DE707819C

DE707819C - Conversion device for energy transmission between two constant voltage direct current networks

Info

Publication number: DE707819C
Application number: DEA86234D
Authority: DE
Inventors: Carl C Herskind
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1937-03-20
Filing date: 1938-03-22
Publication date: 1941-07-04

Description

Umformungseinrichtung zur Energieübertragung zwischen zwei Konstantspannungsgleichstromnetzen Es hat sich bei Umformungseinrichtungen zur Energieübertragung zwischen Gleichstromkreisen bisher schon als vorteilhaft erwiesen, wenn der in dem Transformator und den Entladungsstrecken dieser Einrichtung pulsierend fließende Strom rechteckige Kurvenform besaß. Eine solche rechteckige Kurvenform läßt sich durch Unterbrechung des dem Gleichstromnetz entnommenen kontinuierlichen Gleichstromes mit Hilfe von gesteuerten Entladungsstrecken erzeugen. Dabei ist zu beachten, daß der im Gleichstromkreis fließende Strom konstant bleibt, damit keine Oberwellen entstehen. Dies läßt sich am besten dadurch erreichen, daß für die Entladungsstrecken eine Kommutierungsspannungsquelle und für den Haupttransformator eine den Magnetisierungsstrom liefernde Stromquelle vorgesehen wird.Conversion device for energy transfer between two constant voltage direct current networks It has been used in converting devices for transferring energy between DC circuits So far already proven to be advantageous if the one in the transformer and the discharge paths this device had a pulsating current with a rectangular waveform. One Such a rectangular waveform can be obtained by interrupting the direct current network drawn continuous direct current with the help of controlled discharge paths produce. It should be noted that the current flowing in the direct current circuit is constant remains so that no harmonics arise. This can best be achieved by that a commutation voltage source for the discharge paths and for the main transformer a current source supplying the magnetizing current is provided.

Die Erfindung betrifft eine Umformungseinrichtung zur Energieübertragung zwischen zwei Konstantspannungsgleichstromnetzen, die über einen ein- oder mehrphasigen Transformator miteinander gekoppelt sind.The invention relates to a conversion device for energy transmission between two constant voltage direct current networks that have a single or multi-phase Transformer are coupled together.

Nach der Erfindung sind jeder Phase des aus dem primären Gleichstrom erzeugten Wechselstromes drei Induktionswicklungsgruppen zugeordnet, von denen die erste und die zweite Gruppe jeweils einen .der beiden Gleichstromkreise über entsprechende steuerbare Entladungsstrecken überbrücken, wobei für die Kommutierung der Entladungsstrecken besondere Einrichtungen zur Erzeugung von Kommutierungsspannungen vorgesehen sind, und von denen die dritte Gruppe, deren Wicklungen Energie speichernde Mittel parallel liegen, mit den entsprechenden Induktions- wicklungen der anderen Phasen einen in si geschlossenen, in Dreieck geschalteten Str kreis bildet. Die vorliegende Erfindung beschrei demnach Umformungseinrichtungen zwischen zwei Konstantspannungsgleichstromkreisen, in denen verschiedene Nachteile bisher bekannter Anordnungen vermieden sind. Insbesondere werden ruhende Energiequellen für die Kommutierungsspannungen der Entladungsstrecken sowie für den Magnetisierungsstrom des Haupttransformators benutzt.According to the invention, three induction winding groups are assigned to each phase of the alternating current generated from the primary direct current, of which the first and second groups each bridge one of the two direct current circuits via corresponding controllable discharge paths, with special devices for generating commutation voltages being provided for commutating the discharge paths and of which the third group, the windings of which are energy-storing means are parallel, with the corresponding induction windings of the other phases one in si closed, triangular-connected Str forms a circle. The present invention describes accordingly conversion devices between two constant voltage DC circuits, in which various disadvantages of previously known arrangements are avoided. In particular, stationary energy sources are used for the commutation voltages of the discharge paths and for the magnetization current of the main transformer.

Der Erfindungsgegenstand und seine Wirkungsweise sei an Hand der Abbildungen näher erläutert. Die Abb. i, 2, 3 und 4 stellen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, während die Charakteristiken der Abb. 5 die Wirkungsweise der Anordnungen veranschaulichen sollen. In Abb.6 wird der spezielle Aufbau der verschiedenen in der Abb. i verwendeten Transformatoren und Transformatorkernanor dnungen gezeigt.The subject of the invention and its mode of operation are based on the illustrations explained in more detail. Figs. I, 2, 3 and 4 represent different embodiments of the invention, while the characteristics of Fig. 5 illustrate the operation of the Arrangements are intended to illustrate. The special structure of the various The transformers and transformer core assemblies used in Fig. i are shown.

