaßte Spannungskurve, Im übrigen können zur Verbesserung der Kurvenform die bekannten Mittel, z. B. Resonanzkreise, angewendet werden.The idea of the invention became more detailed on the basis of a two-phase system explained, but is not limited to this. He can work in a similar way too multi-phase arrangements apply. As the number of phases increases, the result is then in each case a voltage curve that is better adapted to the sinusoidal shape to improve the shape of the curve known means, e.g. B. resonance circles applied will.

Außerdem besteht die Möglichkeit, aus dem Zweiphasensystem (R und S) in bekannter Weise transformatorisch ein beliebiges Vielphasensystem herzustellen, wenn man das Wechselrichten über mehr als zwei Einphasenwechselrichtersysteme vermeiden will.There is also the option of using the two-phase system (R and S) to transform any multi-phase system in a known manner, if you avoid inverting via more than two single-phase inverter systems want.

Die vorstehendenBetrachtungen geltenohne weiteres, wenn die auf die einzelnen Phasen arbeitenden Wechselrichter primär nicht miteinander verkettet sind. Ist jedoch eine magnetische Verkettung vorgesehen, so muß das ordnungsmäßige Arbeiten in bekannter Weise durch Einfügung z. B. einer Saugdrossel sichergestellt werden.The above considerations apply without further notice if the inverters operating in individual phases are not primarily linked to one another. However, if a magnetic link is provided, it must work properly in a known manner by inserting z. B. a suction throttle can be ensured.

Claims

PATEIN TAN SPRAY r. Arrangement for converting direct current into multi-phase alternating current by means of grid-controlled steam or gas discharge paths with an essentially arc-shaped discharge for the supply of alternating current networks without clock voltage, where the commutation voltage is inductive is generated, characterized in that for each phase of the alternating voltage to be generated a stand-alone single-phase inverter is provided and the deletion of the Current in the discharge paths that are detached in the current conduction! of the inverter in one phase with the help of those generated in the inverter of another phase Tension is enforced.

2. Arrangement according to claim r, characterized in that the commutation voltages that enforce the current transfer between the discharge paths via special auxiliary transformers connected to the generated alternating voltages inserted.

3. Arrangement according to claim r and 2, characterized in that the discharge paths are switched in each phase in the manner of a push-pull inverter are with the proviso that the cathodes of the anode side of the inverter transformer connected main discharge paths via the secondary winding of the commutation voltage supplying transformer with each other and each via a further, uncontrolled auxiliary discharge path are connected to the negative pole of the direct current network. q ..

Arrangement according to claim z or following, for two-phase arrangements, there- ' characterized by that only - the discharge paths connected between the main transformer and the commutation transformer be controlled in the cycle of the desired frequency in such a way that the generated phase voltages are shifted in phase by 90 ° with respect to one another.

5. Modification of the arrangement Claim 3, characterized in that the discharge paths have a common cathode potential can also be controlled, particularly in order to achieve a better curve shape with a phase position that deviates from the control of the main discharge paths.

6. Arrangement according to claim i or the following, characterized in that all Discharge paths connected to the negative pole of the direct current network in combined in a single discharge vessel with several anodes and a common cathode are.

7. Arrangement according to claim i or the following, characterized in that each the main transformer of one phase with the commutation transformer of another Phase to a single transformer with only three windings, preferably with free magnetic return, is united. B. Arrangement according to claim i or following, characterized in that the inverter by known means to improve the curve shape of the output alternating voltage, e.g. B. resonance circles, are equipped.