DE661396C - Einrichtung zur Zwangskommutierung von Stromrichteranordnungen - Google Patents

Description

Bei Stromrichteranordnungen, die ein- oder mehrphasige Wechselstromnetze mit Gleichstromnetzen bzw. ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetzen kuppeln, hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, die Umformung mittels -einer Reihe parallel arbeitender Teilstromrichter durchzuführen, wobei jede Phase des sekundären Wechselstromnetzes von einem oder mehreren Teilstromrichtern gespeist wird.

Dabei versteht man unter einem Teilstromrichter die Gesamtheit aller derjenigen Entladungsstrecken, die sich in ununterbrochener cyclischer Reihenfolge in ihrer Arbeitsdauer bzw. Brenndauer ablösen, ganz ohne Rücksieht auf die Stromführung der übrigen Teilstromrichter. Zum Teilstromrichter selbst gehören noch, die damit unmittelbar zusammenhängenden Transfoimatorwicldungen, Drosseln usw. Jeder Teilstromrichter erzeugt also für sich allein eine selbständige Spannung, Teilspannung genannt, die stark von der Sinusform abweichen kann. Erst die Zusammensetzung der einzelnen Teilspannungen ergibt die angestrebte nahezu sinusförmige Ausgangsspannung.

Es ist bereits anderweitig vorgeschlagen worden, eine Zwangskommutierung für elastischen Betrieb derartiger Teilstromrichter durch eine gemeinsame Kommutierungseinrichtung zu bewirken, die über Entladungsstrecken der Reihe nach den verschiedenen Teilstromrichtern zugeschaltet wird. Die vorliegende Erfindung gibt einen besonders günstigen Wieg an, wie man eine solche gemeinsame Kommutierungseinrichtung für die verschiedenen Teilstromrichter ohne besondere Umschaltungen nutzbar machen kann.

Der Grundgedanke der Erfindung ist folgender: Diejenigen Teilstromrichter, die von einer gemeinsamen Kommutierungseinrichtung bedient werden sollen, erzeugen in verschiedenen Schenkeln eines mehrschenkligen Transformators Flüsse, die ihren Teilspannungen entsprechen. Die Summe bzw. die Differenz dieser Flüsse wird von einem zusätzlichen Schenkel aufgenommen. Dieser besitzt eine Wicklung, an die die gesteuerte oder ungesteuerte Kommuüerungaeinrichtung angeschlossen ist. Es wird somit statt durch die früher vorgeschlagene Umschaltung mittels Entladungsstrecfcen durch magnetische Verkettung erreicht, daß die Kommutierungseinrichtung mit der gewünschten höherfrequenten Spannung betrieben wird, die sich als Differenz bzw. Summe der zusammengefaßten Teil-Spannungen ergibt.

Der Erfindungsgedanke sei an Hand der folgenden Beispiele näher beschrieben. Abb. 1

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Josef Erlach f in Berlin.

zeigt einen Wechselrichter, der das Einphasenwechselstromnetz ι vom Gleichstromnetz 2 aus speist. Beide Netze sind über den dreischenkligen Transformator 3 gekoppelt. Der oberste,. Schenkel des Transformators trägt die Wie hingen i<z eines Teilwechselrichters, dessen 2 gehörige Teile mit dem Index λ bezeichnet sind. Der Mittelschenkel trägt die Wicklungen & eines Teilwechselrichters (Index b). Im untersten Schenkel tritt der Differenzfluß und in der Wicklung 4 dementsprechend eine der Differenzspannung der beiden oberen Schenkel verhaltige Spannung auf. Somit liegt der Kondensators wirkungsmäßig an der Differenzspannung der beiden Teilwechselrichter α und b. Die zur Führung der Wirkleistung dienenden Entladungsstrecken bzw. Anoden der Teilwechselrichter.« und b sind z. B. in einem gemeinsamen Gefäß 6 vereinigt. Die zur Führung der Blindleistung dienenden Entladungsstrecken bzw. Anoden des Teilwechselrichters α befinden sich in dem Gefäß 7^a, die des Teilwechselrichters b im Gefäß 7^b. Gleichstromseitig sind die Drosseln u^a und ii⁶ vorgesehen.