Die in der Abb. i dargestellte Umformungseinrichtung dient zur Energieübertragung zwischen dem Gleichstromkreis i o und dem Gleichstromkreis i i, die beide eine Konstantspannungscharakteristik besitzen. Zur Umformung selbst wird, abgesehen von den erforderlichen Entladungsstrecken, ein mehrphasiger Transformator 12 mit den Schenkeln 13, 14 und 15 benutzt, von denen jeder mit .zwei Primärwicklungen, zwei Sekundärwicklungen und einer Tertiärwicklung versehen ist. Demgemäß ist der Transformatorschenkel 13 mit den Primärwicklungen 16, 17, den Sekundärwicklungen 18, i9 und der Tertiärwicklung 2o versehen. Die beiden anderen Schenkel besitzen die Primärwicklungen 21, 22 und 26, 27. Die Umformungseinrichtung enthält außerdem die beiden Drosseln 31 und 32, die von gestrichelten Linien umrandet sind. Die Anzahl der Drosselkerne ist hierbei gleich der Anzahl der Magnetschenkel des Haupttransformators.The conversion device shown in Fig. I is used to transfer energy between the DC circuit i o and the DC circuit i i, both of which have constant voltage characteristics own. For the forming itself, apart from the required discharge distances, a polyphase transformer 12 with legs 13, 14 and 15 used, of which each with two primary windings, two secondary windings and one tertiary winding is provided. Accordingly, the transformer leg 13 is with the primary windings 16, 17, the secondary windings 18, i9 and the tertiary winding 2o. The two the other legs have the primary windings 21, 22 and 26, 27. The conversion device also contains the two chokes 31 and 32, which are surrounded by dashed lines are. The number of choke cores is equal to the number of magnet legs of the main transformer.

