DE671966C - Umformeranordnung mit zwei ihrer stromrichtenden Wirkung nach in Reihe geschalteten Gruppen von Entladungsstrecken zum wechselseitigen Leistungsaustausch zwischen einem Wechselstromnetz und einem Gleichstromnetz - Google Patents

Umformeranordnung mit zwei ihrer stromrichtenden Wirkung nach in Reihe geschalteten Gruppen von Entladungsstrecken zum wechselseitigen Leistungsaustausch zwischen einem Wechselstromnetz und einem Gleichstromnetz

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/006Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output using discharge tubes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Description

  • Umformeranordnung mit zwei ihrer stromrichtenden Wirkung nach in Reihe geschalteten Gruppen von Entladungsstrecken zum wechselseitigen Leistungsaustausch zwischen einem Wechselstromnetz und einem Gleichstromnetz Es sind Umformeranordnungen bekanntgeworden, welche mit gittergesteuerten Stromrichtern, beispielsweise gas- oder dampfgefüllten Entladungsstrecken, arbeiten und welche zum wechselseitigen Leistungsaustausch zwischen einem Gleichstromnetz und einem Wechselstromnetz dienen. Eine besonders zweckmäßige Schaltung besteht aus zwei Gruppen von Entladungsstrecken, welche ihrer stromrichtenden Wirkung nach in Re:lie geschaltet sind. Die eine Gruppe der Entladungsstrecken wirkt jeweils als Gleichrichter zur Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom, während die andere Gruppe von Entladungsstrecken als Wechselrichter zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom verwendet wird. Will man beispielsweise einen,Gleichstromnebenschlußmotor, der zum Antrieb einer Förderhaspel oder einer ähnlichen Arbeitsmaschine dient, je nach den Belastungsverhältnissen der Haspel sowohl als Motor als auch als Generator arbeiten lassen, so benutzt man dazu die beiden Gruppen von Entladungsstrecken derart, daß die eine als Gleichrichter die motorisch arbeitende Gleichstrommaschine speist, während die andere als Wechselrichter die während des generatorischen Betriebes durch die Gleichstrommaschine ' erzeugte Energie ins Wechselstromnetz zurückliefert.
  • In Fig. i ist das Schaltungsschema für zwei zum Betrieb eines Gleichstrommotors dienende Stromrichter dargestellt. i und 2 sind zweianodige Entladungsgefäße, die über Transformatoren 3 und 4. an ein Wechselstromnetz 5 angeschlossen sind. Der Nullpunkt des Transformators q. ist mit der Kathode des Stromrichters i und der Nullpunkt des Transformators 3 mit .der Kathode des Stromrichters 2 elektrisch leitend verbunden. Mit Bezug auf den durch diese Verbindungsleitungen gebildeten Stromkreis sind beide Entladungsgefäße in Reihe geschaltet, denn d,ie stromrichtende Wirkung, die von der Anode zur Kathode hin gerichtet ist, ist mit Bezug auf diesen Stromkreis bei beiden Entladungsgefäßen die gleiche. Zwischen den Verbindungsleitungen liegt am Punkt g der Anker eines fremderregten GleIchstrominotors 6, der zum Antrieb irgendeiner Arbeitsmaschine, beispielsweise einer Haspel, bestimmt ist. Nimmt man an,-daß der Pfeil 7 die Stromrichtung :der Gleichstrommaschine bei motorischem Betrieb in einem bestimmten Drehsinn angibt und der Pfeil ä diejenige bei generatorischem Betrieb und gleichem Drehsinn, so liefert der Stromrichter r als Gleichrichter Energie aus dem Wechselstromnetz 5 in den Motor 6, während der Stromrichter 2 als Wechselrichter Energie aus der als Generator arbeitenden Gleichströmmaschine 6 in das Wechselstromnetz zurückliefert: Handelt es sich um eine Arbeitsmaschine, bei der motorischer und generatorischer Betrieb in unbestimmter Folge mehr oder weniger häufig abwechseln, so kann dieser Forderung nur dann genügt werden, wenn beide Energiewege .dauernd betriebsbereit zur Verfügung stehen. Die Bedingung iäß.t sich aber nur erfüllen, wenn die beiden Stromrichter, wie aus .dem Schaltschema ersichtlich ist, ihrer stromrichtenden Wirkung nach in Reihe geschaltet sind oder wenn; was dasselbe ist, die Gleichstrommaschine und der als Wechselrichter arbeitende Stromrichter 2 -in Parallelschaltung an den Stromrichter i angeschlossen sind.
