DE667800C - Anordnung zum Kommutieren bei Wechselrichtern - Google Patents

Description

• Anordnung zum Kommutieren bei Wechselrichtern Zusatz zum Patent 639 359 Gegenstand des Patentes 639 359 bildet eine Anordnung zum Kommutieren bei Umformungseinrichtungen mit gesteuerten Entladungsstrecken, vorzugsweise gittergesteuerten Dampf-oder Gasentladungsstrecken mit im wesentlichen lichtbogenförmiger Entladung, bei denen die Steuerung nur das Einsetzen der Entladung ermöglicht und bei denen das Wechselstromnetz bzw. die Wechselstromnetze eine taktgebende Spannung aufweisen; bei diesen Umformungseinrichtungen sind zusätzliche Energieträger vorgesehen, die es ermöglichen, den, Anodenstrom zu einem beliebig wählbaren, Zeitpunkt zu unterdrücken und den Kommutierungsvorgang in jedem gewünschten Augenblick einer jeden. Wechselstromperiode stattfinden, zu lassen. Durch diese Maßnahme wird es u. a. erst möglich, eine Speisung von Verbrauchern durch Wechselrichter bei beliebigem Leistungsfaktor durchzuführen. Man kann, wie auch bereits im Hauptpatent zum Ausdruck gebracht ist, Wechselrichter selbsttätig derart steuern, daß sie den Belastungsverhältnissen entsprechende Scheinleistungen liefern. Dies wird, wie auch im Hauptpatent angegeben, in der Weise durchgeführt, daß man den Verbraucher durch mehrere um einen verhältnismäßig kleinen Betrag phasenverschoben gesteuerte Wechselrichter speist. Die Differenz der Stromwerte, die infolge der Abweichung jedes der Teilströme von der Phasenlage des den Belastungsverhältnissen. entsprechenden Stromes auftritt, bewirkt die Einstellung der Phasenlage des über die gesteuerten Entladungsstrecken zu liefernden Wechselstromes.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine vereinfachte Anordnung für die selbsttätige Regelung des Kommutierungspunktes bei solchen, Anlagen gemäß dem Hauptpatent 639359 bei denen zur Lieferung der takthaltenden Spannung in das durch den Wechselrichter gespeiste Wechselstromnetz Synchronmaschinen in der Nähe des Wechselrichters angeordnet sind. Erfindungsgemäß erfolgt in diesem Falle die Steuerung des Kommutierungspunktes des Wechselrichters in Abhängigkeit von dem Differenzstrom oder einer diesem entsprechenden Spannung. Der Differenzstrom wird hierbei durch Vergleich entweder des vom Wechselrichter gelieferten Stromes mit dem von der Maschine gelieferten. bzw. mit dem vom Netz aufgenommenen Strom oder durch Vergleich des Maschinenstromes mit dem Netzstrom gewonnen. Die Anordnung und ihre Wirkungsweise soll in Ausführungsbeispielen, näher erläutert werden. Es sollen zunächst die Stromverhältnisse einer Wechselrichteranlage, wie sie in Abb. z dar;` gestellt ist; betrachtet werden. Die Um@e' mungsanlage besteht aus einem ruhenden W selrichter U und einer parallel zum Verbrauchernetz N geschalteten Synchronmaschine M, die dem Verbrauchernetz die gewünschte sinusförmige Spannung aufdrückt. In Abb. 2 a ist diese von der Maschine M dem Netz und dem Wechselrichter vorgeschriebene Spannung e" und der Netzstrom i" dargestellt, der gegen die Spannung um einen Winkel ß verschoben ist. In der Abb. 2b sind der vom Wechselrichter gelieferte Strom i. und der von der Maschine gelieferte Strom im aufgetragen, die zusammen den Belastungsstrom i" im Netze ergeben. Dabei ist vorausgesetzt, daß die Kommutierung des Wechselrichters in dem Augenblick erfolgt, in dem der von der Belastung angeforderte Strom i" durch Null geht. Findet die Kömmu-. tierung des Wechselrichters schon vor dem Nullduschgang des Belastungsstromes statt, wie es in. Abb. 2 c dargestellt ist, so ergibt sich für die Herstellung des im Netz erforderlichen sinusförmigen Stromes ein Strom der Maschine, wie er ebenfalls in Abb. 2 c eingetragen ist. Man sieht, daß die Grundwelle des vom Wechselrichter gelieferten Stromes eine kapazitive Komponente für das gespeiste Wechselstronmnetz besitzt, die durch eine induktive Komponente im Strom der Maschine wieder ausgeglichen werden müßte. In sinngemäß gleicher Weise liegt der Fall, wenn die Kommutierung des Wechselrichters nach dem Nulldurchgang des im Netz fließenden Stromes erfolgt, wobei sich die in Abb. 2 d eingetragenen Stromverläufe ergeben. In diesem Falle stellt der Wechselrichter eine zusätzliche induktive Belastung dar, die durch eine kapazitive Komponente des Maschinenstromes ausgeglichen werden müßte. Bei einem solchen zu früh oder zu spät erfolgenden Einsetzen jeder Teilentladung des Wechselrichters ändern sich die mittleren Stromwerte des von der Maschine gelieferten Stromes, während insbesondere durch die Wirkung der im speisenden Gleichstromkreis liegenden Drosselspule der mittlere Wert des vom Umformer gelieferten Stromes gleichbleibt. Die hierdurch auftretenden Differenzen dieser Ströme kann man in vergleichenden Anordnungen: dazu verwenden, um eine Steuerung des Kommutierungspunktes des Wechselrichters im gewünschten Sinne vorzunehmen. Zur Unterscheidung,, ob das Einsetzen, jedes Entladungsstromes zeitlich vorwärts oder rückwärts geregelt werden soll, ist es noch notwendig, außer dem Vergleich der absoluten Stromwerte noch ihre gegenseitige Phasenlage zu vergleichen. Eilt der von der Maschine gelieferte Strom dem vom Umformer gelieferten Strom nach, so muß- die Einstellung in, der Weise erfolgen;, daß der Zündaugenblick der Entladungen in dem Wechsel-

