DE694299C

DE694299C - Converter arrangement for reciprocal energy exchange between an alternating current network and a consumer with changing polarity

Info

Publication number: DE694299C
Application number: DE1936S0123087
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Walter Fouquet
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1936-06-21
Filing date: 1936-06-21
Publication date: 1940-07-31

Description

Stromrichteranordnung für wechselseitigen Energieaustausch zwischen einem Wechselstromnetz und einem zeitweilig Energie rückliefernden Gleichstromverbraucher wechselnder Polarität Wenn die Aufgabe gestellt ist, einen Gleichstrommotor, an dem zeitweilig ein Energieüberschuß auftritt, der also zeitweilig als Generator arbeitet und der außerdem mit wechselnder Drehrichtung betrieben werden muß, in weiten Grenzen zu regeln, so benutzt man zu seiner Speisung meistens einen sogenannten Leonard-Umformer. Es ist bekannt, daß man den Leonard-Umformer durch eine Stromrichteranordnung in besonderer Schaltung vollkommen ersetzen kann. Zu diesem Zweck benötigt man zwei Stromrichtergefäße, von denen jeweils eins als Gleichrichter und eins als Wechselrichter ausgesteuert wird. Diese Stromrichtergefäße werden so geschaltet, daß die Kathode jedes Gefäßes mit dem Nullpunkt der zu dem anderen Gefäß gehörigen Transformatorwicklung verbunden wird. Der-Gleichstroniverbraucher, also beispielsweise der Anker des zu regelnden Gleichstrommotors, wird dann. zwischen die beiden Kathoden der Stromrichtergefäße .geschaltet. Diese Schaltung ist bekannt unter dem Namen Kreuzschaltung. Solange die EMK des Motors kleiner ist als die Gleichspannung der Stromrichter, führt das als Gleichrichter ausgesteuerte Gefäß Strom; übersteigt jedoch die Motor-EMK die Stromrichter-Gleichspannung, so fließt überdas als Wechselrichter ausgesteuerte Gefäß Leistung an das speisende Wechselstromnetz zurück. Soll die Drehrichtung des Motors umgekehrt werden, so wird die Steuerung der beiden Gefäße gewechselt und die beiden Gefäße vertauschen ihre Rollen, d. h. dasjenige Gefäß, das bisher als Gleichrichter ausgesteuert wurde, wird nunmehr als Wechselrichter ausgesteuert und umgekehrt.Converter arrangement for mutual energy exchange between an alternating current network and a direct current consumer that temporarily supplies energy alternating polarity When the task is to use a DC motor which temporarily an energy surplus occurs, which is thus temporarily used as a generator works and which must also be operated with alternating direction of rotation, in To regulate wide limits, one usually uses a so-called one for its feeding Leonard converter. It is known that you can convert the Leonard converter by a power converter can completely replace in a special circuit. You need two for this purpose Converter vessels, one as a rectifier and one as an inverter is controlled. These converter vessels are switched so that the cathode of each vessel with the zero point of the transformer winding belonging to the other vessel is connected. The DC consumer, for example the anchor of the to regulating DC motor, will then. between the two cathodes of the converter vessels switched. This circuit is known as cross circuit. So long the EMF of the motor is smaller than the DC voltage of the converters, this leads to vessel current controlled as a rectifier; however, if the motor emf exceeds the Converter DC voltage, then flows over that controlled as an inverter Vessel returns power to the AC power supply. Should the direction of rotation of the Motor are reversed, the control of the two vessels is changed and the two vessels swap their roles, d. H. the vessel that was previously known as Rectifier was controlled, is now controlled as an inverter and vice versa.