  • Die Tatsache, daß bei der beschriebenen Schaltung die beiden Strömrichtergefäße mit gleicher Durchlaßrichtung hintereinander in einemgeschlossenenStromkreis liegen; bringt es mit sich, daß in diesem Stromkreis unter gewissen Voraussetzungen innere Kurzschlußströme zustande kommen, die unter Umständen eine für den Betrieb lästige Größe annehmen können. Es sind bereits Mittel be- kanntgeworden, um dieser Kreisströme Herr zu werden. So hat man beispielsweise vorgeschlagen, in dein Kurzschluß-stromkreis Drosseln anzuordnen, .die für den Kreisstrom einen höhen induktiven Widerstand darstellen und auf diese Weise einen großen Teil der in der Stromdurchlaßrichtung wirksamen Spannung vernichten. Weiterhin hat man durch geeignete Schaltungen dafür gesorgt, ciaß die Anodenspannung des als Wechselrichter arbeitenden Gefäßes stets Größer ist als die Anodenspannung des Gleichrichtergefäßes, um auf diese Weise das Entstehen ciner in der Stromdurchlaßrichtung wirksamen Spannung überhaupt zu vermeiden. Beiden Anordnungen haften jedoch schwerwiegende Nachteile an. Durch eine Erhöhung des im Kurzschlußstromkreis wirksamen Widerstandes läßt sich zwar eine Herabdrosselung, niemals aber eine völlige Unterdrückung der Kreisströme erzielen. Eine Erhöhung der Spannung des Wechselrichters gegenüber der des Gleichrichters ist nur in sehr begrenztem Umfange möglich, da anderenfalls beim Übergang von der einen auf die andere Energierichtung jedesmal ein unzulässiger Spannungssprung entstehen würde. Als weitere Maßnahme zur Bekämpfung der Kreisströme ist es bereits. bekanntgeworden; die Zündzeitpunkte des Wechselrichtergefäßes stets gegenüber denen des Gleichrichtergefäßes in ganz bestimmter Weise zu verschieben. Es ist jedoch in vielen Fällen störend, auf diese Weise bereits in der Wahl der Zündzeitpunkte beider Gefäße festgelegt zu sein und so nicht mehr sie Möglichkeit zu haben, die Steuerung anderen Betriebserfordernissen anzupassen.
  • Durch die Erfindung lassen sieh nun die Kreisströme völlig unterdrücken, ohne daß die geschilderten Nachteile auftreten. Gemäß der Erfindung wird der im Reihenstromkreis liegende elektrische Widerstand so groß bemessen bzw. so beeinflußbar gemacht, daß die in Richtung der stromrichtenden Wirkung liegende resultierende Spannung stets kleiner ist als der durch die Wechselstromkomponente des Belastungsstromes hervorgerufene Spannungsabfall im Reihenstromkreis. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die Kreisströme imReihenstromkreis die gleiche Frequenz aufweisen, wie die dem gleichgerichteten, dem Verbraucher zugeführten Strom überlagerte Wechselstromkomponente. Auf diese Weise läßtsich durch den Verbraucherstrom an den Widerständen im Reihenstromkreis stets ein Spannungsabfall hervorrufen, der der resultierenden Spannung im Kreisstromkreis gerade entgegengesetzt gerichtet und größer als diese ist.
