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Verfahren zum Parallelbetrieb von Umrichtern mit anderen Stromrichtern
oder Umformern Es ist bekannt, daß Wechselstromnetze verschiedener Frequenz und-
gegebenenfalls auch verschiedener Phasenzahl durch Freduenzumformer gekuppelt werden
können, die mit steuerbaren Entladungsstrecken, insbesondere mit gittergesteuerten
Gas- oder Dampfentladungsstrecken, arbeiten. Diese Umformer, meist Umrichter genannt,
sind von wichtiger Bedeutung für die Kupplung zwischen Einphasenbahnnetzen ün-d
den Drehstromnetzen der Landesenergieversorgung. In diesem Falle handelt es sich
dann um eine Dreiphasen-Einphasen-Umrichtung unter gleichzeitiger Verminderung der
Frequenz, beispielsweise von 5o Hertz auf i62,/3 Hertz.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Parallelbetrieb des Umrichters
mit anderen Stromerzeugern oder Umformern.. Gemäß der Erfindung werden die Zündzeitpunkte
der Entladungsstrecken des Umrichters stromabhängig derart verschoben, daß der innere
Spannungsabfall des Umrichters ganz oder zumindest annähernd ganz kompensiert wird,
und außerdem wird zusätzlich noch dafür gesorgt, daß der=-Umrichter einen induktiven
Spannungsabfall erhält. Dieses .kann entweder ebenfalls durch strofabhängige Steuerungsmittel
für die Zündzeitpunkte der Entladungsstrecken oder durch Reihenschaltung einer Dross@lspule-geschehen.
Von anderen bekannten Umrichtersteuerungen, bei denen eine stromabhängige - Beeinflussung
der Steuermittel des Umrichters vorgesehen ist, unterscheidet sich die Erfindung
dadurch, daß die stromabhängige Steuerung verwendet wird, um zur Lösung der Aufgabe
des Parallelhetriebes den inneren Spannungsabfall des Umrichters bzw.- der Umrichter-Entladungsstrecken
auszugleichen.
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Der Erfindung liegen Erkenntnisse zugrunde, deren wichtiges Ergebnis
darin zu sehen ist, daß ein Frequenzumformer, der mit steuerbaren Entladungsstrecken
arbeitet, sich. betriebsmäßig in mancher Hinsicht ganz wesentlich von anderen Umformern
bekannter Art, insbesondere von Umformern, die mit umlaufenden Maschinen - arbeiten,
unterscheidet: Die Erkenntnisse wurden aus Erfahrungen mit dem Parallelbetrieb eines
Umrichters mit anderen Stromerzeugern gewonnen. Die Versuche erstreckten sich dabei
insonderheit auf die Verwendung eines Umrichters zur Kupplung zwischen einen Drehstromnetz-und
einem Einphasenbahnnetz unter ,der Voraussetzung, daß der Umrichter asynchron arbeitet,
daB also zwischen -der Frequenz ,der Einphasenspannung und der Frequenz des Drehstromnetzes
leine festliegende Beziehung' besteht, und unter der weiteren Voraussetzung;
daß
es sich bei dem Einphasenbahnnetz nicht um ein unabhängiges Netz, sondern um ein
Netz handelt, -welches auch noch von anderen Stromerzeugern, beispielsweise von
Einphasenbahngeneratoren, gespeist wird, so daß die Betriebsgrößen des Bahnnetzes,
insbesondere Wirk- und Blindleistung, sowie die Frequenz des Bahnnetzes nicht ausschließlich
durch den Umrichter bestimmt sind. Es sei bemerkt, daß die Einführung des Umrichters
in die allgemeine Bahnstromversorgung erst dann in größerem Umfange gelingen kann,
wenn der Umrichter die Forderungen, welche bei dem vorstehend gekennzeichneten Betrieb
auftreten, ebenso befriedigend erfüllt, wie dies heute bei Netzkupplungsümformern
mit umlaufenden Maschinen der Fall ist. Das Verfahren nach der Erfindung, welches
diesen Betrieb besonders berücksichtigt, ist daher für die Anwendung der Umrichter
zur Kupplung zwischen Wechselstromnetzen von erheblicher Bedeutung.
