DE761249C

DE761249C - Three-wire system fed by a contact converter

Info

Publication number: DE761249C
Application number: DES145508D
Authority: DE
Inventors: Ernst Schroeder
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1941-05-27
Filing date: 1941-05-27
Publication date: 1954-08-02

Description

Durch Kontaktumformer gespeiste Dreileiteranlage Es besteht noch häufig das Bedürfnis, als speisende Stromquellen für Gleichstromdreileiteranlagen an Stelle rotierender Maschinen Gleichrichter zu verwenden. Bei Quecksilberdampfglaichrichtern tritt dabei jedoch als Nachteil in Erscheinung, daß diese Gleichrichter einen verhältnismäßig hohen inneren Spannungsabfall haben. Es ist infolgedessen bei Verwendung von Quecksilberdampfgleichrichtern nicht ratsam, jeder Netzhälfte einen besonderen Speisegleichrichter zuzuordnen, weil dann in bezug auf die Außenleiter der Gleichstromanlage die beiden Gleichrichter in Reihe geschaltet wären und der doppelte Wert des an sich schon sehr hohen Spannungsabfalles in Kauf genommen werden müßte. Diese einfache Schaltung läßt sich jedoch ohne weiteres anwenden, wenn man an Stelle von Quecksilberdampfgleichrichtern Kontaktgleichrichter verwendet, wobei diese zweckmäßig mit Schaltdrosseln und gegebenenfalls auch mit Nebenwegen zu den Kontakten zur Verbesserung der Kommutierung ausgerüstet werden. Auf eine solche Anlage bezieht sich die Erfindung.Three-wire system fed by contact converters It still frequently exists the need as a feeding power source for direct current three-wire systems in place rotating machinery to use rectifier. With mercury vapor spawners occurs, however, as a disadvantage in appearance that this rectifier is a relatively have a high internal voltage drop. As a result, it is with the use of mercury vapor rectifiers It is not advisable to assign a special feed rectifier to each half of the network, because then the two rectifiers in relation to the external conductors of the direct current system would be connected in series and twice the value of the already very high voltage drop would have to be accepted. This simple circuit can, however, easily apply if contact rectifiers are used instead of mercury vapor rectifiers used, these being expedient with switching throttles and possibly also with In addition to the contacts to improve commutation. The invention relates to such a system.

Nun ist es, um die Spannung, insbesondere die Spannungsaufteilung zwischen den beiden Netzhälften, an den Verbrauchern konstant zu halten, erforderlich, beide Speisestromquellen je für sich zu regeln, da man ja immer mit einer verschieden hohen Belastung der beiden Netzhälften rechnen muß. Die Spannungsregelung bei Kontaktumformern kann in Analogie zu der Gittersteuerung von Ouecksilberdampfgleichrichtern dadurch erfolgen, daß man die Synchronlage der Schaltzeitpunkte der Kontakte in bezug auf die zugeführte Wechselspannung verschiebt. Das wird, wenn man auf verwickelte und zur selbsttätigen Regelung wenig geeignete mechanische Getriebe verzichten will, praktisch meist so durchgeführt, daß man den Synchronmotor, der die Umformerkontakte antreibt, mit einer zweiachsigen Erregung ausrüstet, um auf diese Weise mit rein elektrischen Mitteln die Lage des Läuferfeldes in bezug auf den Läufer verdrehen zu können. In dem Fall der Speisung eines Dreileiternetzes durch zwei Kontaktumformer würde das für jeden Kontaktumformer einen besonderen Antriebsmotor erfordern.Now it is about the tension, especially the tension sharing between the two halves of the network, constant at the consumers to hold, necessary to regulate both supply current sources individually, since yes always have to reckon with different levels of stress on the two halves of the net. The voltage regulation of contact converters can be done in analogy to the grid control of mercury vapor rectifiers done by the fact that the synchronous position of the Shifts the switching times of the contacts with respect to the supplied alternating voltage. That becomes, if you look at complicated and unsuitable for automatic regulation wants to do without mechanical transmission, in practice mostly carried out in such a way that the Synchronous motor that drives the converter contacts with two-axis excitation equipped, in this way with purely electrical means, the position of the rotor field to be able to twist in relation to the runner. In the case of feeding a three-wire network with two contact converters this would be a special one for each contact converter Require drive motor.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, bei Beibehaltung der Regelung durch rein elektrische Mittel, also unter Ausschluß verstellbarer mechanischer Getriebe, die Kontakte beider Umformer durch einen gemeinsamen Synchronmotor anzutreiben. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die zur Aufrechterhaltung der Spannungssymmetrie zwischen den beiden \etzhälften erforderliche Regelung der Umformerspannungen durch Beeinflussung der Vormagnetisierung ihrer Schaltdrosseln erfolgt.In contrast, the invention is based on the object, while maintaining the regulation by purely electrical means, i.e. with the exclusion of adjustable mechanical means Gear to drive the contacts of both converters by a common synchronous motor. This object is achieved according to the invention in that the maintenance the voltage symmetry between the two halves of the network required regulation of the Converter voltages by influencing the premagnetization of your switching reactors he follows.

