DE695869C

DE695869C - Reactive power converter without auxiliary discharge sections

Info

Publication number: DE695869C
Application number: DE1938A0085946
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Christian Frege
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1938-02-23
Filing date: 1938-02-23
Publication date: 1940-09-04

Description

Blindleistungsstromrichter ohne Hilfsentladungsstrecken Ein gemeinsamer Mangel aller- Stromrichteranordnungen üblicher Art ist, daß sie dem speisenden bzw. gespeisten Wechsel-oder Drehstromnetz in erheblichem Maße induktive Blindleistung entnehmen.Reactive power converter without auxiliary discharge paths One common Deficiency of all power converter arrangements of the usual type is that they are the feeding or fed AC or three-phase network to a considerable extent inductive reactive power remove.

Es sind nun Stromrichteranärdnungen bekannt- bzw. vorgeschlagen worden, die diese Nachteile dadurch vermeiden, daß vermittels einer mehr oder weniger großen Anzahl von Hilfsentladungsstrecken in Verbindung beispielsweise mit Kondensatoren eine vorzeitige Löschung des Stromes in bestimmten Stromzweigen erzwungen wird. Man erreicht so die beabsichtigte Verschiebung der Grundwelle des Stromes gegenüber der zugehörigen Spannung. Durch die hierzu erforderlichen Hilfseinrichtungen wird eine derartige Anlage naturgemäß umfangreich und teuer.* Die Erfindung beseitigt diese Mängel bei Stromrichteranlagen mit gesteuerten Entladungsstrecken, insbesondere gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken, dadurch, daß an jede Transformatorphase zwei Entladungsstrecken mit den gleichen Elektroden, beispielsweise denAnoden, angeschlossen sind, deren andere Elektroden, beispielsweise die Kathoden, über eine Kommutierungseinrichtung; beispielsweise einen Kondensator, der durch eine Drosselspule überbrückt ist, miteinander verbunden sind, wobei die einer Transformatorphase zugeordnete Arbeitsdauer, beispielsweise izo° e1., auf die beiden zugehörigen Entladungsstrecken verteilt wird, die unmittelbar aneinander anschließend arbeiten.There are now known or proposed power converter designs, which avoid these disadvantages by means of a more or less large Number of auxiliary discharge paths in connection, for example, with capacitors a premature extinction of the current in certain branches of the current is forced. In this way the intended shift of the fundamental wave of the current is achieved the associated voltage. The auxiliary equipment required for this is Such a system is naturally extensive and expensive. * The invention eliminates these shortcomings in converter systems with controlled discharge paths, in particular grid-controlled vapor or gas discharge paths, in that at each transformer phase two discharge paths with the same electrodes, for example the anodes are whose other electrodes, for example the cathodes, via a commutation device; for example a capacitor bridged by a choke coil, with each other are connected, the working time assigned to a transformer phase, for example izo ° e1., is distributed to the two associated discharge paths, which are directly work on each other afterwards.

