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Steuerung für Umrichter Es ist bekannt, daß Wechselstromnetze durch
Frequenzumformer gekuppelt werden können, die mit steuerbaren Entladungsstrecken,
insbesondere Gas- oder Dampfentladungsstrecken, arbeiten. Umformer dieser Art werden
meist als Umrichter bezeichnet und können Leistung zwischen .den beiden Wechselstromnetzen
in beiden Richtungen austauschen, unabhängig von dem Verhältnis zwischen -den Frequenzen
beider Netze, wobei gleichzeitig auch noch die Phasenzahl verschieden sein kann.
Von besonderem Vorteil sind die sog. unmittel'barenUmrichter, welche ohne Gleichstromzwischenkreis
arbeiten. Zur Steuerung .der Entladungsstrecken sind mehrere Verfahren vorgeschlagen.
Für den asynchronen Betrieb eines Umrichters, wie er beispielsweise zur Kupplung
eines Drehstromnetzes mit einem selbständigen Bahnnetz verwendet wird, sind sog.
Steuerumrichter besonders vorteilhaft, d. h. Umrichter, hei denen den einzelnen
Entladungsstrecken Wechselspannungen gleicher Amplitude zugeführt werden, und bei
.denen .die Kurvenform der Spannung auf der Ausgangsseite des Umrichters durch unterschiedliche
Aussteuerung der einzelnen Anoden innerhalb einer Periode der abgegebenen Spannung
des Umrichters erreicht wird. - Steuerumrichter werden dabei mit Vorteil durch eine
Steuerspannung beaufschlagt, welche aus zwei Spannungen zusammengesetzt. ist, von
denen die eine Spannung dem Drehstromnetz, die andere dagegen dem Einphasenwechselstromnetz
entnommen ist. Durch Beeinflussung der -dem Einphasennetz entnommenen Steuerspannungskomponente
können die Betriebsgrößen des Umrichters, insbesondere seine Wirk- und Blindleistung,
geändert werden.
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Die Erfindung betrifft eine Steuerung für Umrichter der vorstehend
gekennzeichneten Art, d. h. für Umrichter, die -den von ihnen miteinander gekuppelten
Netzen je eine Steuerspannungskomponente entnehmen. Sie besteht darin, daß in der
Zuführungsleitung der sekundären Steuerspannung ein derart ausgebildeter Schwingungskreis
vorgesehen .ist, daß die dem Umrichtersteuerkreis zugeführte Spannung, insbesondere
ihrer Phasenlage nach, selbsttätig von der Frequenz des Sekundärnetzes abhängig
ist. Dabei ist der Schwingungskreis zweckmäßig derart bemessen, daß bei einer Frequenzabsenkung
in dem vom Umrichter gespeisten Netz .die dem Steuerkreis zugeführte Spannung sich
selbsttätig im voreilenden Sinne ändert, d. h. daß die dem Sekundärnetz zugeführte
Wirkleistung sich selbsttätig erhöht. Bezogen auf
einen Umrichter,
durch den ein Drehstromnetz der Landesenergieversorgung mit einem Einphasennetz
gekuppelt ist, bedeutet dies, daß die Steuerungsmittel des Umrichters derart ausgebildet
sind, daß die von dem- Drehstromnetz über den Umrichter in das Einphasenbahnnetz
gelieferte Wirkleistung von der Frequenz .des Bahnnetzes derart abhängig ist, daß
bei einer Frequenzabsenkung im Bahnnetz die in dieses Netz gelieferte Wirkleistung
sich selbsttätig erhöht.
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Durch die Steuerung nach der Erfindung gelingt es, die durch deri
Umrichter zwischen den Wechselstromnetzen ausgetauschte Leistung selbsttätig dem
jeweils vorliegenden Bedarf anzupassen, und zwar unabhängig davon, wie das von dem
Umrichter gespeiste Netz im einzelnen beschaffen ist, d. h. unabhängig von der Frage,
ob dieses Netz von einer mehr oder weniger größeren Anzahl anderer Energiequellen
gespeist wird oder nicht. Der Umrichter kann bei Anwendung der Steuerung nach der
Erfindung organisch in das Gefüge bestehender Energieverteilungsanlagen eingesetzt
werden und insbesondere können die Bedingungen, welche an einen einwandfreien Parallelbetrieb
-des Umrichters mit anderen Stromerzeugern den Umformern gestellt werden müssen;
weitgehend erfüllt werden.
