DE680823C

DE680823C - Arrangement for coupling DC and AC networks via two groups of controlled discharge paths

Info

Publication number: DE680823C
Application number: DEA72381D
Authority: DE
Inventors: Erich Ruwe
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1934-01-30
Filing date: 1934-01-30
Publication date: 1939-09-07

Description

Anordnung zur Kupplung von Gleich- mit Wechselstromnetzen über zwei Gruppen von gesteuerten Entladungsstrecken Bei über Gleichrichter gespeisten Gleichstromnetzen, vorzugsweise Bahnnetzen, ist bäufig die Möglichkeit einer Energierücklieferung aus dem Gleichstromnetz in das Wechselstromnetz erwünscht. Vorteilhaft werden zu diesem Zweck Wechselrichter vorgesehen. Hierbei sind verschiedene Schaltungen möglich. Die bekannte und mögliche Anordnung, die nur ein Entladungsgefäß mit dem zugehörigen Transformator für Gleich- bzw. Wechselrichterbetrieb vorsieht und den übergang von Gleich- auf Werhselriahterbetrieb mittels Umschaltung vornimmt, ist betriebstechnisch unerwünscht und in der Unterhaltung teuer. Es müssen verhältnismäßig viele und schwere Schalter unter Spannung fortwährend selbsttätig ein- und ausgeschaltet werden, je nachdem das Gefäß in Gleich-oder Wechselrichterschaltung arbeiten soll. Beispielsweise wird man unter normalen Verhältnissen bei einer im Berggelände fahrenden Bahn mit sechs bis acht Umschaltungen in der Stunde rechnen müssen; das beideutet aber 15o bis 200 Schaltungen pro Tag, und dies ist eine Zahl, die aus technischen und wirtschaftlichen Gründen für die notwendigen Schalter kaum zulässig ist. Die Lösung mit umschaltbaren Entladungsgefäßen fällt somit häufig aus.Arrangement for coupling direct and alternating current networks via two Groups of controlled discharge paths In the case of direct current networks fed via rectifiers, preferably rail networks, the possibility of energy return is often available the direct current network into the alternating current network is desirable. Be beneficial to this Purpose inverter provided. Various circuits are possible here. The known and possible arrangement that only has a discharge vessel with the associated Transformer for rectifier or inverter operation and the transition from Doing the same to Werhselriahterbetrieb by switching is operational undesirable and expensive to maintain. There must be a relatively large number of them, and they must be difficult Switches are continuously switched on and off automatically when energized, depending after the vessel is to work in a rectifier or inverter circuit. For example under normal conditions you will join a train traveling in mountainous terrain have to reckon six to eight switchings per hour; but that both means 15o up to 200 switchings per day and this is a number that comes from technical and economic Reasons for the necessary switch is hardly permitted. The solution with switchable Discharge vessels therefore often fail.