  • Diese Verhältnisse mögen an Hand des in der Fig. 2 dargestellten Diagramms erläutert werden: Im oberen Teil des Diagramms sind von der Nullinie I ausgehend die Anodenspannungen eines Sechsphasenstrotnrichters gezeichnet. Es sind in üblicher Weise sinusförmige Spannungen angenommen, welche jeweils gegeneinander um 6o° in der Phase verschoben sind. Dieser Teil des D,agramins soll für den als Gleichrichter arbeitenden Stromrichter r der Schaltung nach Fig. z gelten. Durch Gittersteuerung des Entladungsgefäßes, d. h. durch Zündung vier Strombahn der einzelnen Anoden zu einem bestimmten Zeitpunkt während einer Wechselstromhalbperiode, kann bekanntlich die mittlere Spannung, welche dem Gleichstrommotor 6 zugeführt wird, geregelt werden. In dem Diagramm ist der Spannungsverlauf für einen Steuerwinkel 91 von etwa 6o°, gerechnet vom Nulldurchgang einer Wechselspannung, eingezeichnet. Die dem Motor 6 zugeführte Spannung hat die bekannte zacken-oder sägeblattartige Form.
  • Der untere Teil .des Diagramms gilt für den als Wechselrichter arbeitenden Stromrichter 2 der Schaltung nach Fig: r. Auch in diesem Teil sind von der Nullinie II ausgehend für den sechsphasigen Stromrichter die einzelnen Anodenspannungen als Sinuslinien eingezeichnet. Die Steuerwinkel des Gleichrichters i rechnen, bezogen auf die Zeitlinie, in entgegengesetztem Sinne wie diejenigen des Wechselrichters 2; denn der als Gleichrichter .dienende Stromrichter arbeitet in den positiven Halbwellen, der als Wechselrichter dienende Stromrichter ,dagegen in den negativen Halbwellen. Entsprechend ist auch in Fig. 2 der obere Teil des Diagramms oberhalb und der untere Teil des Diagramms unterhalb der zugehörigen Nullinie gezeichnet. Es sei darauf hingewiesen, daß der Übergang vom Gleichrichterbetrieb zum Wechselrichterbetrieb im allgemeinen nicht mit dem Nulldurchgang einer Anodenwechselspannung identisch ist. Die Verschiebung ist im wesentlichen durch die in :dem Arbeitsstromkreis liegenden Induktivitäten, insbesondere die Induktivitäten der elektrischen Maschinen, bestimmt und von diesen abhängig.
  • Es sei angenommen, daß der Wechselrichter 2 mit einem Zünidwinkel q,2 gesteuert wird. Durch die Anode, deren Wechselspannung nach der mit a bezeichneten Sinuslinie verläuft, kann demnach, vorn dem Nulldurchgang b an gerechnet, Strom fließen, sobald der Zündw inkel (p2 bzw. die diesen Winkel entsprechende Zeit verstrichen ist. Die den Strom in dem Wechselrichterkreis treibende Spannung hängt dabei von der Resultierenden aller in dem Stromkreis wirkenden Spannungen ab, mithin im vorliegenden Falle von der Differenz zwischen der Spannung des Gleichrichters i und der Spannung des Wechselrichtertransformators 4., die der Gleichrichterspannung mit Bezug auf die stromrichtende Wirkung des Wechselricliters 2 entgegengerichtet ist. Die Spannungen des Gleichrichters seien mit El, die Spannungen des Wechselrichters mit E2 und die Differenzspannungen mit Ed bezeichnet. Für den gegenüber (dem Zeitpunkt b und den `'Winkel (12 verschobenen Zeitpunkt c sind diese Werte in dem unteren Teil des Diagramms eingetragen. Die Differenzspannung Ed hat in diesem Zeitpunkt einen endlichen Wertund ist nach unten gerichtet. Sie liegt demnach in der gleichen Richtung wie ddeSpannungEl des Gleichrichters i, oderandersausgedrückt: sie hat die .gleiche Richtung wie die stromrichtende Wirkung der beiden Stromrichter i und 