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Die Erfindung sei an Hand der in der Zeichnung dargestellten Diagramme
näher erläutert. Abb. i zeigt die Strom- und Spaniiungskurven eines Umrichters,
beispielsweise eines sog. Steuerumrichters, bei dem den einzelnen Entladungsstrecken
der beiden Umrichterteilstromkreise Wechselspannungen gleicher Amplitude zugeführt
werden und die Kurvenform auf der Ausgangsseite des Umrichters durch unterschiedliche
Aussteuerung- der einzelnen Entladungsstrecken erzielt wird. Die Sinuslinien z und
a entsprechen den von den beiden TJmrichterteilstromkreisen abgegebenen Spannungen.
Bekanntlich ist zwischen beiden Spannungen ein geringer Amplitudenabstand, der sog.
Steuerabstand, auch Respektabstand genannt, notwendig," um Schwierigkeiten zu begegnen,
die durch Ausgleichsströme innerhalb der Umrichteranordnung - entstehen können.
Unter- den Spannungskurven ist die Stromkurve 3 gezeichnet unter der Voraussetzung,
daß es sich um Wirkbelastung des ZTmrichters handelt, daß also Strom und Spannung
in Phase sind.
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Die Spannungskurve q. gibt die bei der Belastung durch den Strom 3
entstehende T-Tmrichterspannung an. In dem Umrichter tritt ein Spannungsabfall auf,
der von der Größe des Stromes abhängig ist und die Differenz zwischen den-Spannungskurven
z und 2 und der Spannungskurie -4 in der in Abb. i dargestellten Form ergibt.
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In Abb. a ist die Stromspannungscharakteristik des Umrichters unter
den für Abb. i angenommenen Voraussetzungen dargestellt. Als Ordinaten sind Spannungen,
als. Abszissen Ströme eingezeichnet. Das Diagramm zeigt, daß die Umrichterspannung
bei 'vVirkbelastung mit zunehmendem Strom abnimmt, wobei es sich um Spannungsabfälle
handelt, die j e nach der Spannung, für die der Umrichter bemessen ist, einen mehr
oder weniger großen Prozentsatz darstellen können.
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In. Abb. 3 sind die an Hand der Abb. i und z geschilderten Verhältnisse
im Vektordiagramm dargestellt: U, ist die Leerlaufspannung des Umrichters, J der
mit dieser Spannung gleichphasige Strom, AU ist der Spannungsabfall, =der dem Strom
J proportional und der Spannung U, entgegengesetzt gerichtet ist. Die vom Umrichter
abgegebene Spannung ist U als Differenz zwischen U, und A U.
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Aus den @Abb. z bis 3, insbesondere dem Diagramm der -Abb. 3, ergibt
sich, daß sich der Umrichter bei Wirkbelastung wie ein rein Ohmscher Widerstand
ohne jeden induktiven Spannungsabfall verhält.
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Die Abb. 4., 5 und 6 entsprechen in, ihrer Anordnung den Abb. i bis
3, nur daß jetzt angenommen ist, daß zwischen Strom und Spannung des Umrichters
eine Phasenverschiebung von go° besteht.
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In Abb.4 sind wieder die beiden Spannungskurven i und 2 der beiden
Teilstromkreise des Umrichters als Sinuslinien eingezeichnet. Die Kurve 5 gibt bei
der angegebenen Lage der :Stromkurve 6 die vom Umrichter abgegebene Spannung an.