Eine Anlage gemäß der Erfindung gestattet, neben der Wirkleistungsübertragung induktive Blindleistung in das Wechsel- bzw. Drebstromnetz zu liefern, ohne daß irgendwelche Hilfsentlädungsstrecken verwendet zu werden brauchen. Vielmehr führen alle Entladungsstrecken Hauptstrom, nehmen also direkt an der beabsichtigten Umformung teil. Durch Wegfall der zusätzlichen Verluste, die bei Anordnungen mit Hilfsentladungsstrecken usw. in diesen Hilfseinrichtungen auftreten, ist der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Anordnung sehr gut.A system according to the invention allows, in addition to the transfer of active power to deliver inductive reactive power in the AC or Drebstromnetz without any auxiliary discharge routes need to be used. Rather, lead all discharge paths main current, so take part directly in the intended transformation part. By eliminating the additional losses that with orders with auxiliary discharge paths etc. occur in these auxiliary equipment is the The efficiency of the arrangement according to the invention is very good.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar ein 2 mal 3phasiger Stromrichter mit Saugtransformator, ist in der Abb. i dargestellt. An den gefäßseitig 2 mal 3phasigen Transformator Tr mit den Phasenwicklungen R, S, T und R', S', T', der mit seiner anderen Seite an dem Drehstromnetz W liegt, sind die Anoden der Entladungsstrecken, 1R1, R2, Y Sie V52, VTi, VT2 !d v'Ri, VP ,2, v 'S1, V'S21 vYTi, v"T2 angeschlossen. An jeder Transformatorwicklung liegen also zwei gleichsinnig geschaltete Entladungsstrecken. Ihre Kathoden sind zu zwei Gruppen zusammengefaßt und mit den Belägen des Kondensators C verbunden. Dieser ist durch die Drosselspule L1 überbrückt, die mit ihrer Mittelanzapfung an den einen Pol des Gleich-Stromnetzes G angeschlossen ist. Der andere Pol des Gleichstromnetzes führt über den Saugtransformator L2 an die beiden stromrichterseitigen Sternpunkte des Transformators T r. An embodiment of the invention, namely a 2 times 3-phase converter with suction transformer, is shown in Fig. I. The anodes of the discharge paths, 1R1, R2, Y and V52 are connected to the vessel-side 2 x 3-phase transformer Tr with the phase windings R, S, T and R ', S', T ', the other side of which is connected to the three-phase network W , VTi, VT2! D v'Ri, VP, 2, v 'S1, V'S21 vYTi, v "T2 connected. There are two discharge paths connected in the same direction on each transformer winding Capacitor C. This is bridged by the choke coil L1, which is connected with its center tap to one pole of the direct current network G. The other pole of the direct current network leads via the suction transformer L2 to the two converter-side star points of the transformer T r.

Die Wirkungsweise der Anlage sei an Hand der Abb. 2 und 3 erläutert, die Strom-und Spannungsverläufe einer Anlage nach Abb. i zeigen; und zwar Abb. 2 für Glechrichterbetrieb. Es bedeuten UR, US, UT die Transformatorphasenspannungen einer Stromrichterhälfte; JRi und 1R2 die Ströme, die durch die Entladungsstrecken VR, und VR2 und damit durch die Transformatorwicklung R fließen (vgl. Abb. i). USpRl und USpR2 sind die Sperrspannungen, -die an den Entladungsstrecken VR, und VR, auftreten, gemessen zwischen deren Anoden und Kathoden.The mode of operation of the system is explained with reference to Figs. 2 and 3, which show the current and voltage curves of a system according to Fig. I; namely Fig. 2 for rectifier operation. UR, US, UT mean the transformer phase voltages of one half of the converter; JRi and 1R2 are the currents that flow through the discharge paths VR and VR2 and thus through the transformer winding R (see Fig. I). USpR1 and USpR2 are the reverse voltages that occur at the discharge paths VR and VR, measured between their anodes and cathodes.

Die Arbeitsweise ist nun folgende:: Jeder Transformatorphase ist wie bei der gewöhnlichen 2 mal 3phasigen Anordnung eine Arbeitsdauer von I2o° e1: zugeordnet. Diese Arbeitsdauer wird hier auf zwei:Entlädungs-Strecken verteilt, die nacheinander und unmittelbar aneinander anschließend arbeiten. Durch die Transformätorwicklung R, ebenso wie durch. jede der anderen Transformatorwicklungen; fließt also während I20° ein annähernd konstanter Strom, genau wie bei dem Gleichrichter üblicher Art, nur setzt sich dieser Strom aus zwei Teilströmen JR1 und JR2 zusammen (Abb. a), die in getrennten Stromzweigen zum gleichen Pol des Gleichstromnetzes gelängen. Durch diese Aufteilung wird erreicht; daß die erste Entladungsstrecke TJRi vor dem Phasenschnittpunkt, hier vor dem Schnittpunkt der Phasenspannungen UT und UR, gezündet werden kann. Der Zündzeitpunkt der Entladungsstrecke YRi liegt in Abb. 2 4o° vor dem Phasenschnittpunkt., 70° später wird VR." gezündet, VR, erlischt: In entsprechender Weise arbeiten die anderen Phasen. Die Zündzeitpunkte der Entladungsstrecken können in weiten Grenzen verändert werden.The working principle is now as follows: Each transformer phase is like with the usual 2 times 3-phase arrangement a working time of I2o ° e1: assigned. This working time is divided into two: Unloading routes, one after the other and work immediately after each other. Through the transformer winding R, as well as through. each of the other transformer windings; so flows during I20 ° an almost constant current, exactly as with the usual type of rectifier, only this stream is composed of two partial streams JR1 and JR2 (Fig.a), which come in separate branches to the same pole of the direct current network. Through this division is achieved; that the first discharge path TJRi before Phase intersection, here before the intersection of the phase voltages UT and UR, ignited can be. The ignition time of the discharge path YRi is shown in Fig. 2 40 ° the phase intersection., 70 ° later VR. "is ignited, VR, goes out: In the corresponding Wise the other phases work. The ignition times of the discharge paths can can be changed within wide limits.