Abb. 2 zeigt schematisch den Verlauf der Spannungen. Kurve 8^a möge die Teilspannung des Wechselrichters a, Kurve 8^Ö die dagegen phasenverschobene Teilspannung desWiechselrichters b und Kurve 9 die Summe der beiden Teilspannungen, die im Wechselstromnetz 1 auftritt, darstellen. Kurve 10 ist die Differenzspannung, die an der Wicklung 4 bzw. am Kondensator 5 herrscht. Die Kurven sind rechteckig gezeichnet. Durch die Wirkung des Kommutierungskondensators 5 und der Gleichstromdrosseln n^fl und ii^& (Abb. 1) sind die Flanken der Kurven in Wirklichkeit abgeschrägt, so daß sie trapezähnlich werden. Die Kommutierung eines Teilwechseliichters ähnelt stark der Kommutierung eines normalen, einphasigen Wechselrichters mit Kommutierungskondensator und Gleichstromdrossel. Es möge z. B. zunächst die den Wirkstrom führende Anode 12^s stromführend sein. Im Zeitpunkt der Kommutierung wird die Anode 13° freigegeben. Dadurch wird der Wicklungsteil 14« dies obersten Transformatorschenkels kurzgeschlossen. Durch die Wirkung des Kondensators 5 kann sich die Spannung in der Wicklung 4 und damit der Fluß im untersten Transformatorschenkel nicht plötzlich ändern. Vorausgesetzt, daß auch die Spannung in den Wicklungen des mittleren Transformatorschenkels und damit der Fluß in diesem Schenkel sich nicht plötzlich ändert, bedingt dies, daß auch im obersten Schenkel der Fluß und damit die Spannung in seinen Wicklungen trotz des Kurzschlusses zu einem gewissen Teil aufrechterhalten bleibt. Diese Restspannung bewirkt, daß die Anode 12« erlischt und gegen die Anode 13° negativ wird, so daß das zugehörige Gitter wieder sperren kann.

^'!.vWahrend des Kurzschlusses der Wicklung 6g '■$k$. üegt die Gleichspannung des Netzes 2 taei- ^iSffe völlig an der Gleichstromdrossel 11", Valoren Strom also stark ansteigt. Um die ■Rückwirkung der Kommutierung auf den υη--beteiligten Teüwechselrichter b klein zu halten, kann man die Kathodendrossel Γΐ^δ des Wechselrichters b mit der Drossel 1 i^a des Wechselrichters β in der in Abb. 1 gezeigten Weise koppeln. Die beiden Wicklungen 11³ und ii^b sind giegeneinandergeschaltet, so daß normalerweise der Fluß im Eisen der Drossel verschwindet. Tritt 'der oben betrachtete Kurzschluß der Wicklung 14° ein, so steigt der Strom in n^a an und versucht, auch den Strom in 1 i^b entsprechend zu erhöhen. Dies bewirkt eine Spannungserhöhung im mittleren Schenkel, so daß der Fluß im mittleren Schenkel auf keinen Fall abnimmt. Je nach der Einstellung der Streuung zwischen den Drosseln 1 i^a und 11^& ergibt sich eine größere oder kleinere Zusatzspannung in der Drossel 11*. Damit wird die obige Voraussetzung erfüllt, und die Rückwirkung der Kommutierung des Wechselrichters α auf den Wechselrichter b kann auf einen beliebig kleinen Wert beschränkt werden.