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Über den erwähnten Schwingungskreis wird dem Steuerstromkreis eine
möglichst sinusförmige Spannung, d. h die Grundwelle der Spannung des betreffenden
Netzes, zugeführt. Er besteht meistens aus der Hintereinanderschaltung einerInduktivität
undeiner Kapazität, .die in Reihe mit einem Ohmschen Widerstand an das Wechselstromnetz
angeschlossen sind. Dem Widerstand werden, zweckmäßig über verstellbare Anzapfungen,
die Steuerspannungen für den Umrichter entnommen. Von dieser Steuerspannung hängt
die Umrichterleistung in der Weise ab; daß die Größe .der Steuerspannung für die
Blindleistung; die Phasenlage der Spannung -dagegen für die Wirkleistung des Umrichters
maßgebend ist.
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Nimmt man an, daß der Schwingungskreis für eine bestimmte-Frequenz
abgestimmt ist, so erhält man bei dieser Frequenz eine bestimmte Phasenlage der
Steuerspannung und damit eine bestimmte, von dem Umrichter übertragene Wirkleistung.
Es läßt sich zeigen, .daß sich durch Wahl der Abmessungen der Induktivitäten und
Kapazitäten des Schwingungskreises eine mehr oder weniger starke Frequenzabhängigkeit
der Steuerspannung in der Weise erzielen läßt, daß die Steuerspannung bei einer
Änderung der Frequenz des Wechselstromnetzes sich ihrer Phase nach ändert, während
.die Größe praktisch unverändert bleibt. Es läßt sich dies beispielsweise dadurch
erreichen, daß die Induktivität einer Hintereinanderschaltung, die aus Induktivität
und Kapazität besteht, gegenüber der Kapazität groß bemessen wird; Wenn dann die
Frequenz des Netzes steigt, so steigt die Spannung an der Induktivität. Die Steuerspannung
eilt nach, und die Wirkleistung, welche von dem Umrichter in das Einphasennetz geliefert
wird, wird kleiner, öder die Wirkleistung ändert ihre Richtung, d. h. der Umrichter
liefert Leistung aus dem Einphasennetz in das Drehstromnetz zurück.
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Die Steuerungsmittel werden zweckmäßig nicht nur so ausgebildet, daß
die Wirkleistung des Umrichters von der Frequenz des von dem Umrichter gespeisten
Netzes abhängig ist, sondern daß die Form bzw. die Charakteristik dieser Abhängigkeit
geändert werden kann. Solche Änderungen können in zweierlei Richtung erwünscht sein.
Zunächst wird zweckmäßig diejenige Frequenz; bei der die von dem Umrichter übertragene
Wirkleistung ihre Richtung ändert; einstellbar gemacht. Außerdem wird der Grad der
Frequenzabhängigkeit veränderlich gemacht, d. h. die Neigung einer die Frequenzabhängigkeit
kennzeichnenden Geraden wird geändert. Die Leistungsregelung kann dadurch verschiedene
Werte zwischen den beiden Endlagen, konstante Leistung bei allen Frequenzen (Grundlastregelung)
und konstante Frequenz bei jeder übertragenen Leistung einnehmen.
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Die vorstehend erwähnten Änderungen lassen sich wiederum in besonders
einfacher Weise dadurch erzielen, daß der Schwingungskreis, über den die Steuerspannung
-des Umrichters dem Wechselstromnetz entnornrxren wird, der geforderten Leistungsregelung
angepaßt wird. Die Frequenz, bei der die Wirkleistung ihre Richtung ändert, läßt
sich durch Verschiebung des Resonanzpunktes des Schwingungskreises ändern. Man wird
sowohl -die Induktivität als auch die Kapazität des Schwingungskreises ändern, wenn
es darauf ankommt; die Neigung der Regelcharakteristik des Umrichters beizubehalten.