Daß durch die Zündung eines Gleichrichters vor dem Phasenschnittpunkt eine Abgabe induktiver Blindleistung in das Wechsel- bzw: Drehstromnetz bzw. eine Aufnahme kapazitiver Blindleistung aus diesem erfolgen kann, ist bekannt. Alle Stromrichteranordnungen mit zwangweiser Strom-Löschung mittels Zusatzeinrichtungen benutzen diese Tatsache.That by the ignition of a rectifier before the phase intersection an output of inductive reactive power in the alternating or: three-phase network or a It is known that capacitive reactive power can be absorbed from this. All converter arrangements with compulsory power extinguishing by means of additional devices use this fact.

In entsprechender Weise arbeitet die Anordnung nach Abb. i auch. als Wechselrichter: Auch hier ist der Arbeitsbeginn jeder Phase in weiten Grenzen veränderbar und kann so" gewählt werden, daß die beabsichtigte Abgabe induktiver Blindleistung neben der Abgabe von Wirkleistung erfolgt. Abb.3 zeigt Strom- und Spannungsverläufe dieser Anlage im Wechselrichterbetreb. Die Bezugszeichen der Abb.3 stimmen mit denen der Abb.2 überein. Die Entladungsstrecke VR, wird 2o° nach dem für Wechselrichtung maßgebenden Phasenschnittpunkt gezündet; VR2 70° später: Auch hier beträgt die Arbeitsdauer jeder Phase izo°.The arrangement according to Fig. I also works in a corresponding manner. as Inverter: Here, too, the start of work in each phase can be changed within wide limits and can be selected so that the intended output of inductive reactive power takes place in addition to the delivery of active power. Fig.3 shows current and voltage curves of this system in the inverter operation. The reference numbers in Fig.3 agree with those corresponds to Fig. 2. The discharge distance VR becomes 2o ° after that for the reversing direction decisive phase intersection ignited; VR2 70 ° later: The working time is also here each phase izo °.

Irgendwelche wesentlichen Verluste treten durch die Verteilung jeder Arbeitsdauer auf zwei Entladungsstrecken und deren gegenseitige Ablösung nicht auf. Der Kondensator C dient nur zur Potentialsteuerung der Hauptelektroden der Entladungsstrecken.Any substantial losses occur through distributing everyone Working time on two discharge lines and their mutual replacement. The capacitor C is only used to control the potential of the main electrodes of the discharge paths.

Zweckmäßig wird man für eine Stromrichteranordnung gemäß der Erfindung nur einen Kondensator C verwenden; an dessen Beläge alle Stromrichtgefäße beispielsweise mit ihren Kathoden in der Weise angeschlossen sind, däß einander ablösende Entladungsstrecken einer Phase an ungleichen Belägen liegen. Es besteht aber auch die Möglichkeit; einzelnen Gruppen von Entladungsstrecken je einen Kondensator zuzuordnen. Die verschiedenen Kondensatoren können dann beispielsweise je mit einer Trenndrossel überbrückt werden, deren Mitten miteinander verbunden werden. Es kann auch der eine, allen i Entladungsstrecken zugeordnete Kondensator oder jeder der verschiedenen Gruppen von Entladungsstrecken zugeordneten Kondensatoren in seiner Größe, beispielsweise durch Zu- öder Abschaltung von Teilkondensatoren, i veränderbar sein, etwa um extreme Zündzeitpunkte oder besonders große Stromstärken in der Anlage zu erreichen.One becomes expedient for a converter arrangement according to the invention use only one capacitor C; all converter vessels on its surfaces, for example with their cathodes are connected in such a way that discharge paths that separate one another a phase of uneven surfaces. But there is also the possibility; assign a capacitor to individual groups of discharge paths. The different Capacitors can then, for example, be bridged with an isolating reactor, whose centers are connected to each other. It can also be the one, all i discharge paths associated capacitor or each of the various groups of discharge paths assigned capacitors in their size, for example by connecting or disconnecting them of partial capacitors, i can be changed, for example at extreme ignition times or especially to achieve high currents in the system.