Gemäß der Erfindung wird eine derartige Stromrichteranordnung für wechselseitigenEnergieaustausch in Kreuzschaltung dadurch verbessert, daß eine Umschalteinrichtung vorgesehen wird, die den Gleichstromverbraucher bei einem Wechsel seiner Polarität bzw. beim Drehrichtungswechsel so umschaltet, daß jedes Entladungsgefäß stets nur in ein und-derselben Richtung Leistung überträgt. Der hierdurch erzielte Vorteil ergibt sich aus folgendem: Wenn ein Stromrichtergefäß nicht nur im Gleichrichterbereich; sondern auch im Wechselrichterbereich ausgesteuert werden soll, so muß die Steuerungseinrichtung eine Phasenverschiebung der Gitterspannungen um nahezu volle =8o ° zulassen. Bei der Verwendung von 'Drehtransformatoren zur Erzeugung der Gitterspannungen bereitet das weiter keine Schwierigkeiten: Bei den heutigen Stromrichteranordnungen benutzt man jedoch zur Erzeugung der Gitterspannungen fast ausschließlich sogenannte ruhende Steuerungen, die mit wechselstromerregten hochgesättigten Transformatoren arbeiten. In diesen hochgesättigten - Gittertransformatoren wird eine Spannung, und zwar in Form eines kurzzeitigen Spannungsstoßes, stets nur in dem Augenblick induziert, in dem die resultierende Erregung durch Null hindurchgeht. Durch Änderung einer Gleichstromvorerregung hat man es also in der Hand, durch Verschieben der Nullinie den Nulldurchgang der Wechselerregung zeitlich zu verlagern. Ist die dem Gittertransformator aufgedrückte Wechselerregung sinusförmig, so kann auf diese Weise nur ein verhältnismäßig geringer Zeitbereich bestrichen werden, da sich die Sinuslinie im Bereich ihrer Scheitelwerte bereits sehr stark abflacht. Man verwendet deshalb besondere Verzerrungsmittel, die der Wechselstromerregung eine mehr dreieckförmige Gestalt geben. Trotzdem läßt sich eine gewisse Abflachung an den Dreieckspitzen nicht vermeiden, so daß es Schwierigkeiten macht, mit einer solchen Steuerung volle 18o° Steuerbereich zu überdecken. Diese _ Schwierigkeit fällt bei einer Stromrichteranordnung gemäß der Erfindung fort, da beide Gefäße entweder nur für Gleichrichter-oder nur für Wechselrichterbetrieb ausgestaltet zu sein brauchen, wobei der gesamte Verschiebungsbereich der Gitterspannungsimpulse nur annähernd 9o ° beträgt.According to the invention, such a converter arrangement for mutual energy exchange in cross connection improved by the fact that a switching device is provided that the DC load when changing its polarity or when changing the direction of rotation switches over so that each discharge vessel always only transmits power in one and the same direction. The advantage achieved by this results from the following: If a converter vessel is not only in the rectifier area; but should also be controlled in the inverter area, the control device allow a phase shift of the grid voltages by almost a full = 80 °. at the use of 'rotary transformers to generate the grid voltages prepares no further difficulties: used in today's converter arrangements however, so-called resting ones are used almost exclusively to generate the lattice stresses Controls that excite with alternating current highly saturated transformers work. In these highly saturated grid transformers a voltage is generated in the form of a brief voltage surge, always only at the moment induced in which the resulting excitation passes through zero. By change With a direct current pre-excitation you have it in your hand by shifting the Zero line to shift the zero crossing of the alternating excitation in time. Is that the one Grid transformer imposed alternating excitation sinusoidal, so can on this Way, only a relatively short period of time can be covered, since the Sinus line is already very much flattened in the area of its peak values. One uses therefore special distortion means, which give the alternating current excitation a more triangular shape Give shape. Nevertheless, a certain flattening can be seen at the triangle tips not avoid it, so that it makes it difficult to fully use such a control 18o ° control area to be covered. This difficulty arises with a converter arrangement according to the invention, as both vessels either only for rectifier or only need to be designed for inverter operation, with the entire displacement range the grid voltage pulse is only approximately 9o °.

Es kommt jedoch noch etwas anderes hinzu. Es ist bekannt, daß ein als Wechselrichter arbeitendes Stromrichtergefäß nur bis etwa 85°/o seiner vollen Spannung ausgesteuert werden darf, da anderenfalls die Gefahr besteht, daß die abzulösende Anode nicht mehr erlöschen kann. Andererseits erfordert die Kreuzschaltung, bei der ja die beiden Entladungsgefäße mit gleichsinniger. Durchlaßrichtung hintereinandergeschaltet sind, mit Rücksicht auf die Vermeidung von inneren Kreisströmen, daß die Gleichspannung des Wechselrichtergefäßes stets höher ist als die des Gleichrichtergefäßes. Sollen nun die beiden Gefäße gelegentlich ihre Rollen vertauschen, so müssen die Transformatoren beider Gefäße das gleiche Übersetzungsverhältnis besitzen. Das führt dann aber dazu, daß nunmehr auch das Gleichrichtergefäß nicht mehr voll ausgesteuert werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist es demgegenüber möglich, die Übersetzungsverhältnisse der beiden Transformatoren verschieden zu wählen, da die Gefäße ja nicht mehr vertauschbar zu sein brauchen. Man kann infolgedessen die Anordnung so trfen, daß bei der höchstzulässigen Aussteuerung des Wechselrichtergefäßes das Gleichrichtergefäß bereits voll aus. gesteuert ist. Dadurch ergibt sich eine wesentliche Ersparnis in der Bemessung der Gefäße.But there is something else. It is known that a converter vessel working as an inverter only to about 85% of its full capacity Voltage may be controlled, otherwise there is a risk that the to be detached The anode can no longer go out. On the other hand, the cross connection requires, at which yes the two discharge vessels with the same direction. Forward direction connected in series are, with regard to the avoidance of internal circulating currents, that the DC voltage of the inverter compartment is always higher than that of the rectifier compartment. Should If the two vessels occasionally swap their roles, the transformers must both vessels have the same transmission ratio. But that then leads to that now the rectifier vessel can no longer be fully controlled. In the case of the arrangement according to the invention, on the other hand, it is possible to adjust the transmission ratios of the two transformers to be chosen differently, since the vessels are no longer interchangeable need to be. As a result, the arrangement can be made in such a way that at the highest permissible Modulation of the inverter vessel, the rectifier vessel is already fully off. is controlled. This results in a substantial saving in the dimensioning of the Vessels.

