DE681284C - Kontaktstromrichteranordnung fuer wechselnde Energierichtung zum Kuppeln von Gleich- und Wechselstromnetzen - Google Patents

Kontaktstromrichteranordnung fuer wechselnde Energierichtung zum Kuppeln von Gleich- und Wechselstromnetzen

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DE681284C
DE681284C DES117365D DES0117365D DE681284C DE 681284 C DE681284 C DE 681284C DE S117365 D DES117365 D DE S117365D DE S0117365 D DES0117365 D DE S0117365D DE 681284 C DE681284 C DE 681284C
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DE
Germany
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current
contact
alternating
electrodes
converter arrangement
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Expired
Application number
DES117365D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Erich Rolf
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
Original Assignee
Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Classifications

    • 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
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/20Contact mechanisms of dynamic converters
    • H02M1/30Contact mechanisms of dynamic converters incorporating liquid contacts

Landscapes

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

Description

  • Kontaktstromrichteranordnung für wechselnde Energierichtung zum Kuppeln von Gleich und Wechselstromnetzen Beim Betrieb von Gleichstromverbrauchern, die über Stromrichter an Wechselstromnetze angeschlossen sind, ist es vielfach erwünscht, Energie von dem Gleichstromverbraucher in das Wechselstromnetz zurückzuliefern, beispielsweise zum Zwecke der Nutzbremsung von Motoren. Es war bisher allgemein üblich, zu diesem Zwecke Stromrichter zu verwenden, die aus steuerbaren Entladungsstrecken, insbesondere gittergesteuerten Ouecksilberdampfentladungsstrecken, aufgebaut waren. Die Erfindung hat zum Ziele, bei Anlagen der genannten Art an Stelle der mit Entladungsstrecken arbeitenden Stromrichter Kontaktstromrichter zu verwenden, d. h. solche, die mit mechanisch bewegten Schaltkontakten arbeiten. Daß man einen Kontaktstromrichter außer als Gleichrichter auch dazu benutzen kann, um Gleichstrom in Wechselstrom umzuformen, ist grundsätzlich bereits bekannt. Gerade in den Fällen aber, in denen ein Energiefluß nicht nur in einer Richtung, sondern in beiden Richtungen auftritt, zeigt der Kontaktstromrichter ganz besondere Vorteile gegenüber dem Entladungsstromrichter. Das hängt erstens damit zusammen, daß der Kontaktstromrichter im Gegensatz zu Entladungsstrecken keine Ventilwirkung besitzt, d. h. d'aß seine Kontakte in beiden Richtungen leitfähig sind. Infolgedessen ist .es unter bestimmten Voraussetzungen möglich, ein und dieselbe Kontaktgruppe ohne Umschaltung ihrer Anschlüsse an die Netze sowohl für den Gleichrichter- als auch für den Wechselrichterbetrieb zu benutzen. Es kommt hinzu, daß der Kontaktstromrichter, wenn er für wechselnde Energierichtung benutzt wird, eine wesentlich günstigere Spannungsstromkennlinie besitzt als der Entladungsstromrichter. Bei letzterem tritt beim Übergang vom Gleichrichter- zum Wechselrichterbetrieb infolge des beträchtlichen Spannungsabfalles in den Entladungsstrecken ein Spannungssprung auf, der unter Umständen ein ordnungsgemäßes Arbeiten der Anlage in Frage stellt. Erst durch besondere Kunstgriffe, die eine ziemlich verwickelte Steuerungseinrichtung erforderlich machen; gelingt es, die Spannungskennlinie so. zu vergleichmäßigen, daß beim Energierichtungswechsel keine merklichen Spannungs- und Stromstöße mehr auftreten. Demgegenüber besitzt der Kontaktstromrichter einen Spannungsabfall, der nicht wie bei den Entladungsstrecken konstant ist, sondern etwa linear mit der Belastung abnimmt. Im übrigen ist der Spannungsabfall auch bei den größten Belastungswerten noch wesentlich niedriger als der Spannungsabfall von Entladungsstrecken. Infolgedessen geht die Spannungsstromkennlinie im Bereich des Leerlaufpunktes praktisch ohne Unstetigkeit in die der entgegengesetzten Betriebsart über: Irgendwelcher besonderen Zusatzeinrichtungen bedarf es zur Erzielung einer stetigen Kennlinie nicht.
  • Der Benutzung des Köntäktstromrichters zur Kupplung eines Gleichstromnetzes mit einem Wechselstromnetz für wechselnde Energierichtung stellen sich Schwierigkeiten hinsichtlich der Kommutierung entgegen, wobei die Neigung .des Kontaktstromrichters zur Funkenbildung an den Kontakten gerade beim Wechsel der Energierichtung besonders groß ist. Die Überwindung dieser Schwierigkeiten .ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Gemäß der Erfindung wird die Kontakteinrichtung bzw. die auf die Schaltzeitpunkte .einwirkende Steuerungseinrichtung sä ausgebildet, daß .die in der Stromführung einander ablösenden Kontakte sich bei Gleichrichterbetrieb vom Zeitpunkt der Spannungsgleichheit in den ablösenden Zweigen an bis zum Erlöschen des Stromes in dem früher allein stromführenden Zweig, bei Wechselrchterbetrieb vom Beginn der Kontaktgabe im ablösenden. Zweig an bis zudem Zeitpunkt gleicher Spannungswerte in- den ablösenden Zweigen überlappen.