Jeder Kern der Drosselanordnungen 31 und 32 ist mit einer der Wicklungen 33 bis 38 versehen, denen die entsprechenden Encrgiespeieher bzw. Kondensatoren 39 bis 44 parallel geschaltet sind. Hierbei sind die einzelnen Wicklungen der Drosselanordnung 31 jeweils mit einem ihrer Enden untereinander und über einen Teil der Zwischendrossel 46 -und die Drossel 45 mit dem Gleichstromkreis io verbunden. In gleicher Weise stehen die Wicklungen der Drosselanordnung 32 mit jeweils einem ihrer Enden untereinander und über den anderen Teil der Zwischendrossel 46 und die Drossel 45 mit der gleichen Seite des Gleichstromnetzes io in Verbindung. Die übrigen Enden dieser Drosselwicklungen . führen über jeweils eine Primärwicklung des ansformators 12 und eine entsprechende ge- - erte Entladungsstrecke nach der anderen cumw e des Gleichstromkreises i o. Demgegen- klzr r stehen die Sekundärwicklungen 18, i g, 'ä3, 24, 28 und 29 des Transformators 12 mit jeweils einem ihrer Enden mit der einen Seite des Gleichstromkreises i i und über die Entladungsstrecken 53 bis 58 mit der anderen Seite des Gleichstromkreises i i in Verbindung. Die in' Dreieck geschalteten Tertiärwicklungen 2o, 25 und 3o, denen die Kapazitäten 59, 6o und 61 parallel liegen, bilden einen geschlossenen Stromkreis. Die in der Umformungseinrichtung verwendeten Entladungsstrecken sind im vorliegenden Fall mit getrennten Anoden, Kathoden und Steuergittern versehen. Man kann jedoch beliebige Arten von steuerbaren und zweckmäßigerweise mit Dampf oder Gas gefüllten Entladungsstrecken verwenden. An Stelle der beiden Gruppen von Entladungsstrecken 47 bis 52 und 53 bis 58 kann aber auch jeweils ein einziges Entladungsgefäß mit mehreren Anoden und nur einer Kathode treten. Die Steuerspannungen für die Entladungsstrecken 47 bis 52 werden einem Wechselstromnetz 62 über einen Transformator mit den Primärwicklungen 63 und den Sekundärwicklungen 64 entnommen. Dabei sind zwischen den Kathoden und den Gittern die üblichen strombegrenzenden Widerstände vorgesehen. Im Falle einer nur in einer Richtung stattfindenden Energieübertragung, z. B. vom Gleichstromnetz i o nach dem Gleichstromkreis i i, sind die Steuergitter in den Entladungsstrecken 53 bis 58 überflüssig, d. h. es sind in den Entladungsstrecken jeweils nur zwei Elektroden erforderlich. Sind jedoch Steuerelektroden vorhanden, so stehen diese über strombegrenzende Widerstände und über die Gittervorspannungsquelle 65 mit den entsprechenden Kathoden in Verbindung. Soll die Energieübertragung in beliebiger Richtung stattfinden, so wird die Vorspannungsquelle 65 durch einen Transformator mit den Wicklungen 63 und 64 ersetzt, damit auch die vom Gleich- i Stromnetz i i nach dem Gleichstromnetz i o erfolgende Energieübertragung gesteuert , werden kann.Each core of the choke arrangements 31 and 32 is provided with one of the windings 33 to 38, to which the corresponding energy storage devices or capacitors 39 to 44 are connected in parallel. The individual windings of the choke arrangement 31 are each connected with one of their ends to one another and via part of the intermediate choke 46 and the choke 45 to the direct current circuit io. In the same way, the windings of the choke arrangement 32 each have one of their ends connected to one another and via the other part of the intermediate choke 46 and the choke 45 to the same side of the direct current network io. The remaining ends of these inductor windings. each lead via a primary winding of the ansformators 12 and a corresponding - first discharge path after the other cumw e of the direct current circuit i o. klzr r are the secondary windings 18, ig, 'ä3, 24, 28 and 29 of the transformer 12, each with one of its ends connected to one side of the direct current circuit ii and via the discharge paths 53 to 58 with the other side of the direct current circuit ii. The tertiary windings 2o, 25 and 3o connected in a triangle, to which the capacitances 59, 6o and 61 are parallel, form a closed circuit. In the present case, the discharge paths used in the conversion device are provided with separate anodes, cathodes and control grids. However, any types of controllable and expediently filled with steam or gas discharge paths can be used. Instead of the two groups of discharge paths 47 to 52 and 53 to 58, a single discharge vessel with several anodes and only one cathode can also be used. The control voltages for the discharge paths 47 to 52 are taken from an alternating current network 62 via a transformer with the primary windings 63 and the secondary windings 64. The usual current-limiting resistors are provided between the cathodes and the grids. In the case of a one-way energy transfer, e.g. B. from the direct current network io to the direct current circuit ii, the control grids in the discharge paths 53 to 58 are superfluous, that is, only two electrodes are required in each of the discharge paths. However, if control electrodes are present, they are connected to the corresponding cathodes via current-limiting resistors and via the grid bias voltage source 65. If the energy transfer is to take place in any direction, the bias voltage source 65 is replaced by a transformer with windings 63 and 64, so that the energy transfer taking place from the direct current network ii to the direct current network io can also be controlled.

Die Drosselkernanordnungen 31 und 32 bilden mit ihren Induktionswicklungen und den diesen parallel geschalteten Kapazitäten ruhende Energiequellen, die an die Entladungsstrecken 47 bis 52 Kommutierungs-Spannungen liefern und damit eine Umformung des dem Stromkreis i o entnommenen Gleichstroms in rechteckförmige Stromimpulse bewirken. Die Entladungsstrecken 53 bis 58 arbeiten hierbei nur als gewöhnliche Gleichrichter. Wenn der Transformator 12 in Betrieb ist, speichern die Kondensatoren 59, 6o und 61 zunächst Energie, um diese in der daratiffol.genden Arbeitsperiode in die Wicklungen 20, 25 und, 30 zu entladen, wobei sie einen Magnetisierungsstrom an den Trans= formator liefern und damit die Erzeugung rechteckförmiger Stromimpulse ermöglichen. Die weitere Wirkungsweise Läßt sich den Kurven der Abb. 5 entnehmen. So zeigt z. B. die Abb. 5 a die Form und die Phasenbeziehungen der Ströme, die von den Entladungsstrecken 47 bis 52 übertragen werden. In der Zeichnung sind die Stromimpulse der verschiedenen Entladungsstrecken mit den diesen entsprechenden Bezifferungen versehen. Die in der Abb. 5 b gezeigten Kurven stellen die von den Entladungsstrecken 53 bis 58 übertragenen Ströme dar.The inductor core assemblies 31 and 32 form with their induction windings and the energy sources connected in parallel to these capacities the discharge paths 47 to 52 supply commutation voltages and thus a Conversion of the direct current taken from the circuit i o into square-wave current pulses cause. The discharge paths 53 to 58 only work here than ordinary rectifiers. If the transformer 12 is operating, save the capacitors 59, 6o and 61 first of all energy to this in the daratiffol.gend Working period to discharge into the windings 20, 25 and, 30, creating a magnetizing current to the transformer and thus the generation of square-wave current pulses enable. The further mode of operation can be seen from the curves in Fig. 5. So shows z. B. Fig. 5 a the shape and the phase relationships of the currents that of the discharge paths 47 to 52 are transmitted. In the drawing are the current pulses of the different discharge paths with the corresponding numbers Mistake. The curves shown in Fig. 5b represent those of the discharge paths 53 to 58 streams transmitted.