  achter gegenüber der Phasenlageder Wechsel-

  annung zeitlich später gelegt wird. Bei einer

  #reilung des Maschinenstromes gegenüber dem

  -Wechselrichterstrom ist eine Beeinflussung des

  Beginnes jeder Entladung im entgegengesetzten

  5mne vorzunehmen.. Der Vergleich cler Ströme und ihrer Phasenlage kann in bekannten Relaisanordnungen vorgenommen werden. Oft wird es genügen,,, nicht die absolute Differenz der Mittelwerte der zu vergleichenden Ströme zu bilden, sondern die Regelung über ein lediglich auf die Phasendifferenz ansprechendes Relais vorzunehmen.
• Ein. Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung zeigt die Abb. 3. Es ist wieder U der ruhende Wechselrichter mit den Entladungsgefäßen und M die Synchronmaschine, die an den Klemmen des Verbrauchernetzes N liegt. Über Stromwandler S" und S," werden die vom Wechselrichter und von, der Maschine gelieferten .Ströme einem Relais R zugeführt, das ihre absolute Differenz maßt, wobei das Verhältnis der gegeneinander geschalteten Windungen so abgestimmt sein muß, daß bei richtigem Arbeiten der Anlage kein Impuls erfolgt. Parallel zu diesem Relais liegt ein: Phasenvergleichsrelais P, das auf Phasenverschiebungen zwischen den beiden Strömen anspricht. Der von, diesen Relais beeinflußte Steuerkreis, der von einer Batterie B gespeist wird, ist in. Serie über die beiden Relais geführt und betätigt einen motorischen Antrieb A, der in einer Einrichtung G die Gittersteuerung des Wechselrichters U beeinflußt. Die Wirkungsweise ist so, daß das Phasenvergleichsreläis P bestimmt, ob das Einsetzen der einzelnen Entladungen des Wechselrichters gegenüber der Wechselspannung vor- oder zurückverlegt werden soll, während das Relais R die Geschwindigkeit dieser Bewegung in Abhängigkeit von der auszuregelnden Differenz steuert. Kann auf diese Geschwindigkeitsregelung verzichtet werden, so ist die gesamte Steuerung auch mit dem Relais P allein. möglich.
• Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist, wie bereits eingangs bemerkt wurde, keineswegs auf das angeführte Beispiel beschränkt, sondern kann auf den Vergleich der verschiedensten, in einer derartigen Wechselrichteranlage vorkommenden Ströme ausgedehnt werden. Beispielsweise ist es für die in Abb. z dargestellte Anlage auch denkbar, däß man en von der Maschine M gelieferten Strom i"Z mit dem Netzstrom i" in ähnlicher Weise vergleicht. Auch für den Fall, daß die zur Bildung der sinusförmigen Spannung verwendete Maschine im Gleichstromkreise liegt, ist eine Anwendung der Erfindung in ähnlicher Weise durchführbar: Bei einer solchen Anordnung findet zwar die Kommutierung der Hauptentladungsstrecken des Wechselrichters stets im Nulldurchgang der `Wechselspannung statt, jedoch müssen die für die Ableitung des induktiven Stromes den Hauptentladungsstrecken gegensinnig parallel geschalteten Blindstromentladungsstrecken " in Abhängigkeit von der Lage des Netzstromes zur Netzspannung gesteuert werden.
• Die Ausführung der Relaisanordnung kann auch durch Einrichtungen mit gesteuerten oder ungesteuerten Entladungsstrecken ersetzt werden, die entweder die Phasenlage der Grundwellen der zu vergleichenden Ströme prüfen oder auch die zeitliche Lage von ausgeprägten Spitzen eines der beiden Ströme, wie sie in Anordnungen nach Abb. r vorkommen, zur zeitlichen Lage eines besonderen Punktes in der Kurve des anderen Stromes feststellen und hieraus sich ergebende Differenzen zur Regelung benutzen.
