DE685849C

DE685849C - Arrangement for the operation of single- or multi-phase converting devices working with controlled discharge sections, in particular grid-controlled vapor or gas discharge sections

Info

Publication number: DE685849C
Application number: DEA64871D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1932-01-26
Filing date: 1932-01-26
Publication date: 1939-12-27
Also published as: FR749527A; GB415439A; DE714268C; DE716053C

Description

Anordnung zum Betrieb von ein- oder mehrphasigen, mit gesteuerten Entladungsstrecken, insbesondere gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken, arbeitenden Umformungseinrichtungen Beim Betrieb von Umformungseinrichtungen mit gesteuerten Entladungsstrecken, vorzugsweise gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefäßen, .ergibt es sich: sehr häufig, daß einzelne Teile der Umformungseinrichtung sehr groß bemessen werden müssen und infolgedessen die Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage beeinträchtigt wird. Beispielsweise bei der Umformung von Drehstrom (normalerweise 5o Hz) in Einphasenstrom für Bahnspeisung (i 62/s Hz) über Gleichstrom als Zwischenglied ist die dem Wechselrichter mit den Gefäßen V1 und V2 dem Transformator T, der Gleichstromquelle G und der Drossel D zugeordnete Taktgebermaschine M mit der Erregerwicklung E (vgl. Abb. i) nach den bisherigen Untersuchungen bei einem Leistungsfaktor I_ = 0,7 für etwa die volle Scheinleistung des Einphasenstromnetzes zu bemessen, obwohl die verlangte Wirkleistung ausschließlich aus dem Drehstromnetz bezogen wird.Arrangement for the operation of single or multi-phase, with controlled Discharge lines, in particular grid-controlled vapor or gas discharge lines, working forming devices When operating forming devices with controlled discharge paths, preferably grid-controlled vapor or gas discharge vessels, . it results: very often that individual parts of the forming device very must be dimensioned large and, as a result, the economy of the entire system is affected. For example, when converting three-phase current (normally 50 Hz) in single-phase power for rail power supply (i 62 / s Hz) via direct current as an intermediate element is that of the inverter with the vessels V1 and V2 of the transformer T, the direct current source G and the choke D associated clock generator M with the excitation winding E (cf. Fig. I) according to previous investigations with a power factor I_ = 0.7 for to measure approximately the full apparent power of the single-phase power network, although this is required Active power is drawn exclusively from the three-phase network.

Die Erfindung bezweckt nun, die bei ein-oder mehrphasig arbeitenden Umformungseinrichtungen in besonders ungünstiger Weise die Wirtschaftlichkeit beeinträchtigenden Schaltungsanordnungen zu verbessern. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei allen Umformungseinrichtungen, bei denen eine von den Entladungsströmen dauernd in gleichbleibender Richtung vormagnetisierte Drossel und ein die Kommutierung bewirkender bzw. als Taktgeber wirkender EMK-Träger vorgesehen sind, dieser EMK-Träger parallel zur Gleichstromdrossel bzw. in Reihe mit der Speisespannung angeordnet ist. Durch eine derartige Anordnung ergibt sich eine wesentliche Verringerung der Typenleistung des EMK-Trägers bzw. der Taktgebermaschine gegenüber den bisher vorgeschlagenen Anordnungen. So ist es beispielsweise möglich, für die Typenleistung der Taktgebermaschine, reine Wirkleistung und sehr kleine Kommutierungsdauer vorausgesetzt, eine Größe von noch nicht 2o % der verlangten Netzbelastung zu erreichen. Dabei ist noch zu beachten, daß die Frequenz der Taktgebermaschine n-mal so groß wie die Frequenz des Verbrauchernetzes ist (rt = Phasenzahl des Stromrichters), so daß bei einem Vergleich mit den bisher vorgeschlagenen Anordnungen außer der Verringerung der elektrischen Daten eine zusätzliche Verringerung der geometrischen Abmessungen der Taktgebermaschine infolge der Frequenzvervielfachung eintritt. Entsprechende Ersparnisse ergeben sich auch bei induktiver Netzbelastung.The aim of the invention is to improve the circuit arrangements which impair economy in a particularly unfavorable manner in the case of single-phase or multi-phase forming devices. According to the invention, this is achieved in that in all conversion devices in which a choke that is permanently pre-magnetized by the discharge currents in the same direction and an EMF carrier which effects commutation or acts as a clock generator are provided, this EMF carrier is parallel to the direct current choke or in series is arranged with the supply voltage. Such an arrangement results in a significant reduction in the type output of the EMF carrier or the clock generator compared to the arrangements proposed so far. For example, it is possible for the type output of the clock generator, pure active output and a very short commutation period, to achieve a size of not yet 20% of the required network load. It should also be noted that the frequency of the clock generator is n times as high as the frequency of the consumer network (rt = number of phases of the converter), so that in a comparison with the arrangements proposed so far, in addition to the reduction in the electrical data, an additional reduction in the geometric dimensions of the clock machine occurs as a result of the frequency multiplication. Corresponding savings are also made with inductive network loads.