Der theoretische Verlauf der- an den verschiedenen Wicklungen der Transformatorschenkel 13, 14 und 15 auftretenden Spannungen ergibt sich aus der Abb. 5c, während der wirkliche Verlauf dieser Spannungen, insbesondere nach der Magnetisierung des Transformators durch die Tertiärwickl,ung, der Abb. 5 e zu entnehmen ist. Die Beziehungen des Verlaufs der von den Kondensatoren, der Drosselkernanordnungen 3 i und 32 gelieferten Ströme und Spannungen ergeben sich a;us der Abb. 5d, wobei die Kondensatorströme mit J und die Spannungen mit E bezeichnet sind.The theoretical course of the voltages occurring on the various windings of the transformer legs 13, 14 and 15 is shown in Fig. 5c, while the actual course of these voltages, especially after the magnetization of the transformer by the tertiary winding, is shown in Fig. 5e can be found. The relationships of the course of the currents and voltages supplied by the capacitors, the choke core arrangements 3 i and 32 result from FIG. 5d, the capacitor currents being denoted by J and the voltages by E.

Wie die verschiedenen in Abb. i dargestellten Induktionswicklungen im einzelnen -. angeordnet sind, läßt sich der Abb.6 entnehmen, in der die einzelnen Teile der Transformatorkerne und die einzelnen Induktionswicklungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. 46' sind die Wicklungen der Drossel 46.Like the various induction windings shown in Fig in detail -. are arranged, can be seen in Fig.6, in which the individual Parts of the transformer cores and the individual induction windings with the same Reference numerals are provided. 46 'are the windings of the choke 46.

In dem in der Abb. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel arbeiten die einzelnen mit denselben Bezugszeichen versehenen Elemente in der gleichen Weise wie in Abb. i. Die ganze Anordnung - unterscheidet sich von der der Abb. i lediglich darin, daß die Kommutierungsspannungen für die einzelnen Entladungsstrecken 47 bis 5z nur von einer einzigen Drosselkernanordnung 67 mit den Wicklungen 68, 69 und 70 und den entsprechenden Kondensatoren 7 i bis 73 geliefert werden. Außerdem arbeitet die Kommutierungsanordnung mit der doppelten Frequenz wie in der Abb. i. Die Kurven in Abb. 5d haben daher dieselbe Form, gelten aber nur für 18o° und wiederholen sich in den därauffolgenden i 8o' in der gleichen Weise.In the embodiment shown in Fig. 2, the individual elements provided with the same reference numerals operate in the same way as in Fig. I. The whole assembly - differs from that of Figure i only in that the commutation voltages for the individual discharge paths 47 to 5z only be supplied by a single reactor core assembly 67 with the windings 68, 69 and 70 and the corresponding capacitors 7 i to 73.. In addition, the commutation arrangement works with twice the frequency as in Fig. I. The curves in Fig. 5d therefore have the same shape, but only apply to 180 ° and are repeated in the same way in the subsequent i 8o '.

