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Anordnung zur Beseitigung der Spannungsabfälle in Umrichteranlagen
Zur Kupplung zweier Netze verschiedener Frequenz verwendet man bekanntlich steuerbare
Gas- oder Dampfentladungsstrecken, insbesondere gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsgefäße
(Umrichter). Z. B. ist es bekannt, ein Drehstromnetz von 5o Perioden über gesteuerte
Umrichter mit einem Einphasennetz von 162/s Perioden zu verbinden. Die einzelnen
Entladungsstrecken werden z. B. durch Gittersteuerung beeinflußt, und zwar wird
dazu als Steuerspannung die Spannung des 5operiodigen Netzes und die des 162/speriodigen
Netzes in der Weise verwendet, daß die abgegebene Spannung von 162/s Perioden annähernd
sinusförmig wird. In dem die Kommutierung bestimmenden Netz, im vorliegenden Falle
also dem 5operiodigen Drehstromnetz; treten nun in bekannter Weise induktive Spannungsabfälle
auf, die gleich sind der Induktivität des Netzes mal der Änderung des Stromes in
der Zeiteinheit. Außer diesem induktiven Spannungsabfall tritt aber im Drehstromnetz
noch ein %veiterer Spannungsabfall auf, welcher durch die Kornmutierung, also durch
den Stromübergang von einer Anode auf die nächste bedingt ist. Dieser Spannungsabfall
ist mit dem Strom phasengleich und dieseln proportional. Man kann ihn sich also
vorstellen als das Produkt eines gedachten Kommutierungs-Widerstandes mit dein Strom,
wobei sich der Kommutierungswiderstand aus den Netzverhältnissen unter Berücksichtigung
der Kommutierungsvorgänge ergibt und z. B. durch Messung bestimmt werden kann.
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Diese Spannungsabfälle, die in dein die Kommutierung bestimmenden
Netz auftreten, sollen durch die Erfindung vermieden werden. Die Erfindung betrifft
dementsprechend eine Anordnung zur Beseitigung des Einflusses der beim Umrichterbetrieb
hervorgerufenen störfrequenten Spannungsabfälle des den Umrichter speisenden und
seine Kommutierung bestimmenden Netzes auf die vom Umrichter übertragene Leistung.
Erfindungsgemäß setzt sich bei einer solchen Anordnung die Steuerspannung der Umrichterentladungsstrecken
aus Komponenten von der Grundfrequenz und von Frequenzen der störenden Spannungsabfälle
des Netzes im gleichen Verhältnis zusammen wie die frequenzentsprechenden Spannungen
in diesem Netz selbst. Die Steuerspannung der Umrichterentladungsstrecken enthält
somit außer der Grundwelle der Spannung des die Komrnutierung bestimmenden Netzes
noch die infolge der Umrichterbelastung in diesem Netz auftretenden Spannungen fremder
Frequenz, nicht aber die sonst in diesem Netz durch andere Verbraucher bedingten
betriebsfremden
Frequenzen. Die durch die Umrichtung bedingten fremden
Frequenzen sind in dem angenommenen Beispiel einer Umrichteranlage, welche ein 5operiodiges
Drehstromnetz mit einem 162/speriodigen Einphasennetz verbindet, Spannungen von
der Periodenzahl 16-/,3 und 831/3. Außer diesen Frequenzen treten noch die Frequenzen
von 331/3 und 66z3 auf, die jedoch von geringerer Bedeutung sind, so daß es im allgemeinen
genügt, als Steuerspannung die Spannung des Drehstromnetzes in der Weise zu verwenden,
daß alle störenden Frequenzen herausfallen und auf den Steuerkreis nur die Spannung
der Grundfrequenz des Netzes und die in diesem Netz auftretenden Spannungen von
16'=/s und 831/g einwirken.
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Bezeichnet man allgemein mit fd die Frequenz des Drehstromnetzes und
mit f, die Frequenz des Einphasennetzes, so muß man aus der Spannung des Drehstromnetzes
Spannungen der folgenden Frequenzen zur Bildung der Steuerspannung entnehmen: fd,
fd-2fe, fd-- fei fd+feund fd+2fe. Eine Spannung, welche diese Frequenzen enthält,
kann man z. B. in der Weise dem Drehstromnetz entnehmen, daß man Reihenresonanzkreise,
die auf die verschiedenen Frequenzen abgestimmt sind, zwischen den Anschlußpunkt
der Umrichteranlage an das Drehstromnetz und den Gitterspannungstransformator anschließt.
Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, daß, wenn man auf diese Weise die Steuerspannung
dem Drehstromnetz entnimmt, die Spannungsabfälle im Drehstromnetz ausgeglichen werden,
und zwar unabhängig vom Schaltzustand des Drehstromnetzes, oder, mit anderen Worten,
ganz gleichgültig, wie groß auch die Induletivität des Drehstromnetzes ist, die
Spannungsabfälle sind stets ausgeglichen. Wesentlich für die Erfindung ist also,
daß die Steuerspannung dein Drehstromnetz über solche Einrichtungen entnommen wird,
daß die im Drehstromnetz enthaltene Grundwellenspannung und die durch den Umrichterbetrieb
entstehenden Spannungen fremder Frequenzen als Steuerspannung wirksam werden.