Die Erfindung ist nun nicht auf die als Ausführungsbeispiel beschriebene ä mal 3pha- 1 sige Anordnung beschränkt, vielmehr kann der Grundsatz der Aufteilung der jeder Phase zugeordneten Arbeitsdauer auf zwei nacheinander arbeitende, gleichsinnig geschaltete Entladungsstrecken auch in vielen anderen Fällen und Anordnungen- mit Erfolg zur Anwendung kommen. So können nach diesem Prinzip auch Stromrichter anderer Phasenzahlen und Schaltarten aufgebaut werden. Es ist auch .ein Betrieb einer derartigen Anordnung als reiner Phasenschieber möglich. Man kann beispielsweise auch, insbesondere zur besseren Ausnutzung des Stromrichtertransformators, an dem gleichen Transformator zwei der beschriebenen Anordnungen gegenpolig anschließen und nach Art der Graetzschaltung mit einer zeitlichen Verschiebung von 18o° e1. gegeneinander betreiben.The invention is now not limited to that described as an exemplary embodiment A three-phase arrangement is limited, rather the principle of division of each phase assigned working time on two in a row working, unidirectional discharge paths also in many other cases and arrangements - come into effect with success. So can according to this principle converters with other numbers of phases and switching types can also be set up. It is An operation of such an arrangement as a pure phase shifter is also possible. One can, for example, also, in particular for better utilization of the converter transformer, Connect two of the described arrangements with opposite polarity to the same transformer and like the Graetz circuit with a time shift of 180 ° e1. operate against each other.

Aus dem beschriebenen Ausführungs-Beispiel der Erfindung geht hervor, daß man die Anordnung oft so treffen kann, daß mehrere Entladungsstrecken das gleiche Kathodenpotential besitzen. Es besteht demnach die Möglichkeit, jeweils mehrere Entladungsstrecken zu . einem mehranodigen Stromrichtergefäß zusammenzufassen.From the described embodiment of the invention, it can be seen that that you can often make the arrangement so that several discharge paths the same Have cathode potential. There is therefore the possibility of several Discharge routes to. to summarize a multi-anode converter vessel.

Bei der Verstellung der Zündzeitpunkte der Entladungsstrecken etwa zum Zwecke der Leistungsregelung und/oder der Leistungsfaktorregelung wird es häufig zweckmäßig sein, die Zündzeitpunkte aller Entladungsstrecken gleichzeitig in geeignetem Maße, im einfachsten Falle um gleiche Beträge, zu verstellen. Man wird aus diesem Grund häufig eine entsprechende Kupplung der Einrichtungen, die diese Zündzeitpunkteinstellung vornehmen, beispielsweise der Zünddrehregler, vorsehen. Um aber auch eine getrennte Verstellung der Zündzeitpunkte einzelner Entladungsstrecken oder Gruppen von Entladungsstrecken zu ermöglichen, wird es oft zweckmäßig sein, diese Kupplung lösbar auszuführen.When adjusting the ignition times of the discharge paths, for example for the purpose of power control and / or power factor control, it becomes common be expedient, the ignition times of all discharge paths at the same time in a suitable Adjust the dimensions, in the simplest case by the same amount. One becomes out of this The reason is often a corresponding coupling of the devices that this ignition timing make, for example, provide the ignition knob. But also a separate one Adjustment of the ignition times of individual discharge paths or groups of discharge paths to enable, it will often be expedient to make this coupling releasable.