Die Neigung als solche kann dadurch geändert i?v#erden, daß die Freqüenzabhängigkeit
des Schwingungskreises bzw: der Einfluß dieses Schwingungskreises auf die Steuerspannung
geändert wird: Dies läßt sich durch Änderung des Verhältnisses zwischen der Induktivität
und der Kapazität des Schwingungs- i kreises oder durch Änderung des Belastungsstromes
des Schwingungskreises bzw. des ganzen Steuerstromkreises erreichen. Dieser Strom
kann beispielsweise dadurch geändert werden, daß ein Widerstand; über den der 1
Schwingungskreis an das Wechselstromnetz angeschlossen und an dem die Steuerspannung
abgegriffen
wird, verändert wird. Ein Steuerstromkreis mit vorgeschaltetem Schwingungskreis
ist somit ein besonders einfaches und wirkungsvolles Mittel, um verschiedene Grade
und Arten der Frequenzabhängigkeit, d. h. verschiedene Punkte des Energierichtungswechsels
für die Regelkurve des Umrichters, zu erreichen.
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Eine weitere Verbesserung und Ausgestaltung der Regeleinrichtung kann
noch dadurch erzielt werden, daß man für den Umrichter zweierlei Regelmöglichkeiten
vorsieht, eine frequenzabhängige und eine frequenzunabhängige Regelung: Die frequenzunabhängige
Regelung ist gleichbedeutend mit einer Regelung des Umrichters derart, .daß er unabhängig
von den Betriebszuständen des von ihm gespeisten Netzes stets ein und dieselbe Leistung
abgibt. Auch diese Forderung läßt sich durch einen Steuerstromkreis mit Schwingungskreisen
erfüllen; denn der aus Induktivitäten und Kapazitäten bestehende Schwingungskreis
läßt sich so bemessen, daß die hinter dem Schwingungskreis abgenommene Steuerspannung
von der Frequenz nicht abhängig ist und daß der Umrichter daher bei allen Frequenzen
konstante Leistung abgibt. Man kann in den Steuerstromkreis zwei verschiedene Schwingungskreise
schalten, von denen der eine frequenzabhängig,.der andere dagegen frequenzunabhängig
ist. Durch einen Umschalter kann man von der einen Betriebsart auf die andere übergehen,
d. h. jeweils nur denjenigen Schwingungskreis einschalten, der bezüglich der Frequenzabhängigkeit
die richtige Leistungsregelung ergibt.
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Es ist in jedem Fall für die Erfindung wesentlich, daß Schwingungskreise
in der Zuführungsleitung der sekundären Steuerspannung vorgesehen und derart ausgebildet
sind, daß die von dem Umrichter zwischen den Wechselstromnetzen übertragene Leistung,
und zwar insbesondere seine Wirkleistung, selbsttätig von der Frequenz des Sekundärnetzes
abhängig ist. Es können jedoch darüber hinaus auch noch zusätzliche Abhängigkeiten
vorgesehen sein, derart, daß die Steuerung von den Frequenzen beider Netze oder
wahlweise von der Frequenz des einen oder des anderen Netzes abhängig ist.
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Die Steuerung nach .der Erfindung wird zweckmäßig mit einer Umrichtersteuerung
verbunden, durch -die der innere Spannungsabfall des Umrichters ganz oder zumindest
weitgehend ausgeglichen wird und durch die außerdem ein induktiver Spannungsabfall
.des Umrichters erzeugt wird; denn bei Anwendung dieser zusätzlichen Steuerung gelingt
es, den Umrichter einwandfrei mit anderen Stromerzeugern oder Umformern parallel
arbeiten zu lassen, die nicht die gleichen Betriebseigenschaften haben wie der Umrichter,
also insbesondere mit Stromerzeugern oder Umformern, die mit umlaufenden Maschinen
arbeiten.