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Es sei darauf hingewiesen, daß es bekannt ist, bei einem Stromrichter
zwischen das Wechselstromnetz, an das der Stromrichter, beispielsweise ein Gleichrichter,
angeschlossen ist, und die Steuerelektroden Hilfskreise in Form von Induktivitäten
und Kondensatoren zu schalten, um die aus dein Wechselstromiletz zu entnehmende
Steuerspannung zu glätten. Es soll dadurch verhindert werden, daß Oberwellen, welche
sich in dem Wechselstromnetz des zu steuernden Stromrichters befinden, auf den Steuerkreis
des Stromrichters übertragen werden. Die Steuerspannung wird hier also nicht wie
bei der Erfindung aus mehreren Frequenzen in der den Gegenstand der Erfindung bildenden
speziellen Art zusammengesetzt.
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' Es sind ferner an sich Mittel bekannt, um die Steuerspannung bei
einem Umrichter aus Steuerspannungskomponenten verschiedener Frequenz zusammenzusetzen
und diese Komponenten verschiedener Frequenz ein und demselben Wechselstromnetz
zu entnehmen. Bekannte Steuerschaltungen dieser Art verwenden nicht das für die
Erfindung wesentliche Gesetz, nach dem die den Steuerelektroden zugeführte Steuerspannung
aus verschiedenen Komponenten zusammengesetzt wird, um den Einfluß der beim Umrichterbetrieb
hervorgerufenen störfrequenten Spannungsabfälle des den Umrichter speisenden und
seine Kommutierung bestimmenden Netzes auf die vom Umrichter übertragene Leistung
zu beseitigen.
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Die Zeichnung zeigt verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Fig. i zeigt schematisch die Kupplung eines 5operiodigen Drehstromnetzes
i mit einem Einphasennetz 2 über gesteuerte Entladungsstrecken 3. Diese sind einerseits
mit dem Drehstromnetz über den Transformator q., andererseits mit dem Einphasennetz
2 über den Transformator 5 verbunden. Auf das Gitter der Entladungsstrecken wirkt
eine Steuerspannung, welche der Sekundärwicklung des Gittertransformators 8 entnommen
wird. Die Primärwicklung dieses Transformators ist über einen weiteren Transformator
7 zur Einstellung der Phasenlage an das Drehstromnetz angeschlossen. Außerdem wird
dem Gittertransformator über den Transformator 9 und den Regler 14. eine Spannung
des 16-/3periodigen Netzes zugeführt, um eine sinusförmige Spannung zu erhalten.
Es ist also im Ausführungsbeispiel ein Umrichter gezeichnet, der als sogenannter
Steuerumrichter bekannt ist. Um aus der am Anschlußpunkt des Umrichters herrschenden
Spannung des 5operiodigen Netzes die zur Kompensierung der Spannungsabfälle erforderliche
Steuerspannung zu erhalten, sind zwischen der Sekundärwicklung des Transformators
7 und der Primärwicklung des Gittertransformators 8 Reihenschwingungskreise to,
i i und 12 angeschlossen, von denen der erste auf die Grundfrequenz des Netzes i,
der zweite auf die Frequenz voll 16213 und der dritte auf die Frequenz von 8313
abgestimmt ist. Will man noch eine genauere Kompensierung erreichen, so kann man,
wie bereits erwähnt, noch mehr Schwingungskreise vorsehen, die dann im Falle des
gewählten
Ausführungsbeispieles auf die Frequenzen 331/3 und 6623 abgestimmt werden. Man erreicht
durch die Anwendung dieser Reihenresonanzkreise, daß die vom Drehstromnetz her bezogene
Steuerspannung außer der Grundwelle nur noch die durch den Umrichterbetrieb hervorgerufenen
Spannungen der fremden Frequenzen im gleichen Verhältnis enthält, wie sie im Drehstromnetz
i vorbanden sind.
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Um aus der am Anschlußpunkt des Umrichters .herrschenden Spannung
die gewünschte Spannung der Grundfrequenz und der fremden Frequenzen herauszuziehen,
kann man sich auch anderer bekannter Mittel bedienen; beispielsweise könnte man
Drosselketten verwenden, die unterhallb ihrer Eigenfrequenz. gut durchlässig sind,
deren Widerstand aber bei Erreichen der Eigenfrequenz außerordentlich stark ansteigt.