Die Kurve 5 entsteht dabei ebenso wie die Kurve .1. in Abb. i durch den inneren
Spannungsabfall des Umrichters, jedoch ist das Endergebnis Nv esentlich verschieden
von dem der Abb. i. Der Mittelwert bzw. der Effektivwert der @Ärechselspannung 5
ist praktisch ebenso groß Nvie bei den Kurven i und 2. . Der Spannungsabfall ergibt
keine Änderung der vom Umrichter abgegebenen Spannung der Größe nach, sondern nur
eine Änderung der Phasenlage der Umrichterspannung. Es folgt daraus die Charakteristik
der Abb. 5, welche für Blindbelastung bzw. induktive Belastung des Umrichters gilt,
und zeigt, daß die Urrichter'spannung über- den ganzen Belastungsbereich unverändert
ist.
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In Abb. 6 ist mit den gleichen Bezeichnungen wie Abb. 3 das .Vektordiagramm
bei induktiver Belastung eingezeichnet. Der Strom ist gegenüber der Spannung um
go° in der Phase verschoben. Der Spannungsabfall AU
steht dementsprechend
auf, den, Spannungsvektoren senkrecht.
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Aus den Diagrammen der_Abb. i bis 6 ergibt sich,. daß der Umrichter
in seinem Betriebsverhalten keineswegs mit anderen Stromerzeugern oder Umformern
übereinstimmt; denn ihm fehlt das kennzeichnende Merkmal, das bei allen umlaufenden
Maschinen infolge der für den Betrieb dieser Maschinen notwendigen magnetischen
Felder
stets vorhanden sein müß, nämlich der vorwiegend induktive.
Spannungsabfall- der Umformer-- Ein Maschinenumformer hat somit, bezogen auf die
Wechselstromnetze, an die er angeschlossen ist, im wesentlichen die Eigenschaften
eines induktiven Widerstandes, während der Uririchter einen induktionslosen Widerstand
darstellt. --Dieser Unterschied der beiden Umformerarten ist, abgesehen von" Fragen
des Wirkungsgrades, nicht entscheidend, wenn der Umrichter allein das Sekundärnetz
speist, er ist- aber von ganz wesentlicher Bedeutung, wenn der Umrichter mit anderen
Stromerzeugern oder Umformern zu= sammenarbeiten soll. In diesem Falle kann der
Betrieb nur' dann durchgeführt werden, -wenn das Steuerverfahren -der Erfindung
an-,gewendet wird und- wenn durch .dieses Ver: fahren das Betriebsverhältnis des
Umrichters dahingehend abgeändert wird, daß auch dieser Umformer einen im wesentlichen
indulctiven Widerstand für. die Wechselstromnetze darstellt, an die er angeschlossen
ist. Das wird gemäß der Erfindung, wie bereits erwähnt wurde, dadurch erreicht daß
durch stromabhängige Steuerungsmittel der `innere Spannungsabfall des - Umrichters
ganz oder zumindest annähernd ganz kompensiert wird und daß außerdem ein künstlicher
induktiver Spannungsabfall erzeugt wird. Beides läßt sich bei dem Steuerumrichter
dadurch erreichen, daß die - Ziindzeitpunkte der Entladungsstrecken des Umrichters
stromabhängig verschoben werden. Die Verschiebung wird zum Ausgleich des inneren
Sparinüngsabfalles, d. h. zur Kompoundierung des Um-'tichters; von dem in den T-Tmrichterentladungsstrecken
fließenden Strom abhängig gemacht, während der induktive Spannungsabfall des Umrichters
dadurch erreicht werden kann, -daß mit dem Umrichter eine Drosselspule in Reihe
-geschaltet wird und ,daß die den Umrichter steuernde Spannung hinter dieser Drosselspule
abgenommen wird. Bezogen auf einen Dreiphasen-Einphasen-Umrichter würde dies bedeuten,
daß zwischen deri Einphasentransformator und das Einphasennetz eine Drosselspule
geschaltet wird und daß die .dem Einphasennetz- entnommene Steuerspannung hinter
der Drosselspule abgenommen und den Steuerkreisen des Umrichters zugeführt wird.
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