Die Erfindung möge an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In. Fig. i ist mit i ein Drehstromnetz bezeichnet, das über die beiden Kontaktumformer das Dreileitergleichstromnetz speisen soll. Die Außenleiter dieses Dreileiternetzes sind mit 2 bzw. 2' und der Mittelleiter mit o bezeichnet. Für die Kontaktumformer ist die Verwendung der bekannten Graetzschaltung angenommen. Der Einfachheit halber sind die Elemente jedes der beiden Umformer nur für eine Phase dargestellt. Mit 6 sind die Kontakte des einen und mit 6' die des anderen Umformers bezeichnet. Zum Antrieb beider Kontaktgruppen dient der gemeinsame Synchronmotor 7. In Reihe mit den Umformerkontakten 6 bzw. 6' liegen die Wicklungen a der Schaltdrosseln 8 bzw. 8'. Gespeist werden die Kontaktumformer durch einen Transformator 3, der für jeden Umformer eine besondere Sekundärwicklung .a. bzw. q.' hat. Die Wirkungsweise der Schaltdrosseln beruht bekanntlich darauf, daß sie im Bereich des Stromnulldurchganges eine nur langsame Änderung des Stromes zulassen, so daß jeweils ein längerer Zeitraum zur Verfügung steht, innerhalb dessen der zugehörige Kontakt praktisch stromlos geöffnet werden kann.The invention may be based on the embodiment shown in the drawing are explained in more detail. In. Fig. I is denoted by i a three-phase network that over the two contact converters are to feed the three-wire direct current network. The outer conductor this three-wire network is marked with 2 or 2 'and the central wire with o. The use of the known Graetz circuit is assumed for the contact converters. For the sake of simplicity, the elements of each of the two converters are only for one Phase shown. With 6 the contacts of one and with 6 'those of the other Called converter. The common synchronous motor is used to drive both contact groups 7. In series with the converter contacts 6 or 6 'are the windings a of the switching chokes 8 or 8 '. The contact converters are fed by a transformer 3, the a special secondary winding for each converter .a. or q. ' Has. The mode of action the switching chokes is known to be based on the fact that they are in the area of the current zero crossing allow only a slow change in the current, so that each time a longer period of time is available, within which the associated contact is practically de-energized can be opened.

Die Schaltdrosseln haben aber nun weiterhin noch die Eigenschaft, daß sie beim Schließen des Kontaktes der ablösenden Phase ebenfalls einen Zeitraum geringer Änderungsgeschwindigkeit des Stromes schaffen. so daß der Vorgang der eigentlichen Stromühernahme von der einen Phase zur anderen gegenüber dem Schließungszeitpunkt des ablösenden Kontaktes nach .Maßgabe dieses Zeitraumes verzögert wird. Diese Erscheinung kann man zur Spannungsregelung ausnutzen, indem man durch Vormagnetisierung der Schaltdrosseln die Länge dieser Zeitspanne geringer Stromänderungsgeschwindigkeit mehr oder weniger ausdehnt.However, the switching reactors still have the property that they also have a period of time when the contact of the releasing phase is closed create a low rate of change of the current. so that the process is the real Power increase from one phase to the other compared to the time of closure of the releasing contact is delayed according to this period. This appearance can be used for voltage regulation by pre-magnetizing the Switching reactors the length of this period of low current rate of change more or less expands.