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Bei der Anordnung nach Fig. i ist vorausgesetzt worden, daß die Sekundärspannung
des Transformators 8 unmittelbar auf die Gitter einwirkt und infolgedessen auch
die Gitterspannung den gleichen Verlauf besitzt wie die Spannung auf der Primärseite
des Transformators. Die Erfindung ist aber auch anwendbar, wenn die Steuerspannung
nicht unmittelbar auf das Gitter einwirkt, sondern erst mittelbar, indem z. B. durch
die Steuerspannung Impulse ausgelöst werden, die dem Gitter zugeführt werden, oder,
mit anderen Worten, es kann auch die Steuerspannung mittels bekannter Einrichtungen
wieder umgeformt werden. Wesentlich ist aber, daß die Steuerspannung selbst dem
Drehstromnetz entnommen wird und daß die im Drehstromnetz enthaltene Grundwelle
und die durch den Umrichterbetrieb entstehenden fremden Wellen im gleichen Verhältnis
für die Steuerspannung wirksam werden, wie sie im Drehstromnetz selbst vorhanden
sind. Ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Steuerspannung nicht unmittelbar auf
das Gitter einwirkt, ist in Fig. a dargestellt, in der mit Hilfe eines besonderen
Verfahrens steil ansteigende Spannungsspitzen erzeugt werden, die ein sicheres Einsetzen
der Entladung zum gewünschten Zeitpunkt gewährleisten. Soweit die Teile der Fig.
z mit denen der Fig. i übereinstimmen, sind dieselben Bezugszeichen gewählt. Bei
derAnordung nach Fig. a wird über einen Drehstromtransformator 7 dem Steuertransformator
14 die gewünschte Spannung zugeführt, indem Reihenresonanzkreise i o, ii und ia
vorgesehen werden. Der Steuertransformator 14 wirkt in bekannter Weise auf ein Hilfsentladungsgefäß
15 in Verbindung mit einer Zusatzspannung, die über den Transformator 16 dem 162/3periodigen
Netz entnommen wird. In die Anodenkreise des Hilfssteuergefäßes 15 sind über Widerstände
17 die Gittertransformatoren 18, von denen der Einfachheit halber nur einer gezeichnet
ist, eingeschaltet. Die Anodenspannung dieses Hilfsentladungsgefäßes 15 wird einem
Transformator ig entnommen. Auch bei dieser Anordnung ist, wie bereits erwähnt,
wesentlich, daß Schwingungskreise vorhanden sind, durch welche die Steuerspannung
aus dem Drehstromnetz am Anschlußpunkt des Umrichters in der Weise gewonnen wird,
daß die Steuerspannung die Grundfrequenz der Netzspannung und die durch den Umrichterbetrieb
erzeugten fremden Frequenzen in dem gleichen Verhältnis besitzt wie die Netzspannung
selbst, wobei Störfrequenzen ausgeschieden werden.
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Durch die Einrichtung nach der Erfindung wird erreicht, daß die Spannungsabfälle
im Drehstromnetz ausgeglichen werden, unabhängig davon, in welchem Schaltzustand
sich das Drehstromnetz befindet, d. h. ganz gleichgültig, wie groß auch die Induktiv
ität des Drehstromnetzes ist. Es können also im Drehstromnetz Maschinen zu- oder
.abgeschaltet werden, ebenso Transformatoren, oder es können sich durch andere Umstände
die Verhältnisse im Drehstromnetz ändern, immer wird durch die angegebene Steueranordnung
erreicht, @daß im Drehstromnetz ;auftretende Spannungsabfälle bei jeder Belastung
kompensiert sind. Die Leistung, welche also der Umrichter abgibt, ist unabhängig
von den Verhältnissen im Drehstromnetz konstant und ändert sich nur bei Änderung
im Einphasennetz hzw. :bei Änderung der Stellung des Reglers 1q..
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Es treten nun aber nicht nur im Drehstromnetz selbst, sondern auch
im Transformator q. und gegebenenfalls in allen anderen zwischen dem Anschlußpunkt,des
Transformators q. und den Anoden des Umrichters angeschlossenen Widerständen Spannungsabfälle
auf. Auch diese kann man gleichzeitig mit den im Drehstromnetz auftretenden Spannungsabfällen
kompensieren, indem man die Steuerspannung nicht der an dem Anschlußpunkt des Umrichters
an das Drehstromnetz herrschenden Spannung entnimmt, sondern indem :man die Steuerspannung
den Anodenspannungen des Umrichters entnimmt und,di.ese Anodenspannungen über geeignete
Mittel, z. B. Reihenresonanzkreise, den Steuerkreisen so zuführt, daß im Steuerkreis
außer der Grundwelle nur noch die durch die Umrichtung auftretenden fremden Frequenzen
im gleichen Verhältnis vorhanden sind, wie sie in den Anodenspannungen vorhanden
sind.
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Ein Ausführungsbeispiel dafür zeigt die Fig. 3. Hier liegt der Transformator
22" welcher dem Gittertransformator 23 die Steuerspannung
zuführt,
unmittelbar am Anschlußpunkt der Anoden der Umrichtergefäße 3. 9 ist wieder der
z6@/,periodige Steuertransformator, durch welchen die Spannung des niederfrequenten
Netzes den Gitterkreisen zugeführtwird. BeiderAnordnungnachderFig.3 ist als Variante
eine Drosselkette 2.4 zwischen Transformator 22 und Transformator 23 vorgesehen,
die so abgestimmt ist, daß die gewünschten Frequenzen hindurchgelassen werden und
die unerwünschten gesperrt sind. Eine solche Drosselkette kann auch bei den Anordnungen
nach Fig. i oder 2 verwandt werden, umgekehrt wie auch die dort verwendeten Reihenresonanzkreise
bei der Anordnung nach Fig. 3 verwendet werden können.