DE719794C - Anordnung zur Beseitigung der Spannungsabfaelle in Umrichteranlagen - Google Patents

Anordnung zur Beseitigung der Spannungsabfaelle in Umrichteranlagen

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DE719794C
DE719794C DES122607D DES0122607D DE719794C DE 719794 C DE719794 C DE 719794C DE S122607 D DES122607 D DE S122607D DE S0122607 D DES0122607 D DE S0122607D DE 719794 C DE719794 C DE 719794C
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DES122607D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Max Bosch
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/005Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases using discharge tubes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • ' 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.
  • Die Zeichnung zeigt verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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..
  • 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.
  • 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.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Beseitigung des Einflusses der beim Umrichterbetrieb hervorgerufenen störfrequenten Spannungsabfälle des den Umrichter speisenden und seineKommutierung bestimmenden Netzes auf die vom Umrichter übertragene Leistung, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Steuerspannung der Umrichterentladungsstrecken aus Komponenten von der Grundfrequenz und von Frequenzen der störenden Spannungsabfälle genannten Netzes im gleichen Verhältnis zusammensetzt wie die frequenzentsprechenden Spannungen in diesem Netz selbst.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das speisende Netz mit der eigentlichen Steueranordnung über Reihenschw ingkreise verbunden ist, die auf die genannten verschiedenen Frequenzen abgestimmt sind.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Netzspannung und Steueranordnung Siebketten vorgesehen sind, welche die Spannungen der gewünschten Frequenzen hindurchiassen. q.. Anordnung nach denAnsprüchen i bis 3, gekennzeichnet durch ihre Anwendung auf solche Umrichter, bei denen die Steuerspannungen mittelbar, beispielsweise über gesteuerte Hilfsentladungsstrecken, auf die Steuerelektroden der Umrichterhauptentladungsstrecken einwirken.
DES122607D 1936-05-09 1936-05-09 Anordnung zur Beseitigung der Spannungsabfaelle in Umrichteranlagen Expired DE719794C (de)

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