In vielen Fällen ist die von einer Gleichstrommaschine beispielsweise beim Bremsen zurückgelieferte Leistung wesentlich geringer als die Leistung, die beim Motorbetrieb aufgenommen wird. Wegen der unveränderlichen Richtung der Gefäßleistung gestattet es die Erfindung, die Gefäßgrößen diesen Verhältnissen anzupassen und beispielsweise das Wechselrichtergefäß für eine geringere Leistung zu bemessen als das Gleichrichtergefäß. Eine verschiedene Bemessung der beiden Gefäße einer Kreuzschaltung ist an sich -bekannt. Der Grund für diese verschiedenartige Bemessung der Gefäße liegt jedoch bei der bekannten Anordnung' bei der beide Gefäße sowohl als Wechselrichter als auch als Gleichrichter arbeiten, in etwas anderem. Es handelt sich dort nämlich um die Speisung einer Fördermaschine. Bei einem Förderantrieb können aber die Verhältnisse unter Umständen so liegen, daß bei Aufwärtsfahrt die motorische Leistung, bei Abwärtsfahrt dagegen die Bremsleistung die größere ist. Da diese Leistungen in beiden Fällen durch ein und dasselbe Gefäß geführt werden, so kann es in der Tat zweckmäßig sein, auch in diesem Fall trotz der Vertauschbarkeit der beiden Gefäße diese verschieden groß zu bemessen.In many cases it is that of a DC machine, for example power returned during braking is significantly lower than the power that is recorded during engine operation. Because of the invariable direction of vascular performance The invention allows the vessel sizes to be adapted to these ratios and For example, to dimension the inverter vessel for a lower power than the rectifier vessel. A different dimensioning of the two vessels of a cross connection is known in itself. The reason for these different dimensions of the vessels is, however, in the known arrangement 'in which both vessels as inverters as well as working as a rectifier, in something else. It is there to feed a hoisting machine. In the case of a conveyor drive, however, the conditions under certain circumstances lie in such a way that the motor power when driving upwards and when driving downwards on the other hand, the braking power is the greater. Because these benefits in both cases are passed through one and the same vessel, it may indeed be useful to even in this case, despite the interchangeability of the two vessels, these are different large to measure.

Die Umschaltung der Anschlüsse des Gleichstromverbrauchers an die Stiomrichteranordnung erfolgt zweckmäßig selbsttätig in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerhebels, der auch die Steuerung der Gefäße beeinflußt, beispielsweise in dem Augenblick, in dem die Spannung beider Gefäße auf Null heruntergeregelt ist, d. h. also in der Mittellage des Steuerhebels. Der Umschalter braucht infolgedessen keinerlei Leistung zu schalten. Gegebenen-.falls kann man in die Gleichstromleitung noch einen Stromwächter einschalten, der eine Umschaltung so lange verriegelt, bis derVerbraucherstromauf Null herabgesunken ist.Switching over the connections of the direct current consumer to the The ostomy control arrangement is expediently carried out automatically as a function of the position of the control lever, which also influences the control of the vessels, for example in the moment when the tension in both vessels is reduced to zero, d. H. so in the central position of the control lever. As a result, the switch needs not to switch any power. If necessary, you can use the direct current line switch on a current monitor that locks a changeover until the consumer current has dropped to zero.