In Fig. i haben die Schaltdrosseln 8 bzw. 8' außer den mit den Schaltkontakten in Reihe liegenden Arbeitswicklungen a zunächst noch je eine weitere Wicklung c, die zur Vormagnetisierung dient und von einem Strom durchflossen ist, der dem Belastungsstrom der betreffenden Netzhälfte proportional ist. Zu diesem Zweck sind die Wicklungen c in Reihe miteinander an einen in dem zugehörigen Außenleiter :2 bzw. 2' liegenden Meßwiderstand 9 bzw. g' angeschlossen. Nun kann man durch das Aufbringen einer @ormagnetisierung auf die Schaltdrosseln die Gleichspannung des Umformers im wesentlichen nur herabsetzen, nicht dagegen auch erhöhen. Wenn die Vormagnetisierung Null ist, entspricht die Spannung angenähert dem durch die Synchronlage der Schaltzeitpunkte bestimmten Aussteuerungsgrad. Andererseits erfordert aber die Spannungshaltung an den Verbrauchern, daß die Umformerspannung oder, genauer gesagt, die Gleich-E:\IK des Umformers mit zunehmendem Belastungsstrom um den Wert der Spannungsabfälle im Umformer selbst und gegebenenfalls auch in den Netzleitungen heraufgesetzt wird. Um das zu ermöglichen, ist auf jeder der Schaltdrosseln noch eine weitere -#Iormagnetisierungswicklung b angeordnet, die konstant erregt wird. Die hierzu benötigte konstante Gleichspannung wird einer besonderen Spannungsquelle i i entnommen, die beispielsweise aus einem an das Drehstromnetz i angeschlossenen magnetischen Spannungsgleichhalter und einem Hilfsgleichrichter bestehen kann. Wäre die Spannung, die das Drehstromnetz i liefert, absolut konstant, würde es also nur darauf ankommen, die durch die Belastung hervorgerufenen inneren Spannungsabfälle bzw. die Spannungsabfälle auf den Leitungen auszuregeln, so müßte man den Strom in den Wicklungen b so einstellen, daß die durch ihn hervorgerufene Vormagnetisierung, wäre sie allein vorhanden, die Umformerspannung um daß Maß des gesamten bei Vollast auftretenden Spannungsabfalles herabsetzt. Um bei Leerlauf auf der Gleichstromseite der Umformer die Sollspannung zu bekommen, müßte man in diesem Fall den Transformator so auslegen, daß die Umformer bei nicht vormagnetisierten Schaltdrosseln eine um diesen Betrag der Spannungsabfälle zu hohe Spannung liefern. Dann erhält man bei Leerlauf, bei dem die Vormagnetisierungswicklungen b allein wirksam sind, an den Gleichstromklemmen die Sollspannung. Mit wachsender Belastung wirkt nun die Vormagnetisierung der Wicklungen c der von den Wicklungen b herrührenden Vormagnetisierung entgegen, und zwar wären die Wicklungen c bzw. die Meßwiderstände 9, 9' so zu bemessen, daß sich bei Vollast die Wicklungen c und b hinsichtlich ihrer vormagnetisierenden Wirkung gerade aufheben.In Fig. I, the switching throttles 8 and 8 'apart from those with the switching contacts working windings a lying in a row first one more winding c each, which is used for premagnetization and is traversed by a current, which is the load current is proportional to the relevant network half. For this purpose are the windings c in series with one another in the associated outer conductor: 2 or 2 ' Measuring resistor 9 or g 'connected. Now you can by applying an @ormagnetization essentially only reduce the DC voltage of the converter on the switching chokes, do not, however, also increase. If the bias is zero, that equals Voltage approximates the degree of modulation determined by the synchronous position of the switching times. On the other hand, however, the voltage maintenance at the consumers requires that the converter voltage or, more precisely, the DC E: \ IK of the converter with increasing load current the value of the voltage drops in the converter itself and, if applicable, also in the Power lines is increased. To make this possible, there is a switching throttle on each still another - # Iormagnetisierungswickeln b arranged, which is constantly excited will. The constant DC voltage required for this is supplied by a special voltage source i i taken, for example, from a connected to the three-phase network i magnetic voltage equalizer and an auxiliary rectifier can exist. Were the voltage that the three-phase network i supplies would be absolutely constant, so it would only be It depends on the internal voltage drops caused by the load or to regulate the voltage drops on the lines, one would have to use the current adjust in the windings b so that the one evoked by him Premagnetization, if it were there alone, the converter voltage by the amount of overall voltage drop occurring at full load. To at idle To get the nominal voltage on the DC side of the converter, one would have to go to In this case, design the transformer in such a way that the converters are not premagnetized Switching chokes deliver a voltage that is too high by this amount of voltage drops. Then one obtains at no load, in which the bias windings b alone are effective, the setpoint voltage at the DC terminals. With increasing stress The premagnetization of the windings c now acts as the one resulting from the windings b Against bias, namely the windings c or the measuring resistors 9, 9 'to be dimensioned so that at full load the windings c and b with respect to their just cancel the pre-magnetizing effect.