Sieht man dagegen ein Gefäß für dem Gleichrichterb:etrieb und ein zweites Gefäß für den Wechselrichterbetrieb vor, so erfolgt der Übergang von Gleichrichter- auf Wechselrichterbetrieb und umgekehrt ohne irgendwelche Umschaltung vollkommen selbsttätig und sicher. In der üblichen Weise arbeitet dann jede Umformungseinrichtung mit ihrem eigenen Transformator, die beide stets an Spannung liegen müssen. Daher ergeben sich zusätzliche Leerlaufverlu.ste des jeweils gerade leer laufenden Transformators sowie Verluste für die Hilfsbetriebe des dazugehörigen Entladungsgefäßes; das ja stets betriebsbereit sein muß. Ferner ist bei dieser Anordnung eine Reserve nur für den 'Gleichrichter gegeben; aber nicht für den Wechselrichter. Um auch für diesen letzteren die notwendige Reserve zu haben, muß ein drittes Gefäß unter Umständen mit Transformator aufgestellt werden, oder man muß bei Versagen des Wechselrichters die zurückgelieferte Energie beispielsweise in einem im Unterwerk aufgestellten betriebssicheren Widerstand vernichten: .: Wenn auch er Widerstand eine durchaus zuverlässige Reserve bedeutet, so kann :doch die Lösung nicht als technisch vollkommen angesehen werden, da jede Energievernichtung ohne Arbeitsleistung . unerwünscht ist. Abgesehen ;davon geht auch die Energievernichtung im Widerstand nacht ohne Schaltvorgänge vor sich. Es sind im Gegenteil empfindliche Spannungsrelais notwendig, die bei. einem bestimmten Spannungswert den Widerstand einschalten und weiterhin je nach der geforderten Bremsenergie stufenweise abschalten. Wird eine untere Sparmungs@grenze erreicht, so muß ,die Abschaltung des Widerstandes und Rückführung der Stufenschalter in .die Nullstellung erfolgen: Wenn auch im Gegensatz zu der Anordnung mit einem einzigen Gefäß nunmehr beim ordnungsmäßigen Betrieb keine Umschaltungen notwendig sinid, so ;genügen .doch die bei Widerstandsbremsung nötigen Schaltungen und die damit verbundene Schalterabnutzung neben -der nicht sehr zweckentsprechenden Anordnung des Widerstandes an sich, daß auch diese Lösung als verbesserungsbedürftig anzusehen ist.If, on the other hand, one sees a vessel for the rectifier operation: operation and a second vessel for the inverter operation, the transition from rectifier to inverter operation and vice versa without any switchover automatically and safely. Each conversion device then operates in the usual manner with their own transformer, both of which must always be live. Therefore there are additional no-load losses of the transformer that is currently idling as well as losses for the auxiliaries of the associated discharge vessel; the Yes must always be ready for use. Furthermore, there is only one reserve in this arrangement given for the 'rectifier; but not for the inverter. To also for this In order to have the latter in reserve, a third vessel may be necessary be installed with a transformer, or you have to if the inverter fails the returned energy, for example, in a substation erected Destroy reliable resistance:.: Even if it is a resistance Reliable reserve means, so can: but the solution is not technically perfect be viewed as any energy destruction without work. undesirable is. Apart from that, the destruction of energy in resistance also goes without saying Switching operations ahead. On the contrary, sensitive voltage relays are necessary the at. switch on the resistor at a certain voltage value and continue Switch off gradually depending on the required braking energy. Becomes a lower limit of savings reached, it must switch off the resistor and return the tap changer in .the zero position take place: Albeit in contrast to the arrangement with a single vessel now no switchovers necessary when operating properly sinid, so; the circuits required for resistance braking and the associated switch wear in addition to the not very appropriate arrangement the resistance itself, that this solution should also be seen as in need of improvement is.

Alle vorerwähnten Mängel, die wegen der mehr oder weniger notwendigen. selbsttätigen. Schaltapparate eine gewisse Betriebsunsicherheit ergeben, werden auf technisch, vollkommene Weise sicher und mit einfachen Mittelur durch die den Gegenstand der Erfindung bildende Anordnung vermieden. Diese ist dadurch ,gekennzeichnet; daß als Reserve sowohl für rdie Gleichrichter- als auch für die Wechselxchtergruppe eine dritte, für beide Betriebsarten steuerbare: Gruppe von Entladungsstrecken vorgesehen ist; und daß sowohl die beiden Hauptgruppen als auch die Reservegruppe mit Odem Wechselstromnetz über einen :einzigen Transformator verbunden werden können, der mit je einer getrennten Sekundiä,rwicklung für Gleichrichterbetrieb bzw. für Werhselrichterbetrieb ausgerüstet ist. Gemäß einer Weiterbildung :der Erfindung werden zweckmäßig zwei gleichartige Transformatoren vorgesehen, von .denen der eine als Reserve ,dient. Es bilden dann - je zwei Transformatoren und drei Gruppen von Entladungsstrecken zusammen eine Betriebseinheit mit hundertprozentiger Reserve.All the aforementioned shortcomings because of the more or less necessary. automatic. Switching devices result in a certain operational uncertainty technically, perfectly safely and with simple means only through the Subject of the invention forming arrangement avoided. This is characterized by; that as a reserve for both the rectifier group and the inverter group a third group of discharge paths that can be controlled for both operating modes is provided is; and that both the main groups and the reserve group with breath AC mains via a single transformer can be connected to the each with a separate secondary winding for rectifier operation or for inverter operation is equipped. According to a further development: the invention expediently becomes two Similar transformers are provided, one of which serves as a reserve. It then forms - two transformers and three groups of discharge paths together an operating unit with one hundred percent reserve.