• Ein Ausführungsbeispiel für die Regelung mit einem Elektronenrelais ist noch in den Abb. q. und 5 dargestellt, wobei in. Abb. 5 wieder U der ruhende Wechselrichter mit den Entladungsgefäßen und M die Synchronmaschine ist, die an den Klemmen des Verbrauchernetzes N liegt. Es sollen beispielsweise der vom Wechselrichter gelieferte Strom in und der Netzstrom in miteinander verglichen werden. Abb. q.a zeigt die Netzspannung e,, und die phasenverschobenen Netz- und Umformerströme i;t bzw. in. Durch Stromtransformatoren T1 ur d T2 sollen diese Ströme gemäß Abb. 5 über Konstantspannungswiderstände W, und W2 zwei Gleichrichtereinrichtungen R, und R2 zugeführt werden. Dann stehen an diesen Einrichtungen fast stromunabhängige Spannungen zur Verfügung, wie sie in Abb. 4.b bis d dargestellt sind. Die Regelung wird nun in der Weise vorgenommen, daß für eine Umsteuerung in einem Sinne die dem Wechselrichterstrom entsprechende Spannung als Anodenspannung und die dem Netzstrom entsprechende Spannung als Gitterspannung, für die Regelung im entgegengesetzten Sinne die Spannungen umgekehrt verwendet werden. Wählt man die Richtung der Spannungen richtig, so kann man z. B. nach Abb. q. erreichen, daß die Anodenspannung a" die dem Wechselrichterstrom entspricht, dann durchgelassen wird, wenn der Wechselrichterstrom dem Netzstrom vorauseilt; andererseits ist es nach Abb. q.f möglich, die Anodenspannung an, die dem Netzstrom entspricht, bei nacheilendem Wechselrichterstrom durchzulassen. Die Ausführung ist in Abb. 5 angedeutet. T1 führt R1 die dem Wechselrichterstrom entsprechende Anodenspannung au zu, während die Entladungsstrecken von R1 durch die von T2 gelieferte, dem Netzstrom entsprechende Gitterspannung gn gesteuert werden. Ri liefert Steuerenergie, wenn der Wechselrichterstrom dem Netzstrom gemäß Abb. 4e vorauseilt. Im anderen Fall wird die dem Netzstrom entsprechende Anodenspannung a, über T2 dem Gleichrichter R2 zugeführt, der von der an T1 abgenommenen, dem Wechselrichterstrom entsprechenden Gitterspannung g, gesteuert wird. Die so erhaltene Steuerenergie kann wieder über Einrichtungen A und G zur Beeinflussung der Steuerung des Kommutierungspunktes des Wechselrichters U benutzt werden.

Claims (3)

1. PATrNTANSPRÜCHR: x. Anordnung zum Kommutieren bei Wechselrichtern nach Patent 639,359, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Verwendung von Synchronmaschinen zur Takthaltung der Spannung in dem durch den Wechselrichter gespeisten Wechselstromnetz die Steuerung des Kommutierungspunktes des Wechselrichters in Abhängigkeit von dem Differenzstrom oder einer diesem entsprechenden Spannung erfolgt, welcher Differenzstrom durch Vergleich entweder des vom Wechselrichter gelieferten Stromes mit dem von der Maschine gelieferten bzw. vom Netz aufgenommenen Strom oder durch Vergleich des Maschinenstromes mit dem Netzstrom gewonnen wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasen der Ströme miteinander verglichen werden.
3. 3. Anordnung nach Anspruch r oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem die Amplituden der Ströme miteinander verglichen werden.