Abb. 3 zeigt als weitenes Beispiel einen dreiphasigen Wechselrichter, dessen Vierschienkeltransformator 15 auf dem vierten Schenkel die Wicklung 16 trägt/die vom Summenfluß der drei auf den drei linken Schenkeln angeordneten Teilwechselrichter induziert wird. Diese Teilwechselrichter erzeugen je drei gegeneinander um 120⁰ versetzte Rechteckspännungen, die in Abb. 4 durch die Kurvenzüge ij, 18 und 19 dargestellt sind. Deren Summe, Kurve 20 bzw. eine ihr verhältige Spannung, liegt an den Klemmen der Wicklung 16 und damit am Kommutierungskondensator 21 (Abb. 3), der somit mit einer Spannung der dreifachen Frequenz beaufschlagt wird. Wiederum kann man, um die Rückwirkung der jeweils kommutierenden Phase auf die Spannung der anderen Phasen herabzusetzen, die drei Gleichstromdrosseln 22, 23 und 24 der drei Tdlwechselrichter miteinander magnetisch koppeln, wie es in Abb. 3 angegeben ist.

In beiden Ausführungsbeispielen können die Wechselrichter sowohl selbstgeführt wie fremdgeführt arbeiten und in das Wechselbzw. Drehstromnetz 1 Blindlast liefern. Durch die Gittersteuerung werden die Wirk- und die dazugehörigen Blindlastgefäße, z. B. Wirkgefäß 25 und Blindgefäß 26 in Abb. 3, ungefahr gleichzeitig freigegeben und wieder gesperrt.

Setzt man an Stelle der Gleichstromnetze 2 in Abb. 1 und 3 Gleichrichter, so erhält man Umrichter, bei denen in bekannter Weise die Gefäße für jeweilige Gleich- und Wechselrichterbetriebsbereitschaft zusammengefaßt werden können. So entsteht z.B. aus der Anordnung in Abb. 1 der Umrichter nach Abb. 5. Das Drehstromnetz 27 ist über den Drehstromtransformator 28 und das für beide Teilumrichter mit den Anodengruppen α und b gemeinsame Gefäß 29, über die beiden gekoppelten Kathodendrosseln 30° und 30* und über 'den dreischenkligen Einphasentransformator 31 mit dem Einphasennetz 32 gekoppelt. Der Einphasentransformator 31 trägt auf dem. obersten Schenkel die Primär- und Sekundärwicklungen des Teilumrichters a, auf dem mittleren Schenkel die des Teilumrichters b und auf dem untersten Schenkel 'die Wicklung 33, die den Kondensator 34 mit der Differenzspannung der beiden Teilumrichter über die gegensinnig parallel geschalteten Entladungsstrecken 3 5, 36 speist.

Abb. 6 zeigt den Verlauf der beiden Teilspannungen sowie der Differenzspannung. Die Kurven y]^a und 37* (entsprechen den Kurven 8« und 8* in Abb. 2. Die Kurve 38 stellt die Differenzs.pannung dar entsprechend der Kurve 10 in Abb. 2. Die der dortigen Kurve 10 entsprechenden Stücke der DifBerenzspannung38 sind schraffiert. Dazwischen enthält die Kurve 38 noch Spannungsstücke, die sich aus der Welligkeit der aus dem Dnehstromnetz gleichgerichteten Spannungen ergeben. Diese Stücke sind für die Kommutierung ohne Belang. Damit durch diese Stücke kein unnötiger Kondensatorstrom hervorgerufen wird, kann der Kondensator 34 über die antiparallel geschalteten gesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken 3 S und 36 an die Wicklung 33 angeschlossen sein, die ihn in der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kommutierungen abschalten.

Die Kurven der Abb. 6 sind ebenfalls idealisiert. Insbesondere ist die bekannte Verformung, die durch die zwischen Gleich- und Wechselrichtersystem fließenden Kurzschlußströme bewirkt wird, vernachlässigt. Auch die Flanken der Teilspannungen sowie der Kondensatorspannung sind in Wirklichkeit nicht senkrecht, sondern leicht abgeschrägt.

