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Verfahren zur Sicherung der Kommutierung von Wechselrichtern und Umrichtern
Bei der Energieübertragung mit Hilfe von gittergesteuerten Entladungsstrecken, insbesondere
bei der Umformung von Gleich- in Wechselstrom und von .Wechselstrom in solchen anderer
Frequenz, oder aber auch bei den Wechselrichtern einer Gleichstromhochspannungsübertragung
werden mit Vorteil zusätzliche Kommutierungseinrichtungen verwendet, die ihre Kommutierungsspannung
dem Stromkreis der Umformeranordnung unmittelbar entnehmen. Diese bestehen im einfachsten
Fall aus einem zusätzlichen Energiespeicher (Kondensator).
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Die zusätzliche Kommutierungseinrichtung kann aber auch aus einem
aus Kondensator und Drossel bestehenden Schwingkreis_ gebildet werden, der während
der Kommutierung die Stromlieferung der abzulösenden Phasen übernimmt, wobei der
Schwingkreis über eigene Hilfsentladungsstrecken unmittelbar oder transformatorisch
erst im Augenblick der Kommutierung zu- und nach dein Abklingen des Stromstoßes
wieder abgeschaltet wird. Auf diese Weise läßt sich mit einer einzigen derartigen
Kommutierungseinrichtung die Zwangskommutierung versehiedenerTeilstromrichter bewirken,
indem diese der Reihe nach transformatorisch mit den einzelnen Teilstromriehtern
gekoppelt wird.
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Die Bemessung der Kommutierungseinrichtung erfolgt dabei entsprechend
der normalen Belastung der betreffenden Umformungseinrichtung. Es hat sich nun gezeigt,
daß diese Kommutierungseinrichtungen bei stark induktiver Last gelegentlich versagen.
Wird die Umformungseinrichtung nach der Störung dann wieder in Betrieb genommen,
dann ist zunächst amKommutierungskondensator keine Spannung mehr vorhanden. Dieser
lädt sich erst im Verlaufe einiger Halbwellen allmählich, und zwar mit natürlicher
Kommutierung wieder auf, d. h. aber, daß die Umformungseinrichtung im Augenblick
des Wiedereinschaltens nach der Störung nicht sofort wieder voll betriebsfähig ist.
flus diesem Grunde ist es besser, den Betrieb im Falle eines Versagens der Kommutierungseinrichtung
unter allen Umständen aufrechtzuerhalten, da auch eine übermäßig große Bemessung
der Kommutierungseinrichtung, die weit über die normale Größe hinausgeht, ein derartiges
gelegentliches Versagen nicht verhüten kann und hierdurch der gesamte Betrieb der
Umformungsanlage in Frage gestellt ist. Ein Wechselrichter z. B. kippt, und bei
einem Umrichter treten derartige Überströme auf, daß die überstromschutzeinrichtung
anspricht und die U mrichteranlage vollständig abgeschaltet wird, was qber beim
Wiedereinschalten die obenerwähnten Nachteile mit sich bringt.
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Es ist deshalb der Grundgedanke vorliegender Erfindung, bei Wechselrichtern
und elastischen Umrichtern, bei denen Zwangskommutierungseinrichtungen,
die
ihre KomnIutierungsspannung dem Stromkreis der Umformeranordnung unmittelbar entnehmen,
vorgesehen sind, den Betrieb unter aller. Umständen auch bei gelegentlichen fehlerliafti
n Arbeiten der Zwangskommutierungseinrichtun- aufrechtzuerhalten, sei es unter kurzzeitigem
Verzicht auf die Güte der Kurvenform der erzeugten Spannung, sei es mit Hilfe einer
derart kurzen Unterbrechung des normalen Betriebes, daß die Kommutierungsr_#inrichtung
im wesentlichen ihre Spannung behält. Bei Wechselrichtern wird das im einzelnen
in der Weise durchgeführt, daß die 2-uführung der speisenden Gleichspannun` in Abhängigleit
von der erzeugten Wechselspannung kurzzeitig unterbrochen wird und das Wiedüreinschalten
mit verminderter Gleichspannung erfolgt, während ein Umrichter kurzzeitig starr
betrieben wird. An Hand der Abbildungen soll der Erfindungsgedanke an verschiedenen
Beispielen aus dem Stromrichtergebiet erläutert werden.
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A11. i zeigt die Spannungskurve eines Trapezlktirvenumrichters. Die
dargestellte Kiirve UL kann aber auch die Spannungskurve eines Teilumrichters, so
wie sie bei 1VIehrfachumrichtern Verwendung finden, sein. Zur Zeit ti soll. die
Spannungskurve Ur von positiven nach negativen Werten kommutiert werden.