  • Durch die Erfindung gelingt es, wie weiter unten an Hand von. Diagrammen nachgewiesen werden soll, bei allen Belastungszuständen und vor allem auch beim Übergang vom Gleichrichter- zum Wechselrichterbetrieb die Kommutierung funkenfrei zu halten. Hierdurch wird es ermöglicht, ein und dieselbe Kontakteinrichtung für beide Betriebsarten zu benutzen, woraus sich gegenüber Stromrichtern mit Entladungsstrecken eine wesentliche Ersparnis -ergibt., Bei letzteren muß nämlich entweder für jee Energierichtung ein besonderes Entladungsgefäß vorgesehen werden, öder es müssen verwickelte und kostspielige Umschalteinrichtungen vorbanden sein, die bei Benutzung nur eines Entladungsgefäßes die Verbindungen dieses Gefäßes .mit dem Gleichstromkreis im Augenblick des Energlerichtungswechsels vertauschen.
  • Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung für Elektralytstromrichter; .d. h. für Kontaktstromrichter, bei denen die Kontaktgabe zwischen einer elektrisch leitenden Flüssigkeit und Elektroden, die in diese eintauchen, vor sich geht. Hier wird vor allem die mechanische Ausbildung der Kontakte und deren Steuerungseinrichtungen besonders einfach.
  • Die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes möge an Hand der Zeichnungen an dem Beispiel eines Elektrolytstromrichters der genannten Art näher erläutert werden. Es sei jedoch dazu bemerkt, daß die Diagramme ebensogut auch für jeden anderen Kontaktstromrichter Geltung besitzen. In Fig. i ist das Schaltungsschema des Elektrolytstromrichters dargestellt. Ein Gleichstrotnnetz i i, an das Verbraucher 1.2 irgendwelcher Art, beispielsweise Bahnmotoren; angeschlossen sind, wird über den Elektrolytstromrichter 13 gespeist, wobei auch gelegentlich Energie aus dem Gleichstromnetz in das Wechselstromnetz zurückgeliefert werden soll. Der Stromrichter selbst besteht im wesentlichen aus umlaufenden Elektroden 1q., die nacheinander in eine durch Fliehkraftwirkung in der dargestellten Form gehaltene Elektrolytschicht 15 eintauchen und über Schleifringe mit den einzelnen Phasen i bis 6 der Sekundärwicklung eines Transformators 16 verbunden sind. Von den Phasen des Transformators 16 sind in der gezeichneten Stellung der Elektroden 1q. gerade die beiden Phasen i und 2 über die in den Elektrolyten eintauchenden Elektroden mit diesen verbunden.
  • In Fig. 2 ist der Verlauf der Ströme und Spannungen für Gleichrichterbetrieb, in Fig. 3 für Wechselrichterbetrieb in Form von Diagrammen dargestellt. Dabei ist der Einfachheit halber nur eine dreiphasige Ausbildung des Stromrichters angenommen. Die Phasenspannungen sind mit e1, e, und es bezeichnet. Gemäß der Erfindung erfolgt nun beim Gleichrichterbetrieb die Einschaltung des ablösenden Zweiges in dem Zeitpunkt a der Spannungsgleichheit zwischen dem ablösenden und dem abzulösenden Zweig. Der vorangehende Kontakt bleibt zunächst noch geschlossen. Es bildet sich infolgedessen ein Kurzschlußkreis aus, in dem als treibende Spannung die Differenz zwischen den Spannungen der einander ablösenden Phasen liegt. Da es sieh um sinusförmig verlaufende Spannungen handelt, hat diese Differenz ebenfalls sinusförmigen Verlauf. Infolgedessen ruft diese Spannungsdifferenz in dem Kurzschlußkreis einen inneren Kurzschlußstrom ik hervor, der auch seinerseits sinusförmigen Verlauf zeigt und dessen Scheitelhöhe von der Größe der in dem Kurzschlußkreis vorhandenen Induktivitäten abhängt.
  • Dieser Kurzschlußstrom überlagert sich nun in den betreffenden Elektroden dem dort fließenden Gleichstrom, der als vollkommen geglättet angenommen werden möge. Die Richtung .des Kurzschlußstromes ist dabei durch die Lage des Einschaltzeitpunktes so festgelegt, daß er dem Gleichstrom in der abzulösenden Phase entgegenwirkt. Wenn also beispielsweise der Ström iel in der Phase i zunächst noch genau gleich dem Gleichstrom J, ist, so beginnt von dem Zeitpunkt a der Zuschaltung der Folgephase an der Strom in der Phase i unter der Einwirkung des entgegenfließend,en Kurzschlußstromes ik, allmählich abzusinken. Die ablösende Phase 2 führte vorher noch keinen Strom. Infolgedessen ist jetzt der Kurzschlußstrom als einziger in ihr vorhanden.