Um die Verwendung von Stromrichtgefäßen gleicher Typenleistung zu ermöglichen bzw. um die verwendeten Stromrichtgefäße annähernd gleichmäßig zu belasten und damit eine gute Ausnutzung dieser Einrichtungen zu erreichen, wird man bestrebt sein, die Brenndauer der Entladungsstrecken betriebsmäßig annähernd oder genau gleichzumachen. Wenn eine dauernd gleiche Brenndauer aller Entladungsstrecken betriebsmäßig möglich ist, wird man zu ihrer Steuerung bzw. Zündung nur eine einzige Steuer-bzw. Zündeinrichtung vorsehen, bei deren Verstellung dann die Zündzeitpunkte aller Entladungsstrecken verändert werden. Diese Einrichtung wird dann den Vorteil besonderer Einfachheit aufweisen.In order to allow the use of converter vessels of the same type power enable or to load the converter vessels used almost evenly and thus to achieve a good utilization of these facilities, one strives be to make the burning time of the discharge paths operationally approximately or exactly the same. If a permanently identical burning time of all discharge paths is operationally possible is, you will control or ignition only a single control or. Ignition device provide, when they are adjusted, then the ignition times of all discharge paths to be changed. This facility will then have the advantage of particular simplicity exhibit.

Um eine weitgehende Regelung von Leistung undloder Leistungsfaktor zu ermöglichen, wird man zweckmäßig eine Veränderung des Verhältnisses der Spannungen vor und hinter dem Stromrichter vorsehen. Das kann beispielsweise durch Anzapfungen am Stromrichtertransformator bewirkt werden.To an extensive regulation of power and / or power factor To make it possible, one will expediently change the ratio of the tensions Provide in front of and behind the converter. This can be done, for example, through taps be effected on the converter transformer.

Zur Erleicherung der Inbetriebnahme von Anlagen gemäß der Erfindung wird es in manchen Fällen zweckmäßig sein, hierzu die Zündzeitpunkte aller Entladungsstrecken oder einzelner Gruppen von Entladungsstrecken und/oder das Verhältnis der Spannungen vor und hinter dem Stromrichter so zu verändern, daß eine Zwangskommutierung nicht erforderlich ist.To facilitate the commissioning of systems according to the invention In some cases it will be useful to determine the ignition times of all discharge paths or individual groups of discharge paths and / or the ratio of the voltages to be changed in front of and behind the converter so that a forced commutation is not is required.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Reactive power converter without auxiliary discharge sections, characterized in that two discharge paths at each transformer phase, especially vapor or gas discharge paths, with the same electrodes (e.g. the anodes) are connected, the other electrodes of which via a commutation device, for example a capacitor bridged by a choke coil, with each other are 'connected' and the direct current network on the one hand to the center of this Choke coil, on the other hand, is connected to the transformer neutral point, and that the working time assigned to a transformer phase, for example 1200 e1., is distributed approximately evenly over the two associated discharge paths, who work directly next to each other. z. Multi-phase converter according to Claim i, characterized in that only a single capacitor is provided is on whose coverings the main electrodes that are not directly connected to one another of all converter vessels are connected in such a way that discharge paths that replace one another be on different surfaces in one phase (Fig. i). 3. Converter according to claim i, characterized in that a plurality of capacitors are provided which are connected via switches and / or interlinking devices, for example choke coils, with one another Connected. q .. converter according to claim i or the following, characterized characterized in that two groups of discharge paths are connected to the same transformer Are connected with opposite polarity, for example with a mutual temporal Shift of 18o ° e1. operate. 5. Converter according to claim i. Or the following, characterized in that discharge paths with the same Cathode potential are combined to form a multi-anode converter vessel. 6. Converter after Claim i or the following, - characterized in that the devices for Adjustment of the ignition timing of the discharge sections for the purpose of performance "and / or Power factor control permanently or temporarily coupled with one another in a suitable manner are, so that a common adjustment of the ignition times of all discharge paths and possibly also a separate adjustment of the individual ignition times Discharge paths or groups of discharge paths is possible. 7. Power converter according to claim r or the following, characterized in that the devices designed in such a way for the ignition or setting of the ignition times of the discharge paths are that the burning time of all discharge paths is the same and that the ignition times can only be adjusted together. Ä. Converter according to claim i or the following, characterized in that for the purpose of regulating the power and / or the power factor the ratio of the voltages upstream and downstream of the converter, for example by Taps on the converter transformer, is changeable. G. Converter according to Claim i or the following, characterized in that for commissioning the Plant the ignition times of one or more groups of discharge paths in this way can be set and / or the ratio of the voltages upstream and downstream of the converter is changed in such a way that forced commutation is not required.