Aufbau und: Wirkungsweise mögen an Hand des in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispielesdargelegt werden. Das Drehstromnetz i ist über einen Lästschaher 2 mit der Primärwicklung q: des Transformators 3 verbunden, welcher mit zwei getrennten Sekun-:därwicklungen 5 und: 6 ausgerüstet ist. Die Wicklug,g 5 ist über die Umschalter io und 13, wenn diese sich in der gezeichneten Stellung befinden, und den Stromleiter i 8 mit den Anoden des Entladungsgefäßes 7 verbunden, das nur für Gleichrichterbetrieb vorgesehen zu sein braucht. Der aus dem Transformator 3 und dem Gefäß 7 gebildete Gleichrichter liefert über die Dirossel 2 i bzw. den Umschalter 15 (gezeichnete Stellung) und über den Schnellschalter 17' Energie in das Gleichstromnetz 2q.. Soll umgekehrt Energie vom Gleichstromnetz in .das Drehstromnetz fließen, so tritt ohne Umschaltung gas betriebsbereite Gefäß 8 in Tätigkeit, welches hinsichtlich. seiner Steueranordnung nur für Wechselrichterbetrieb eingerichtet zu sein braucht, und das über die für eine dem Wechselrichterbetriebentsprechende höhere Anodenspannung ausgelegte Wicklung 6 des Transformators 3 Energie an das Direhstromnetz abgeben kann. Der Energiefuß erfolgt dann vorn Gleichstromnetz 24 über den Schnellschalter i7", die Drossel 22 und den Umschalter 12 bzw. das Gefäß 8, den Stromteiler 19 und die Umschalter i i, I q. und 16 (,gezeichnete Stellung) nach dem Drehstromnetz i. Der als Reserve dienende Transformator 3' sowie das Reservegefäß 9 sind zwar betriebsbereit, aber nicht eingeschaltet und verbrauchen demzufolge auch keine Leerlaufenergie, wenn man von der Energie für die Vakuumpumpe absieht. Für den Fall, daß das Wechselrichtergefäß 8 ausfällt, werden die Umschalter 1q. und 16 spannungslos umgelegt. Nach dein Wiedereinlegen der Schalter 2 und 17" arbeitet das Gefäß 9 als Wechselrichter. Wird andererseits das Gefäß 7 betriebsunfählg, so müssen die Schalter 13 und 15 umgehegt werden, damit das Gefäß 9 .den Gleichrichterb.etrieb übernimmt. Da bei den genannten Schaltungen das Reservegefäß 9 mit ,dem Stromteiler 2o stets an die entsprechende Wicklung des Transformators 3 geschaltet wind, brauchen keinerlei besondere Vorkehrungen an dem Gefäß 9 getroffen. zu werden, abgesehen davon, daß die Steuereinrichtung für den gerade verlangten Betrieb. eingestellt sein muß, bevor das Gefäß eingeschaltet wird, d. h. daß bei Umschaltungen in dem Hauptstromkreise auch die entsprechenden Umschaltungen in den Steuerkreisen derart vorzunehmen sind, daß das je- i weils in Betrieb zu nehmende Gefäß beim Anlegen der Anodenspannung in: der richtigen Weise entsprechend der gewollten -EnergieeinrIchtung gesteuert wird.Structure and: mode of operation may be explained on the basis of the exemplary embodiment shown in the drawing. The three-phase network i is connected to the primary winding q: of the transformer 3 via a noise generator 2, which is equipped with two separate secondary windings 5 and: 6. The winding, g 5 is connected via the changeover switches io and 13, when these are in the position shown, and the current conductor i 8 with the anodes of the discharge vessel 7, which only needs to be provided for rectifier operation. The rectifier formed from the transformer 3 and the vessel 7 supplies energy to the direct current network 2q .. via the Dirossel 2 i or the changeover switch 1 5 (position shown) and via the quick switch 17 '. Conversely, energy should flow from the direct current network into the three-phase network , so comes into action without switching gas operational vessel 8, which with regard to. its control arrangement only needs to be set up for inverter operation, and which can output energy to the direct current network via the winding 6 of the transformer 3, which is designed for a higher anode voltage corresponding to the inverter operation. The Energiefuß then carried forward DC power supply 24 via the quick switch i7 ", the throttle 22 and the changeover switch 12 or the vessel 8, the flow divider 1 9 and the changeover switches ii, I q. And 1 6 (, illustrated position) to the three-phase network i The transformer 3 'serving as a reserve and the reserve vessel 9 are ready for operation, but not switched on and consequently do not consume any idling energy unless the energy for the vacuum pump is disregarded . and 16 de-energized. After you reinserted the switches 2 and 17 ″ , the vessel 9 works as an inverter. If, on the other hand, the vessel 7 fails to operate, the switches 13 and 15 must be turned around so that the vessel 9 takes over the rectifier operation. Since the reserve vessel 9 with the current divider 2o is always connected to the corresponding winding of the transformer 3 in the aforementioned circuits, no special precautions need to be taken on the vessel 9. to become, apart from the fact that the control device for the operation just requested. must be set before the vessel is switched on, that is, when switching in the main circuit, the corresponding switching in the control circuits must be carried out in such a way that the vessel to be put into operation when the anode voltage is applied in: the correct manner according to the desired energy device is controlled.