Während der Zeit der Abschaltung kann man, wie schon vorgeschlagen wurde, den Kondensator 34 für die Kommutierung in weiteren miteinander nicht gekoppelten Teilumrichtern verwenden. Es mögen beispielsweise zwei Umrichter in der Schaltung nach Abb. 5 nebeneinander arbeiten, deren Einphasenspannungen um 90⁰ gegeneinander versetzt sind. Dann kann man die Spannungskurven der beiden Umrichter so einrichten, daß die einzelnen Kommutierungsvorgänge in beinahe regelmäßigen Abständen aufeinanderfolgen. Ist der Kondensator 34 umschaltbar angeordnet, so kann er die Kommutierungen beider Umrichter der Reihe nach bewältigen.

Abb. 7 zeigt eine derartige Anordnung zur Kondensatorumschaltung. Die Einphasentransformatoren der beiden Umrichter sind wie in Abb·. 5 mit 31 und 31' bezeichnet. Die Differenzspannung tritt jeweils an der Wicklung 33 bzw. 33' auf. Der Kondensator 34 kann nun entweder über das Gefäß 3 S bzw. 36 an die Wicklung 33 Oder über das Gefäß 3 5' bzw. 36' an die Wicklung 33' angeschaltet werden.

In den Beispielen wurde als Kommutierungseinrichtung ein Kondensator angegeben. An Stelle dieses Kondensators kann jede andere Kommutierungseinrichtung treten, insbesondere ein Schwingkreis, bestehend aus einer Parallel- oder Hintereinanderschaltung von Kondensator und Drossel, sowie anderweitige Kombinationen von Energiespeichem, z. B. Drosseln und Kondensatoren. Ebensogut kann die Kommutierungseinrichtung aus einer rotierenden Maschine bestehen.

Oft ist es erwünscht, die Größe der in* der Kommutierungseinrichtung vorhandenen Glieder bei steigender Last zu verändern. Auch diese Möglichkeit läßt sich bei den beschriebenen Beispielen unschwer durchführen. Beispielsweise kann in einer Anordnung nach Abb. 7 parallel zum Kondensator 34 noch ein weiterer Kondensator liegen, der über getrennte Entladungsstrecken an die Wicklungen 33 und 33' angeschlossen werden kann, so daß die Kommutierung je nach den Lastverhältnissen mit dem einen oder mit dem anderen Kondensator oder mit beiden zugleich durchgeführt werden kann.

Die verschiedenen Möglichkeiten, die sich durch die Steuerung der Gefäße 3 5 und 36 bzw. entsprechender Gefäße vor den Kondensatoren (Schwingkreisen) 5 (Abb. 1) bzw. 21 (Abb. 3) für die Beeinflussung der Kommutierung ergeben, gehören ebenfalls in den Rahmen der vorliegenden Erfindung, brauchen jedoch nicht im einzelnen beschrieben no zu werden, da ihre Auswirkungen nach den obigen Erläuterungen der grundsätzlichen Zusammenhänge ohne weiteres ersichtlich sind.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Zwangskommutierung von Stromrichteranordnungen, die aus mehreren Teilstromrichtern zusammengesetzt sind und die eine gemeinsame Kommutierungseinrichtung besitzen, da-

   durch gekennzeichnet, daß die gesteuerte oder ungestieuerte Kommutierungseinrichtung transformatorisch derart mit den einzelnen Teilstromrichtern gekoppelt ist, daß sie ohne Umschaltung der Reihe nach die Zwangskommutierung der Teilstromrichter bewirken kann.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kommutierungseinrichtung 'die Summe bzw. die Differenz der einzelnen Teilspannungen bzw. eine dieser Spannung proportionale Spannung ,auftritt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem an sich nicht umschaltbaren Kommutierungskreis gesteuerte Entladungsstrecken in bekannter Weise vorgesehen sind, mittels derer der Verlauf der Kommutierung lastabhängig veränderbar ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungseinrichtung für verschiedene miteinander nicht gekoppelte, phasenverschoben arbeitende Stromrichtergruppen umschaltbar ist.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen