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Verfahren zur Steuerung von Umrichtern Es ist bekannt, daß Wechselstromnetze
verschiedener Frequenz und gegebenenfalls auch verschiedener Phasenzahl durch Frequenzümformer
gekuppelt werden können, welche mit steuerbaren Entladungsstrecken, insbesondere
gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungs-.strecken, arbeiten. Diese Umrichter
hat man insbesondere verwendet, um ein Drehstromnetz von 50 Perioden mit
einem einphasigen Netz von r 62/3 Perioden zu kuppeln.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung von solchen
Umrichtern, deren Steuerelektroden eine von der Spannung des umgerichteten Netzes
abhängige Steuerspannung zugeführt wird, wobei dieses Netz durch andere Stromerzeuger
gespeist wird, z. B. andere Umrichter oder umlaufende Umformer, Synchrongeneratoren
oder ähnliche. Unter umgerichtetem Netz ist dabei dasjenige Netz zu verstehen, welches
nicht den @Magnetisierungsstrom für den Transformator liefert, der an die Anoden
der Entladungsgefäße angeschlossen ist, und welches ferner ein- oder mehrphasig
sein kann. Im Falle der Kupplung eines 5operiodigen Drehstromnetzes. mit einem einphasigen
Netz von z6°/3 Perioden ist also das letztere das umgerichtete Netz. Im besonderen
bezieht sich die Erfindung auf die Steuerung der Wirkleistung und der Blindleistung
bei derartigen Umrichtern. Im allgemeinen kann dabei angenommen werden, daß die
induktiven Spannungsabfälle der vom Umrichter durchflossenen Stromkreise wesentlich
größer sind als die Ohmschen Spannungsabfälle dieser Stromkreise, und daß daher
im Vektordiagramm jeweils die mit dem Strom in Phase liegenden Spannungskomponenten
vernachlässigt werden können.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß diese Vernachlässigung
nicht mehr gemacht werden kann, wenn es sich um größere Genauigkeiten bei der Umrichtersteuerung
handelt. Die Erfindung bezieht sich dementsprechend auf solche Umrichter, bei denen
in dem von Strom durchflossenen Teil des Umrichterstromkreises nichtvernachlässigbare
Ohmsche und induktive Widerstände liegen. Es wurde festgestellt, daß die in vielen
Betriebsfällen geforderte Regelgenauigkeit nur dann erreicht werden kann, wenn erfindungsgemäß
zur Regelurig jeder der beiden Leistungsanteile (Wirkleistung und Blindleistung)
sowohl die Phasenlage als auch die Größe der Steuerspannung .gleichzeitig geändert
wird. Die Erfindung hat den Vorteil,
daß auch bei hoher Anforderung
an die Genauigkeit der Regelung die Wirkleistung bzw. die Blindleistung allein geregelt
werden kann, ohne daß beider Regelung des einen Leistungsanteils gleichzeitig auch
der andere Leistungsanteil mitverändert wird. Das Verfahren der Erfindung ist daher
insbesondere dann von Vorteil, wenn es sich um selbsttätige Regelung der Wirk- bzw.
Blindleistung handelt, also beispielsweise um die Konstanthaltung der Wirk- oder
Blindleistung oder um die Regelung nach einem bestimmten Fahrplan.
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In Fig. i der Zeichnung ist schematisch eine Umformereinrichtung dargestellt.
In Fig. i ist mit i ein Drehstromnetz bezeichnet, welches über einen Transformator
2 die aus den beiden gesteuerten Entladungsgefäßen 3 und :1 bestehende Umrichteranlage
speist. Die Kathoden sind an einen Transformator 7 angeschlossen, welcher das Einphasennetz
von i 62,". Perioden speist, welches mit 8 bezeichnet @ ist. Der primäre Sternpunkt
des Transformators ; ist mit dem Sternpunkt des Transformators 2 verbunden. Die
Anoden 5 des Entladungsgefäßes sind mit Steuergittern versehen. Den Steuergittern
wird eine Steuerspannung zugeführt, die sich in bekannter Weise aus der Summe zweier
Spannungen zusammensetzt, nämlich der Spannung des Drehstromnetzes i und der Spannung
des Einphasennetzes '8, also des umgerichteten Netzes. Zur Gewinnung der Steuerspannung,
die dem Drehstromnetz entnommen wird, dient ein Transformator g, der mit dem Drehstromnetz
primärseitig verbunden ist und an dessen Sekundärseite die einzelnen Gitter angeschlossen
sind. Außerdem wirkt auf das Gitter eine Spannung des i 62 jOperiodischen Netzes,
die mittels des Transformators io zwischen Sternpunkt des Transformators 9 und der
Kathode eingeführt wird. Der Transformator io ist über zwei Regler i i und 12 an
das Einphasennetz 8 angeschlossen. Die das Einphasennetz sonst noch speisenden Generatoren
o. dgl. sind in der Zeichnung nicht dargestellt.