In Abb.2 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens dargestellt. Der Wechselrichter enthält den Transformator T, die Gleichstromdrossel D parallel hierzu die Taktgebermaschine <1l mit der Erregerwicklung E, die Dampf- oder Gasentladungsgefäße Vz bis V,1, von denen V1: und V, die Hauptentladungsgefäße und eli: Entladungsgefäße V3 und V4 die Hilfselt_=. ladungsgefäße für induktive Belastung sind. Es empfiehlt sich, bei der Anordnung gemäß der Erfindung zur Verbesserung des Kommutierungsvorganges in den einzelnen -Gefäßen eine geringfügige Verzögerung des Einsetzens der Entladung zuzulassen und zu diesem Zwecke auch die Gefäße V3 und V, mit Steuergittern zu versehen. Die GleicÜspannung G kann einer beliebigen Spannuri,,squelle (Maschine, Batterie, Gleichrichter) entnommen werden.In Fig.2 of the drawing, an embodiment of the inventive concept is shown. The inverter contains the transformer T, the direct current choke D in parallel with this, the clock generator <1l with the excitation winding E, the vapor or gas discharge vessels Vz to V, 1, of which V1: and V, the main discharge vessels and eli: discharge vessels V3 and V4 the auxiliary world_ =. are cargo vessels for inductive loads. With the arrangement according to the invention to improve the commutation process in the individual vessels, it is advisable to allow a slight delay in the onset of the discharge and, for this purpose, to also provide vessels V3 and V with control grids. The equilibrium voltage G can be taken from any voltage source (machine, battery, rectifier).

Die Abb. 3 gibt- die Spannungsverhältnisse der neuen Anordnung wieder. Cr ist die Gleichspannung. E die von der Taktgebermaschine zu liefernde Wechselspannung, die zweckmäßig die in der - Abbildung dargestellte Kurvenform erhält. Man erkennt aus der Darstellung, daß die Periode T"z,,..iclz. der von der Maschine abgegebenen Spannung halb so groß ist wie die Periode T/,z,r-. des Einphasenwechselstromnetzes.Fig. 3 shows the tension conditions of the new arrangement. Cr is the DC voltage. E is the alternating voltage to be supplied by the clock generator, which appropriately receives the curve shape shown in the figure. One recognises from the representation that the period T "z ,, .. iclz. of the output from the machine Voltage is half the period T /, z, r-. of the single-phase alternating current network.

Der Erfindungsgedanke läßt sich sinngemäß auch auf mehrphasige Schaltungen übertragen, Zoobei sich dann entsprechende Ersparnisse ergeben.The concept of the invention can also be applied to multiphase circuits transferred, zoo with corresponding savings then arise.