Bei derartigen, vollelastisch arbeitenden Umrichtern müssen den Gittern der einzelnen
Entladungsstrecken bekanntlich je nach der vorliegenden Energierichtung Gleich-
oder Wechselrichterimpulse zugeführt werden. Es wird nun angenommen, daß zufolge
stark induktiver Last die Kommutierungseinrichtung versagt. In Abhängigkeit von
dem dann auftretenden Überstrom werden nun gemäß der Erfindung alle den Gittern
des I-`mrichters zugeführten Gleichrichterimpulse unterdrückt. Es wird dann die
vom Umrichter erzeugte Spannung gemäß der Kurve Uf' verlaufen, wobei der Nulldurchgang
der Spannung nicht, wie gefordert, beim Zeitpunkt t, erfolgt, 'sondern zur Zeit
t., _; das bedeutet also, d:aß im Augenblick des Versagens der Kommutierungseinrichtung
der Umrichter gewissermaßen für kurze Zeit starr arbeitet. Nimmt man an, d,aß die
dargestellte Kurvenforen U,_ der Hüllkurve entspricht, so kann bei Versagen der
Kommutierungseinrichtung der Überstrom einen vorher bestimmbaren Wert nunmehr nicht
überschreiten. Dieser t`lierstrom ist der in der Abbildung dargestellten schraffiert
gezeichneten Spannungsfläche proportional. Es gelingt also, trotz des Versagens
der Kämmutierungseinrichtung den Umrichterbetrieh unter kurzzeitigem Verzicht auf
gute Annäherung der Ist- an die Sollkurve aufrechtzuerhalten. Stellt die in der
Abb. e dargestellte Kurve die Teilspti»iiunb eines 1Zehrfachuinrichters dar, so
kann, betrachtet für die Halbwelle der von einer Stromrichteranordnung, die mit
mehreren Teilstromrichtern arbeitet, ."elieferten Ausgangsspannung der Ef=fektivwert
dadurch konstant gehalten werden, daß in bleichem 'Maße, in dem die Arbeitsdauer
eines Teilstromrichters zufolge der-Fehlkommutieruiig vergriil3ei-t wurde, die-
Arbeitsdauer eines zeitlich länger arbeitenden Teilstromrichters entsprechend verkürzt
wird (vgl. z. B. das Patent 665 379).
In Abb. 2 ist ein derartiger
Fall angedeutet. bei dem jede Halbwelle aus vier Teilspannungen i bis d. gebildet
wird und die Teilspannung Up; zufolge Versagens der Kommutierungseinrichtung eine
größere Arbeitsdauer UI_hat, als ihr eigentlich zukommt. Zum Ausgleich wird nun
die Arbeitsdauer der Spannung ULi auf einen entsprechenden Betrab i verkürzt.
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Versagt die Kommutierungseinrichtung bei einem Wechselrichter, so
genügt es gemäl') der Erfindung, die Gleichstromzufiilirtnig kurzzeitig zti unterbrechen,
wozu an und für sich ein Unterbrechungsschalter in der Gleicbstromzuführung des
Wechselrichters aLisreichen würde, mit dessen Hilfe die Gleichstromzufuhr so lange
unterbrochen wird, bis der Gleichstrornkurzschluß im Wechselriliter erloschen -ist.
Beim Schließen des Schalters kommt dann sofort wieder die volle Gleichspannung an
den Wechselrichter zu liegen. Ist jedoch die Unterbrechung, die durch deii Schalter
hervorgerufen wird, zu kurz oder aber versagt die Kommutierungseinrichtung abermals,
so würde das Einschalten der vollen Gleichspannung die im Wechselrichter arbeitenden
Entladungsstrecken erheblich gefälirden.. Bei einem selbständig arbeitenden Wechselrichter
werden daher gemäß der Erfindung die in Abb.3 vorgesehenen I?iiiriclitungen benutzt.
In der Abbildung ist mit 1 ; ein I'2ualielwechselrichter bezeichnet, von dem nur
die primäre Transformatorwicklung 1.1 1)czeichnet wurde. Dem Wechselrichter wird
die Gleichspannung 15 über den Schalter S mit der Spannungsspule io zugeführt. Parallel
zu diesem Schalter S liegt, in Reihe mit cinein Vorschaltwiderstand 12, ein weiterer
Sclicilter 9. Der Schalter S wird durch die vorn Wechselrichter erzeugte Ausgangsspannung
des Transformators 14 betätigt liztv. gehalten, während die Stromspule i e des Schalters
9 erst im Falle des Versagens der nicht gezeichneten Kommutierungseinrichtung vorn
Hauptstrom durchflossen wird. Tritt beim Versagen der Kommutierungseinriclittin
g das Kippen des Wechselrichters ein, so entfällt die im Transformator 1.1. auftretende
Wechselspannung; und der Schalter 8 öffnet sich.
Es fließt
dann ein Strom durch den Vorwiderstand 12 und die Stromspule ii des bisher offenen
Schalters 9 nach dem Wechselrichter hin, so daß mit einer gewissen einstellbaren
Verzögerung dem Wechselrichter eine gegenüber dem normalen Betrieb verringerte Gleichspannung
zugeführt wird. Arbeitet nun,der Wechselrichter mit dieser verringerten Gleichspannung
einwandfrei, so schließt auch die Spannungsspule -wieder den Schalter 8, und der
Normalbetrieb des Wechselrichters ist wiederhergestellt. Zweckmäßi-'gerweise bemißt
man die Auslösezeiten der beiden Schalter 8 und 9 verschieden, und zwar so, daß
der Schalter 8 sofort nach dem Auftreten des Gleichstromkurzschlusses und dem Verschwinden
der erzeugten Wechselspannung anspricht, während der Schalter 9 dann mit einer derartigen
Zeitverzögerung geschlossen wird, daß der Kippvorgang des Wechselrichters bereits
sein Ende gefunden hat. Die Schließung des Schalters 8 a geschieht dann ebenfalls
mit einer gewissen Zeitverzögerung, so daß weitere, etwa bei dem Betrieb mit verrirgerter
Gleichspannung auftretende Fehlkommutierungen stets so lange nur mit der verringerten
Spannung betrieben werden, bis ein einwandfreier Betrieb wiederhergestellt ist.