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Um nun die Wirkleistung zu ändern, wird, wie bereits erwähnt, nicht
nur die Phasenlage der Steuerspannung, welche der Transformator i o liefert, sondern
auch die GYöße dieser Spannung geändert. In welchem Maße dies geschehen muß, damit
sich lediglich die Wirkleistung ändert, ohne daß sich auch gleichzeitig die Blindleistung
ändert, ist in Fig.2 dargestellt. In Fig.2 ist mit E die Spannung bezeichnet, die
auf der Sekundärseite des Transformators 7 abgegeben wird. Diese Spannung ist beim
Übersetzungsverhältnis i : i des Transformators 7 gleich der Spannung, welche der
Umrichter liefert, vorausgesetzt, daß der Umrichter keine Leistung abgibt. Proportional
dieser Spannung E ist die dem i 62,`;3 -Netz entnommene e. welche in Fig.3 dargestellt
ist. Damit nun der Umrichter einen bestimmten Wirkstrom J abgibt, muß den Gittern
eine Steuerspannung e,f aufgedrückt werden, die sowohl in der Phase gegenüber e
voreilt als auch größer als e ist. Dieser Steuerspannung e,f ist auch die ausgesteuerte
Spannung des Umrichte-sE" proportional, die man auch als innere EMK des Umrichters
auffassen kann. Damit der Transformator io die Steuerspannung ei liefert, muß der
Spannunge ein Regelvektoren zugesetzt werden. Dieser Regelvektor besitzt eine Komponente,
die in Phase mit dem Strom J, und eine, die senkrecht dazu steht. Die senkrechte
Komponente e,1 entspricht d.em indul>tiven Spannungsabfall Ei, der insbesondere
durch die Streuung des Transformators 7 bedingt ist. Die mit der Spannung e phasengleiche
Komponente e, ist dem Ohinschen Spannungsabfall E,. proportional, der im wesentlichen
durch die Kommutierung bedingt ist. Will man daher allein die Wirkleistung regeln,
ohne daß gleichzeitig die Blindleistung beeinflußt wird, so muß durch den Regler
i i eine Steuerspannung e, erzeugt «-erden, die eine induktive und eine Ohmsche
Komponente solcher Größe besitzt, daß die Spannung E" des Umrichters sich von der
Spannung E gerade um den bei einem bestimmten Wirkstrom auftretenden induktiven
E,1, und Ohmschen Spannungsabfall E, unterscheidet.
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Bezeichnet man mit X den Widerstand der Induktivitäten, an welchen
der Strom J einen Spannungsabfall hervorruft, und mit R einen gedachten Ohmschen
Widerstand, dessen Größe im wesentlichen durch die Kommutierung bedingt ist, so
sind die beiden Komponenten der Steuerspannung gleich k # XJ bzw. h # RJ,
worin h ein konstanter Faktor ist, der durch das Übersetzungsverhältnis des
Transformators 7 und des Transformatars io bedingt ist.
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Zur Regelung der Blindleistung, Urelche durch den Regler 12 vorgenommen
wird, mu13, damit nicht gleichzeitig auch die Wirkleistung geändert wird, nicht
nur die Grö13e der Steuerspannung esf, sondern auch ihre Phasenlage geändert werden.
Das Diagramm der Spannung des Umrichters bei Blindbelastung zeigt Fig. q, das Diagramm
der zugehörigen Steuerspannungen die Fig.5.
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Bei einem bestimmten Blindstrom J muß die Steuerspannung enf des Umrichters
nicht nur größer sein als.die Spannung e, sondern auch in der Phasenlage etwas abweichen.
Zu diesem Zweck muß der Regler 12 eine Spannung en liefern, die sich aus zwei Komponenten
zusammensetzt, eine mit der Spannung e
phasengleiche, ed, und eine
senkrecht dazu stehende Komponente er. Diese beiden Komponenten, die vom
Regler 12 geliefert werden, werden so gewählt, daß die umgerichtete Spannung sich
von der Spannung E gerade um "die Ohmschen E',. und induktiven Ed Spannungsabfälle
unterscheidet, welche durch -den Blindstrom hervorgerufen werden. Auch hier sind
wiederum die beiden Komponenten gleich h # RJ bzw. h # XJ, worin jetzt
unter ;l nicht mehr der Wirk-, sondern der Blindstrom zu verstehen ist.
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Die Größe von R und von X kann man z. B. experimentell ermitteln und
daraus bestimmen, wie die Steuerspannung verändert werden muß, um eine bestimmte
Änderung der Wirkleistung hervorzurufen, ohne daß sich die -Blindleistung ändert
bzw. wie die Steuerspannung verändert werden muß, um die Blindleistung um einen
bestimmten Betrag zuändern, ohne daß sich die Wirkleistung ändert.
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Wie man im einzelnen den Wirkleistungsregler i i und den Blindleistungsregler
12 ausbilden muß, ist für die Erfindung nicht wesentlich. Wesentlich ist vielmehr,
daß durch Betätigung des Wirkleistungsreglers sowohl die Steuerspannung in ihrer
Phasenlage als auch in ihrer Größe gleichzeitig so geändert wird, daß sich die Blindleistung
nicht ändert, während bei Betätigung des Blindleistungsreglers gleichzeitig sowohl
die Größe als auch die Phasenlage der Steuerspannung so geändert wird, daß sich
die Wirkleistung nicht ändert. Das Verfahren gemäß der Erfindung unterscheidet sich
danach von Verfahren, bei denen zur Änderung der Wirkleistung nur eine Vorverschiebung
der Steuerspannung und zur Regelung der Blindleistung nur eine Vergrößerung der
Steuerspannung vorgenommen wurde.