Als Antrieb für die - Taktgebermäschiüe kann prinzipiell jede beliebige Kraftmaschine verwendet werden. Es wird im allgemeinen zweckmäßig sein, die Energie für den Antrieb aus dem speisenden Netz, also z. B. aus dem Drehstromsystem, oder mit Rücksicht auf eine einfachere Drehzahlregelung aus dem Gleichstromnetz zu beziehen.As a drive for the - clock generator can in principle any Power machine can be used. It will generally be expedient to use the energy for the drive from the feeding network, e.g. B. from the three-phase system, or to be obtained from the direct current network with a view to simpler speed control.

Die . Abb. ¢ . zeigt eine Verbesserung der Anordnung nach Abb. z. Die Taktgebermaschine M liegt liier nicht unmittelbar in Reihe zur speisenden Gleichstromquelle, sondern in Reihe zu einem besonderen Speicher, beispielsweise .einer BatterieB. Diese Reihenschaltung von Maschine und Batterie liegt parallel zu der Reihenschaltung. der Gleichstromquelle G und der Gleichstromdrossel D. Auf diese Weise wird das Gleichstromsystem G vor den Pulsationen des Wechselstromesder Taktgebermaschine geschützt, die dann ausschließlich von der Zusatzbatterie aufgenommen werden. Da die letztere -nur periodisch geladen und wieder um denselben Betrag entladen wird, also keine dauernde Entladung erfährt, braucht sie nur relativ klein zu sein, benötigt also selbst bei. hohen Spannungen nur wenig Raum und erhöht die Anschaffungskosten -nur unbeträchtlich. Die übrigen Bezugszeichen der Abb. q. entsprechen denen der Abb. ?. Die der Abb. i entsprechende Wechselrichterschaltung ohne Taktgebermaschine ist in Abb.5 dargestellt. Hierin ist zur jeweili-:gen Löschung der Entladungsgefäße sowie -rur Lieferung der Blindleistung ein Kondenaior C vorgesehen, der zwischen die beiden 'Anoden der Entladungsgefäße, also parallel zur Transformatorwicklung T geschaltet ist. Die verbesserte Schaltung, bei welcher der Kondensator ebenfalls wesentlich kleiner bemessen werden kann als in der Schaltung nach Abb. 5, - ist für rein induktive Belastung L in Abb. 6 dargestellt. C liegt hierbei, wie in Abb. z die Taktgebermaschine, parallel zur Kathodendrossel D@. Die Spannung am Kondensator ist eine reine Wechselspannung, etwa von derselben Form wie in Abb. 3. Der durch die DrOSseID fließende Gleichstrom ist im wesentlichen konstant. Die übrigen Schaltungselemente der Abb.6 entsprechen denen der Abb. z.The . Fig. ¢. shows an improvement of the arrangement according to Fig. The clock generator M is not directly in series with the supplying direct current source, but in series with a special memory, for example .a batteryB. This series connection of the machine and battery is parallel to the series connection. the DC power source G and the DC reactor D. In this way, the DC system G protected from the pulsations of the alternating current of the clock generator, which then can only be taken up by the auxiliary battery. Since the latter - only periodically is charged and discharged again by the same amount, i.e. no permanent discharge learns, it only needs to be relatively small, so it needs itself at. high Tensions only little space and increases the acquisition costs - only insignificantly. The other reference symbols in Fig. Q. correspond to those in Fig.?. That of Fig. The corresponding inverter circuit without a clock generator is shown in Figure 5. Here is for the respective deletion of the discharge vessels and only delivery of the Reactive power a capacitor C is provided, which is located between the two 'anodes of the discharge vessels, is therefore connected in parallel to the transformer winding T. The improved circuit, in which the capacitor can also be made much smaller than in the circuit according to Fig. 5, - is shown for a purely inductive load L in Fig. 6. Like the clock generator in Fig. Z, C is parallel to the cathode choke D @. The voltage across the capacitor is a pure alternating voltage, roughly the same Shape as in Fig. 3. The direct current flowing through the DrOSseID is essentially constant. The remaining circuit elements in Fig.6 correspond to those in Fig.