Mit einer Konstanz der Drehstromnetzspannung kann allerdings meist nicht gerechnet werden. Es muß der Regelung vielmehr die Möglichkeit eines Schwankens der Drehstromnetzspannung innerhalb bestimmter Grenzen zugrunde gelegt werden. Um diese Netzspannungsschwankungen auszuregeln, sind auf den Schaltdrosseln schließlich noch die Wicklungen d angeordnet. Diese Wicklungen werden in Abhängigkeit von der Abweichung der Drehstromnetzspannung von ihrem Sollwert erregt, und zwar je nach der Richtung der Abweichung ebenfalls mit positivem oder negativem Stromvorzeichen. Das Zusammenwirken aller drei Vormagnetisierungswicklungen ist in Fig. 2 in Form eines Schaubildes näher dargestellt. Es sind dort die Spannungen U in Abhängigkeit von dem Belastungsstrom J des Umformers aufgetragen. Uk möge derjenige Sollwert sein, auf dem die Gleichspannung des Umformers konstant gehalten werden soll. Um zunächst die inneren Spannungsabfälle A Ui, die von dem Belastungsstrom hervorgerufen werden, auszuregeln, muß die EMK des Umformers in Abhängigkeit von dem Belastungsstrom J nach der Kennlinie Uk -I- A Ui verlaufen. Das wird, wie schon erwähnt, durch einekonstante Erregung der Wicklungen b und die ihr entgegenwirkende, vom Belastungsstrom abhängige Erregung der Wicklungen c erreicht. Der Transformator wird nun so ausgelegt, daß bei dem zu erwartenden Kleinstwert der Drehstromnetzspannung und bei nicht vor-.magnetisierten Schaltdrosseln der Umformer eine Leerlaufgleichspannung liefern würde, die um den Betrag der inneren Spannungsabfälle bei Vollast höher ist als die Sollspannung Uk. Diese Spannung ist in Fig. 2. mit U( m1" bezeichnet. Wenn die Drehstromnetzspannung ihren Normalwert hat, ergibt sich demzufolge die Umformerleerlaufspannung Uonorm und beim Höchstwert der Drehstromnetzspannung die Leerlaufspannung Uo ,.x.In most cases, however, the three-phase network voltage cannot be expected to remain constant. Rather, the regulation must be based on the possibility of the three-phase network voltage fluctuating within certain limits. In order to regulate these mains voltage fluctuations, the windings d are finally arranged on the switching reactors. These windings are excited as a function of the deviation of the three-phase network voltage from their nominal value, and also with a positive or negative current sign, depending on the direction of the deviation. The interaction of all three bias windings is shown in more detail in FIG. 2 in the form of a diagram. The voltages U are plotted there as a function of the load current J of the converter. Let Uk be the setpoint at which the DC voltage of the converter is to be kept constant. In order to initially regulate the internal voltage drops A Ui, which are caused by the load current, the EMF of the converter must run as a function of the load current J according to the characteristic Uk -I- A Ui. As already mentioned, this is achieved by a constant excitation of the windings b and the counteracting excitation of the windings c, which is dependent on the load current. The transformer is designed so that with the expected minimum value of the three-phase network voltage and with non-pre-magnetized switching chokes, the converter would deliver an no-load DC voltage that is higher than the nominal voltage Uk by the amount of the internal voltage drops at full load. This voltage is designated in FIG. 2 by U (m1 ". When the three-phase network voltage has its normal value, the converter open circuit voltage Uonorm is obtained, and at the maximum value of the three-phase network voltage, the open circuit voltage Uo, .x.