  • Erfindungsgemäß wird nun das überlappungsintervall u der einander ablösenden Zweige, beginnend von dem Zeitpunkt der Spannungsgleichheit ab, so weit ausgedehnt, bis der Strom in der früher allein stromführenden Phase erloschen ist. In diesem Zeitpunkt ist, wie Fig. 2 zeigt, der Strom in der ablösenden Phase gerade wieder auf der Höhe des Gleichstromes I, angekommen; so daß sich also in diesem Zeitpunkt der Stromübergang von der einen auf die andere Phase vollzogen hat. Unter diesen Umständen erfolgt die Unterbrechung des abzulösenden Zweiges völlig funkenfrei. Die Größe des Ü berlappungsintervalles u hängt, wie die Diagramme zeigen, von: der Größe des Gleichstromes Js ab. Die Kontaktüberlappung muß also um so länger ausgedehnt werden, je höher der Stromrichter belastet ist. Man erkennt, daß die Zeitdauer cl, z2, z3, während deren der einzelne Kontakt Strom führt, um das Überlappungsintervall größer ist als der Zeitabschnitt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Punkten gleicher Spannungshöhe. Die umgeformte Spannung verläuft während der Überlappung auf einer mittleren Kurve zwischen den beiden an den Kommutierungsvorgang beteiligten Phasenspannungen, um am Ende der Überlappung auf die Spannung der nunmehr allein stromführenden Phase zu springen. Fig.3 zeigt die Kommutierungsverhältnisse, wie sie bei der erfindungsgemäßen Steuerung bei Wechselrichterbetrieb auftreten. Der Unterschied gegenüber dem Gleichrichterbetrieb liegt zunächst darin, daß .die Überlappungszeit u sich von einem Zeitpunkt, der je nach Maßgabe des Belastungsstromes vor dem Zeitpunkt der Spannungsgleichheit a liegt, bis zu dem Punkt a hin erstreckt. Es ist also, gleicher Belastungsstrom vorausgesetzt, eine symmetrische Verschiebung des Überlappungszeitraumes in bezag auf den Zeitpunkt a eingetreten. Im übrigen spielen sich die Vorgänge in analoger Weise wie beim Gleichrichterbetrieb ab, wobei naturgemäß die Kurven der Phasenströme iel, i", ies wegen der Umkehi#ung .der Stromrichtung im negativen Bereich liegen. Durch die Wahl des Kontaktschließungspunktes vor dem Zeitpunkt der Spannungsgleichheit hat auch die im Kurzschlußkreis treibende Spannungs,dif.-ferenz und damit auch der während der Überlappungszeit wirksame und die Stromänderung erzwingende Teil der Kurzschlußstromkurve sein Vorzeichen. gewählt.
  • Die einseitige Größenveränderung -des Überlappungsabschnittes u kann dadurch geändert werden" daß die wirksame Elektrodenbreite vergrößert oder verkleinert wird. Besonders einfach gestaltet sich dies beim Elektrolytstromrichter. Man kann hier die Elektroden aus mehreren Teilen aufbauen, die in der Umfangsrichtung, d. h.. in der Bewegungsrichtung-:der Elektroden hintereinanderliegen unid deren Abstand verstellbar ist, oder man nimmt mehrere Elektrodensätze, die parallel geschaltet sind und deren Eintauchzeitpunkte gegeneinander verschoben werden können. Die Elektrodensätze können dabei räumlich übereinander oder nebeneinander angeordnet sein. Die vorstehend genannten Mittel können auch in Verbindung miteinander angewendet werden.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i.. Kontaktstromrichteranordnung für wechselnde Energierichtung zum Kuppeln von Gleich- und Wechselstromnetzen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung funkenfreier Kommutierung die in der Stromführung einander ablösenden. Kontakte sich bei Gleichrichterbetrieb vom Zeitpunkt der Spannungsgleichheit in den ablösenden Zweigen an bis zum Erlöschen des Stromes in dem früher allein stromführenden Zweig, bei Wechselrichterbetrieb vom Beginn der Kontaktgabe im ablösenden Zweig an bis zu dem Zeitpunkt gleicher Spannungswerte in den ablösenden Zweigen überlappen.
  2. 2. Stromrichteranord.nung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, @daß zur Veränderung der Übergabeleistung die Elektrodenbrcite einseitig verändert wird.
  3. 3. Strömrichteranordnung nach Anspruch i und 2 unter Verwendung einer elektrisch leitenden Flüssigkeit und in diese eintauchender Elektroden zur Kontaktgabe, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus mehreren Teilen aufgebaut sind, die in der Umfangsrichtung bzw. Drehrichtung hintereinanderliegen und deren Abstand voneinander verstellbar ist. q.. Stromrichteranordnung nach Anspruch i, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, .daß mehrere Elektrodensätze parallel geschaltet sind und ihre Eintauchzeitpunkte gegeneinander verschoben werden können.
DES117365D 1935-03-03 1935-03-03 Kontaktstromrichteranordnung fuer wechselnde Energierichtung zum Kuppeln von Gleich- und Wechselstromnetzen Expired DE681284C (de)

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