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Anordnung zum Betrieb von netzgeführten Wechselrichtern Es ist bekannt,
daß mit Hilfe von gittergesteuerten gas- oder dampfgefüllten Entladungsgefäßen in
Wechselrichterschaltung Gleichstrom in Wechselstrom bzw. Drehstrom umgeformt werden
kann. Die Steuerung dieser Wechselrichter hängt von den Bedingungen ab, unter denen
der Wechselrichter mit dem von ihm gespeisten Wechselstromnetz zusammenarbeitet.
Wenn der Wechselrichter ein Netz speist, dem die Energie ausschließlich von ihm
selbst zugeführt wird, d. h. ein Wechselstromnetz, welches als aperiodisch bezeichnet
werden kann, weil es selbst seine Frequenz nicht bestimmt, wird der Wechselrichter
nach bekannten Vorschlägen mit Steuerungsmitteln ausgerüstet, die die Frequenz des
von dem Wechselrichter gespeisten Netzes unabhängig von Störungen, die in diesem
Netz etwa auftreten, zwangsläufig konstant halten. Eine bekannte Steuerungsanordnung
die= ser Art verwendet ein mechanisch schwingendes System, dessen Schwingungsfrequenz
dauernd auf einer bestimmten Grundfrequenz gehalten wird. Anders liegen die Verhältnisse,
wenn der Wechselrichter mit einem Wechselstromnetz zusammenarbeitet, das nicht nurvon
dem-Wechselrichter, sondern auch noch von anderen parallel arbeitenden Generatoren
oder Umformern gespeist wird. Wenn bei solchen Wechselrichteranordnungen die Leistung
des Wechselrichters wesentlich kleiner ist als die Leistung der das Netz außer dem
Wechselrichter noch speisenden Generatoren oder Umformer, ist es nicht erforderlich,
den Wechselrichter mit besonderen Steuerungsmitteln auszurüsten; denn die übrigen
Generatoren sind dann in der Lage, für den Wechselrichter, der in diesem Fall als
netzgeführter Wechselrichter bezeichnet wird, den Takt des Wechselstromes zu bestimmen
und ihn auch bei allen Betriebszuständen zu halten.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Betrieb von netzgeführten
Wechselrichtern, die mit gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungsstrecken arbeiten
und ein Wechselstromnetz in Gemeinschaft mit anderen Umformern oder Generatoren
speisen, die zwar den Takt des Wechselstromes bestimmen, nicht aber zur Takthaltung
bei allen Betriebszuständen geeignet sind. Solche Betriebsverhältnisse liegen vor,
wenn die Leistung des Wechselrichters einen wesentlichen Anteil der Gesamtleistung
des von dem Wechselrichter gespeisten Netzes darstellt, wenn also entweder die Wechselrichterleistung
etwa ebenso groß wie die Leistung der übrigen Umformer oder Generatoren oder wesentlich
größer ist als diese, so daß die letzteren nur noch den Takt des Wechselstromes
bestimmen. Die Umformer erzeugen in diesem
Falle die für die Kommutierung
des Wechselrichters erforderliche Wechselspannung vorbestimmter Frequenz und Kurvenform
und liefern darüber hinaus noch die für den Wechselrichterbetrieb ebenfalls notwendige
Blindleistung= Es hat sich gezeigt, daß bei den vorstehend geschilderten Betriebsverhältnissen
die bekannten Steuerungsanordnungen nicht geeignet sind, einen ordnungsmäßigen Betrieb
des Wechselrichters dauernd aufrechtzuerhalten; insbesondere vermögen sie Störungen,
z. B. ein Außertrittfallen des Wechselrichters, bei starken Belastungsstößen nicht
zu verhindern. Erfindungsgemäß werden diese Schwierigkeiten dadurch beseitigt, daß
den Steuergittern des Wechselrichters eine Steuerspannung solcher Frequenz und solcher
Phasenlage in bezug auf die Netzspannung zugeführt wird, daß trotz betriebsmäßig
auftretender Belastungsstöße die Frequenz des zu speisenden Netzes konstant gehalten
wird. Vorteilhaft wird die Frequenz der Steuerspannung zusätzlich noch von einer
Betriebsgröße des zu speisenden Netzes, z. B. der von. dem Wechselrichter in das
Netz übertragenen Leistung, beeinflußt.