Die in= :der Anordnung vorgesehenen, mit- i einander ;gekuppelten Umschalter i o, i i und 12 gestatten; bei Ausfall des Gleichrichtertränsformators 3 einen Res ervetransformator3' der gleichen,. Bauart einzuschalten, dessen Primärwicklung q.' über den Lastschalter 2' an das Drehstromnetz angeschlossen werden kann. Nach Umlegen der Schalter i o, i i und 12 sind seine Sekundärwicklungen 5' und W mit der Drossel; 2 i' in bezug auf die Entladungsgefäße und das Gleichstromnetz genau s o geschaltet wie vorher die Wicklungen 5 und 6 des Transformators 3. Das bedeutet, daß die Verfügung über :die Gefäßreserve durch die Speisung über den Reservetransformator in keiner Weise beeinträchtigt wird und umgekehrt.Those provided in the arrangement and coupled to one another Allow switches i o, i i and 12; in the event of failure of the rectifier impregnation transformer 3 a reserve transformer3 'of the same ,. Switch on the type of construction, its primary winding q. ' can be connected to the three-phase network via the load switch 2 '. To Flip the switches i o, i i and 12 are his Secondary windings 5 'and W with the throttle; 2 i 'with respect to the discharge vessels and the direct current network switched exactly as before the windings 5 and 6 of the transformer 3. The means that the availability of: the vessel reserve through the supply via the reserve transformer is not affected in any way and vice versa.

Die beschriebene Anordnung hat den Vorzug, daß Umschaltungen nur vorkommen, wenn ein Anlageteil ausgefallen ist und 'die Reserve herangezogen werden muß, d. h. daß sämtliche Schaltungen b.ei spannungsloser Anlaage vorgenommen werden können. Daher sind die in der Zeichnung ersichtlichen Umschalter als einfache Trennschalter ausführbar, so daß nur die normalen Sammels,chienenschalter 2, 2', 17' und 17" als Lastschalter auszubilden sind. Gegenüber den bisher bekannten Schaltungen ergibt sich für die ,dargestellte Anordnung eine erheblich größere Betriebssicherheit; jede Umschaltung oder besondere Regelung (außer der Gittersteuerung) während -des Betriebes fällt weg; .der Übergang von Gleichrichter- auf Wec'h.-selrichterbetrieb erfolgt selbsttätig. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß immer nur ein Transformator mit der zugehörigen Wicklung für das jeweilige Wechselrich.tergefäß eingeschaltet ist, zusätzliche Leerlaufverluste eines zweiten Transformators daher in Wegfall kommen. Die Transformatoren werden nur um die Kosten der dritten Wicklung teurer; denn die Transformatorleistung bleibt die gleiche, weil Gleichrichter- und Wechselrichterb.etriebnicht gleichzeitig auftreten. Außerdem gestattet eine Anordnung, wie sie durch die Erfindung angegeben wird, bei größeren Anlagen eine wesentliche Verbilligung dadurch, daß ein Reservetransformator und gegebenenfalls auch ein Reservegefäß für mehrere Betriebseinheiten (ein Transformator und zwei Entladungsgefäße) zusammen vorgesehen werden, was in der Zeichnung durch die Verbindungsleitungen a, b, ei angedeutet werden möge. Weiter ist es bei dieser Anordnung trotz der vielen Reserven überflüssig, jedes Gefäß umschaltbar als: Gleichrichter b.zw. Wechselrichter auszuführen. Die beiden Gefäße der Betriebseinheit sind immer nur für je eine Energierichtung auszulegen, und nur das Reservegefäß ist umschaltbar für Gleichrichter bzw. Wechselrichterbetrieb vorzusehen. Das Gleichrichtergefäß 7 wie :das Wechselrichtergefäß 8 können auf jedem Transformator geschaltet werden. Ferner kann das Reservegefäß 9 sowohl in Gleichrichter- wie in Wechselrichterschaltung mit der entsprechenden Wicklung jedes Transformators verbunden werden. Durch diese vielen Schaltmöglichkeiten mit verhältnismiäßig wenigen und leicht und sicher zu bedienenden Schaltern wird eine reichliche Reserve mit geringen Mitten :erreicht.The arrangement described has the advantage that switchovers only occur if a part of the system has failed and the reserve must be used, ie all switching operations can be carried out when the system is de-energized. Therefore, the changeover switches shown in the drawing can be designed as simple disconnectors, so that only the normal collective bar switches 2, 2 ', 17' and 17 "are to be designed as load switches greater operational reliability; any changeover or special regulation (except for the grid control) during operation is omitted; the transition from rectifier to inverter operation takes place automatically. Another essential advantage is that only one transformer is connected to the associated winding is switched on for the respective inverter container, additional no-load losses of a second transformer are therefore eliminated. The transformers are only more expensive by the cost of the third winding, because the transformer output remains the same because rectifier and inverter operation do not occur at the same time. In addition, an arrangement allows As indicated by the invention, a substantial reduction in the price of larger systems in that a reserve transformer and possibly also a reserve vessel for several operating units (one transformer and two discharge vessels) are provided together, which is shown in the drawing by the connecting lines a, b, ei may be hinted at. In addition, with this arrangement, despite the many reserves, it is superfluous to switch each vessel as: rectifier or Inverter. The two vessels of the operating unit are only ever designed for one direction of energy, and only the reserve vessel can be switched for rectifier or inverter operation. The rectifier vessel 7 such as: the inverter vessel 8 can be switched to any transformer. Furthermore, the reserve vessel 9 can be connected to the corresponding winding of each transformer in both a rectifier and an inverter circuit. Thanks to these many switching options with relatively few switches that are easy and safe to use, an ample reserve with low mids is achieved.