In der Zeichnung ist eine Stromrichterschaltung gemäß der Erfindung als Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Gleichstrommotor i ist mit dem Drehstromnetz 2 über die beiden Stromrichtergefäße 3 und q. sowie den dazugehörigen, mit zwei Sekundärwicklungen ausgerüsteten Transformator 5 verbunden. Das Stromrichtergefäß 3 wird durch die nicht näher dargestellte Steuerapparatur 6 ständig als Gleichrichter, das Gefäß q. dagegen ständig als Wechselrichter ausgesteuert. Die Steuerung erfolgt in gegenseitiger Abhängigkeit so, daß die EMK des Wechselrichtergefäßes stets etwas höher ist als die EMK des Gleichrichtergefäßes. Wie die Zeichnung zeigt, ist die Kathode jedes Gefäßes mit dem Nullpunkt der Transformatorwicklung, die zu dem anderen Gefäß gehört, verbunden, und je nach der Stellung des Umschalters 7 ist der Anker des Motors i in dem einen oder anderen Sinn an die beiden Kathoden der Entladungsgefäße angeschlossen. Das als Gleichrichter arbeitende Gefäß 3 ist für die volle Motorleistung bemessen, während die Größe des Wechselrichtergefäßes q: entsprechend der-während des Generatorbetriebes zurückgelieferten kleineren Leistung gewählt ist. In vielen Fällen werden die Verhältnisse so liegen, daß als Gleichrichtergefäß ein Eisengefäß@benutzt werden maß, während als Wechselrichter ein Glaskolben Anwendung- finden kann.In the drawing is a converter circuit according to the invention shown as an exemplary embodiment. The DC motor i is connected to the three-phase network 2 via the two converter vessels 3 and q. as well as the associated, with two Secondary windings equipped transformer 5 connected. The converter vessel 3 is constantly used as a rectifier by the control apparatus 6, not shown in detail, the vessel q. on the other hand, constantly controlled as an inverter. The control takes place in mutual dependence so that the EMF of the inverter vessel always something is higher than the EMF of the rectifier vessel. As the drawing shows, the Cathode of each vessel with the zero point of the transformer winding leading to the other Vessel belongs, connected, and depending on the position of the switch 7 is the anchor of the motor i in one sense or another to the two cathodes of the discharge vessels connected. The vessel 3, which works as a rectifier, is for the full Engine power sized while the size of the inverter vessel q: according to the-during the lower power returned by the generator operation is selected. In many In some cases, the situation will be such that an iron vessel @ is used as the rectifier vessel are measured, while a glass bulb can be used as an inverter.

Die Regelung der Entladungsgefäße durch Beeinflussung der Steuerungsapparatur erfolgt mittels des Steuerhebels B. Dieser Steuerhebel ist mit Hilfskontaktpaaren g und io ausgerüstet, und zwar derart, daß bei Steuerhebelauslagen nach rechts@das Kontaktpaar io; bei Auslagen nach links dagegen das Kontaktpaar g geschlossen wird. Dementsprechend ist bei Steuerhebelauslagen nach rechts der Umschalter 7 nach rechts gelegt, während er bei Auslegungen des Steuerhebels nach links ebenfalls nach links umgeschaltet wird.The regulation of the discharge vessels by influencing the control apparatus takes place by means of control lever B. This control lever has pairs of auxiliary contacts g and io, in such a way that when the joystick is pushed to the right @ the Contact pair io; on the other hand, in the case of displays to the left, the pair of contacts g is closed. Accordingly, when the control lever is pushed to the right, the switch 7 is to the right placed, while he is also left with interpretations of the control lever to the left is switched.

Die Verbindung des Steuerhebels 8 mit der Steuerapparatur ist nicht näher dargestellt. Sie kann jedoch in bekannter Art und Weise entweder in einer unmittelbaren mechanischen Kupplung bestehen oder durch eine Fernsteuerung gebildet werden.The connection of the control lever 8 with the control apparatus is not shown in more detail. However, it can be either in a known manner in a direct mechanical coupling exist or formed by a remote control will.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Converter arrangement for mutual energy exchange between an alternating current network and a direct current consumer that temporarily supplies energy alternating polarity or a DC motor that sometimes works as a generator alternating direction of rotation, consisting of two discharge vessels, each of which is connected with its cathode to the transformer zero point of the other and of which one constant vessel as a rectifier and one vessel as an inverter is ready for work, characterized in that a switching device is provided is that the DC load when changing its polarity or when Change of direction of rotation switches over so that each discharge vessel always only in one and transmits power in the same direction.

2. converter arrangement according to claim i, characterized in that the switching device connects the connections of the direct current consumer swapped to the discharge vessels.

3. Converter arrangement according to claim i and 2, characterized in that the discharge vessel which transforms the returned energy is dimensioned for a lower output than the other discharge vessel. q ,.

Converter arrangement next claims i to 3, characterized in that the position of the switching device of the position of the regulating organ influencing the control of the discharge vessels depends.

5. Stromrichteränordnung according to spoke i to q., Characterized by a current monitor in -the direct current line, which only switches the direct current consumer if the - direct current has fallen below a certain value.