Eine weitere Möglichkeit, die Wirtschaftlichkeit der bekannten Wechselrichterschaltungen zu erhöhen, ist in der der Abb.6 im wesentlichen entsprechenden Abb.7 dargestellt. Bei dieser Anordnung liegt jedoch der Kondensator C unmittelbar in Reihe mit der Gleichstromquelle G, und es ist auf eine besondere Kathodendrossel parallel zum Kondensator verzichtet. Bei dieser Anordnung wird der Kondensator stets nur in einer Richtung geladen.- Infolgedessen -ist .es möglich, hierfür die wesentlich billigeren Elektrolytkondensatoren zu verwenden. Die Verringerung der Leistung, für die er zu dimensionieren ist, ergibt sich ungefähr im selben Ausmaß wie bei der Anordnung nach Abb. 6.Another possibility, the economy of the known inverter circuits is shown in Fig. 7, which essentially corresponds to Fig. 6. In this arrangement, however, the capacitor C is directly in series with the DC power source G, and it is connected to a special cathode choke in parallel with the Capacitor dispensed with. With this arrangement, the capacitor is only ever in one Direction loaded.- As a result, it is possible, but the cheaper ones Use electrolytic capacitors. Reducing the performance for which he is to be dimensioned, results in approximately the same extent as with the arrangement according to Fig. 6.

In Abb.8 sind die- Spannungsverhältnisse am Kondensator bei einer Schaltung nach Abb.7 dargestellt, und zwar bedeutet die Wechselspannung i bzw. a den Momentanwert des Potentials der Mittelanzapfung des Transformators; also das Potential des oberen Kondens.atorbelages. Wenn in der Welle i in Abb.8 der eingezeichnete Manimalwert der Spannung beispielsweise noch erreicht wird, so wird dieser Betrag in der nächsten Spannungswelle z um -einen mehr oder weniger großen Wert unterschritten, weil selbst im Falle rein induktiver Belastung, wie in der Abbildung angenommen, stets noch eine bestimmte Dämpfung vorhanden ist. Ohne besondere Vorkehrungen würden die Schwingungen schließlich vollkommen abklingen. Uni diese Schwierigkeiten zu beseitigen, ist in Abb.7 parallel zum Kondensator ein zusätzliches gesteuertes Entladungsgefäß v vorgesehen. Sobald die Spannung 2 in Abb. 8 ihren Maximal-,verterreicht hat, wird das Ventil v leitend gemacht und bringt so zwangsläufig den Transformatormittelpunkt auf das Potential der Gleichstromquelle. Der weitere Verlauf der Spannungsquelle erfolgt dann nach Kurve 2", nachdem das Rohr v sofort wieder gelöscht wurde. Der Übergang der Kurve 2 auf 2" vollzieht sich in hochfrequenten Schwingungen 2' mit einer durch C und L bestimmten Frequenz. Dabei bedeutet L praktisch nur die unvermeidliche Induktivität in den Zuleitungen, ist also sehr niedrig, so daß die Eigenfrequenzen dieser sekundären Schwingungen 2' sehr hoch sind.In Fig.8 are the voltage ratios on the capacitor at a The circuit shown in Fig.7, namely the alternating voltage means i or a the instantaneous value of the potential of the center tap of the transformer; so that Potential of the upper capacitor layer. If in wave i in Fig For example, the maximum value of the voltage is still reached, this amount becomes in the next voltage wave z fell below a more or less large value, because even in the case of a purely inductive load, as assumed in the figure, a certain attenuation is still present. Without special precautions would be the vibrations finally subside completely. Uni these difficulties too eliminate, in Fig. 7 there is an additional controlled discharge vessel parallel to the capacitor v provided. As soon as voltage 2 in Fig. 8 has reached its maximum value, will the valve v is made conductive and inevitably brings the transformer center point on the DC source potential. The further course of the Voltage source then takes place according to curve 2 "after the pipe v is deleted again immediately became. The transition from curve 2 to 2 "takes place in high-frequency oscillations 2 'with a frequency determined by C and L. L practically only means that unavoidable inductance in the leads, so is very low, so that the Natural frequencies of these secondary vibrations 2 'are very high.