Die notwendigen Umschalter sind bei dem Ausführungsbeispiel für .die geringstmögliche Anzahl von Schaltkontakten vorgesehen, da die Stromteiler 18, i9 und 2o unmittelbar vor jedem Gefäß angeordnet sind; es ist so auch bei Gefäßen mit mehr als sechs Anoden möglich, daß jeder Umschalter höchstens sechspolig ausgeführt zu werden braucht.The necessary switches are in the embodiment for .die lowest possible number of switching contacts provided, since the current dividers 18, i9 and 2o are arranged immediately in front of each vessel; it is the same with vessels more than six anodes possible, that each changeover switch has a maximum of six poles needs to become.

Ein besonderer Vorzug der Anordnung ist es, daß mit ganz wenigen Schalterb.lotkierungen auszukommen ist. Die Umschalter io, i i und 12 sind, wie schon gesagt, miteinander;gekuppelt, im übrigen aber unabhängig von den restlichen Umschaltern bedienbar. Die Schalterpaare 13 und 15 bzw. 1q. und 16 können mechanisch gekuppelt werden; es ist dann nur noch eine einzige Verriegelung zwischen :diesen beiden Schaltergruppen notwendig, welche dafür sorgt, daß jeweils nur ein Schalterpaar in die Stellung rechts (siehe Zeichnung) umgelegt werden kann. Gegenüber den bekannten Schaltungen bietet also die Erfindung bedeutende Vorteile durch Vereinfachung im Aufbau wind Ersparnisse im Betrieb. ..A particular advantage of the arrangement is that with very few switch brackets is to get by. The changeover switches io, i i and 12 are, as already mentioned, with each other; coupled, Otherwise, it can be operated independently of the remaining switches. The pairs of switches 13 and 15 or 1q. and 16 can be mechanically coupled; it is then only a single interlock between: these two switch groups necessary which one ensures that only one pair of switches is in the right position (see drawing) can be turned over. Compared to the known circuits, the invention offers Significant advantages through simplification in the construction wind savings in operation. ..

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement for coupling DC to AC networks over two groups of controlled discharge sections, preferably vapor or gas discharge sections, with essentially arc-shaped discharge and clear current flow direction, of which one group for rectifier operation, the other group for inverter operation is provided, characterized in that as a reserve both for the rectifier as well as a third, controllable for both operating modes for the inverter group Group of discharge paths is provided, and that both, the two main groups as well as the reserve group with the alternating current network faulty single transformer can be connected, each with a separate secondary winding for rectifier operation or for inverter operation.

2. Arrangement according to claim i, characterized characterized in that the discharge vessel provided as a reserve vessel by changeover switch with rectifier operation with regard to the cathode with the positive pole of the direct current network, with regard to the anodes with the transformer secondary winding intended for rectifier operation, and in the case of converter operation with regard to the cathode with the negative pole of the network, with regard to the anodes with the transformer secondary winding intended for inverter operation is connected.

3. Arrangement according to claim i and z, characterized in that at least two transformers of the same type are provided. and; like this via changeover switch finite the discharge vessels are connected, that in each case at least one transformer serves as a reserve.

4: Arrangement according to claim z to 3, characterized in that the Entladungsgeeße each with the associated flow divider together as, closed Unit are switchable.

5. Arrangement according to claim i to 4, characterized in that; that all changeover switches are designed as simple disconnectors.