2; in dem Reihenstromkreis fließt demnach im Zeitpunkt c Strom. Der Gleichstrommotor 6 wird durch den Wechselrichter überbrückt; infolgedessen wird der Gleichrichter höher belastet, als es der von der Gleichstrommaschine 6 entnommenen Belastung entspricht. Der Kurzschlußstrom bleibt bestehen, solange die Spannung Ed einen endlichen Wert behält. Da die Spannung Ei durch die Kurv e d und die Spannung E2 durch die Kurve a gegeben ist, wird in dem Zeitpunkt e die Spannung Ed zu I\TUll. In dem gleichen Zeitpunkt erlischt der Wechselrichter 2, weil seine der stromrichtenden Wirkung entgegengerichtete Transformatorspannung größer ist als die mit der stromrichtenden Wirkung gerichtete Spannung El des Gleichrichters i. Durch die sehr affierten Flächen/ sind in dem unteren Teil des Diagramms die Zeiten angegeben, in denen der Kurzschlußstrom fließt und gleichzeitig die Spannungswerte, die für den Strom maßgebend sind.
  • Wie schon oben erwähnt, könnte man an sich den Zeitverzögerungswinkel (r2 des Wechselrichters so wählen, :daß die Differenzspannung Ed nicht mehr auftritt; das wäre dann erfüllt, wenn der Winkel T, mindestens den Wert 972 erreicht. Die durch Schraffur angegebene Stromfläche f würde dann verschwinden. Man erkennt, daß in diesemFall ein sehr beträchtlicher Unterschied zwischen der Aussteuerung des Gleichrichters und der des Wechselrichters erforderlich wäre, der in vielen Fällen sehr unerwünscht sein würde. Das Diagramm zeigt aber, daß die in dem gleichgerichteten Belastungsstrom vorhandene Wechselstromkomponente genau die gleiche, gegenüber der Frequenz des Wechselstromnetzes erhöhte Frequenz besitzt wie die treibende Spannung für die Kreisströme. Es ist infolgedessen immer möglich, durch den Belastungsstrom in Widerständen des Reilienstroinkreises einen Spannungsabfall zu erzeugen, welcher der durch die Überdeckung der Spannungskurven des Gleichrichters und des Wechselrichters zustande kommenden Spannung entgegengesetzt gerichtet ist, so daß bei richtiger Wahl der Widerstände die schließlich resultierende Spannung in dein Reihenstromkreis der stromrichtenden Wirkung entgegengesetzt gerichtet ist und keine Kreisströme mehr hervorrufen kann.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE. i. Uinformeranordnung mit zwei ihrer stromrichtenden Wirkung nach in Reihe geschalteten Gruppen von Entladungsstrecken zum wechselseitigen Leistungsaustausch zwischen einem Wechselstromnetz und einem Gleichstromnetz, dadurch gekennzeichnet, :daß der im Reihenstromkreis liegende elektrische Widerstand so groß bzw. so beeinflußbar ist, daß die in Richtung der stromrichtenden Wirkung liegende resultierende Spannung stets kleiner ist als der durch die Wechselstromkomponente des Belastungsstromes hervorgerufene Spannungsabfall im Reihenstromkreis.
  2. 2. Umformeranordnungnach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die den Widerstand im Reihenstromkreis heeinfiussenden Steuermittel von Zustandsgrößen des Stromverbrauchers, beispielsweise von dem Strom, der Spannung oder der Drehzahl einer Gleichstrommaschine, abhängig sind.
DES108662D 1933-03-14 1933-03-14 Umformeranordnung mit zwei ihrer stromrichtenden Wirkung nach in Reihe geschalteten Gruppen von Entladungsstrecken zum wechselseitigen Leistungsaustausch zwischen einem Wechselstromnetz und einem Gleichstromnetz Expired DE671966C (de)

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