Das Ventil v gibt weiterhin noch die Möglichkeit einer beliebigen Periodenregelung des erzeugten Wechselstromes. Sobald die Spannungskurve i in Abb. 9 den Betrag der speisenden Gleichspannung ganz oder nahezu erreicht hat, wird das Ventil v im Punkte a leitend gemacht und wird im Gegensatz zu Abb. 8 erst im Zeitpunkt b, also einen beliebigen Zeitabschnitt später, wieder gelöscht. Der «eitere Verlauf der Spannungskurve erfolgt dann nach i'. Die Frequenz des @erzeugten Wechselstromes wird somit unabhängig von der aus C und L bestimmten Eigenfrequenz.The valve v still gives the possibility of any Period control of the generated alternating current. As soon as the voltage curve i in Fig. 9 has completely or almost reached the amount of the feeding direct voltage, this will be Valve v is made conductive at point a and, in contrast to Fig. 8, is only activated at the point in time b, i.e. any time period later, deleted again. The more suppurating course the voltage curve then follows i '. The frequency of the @generated alternating current becomes independent of the natural frequency determined from C and L.

Die Gitterspannung zur Steuerung der Ventile kann sowohl in Selbsterregerschaltungen als auch mittels fremder Steuerquellen gewonnen werden. Bei Wechselrichteranordnungen nach der Erfindung ist es mit Rücksicht auf die Ausgleichsvorgänge beim Einschalten empfehlenswert, unabhängige Steuerungen zu verwenden (Steuerdynamo, Steuerkommutator o. d;gl.), damit für jeden Augenblick Frequenz und Höhe der Gitterspannung eindeutig festgelegt sind.The grid voltage for controlling the valves can be used in self-excitation circuits as well as by means of external tax sources. With inverter arrangements according to the invention it is with regard to the compensation processes when switching on It is recommended to use independent controls (control dynamo, control commutator o. d; eq.), so that the frequency and level of the grid voltage are unambiguous for each instant are set.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement for the operation of single- or multi-phase converting devices working with controlled discharge paths, in particular grid-controlled vapor or gas discharge paths, in which a choke (D!) Which is permanently premagnetized by the discharge currents in the same direction and an EMF carrier causing the commutation are provided characterized in that the EMF carrier is arranged parallel to the direct current choke (D,) or in series with the supply voltage (Cr). z. Arrangement according to claim i, characterized in that the curve shape of the alternating voltage supplied by the EMF carrier (clock generator l67) is approximately equal to a curve shape composed of rectified sinusoidal half-waves of the consumer voltage. 3. Arrangement according to claim i, characterized in that the EMF carrier is not directly in series with the feeding voltage (G), but in series with a special DC voltage source with buffering, for example a battery. q .. Arrangement according to claim i for a capacitor as EMF carrier, characterized by such a dimensioning, the direct current choke (D) and the capacitance (C) of the capacitor that the circuit formed from the two is tuned to a frequency that is the same the frequency of the alternating voltage occurring at the converter or: a whole multiple thereof. 5. Arrangement according to claim a ,, characterized in that for the purpose of maintaining the vibrations a special controlled discharge path, in particular a grid-controlled vapor or gas discharge path (v) is provided parallel to the capacitor, which clocks the transformer center to the full. Brings food potential. 6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the discharge in the additional discharge path (v) is interrupted again a short time after becoming conductive. Arrangement according to Claim 5 or 6 for inverters, characterized in that the control of the extinction of the additional discharge path (v) brings about a regulation of the frequency of the alternating current generated.