Die konstante Erregung der Vormagnetisierungswicklungen b wird nun so eingestellt, daß durch sie, wenn sie allein wirksam ist, die Umformerspannung um den Wert der Spannungsabfälle bei Vollast und um den halben Betrag der durch die größtmögliche Schwankung der Drehstromnetzspannung bedingten Gleichspannungsänderung herabgesetzt wird. Dieser Gesamtbetrag, um den die Spannung durch die Wirkung der Wicklungen b herabgesetzt wird, ist in Fig. 2 durch den nach unten gerichteten Pfeil A Ub versinnbildlicht. Dieser Spannungsherabsetzung entgegen wirkt die von dem Belastungsstrom J abhängige und von den Wicklungen c herrührende Spannungsänderung @ U, die ebenfalls durch einen Pfeil dargestellt wird. A U, ist bei jedem Belastungsstrom seinem Absolutwert nach gleich dem zugehörigen inneren Spannungsabfall /\ Ui. Die Wicklungen d bewirken, wenn die Drehstromnetzspannung ihren Normalwert hat, überhaupt keine zusätzliche Vormagnetisierung. Beim Kleinstwert der Drehstromnetzspannung tritt dagegen eine Spannungserhöhung A Udmi" und beim Größtwert der Drehstromnetzspannung eine Spannungsherabsetzung AU d"ax auf. Beim Kleinstwert der Drehstromnetzspannung wird also die Spannungsherabsetzung A Ub zum Teil wieder aufgehoben, während sich bei maximaler Drehstromnetzspannung die Spannungsherabsetzung A Ud ""x zu ihr addiert. Auf diese Weise wird erreicht, daß die T-Tmformer-EMK der Kennlinie Uh -I- A Ui folgt und die Umformerklemmenspannung auf dem Wert Uk konstant bleibt, auch dann, wenn die Drehstromnetzspannung innerhalb der berücksichtigten Grenzen schwankt.The constant excitation of the bias windings b is now set in such a way that it reduces the converter voltage by the value of the voltage drops at full load and by half the amount of the DC voltage change caused by the greatest possible fluctuation in the three-phase mains voltage. This total amount by which the voltage is reduced by the action of the windings b is symbolized in FIG. 2 by the arrow A Ub pointing downwards. This voltage reduction is counteracted by the voltage change @ U, which is dependent on the load current J and originates from the windings c, and which is also represented by an arrow. For every load current, A U is, according to its absolute value, equal to the associated internal voltage drop / \ Ui. When the three-phase network voltage has its normal value, the windings d do not cause any additional premagnetization at all. At the lowest value of the three-phase network voltage, on the other hand, there is an increase in voltage A Udmi "and at the highest value of the three-phase network voltage there is a voltage reduction A U d" ax. At the lowest value of the three-phase network voltage, the voltage reduction A Ub is partially canceled again, while at the maximum three-phase network voltage, the voltage reduction A Ud "" x is added to it. In this way it is achieved that the Tmformer EMF follows the characteristic Uh -I- A Ui and the converter terminal voltage remains constant at the value Uk, even if the three-phase network voltage fluctuates within the limits taken into account.

DurchEinfügen einesZwischengliedes bzw. eines weiteren Steuerreglers ist es möglich, die drei auf den Schaltdrosseln angebrachten Vormagnetisierungswicklungen zu einer einzigen Spule zusammenzufassen, ohne daß an der Wirkung etwas geändert wird:By inserting an intermediate link or another control regulator it is possible to use the three bias windings attached to the switching reactors to be combined into a single coil without changing the effect will:

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. DC three-wire system with each half of the network A contact converter with switching chokes is assigned as a supply current source, thereby characterized in that the contacts of both converters from a common synchronous motor are driven and which are used to maintain the voltage symmetry between the two Network halves required regulation of their voltage The pre-magnetization of your switching reactors is influenced. a. Three-wire system according to claim i, characterized in that the transformer is the contact converter is designed in such a way that the converters generate a to deliver the full load voltage drop to high voltage, and that on the switching reactors apart from a constant, by itself the converter voltage around the full load voltage drop reducing one of these opposing, dependent on the load current Pre-magnetization acts, "-which cancels the constant pre-excitation at full load. 3. Three-wire system according to claims i and -z. characterized in that the The transformer supplies a secondary voltage at the lowest value of the primary voltage, that of switching chokes that are not premagnetized is around the full load voltage drop the increased "nominal voltage" of the network half on the DC side of the converter, and that with such a dimensioning of the constant component of the switching throttle bias, that the transformer voltage is still greater by one half of the possible alternating voltage fluctuation corresponding amount is reduced. on the switching throttles another, from Pre-magnetization dependent on the deviations of the AC voltage from its nominal value which supports the constant premagnetization when the AC voltage is too high and counteracts it when the alternating voltage is too low.