Die Anordnung der- Abb. 3 verwendet eine Magnetkernanordnung 74, die der Kernanordnung 67 in der Abb. 2 entspricht, wobei jeder Magnetschenkel mit einer zusätzlichen Induktionswicklung versehen ist. Jede der Induktionswicklungen -ist mit einer besonderen Pri-.m_rwicklung dis Transformators 12 verbunden. So ist z. B. die Induktionswicklung 68' .t der Transformatorwicklung 16 und die Induktionswicklung 75; die auf demselben Schenkel des Transformatorkernes wie die Induktionswicklung 68' liegt, mit der Primärwicklung 17 verbunden.. Die auf den beiden anderen Schenkeln liegenden Induktionswicklungen haben die Zeichen 76, 77. In dieser Anordnung arbeiten die Energiespeicherkreise mit den Induktionswicklungen 68', 69' und 70'-und den dazugehörigen Kondensatoren 7i', 72' und 73' mit der gleichen Frequenz wie die entsprechenden Energiespeicherkreise der Transformatorkernanordnungen 67 der Abb. 2. Während eines Teiles der Arbeitsperiode der 'Entladungsstrecken 47 und 48 liefert die in diesem Kreis aufgespeicherte Energie eine Kommutierungsspannung direkt an die Entladungsstrecke 47, während die Kommutierungsspannung der Entladungsstrecke 48 in der darauffolgenden Arbeitsperiode durch die magnetische Kopplung zwischen den Wicklungen 68' und 75 zugeführt wird. Die übrigen Bezuszeichen der Abb.3 entsprechen denen der' Abb. i und 2.The arrangement of FIG. 3 uses a magnetic core assembly 74 which corresponds to the core assembly 67 in Fig. 2, each magnet leg with a additional induction winding is provided. Each of the induction coils -is connected to a special primary winding dis transformer 12. So is z. B. the induction winding 68 '.t of the transformer winding 16 and the induction winding 75; those on the same leg of the transformer core as the induction winding 68 'is connected to the primary winding 17 .. The one on the other two legs lying induction windings have the characters 76, 77. Work in this arrangement the energy storage circuits with the induction windings 68 ', 69' and 70'-and the associated capacitors 7i ', 72' and 73 'with the same frequency as the corresponding ones Energy storage circuits of the transformer core assemblies 67 of Fig. 2. During a Part of the working period of the 'discharge paths 47 and 48 delivers in this Circle stored energy a commutation voltage directly to the discharge path 47, while the commutation voltage of the discharge path 48 in the following Working period due to the magnetic coupling between windings 68 'and 75 is fed. The other designations in Fig.3 correspond to those in Fig. I and 2.

In der Anordnung gemäß Abb.4 ist die Transformatorkernanordnüng, die die Kommutierungsspannungsquelle für die verschiedenen Entladungsstrecken bildet, als dreischenkliger Transformatorkern 78 ausgebildet, wobei jeder Kern mit vier Wicklungen, nämlich je einer der Wicklungen 79 bis 8 i, 88 bis 9o und 9i bis 93, versehen ist, *von denen jeweils eine zum Zwecke der Energiespeicherung mit einem parallel geschalteten Kondensator versehen ist. So liegen z. B. zu den Wicklungen 79 bis 81 die Kapazitäten 82 bis 84 parallel. In dieser Anordnung arbeiten die Energiespeicherkreise mit der doppelten Frequenz wie in Abb. 3. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Wirkungsweise der in der Abb.4 dargestellten Anordnung die gleiche ist wie in den Anordnungen der übrigen Abbildungen. Dabei hat jedoch diese Anordnung den Vorteil, daß sich die Energieübertragung zwischen den beiden Gleichstromnetzen io und i i in beliebiger Richtung vornehmen läßt, da jede der Wicklungen d:es ;Haupttransformators 12 mit jeweils einer .der Wicklungen der Drosselkernanordnung 87 verbunden ist.In the arrangement according to Fig. 4, the transformer core arrangement is the forms the commutation voltage source for the various discharge paths, designed as a three-legged transformer core 78, each core with four Windings, namely one of the windings 79 to 8 i, 88 to 9o and 9i to 93, is provided, * of which each one for the purpose of energy storage with a parallel capacitor is provided. So lie z. B. to the windings 79 to 81 the capacities 82 to 84 in parallel. The energy storage circuits work in this arrangement with twice the frequency as in Fig. 3. It is readily apparent that the mode of operation of the arrangement shown in Fig. 4 is the same as in the arrangements of the other figures. However, this arrangement has the advantage that the energy transfer between the two direct current networks io and i i can be made in any direction, since each of the windings d: es; main transformer 12 is connected to one of the windings of the inductor core arrangement 87.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Conversion device for energy transfer between two constant voltage direct current networks, which have a one or polyphase transformers are coupled together, characterized in that three induction coil groups for each phase of the alternating current generated from the primary direct current are assigned, of which the first and the second group each one of the two Bridge direct current circuits via appropriate controllable discharge paths, special devices for generating the commutation of the discharge paths of commutation voltages are provided, and of which the third group, whose Windings energy-storing means lie in parallel with the corresponding induction windings the other phases form a self-contained circuit connected in a delta forms.

2. Arrangement according to claim t, characterized in that the commutation voltages supplying devices from one of the number of phases of the main transformer Number of induction windings with capacitances connected in parallel exist.