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Die Erfindung sei an Hand der Diagramme der Fig. x bis 3 und der Schaltung
der Fig. 4 näher erläutert. Für die Diagramme der Fig. r bis 3 ist angenommen, daß
bei einem Wechselstromnetz,- bei dem die außer dem Wechselrichter noch vorhandenen
Generatoren oder Umformer den Takt des Wechselstromes zwar bestimmen, für die Takthaltung
jedoch nicht geeignet sind, die Entladungsgefäße des Wechselrichters mit einem besonderen
Taktgeber ausgerüstet sind, der die Entladungsstrecken mit einer bestimmten unveränderlichen
Frequenz steuert. Das Diagramm der Fig. x gilt für den Fall, daß die Netzfrequenz
gegenüber der Steuerfrequenz der Entladungsgefäße synchron bleibt. Fig. 2 gilt für
den Fall, daß die Netzfrequenz sich gegenüber der Steuerfrequenz der Entladungsgefäße
untersynchron verhält. Fig. 3 betrifft schließlich den Fall, daß die Netzfrequenz
gegenüber der Steuerfrequenz der Entladungsgefäße übersynchron ist. In jedem Diagramm
der Fig. x bis 3 gibt die Sinuslinie e den Spannungsverlauf einer beliebigen Anode
einer Entladungsstrecke des Wechselrichters an. Ege ist die Spannung des den Wechselrichter
speisenden Gleichstromnetzes. A und B sind die Punkte, in denen die
betreffende Anode mit Hilfe der Steuerorgane gezündet wird. Der Abstand A-B ist
konstant. Hat z. B. das Netz die Tendenz, die_Frequenz zu erhöhen, so werden, wie
aus Fig. 3 hervorgeht, infolge der hierbei auftretenden Verkürzung der Periodendauer
des Netzes die einzelnen Anoden im Vergleich zu der Netzfrequenz um einen gewissen
Betrag später gezündet, ohne daß der Zeitabschnitt, mit dem die Gittersteuerung
arbeitet, geändert wird. Der Wechselrichter liefert dem Netz weniger Energie, was
zur Folge hat, daß' die im Wechselstromnetz vorhandenen Generatoren mehr Last aufnehmen,
und daß sich aus diesem Grunde die Drehzahl dieser Generatoren und damit die Frequenz
des Wechselstromnetzes wieder verringert. Der entgegengesetzte Vorgang spielt sich
ab, wenn, wie bei dem Diagramm der Fig. 2 angenommen ist, das Netz die Tendenz hat,
die Frequenz zu vermindern. In diesem Falle wird im Punkt B die betreffende Anode
früher gezündet, und es steigt die vom Wechselrichter abgegebene Leistung. Durch
die Steuerungsanordnung der Erfindung gelingt es somit, bei Anwendung eines besonderen
Taktgebers für den Wechselrichter im Mittel die Frequenz des Wechselstromnetzes
stets konstant zu halten bzw. bei Frequenzschwankungen die vom Wechselrichter an
das Netz abgegebene Leistung so zu steuern, daß diesen Schwankungen entgegengewirkt
wird.
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In Fig. 4 ist die Schaltung einer Wechselrichteranordnung dargestellt,
bei der die Erfindung verwirklicht ist. Aus den Gleichstromleitungen x und 2 -wird
über das als Wechselrichter arbeitende Entladungsgefäß 3 und dessen Transformator
4 dem Drehstromnetz 5 Energie zugeführt. Die Frequenz des Drehstromnetzes 5 wird
durch eine Wechselstrommaschine 6, beispielsweise einen Umformer, bestimmt, der
über einen Transformator 7 an das Netz angeschlossen ist. Den Steuergittern der
Anoden des Entladungsgefäßes 3 wird über einen Gittertransformator 8 die Steuerfrequenz
aus einer Wechselstrommaschine g zugeführt, die durch einen Gleichstrommotor zo
angetrieben wird. Der Motor ist an eine Gleichstromquelle, beispielsweise eine Batterie
xz, - angeschlossen. Unter normalen Betriebsbedingungen bestimmt die Drehzahl der
Wechselstrommaschine g die Steuerfrequenz für den Wechselrichter 3. Bei Frequenzschwankungen
in dem Wechselstromnetz 5 arbeitet die Anordnung entsprechend den Diagrammen der
Fig. z bis 3. Der aus dem Gleichstrommotor zo und der Wechselstrommaschine g bestehende
Maschinensatz kann noch mit einer Asynchronmaschine 12 gekuppelt sein, welche dazu
bestimmt ist, den BetriebdesWechselrichters elastischzugestalten. Die Asynchronmaschine
12 hat die Eigenschaft, daß im Falle der Nacheilung der Netzfrequenz ein zusätzlich
bremsendes, im Falle der Voreilung der Netzfrequenz dagegen ein beschleunigendes
Drehmoment auf den Motor xo ausgeübt wird. Durch diese Zusatzeinrichtung wird erreicht,
daß allzu starke Belastungsstöße für den Wechselrichter vermieden und Leistungspendelungen
gedämpft werden. Ein Steuersatz, der aus den Maschinen g, zo und 12 besteht, ist
insbesondere dann von Bedeutung, wenn
der Wechselrichter nicht sämtliche
Belastungsstöße in voller Höhe aufnehmen soll, wenn also der Wechselrichter nicht
allein die Frequenz des Netzes halten soll. Die Zusatzmaschine 12 sorgt dafür, daß
bei besonders starken Belastungsstößen die umlaufenden Massen der an das Netz angeschlossenen
Umformer oder Generatoren zur Energielieferung mit herangezogen werden.