DE882878C

DE882878C - Arrangement for controlling a converter

Info

Publication number: DE882878C
Application number: DES4734D
Authority: DE
Inventors: Walter Dr-Ing Hartel; Otto Dr-Ing Schiele
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1942-03-18
Filing date: 1942-03-18
Publication date: 1953-07-13

Description

Anordnung zur Steuerung eines Umrichters Die Erfindung bezieht sich auf einen Umformer, der mit steuerbaren Lichtbogenentladungsstrecken arbeitet und eine Wechselspannung gegebener Frequenz in eine Wechselspannung anderer Frequenz umformt. Bei einem bekannten Umformer hzw. Umrichter .dieser Art erhalten. die Steuerelektroden der Entladungsstrecken zwei Steuerspannungen. Die eine Spannung wird dem höherfrequenten und die andere dem niederfrequenten Wechselstromnetz entnommen. Die von -dem Umrichter übertragene Leistung kann dabei dadurch geregelt werden, daß die dem niederfrequenten Wechselstromnetz entnommene Spannung nach Größe und Phase geändert wird. Für eine solche Regelung ist es vorteilhaft, diese Steuerspannung aus zwei Teilkomponenten zusammenzusetzen, von denen die eine mit der Spannung des Wechselstromnetzes in Phase ist, während .d!ie andere gegenüber der Spannung des Wechselstromnetzes um 9o° in der Phase verschoben ist. Unter der im allgemeinen bei der Regelung zugrunde gelegten Annahme, daß der Spannungsabfall des Umrichters im wesentlichen ein induktiver Spannungsabfall ist, regelt dann die mit der Netzspannung inPhase liegende Spa.nnungskomponente die Blindleistung des Umrichters, während die um 9o° phas-en,verschobene Komponente die Wirkleistung bestimmt.Arrangement for controlling a converter The invention relates to a converter that works with controllable arc discharge paths and an alternating voltage of a given frequency into an alternating voltage of another frequency reshaped. In a known converter hzw. Inverters of this type received. the control electrodes of the discharge paths two control voltages. One voltage becomes the higher frequency one and the other is taken from the low-frequency alternating current network. The from -the converter transmitted power can be regulated by the fact that the low-frequency AC grid voltage is changed according to size and phase. For one such regulation, it is advantageous to this control voltage from two sub-components assemble, one of which with the voltage of the AC network in Phase is, while .the other opposite to the voltage of the alternating current network 90 ° is shifted in phase. Under which is generally based on the scheme made assumption that the voltage drop of the converter is essentially inductive If there is a voltage drop, the relaxation component that is in-phase with the mains voltage regulates the reactive power of the converter, while the component shifted by 90 ° determines the real power.

Gegenstand der Erfindung isst eine Steuerungsanordnung, welche die der Netzspannung gegenüber um 9o° in .der Phase verschobene Steuerspannungskomponente liefert. Gemäß,der Erfindung wird die phasenverschobene Spannung durch Hilfsschaltungen gewonnen, bei denen die Reihenschaltung aus einem komplexen und einem Ohmschen Widerstand an eineWechselspannung angeschlossen ist, und bei. denen außerdem mindestens zwei derartiger Hilf sschalit:ungen inKaslcade geschaltet sind. Das bedeutet, .daß die durch eine Hilfsschaltung in der Phase bereits verschobene Wechselspannung für die nächstfolgende Hilfsspannung als Eingangswechselspannung verwendet wird. Es gelingt @da-. durch, mit- Hilfsschaltungen, von. denen jede einzelne noch keime Phasernverlschiebung um 9o° erreicht, infolge der Käskadenschaltun.g die. .gewünschte.Phasenversehiebung beliebig genau zu erreichen und sie außerdem .den besonderen Anforderungen der Regelung noch weitgehend anzupassen.The invention eats a control arrangement which the The control voltage component shifted in phase by 90 ° compared to the mains voltage supplies. According to the invention, the phase-shifted voltage is determined by auxiliary circuits won, in which the series connection of a complex and an ohmic resistance is connected to an AC voltage, and at. which also have at least two Such auxiliary switches are cascaded. That means .that the by an auxiliary circuit in the phase already shifted alternating voltage for the The next auxiliary voltage is used as input AC voltage. It succeeds @there-. through, with-auxiliary circuits, of. each of which is still a germ phase shift reached by 90 °, due to the Käskadenschaltun.g die. .desired.phase shift to be reached as precisely as required and they also meet the special requirements of the regulation still largely to be adapted.

Mist besonderem Vorteil verwendet man. als Hilfsschaltung die Reihenschaltung aus einer Induktivität und einem Ohmschen Widerstanid. Die phasenverschobene Ausgangsspannung wird an dem Ohmschen; Widerstand abgenommen und kann dort reit Hilfe einer verschiebbaren Anzapfung .in ihrer Amplitude geregelt werden,. Die an einem Ohmschen Widerstand abgenommene phasenverschobene Spannung ist @im Sinne der erfindungsgemäßen Kaskadenschaltung mehrerer Hilfsschaltungen ihrerseits Ausgangsspannung für eine weitere Hilfsspannung, die ebenfalls aus der Reihenschaltung eines Ohmschen Widerstands mit einer Induktivität besteht. .Crap is used to particular advantage. the series connection as an auxiliary circuit from an inductance and an ohmic resistor. The out-of-phase output voltage becomes at the ohmic; Resistance is decreased and can be ridden with the help of a sliding Tapping. Are regulated in their amplitude. The one at an ohmic resistor phase-shifted voltage taken is @ in the sense of the cascade circuit according to the invention several auxiliary circuits in turn output voltage for a further auxiliary voltage, which is also made up of the series connection of an ohmic resistor with an inductance consists. .

In Fig. i ist eine Schaltanordnung dargestellt, bei der iderGrundgedanke der Erfindung angewendet ist. In :der Schaltung bedeutet i das niederfrequente, meist einphasige Wechselstromnetz, des Umrichters. Über zwei Transformatoren _ und 3 werden die beiden Steuerspann.ungskomponenten entnommen. Anden Transformator 3 ist ein-Regelwiderstand R4 und ein Spannungsteilerwiderstand R5 angeschlossen. An dem Anzapfpünkt P2 wird eine Steuerspannung E$ abgenommen, die mit der Netzspannung in Phase ist und daher die Blindleistung des Umrichters bestimmt.In Fig. I a circuit arrangement is shown in which the basic idea of the invention is applied. In: the circuit i means the low frequency, mostly single-phase AC network, the converter. Via two transformers _ and 3 the two control voltage components are taken. Andean transformer 3 a variable resistor R4 and a voltage divider resistor R5 are connected. At A control voltage E $ is taken from the tap point P2, which is connected to the mains voltage is in phase and therefore determines the reactive power of the converter.

An den Transformator 2 bzw. an dessen Klemmen! A und B ist die Reihenschaltung aus einer Drosselspule D2 und einem Widerstand. R2 angeschlossen. An den Klemmen, dieses Widerstands liegt eine gleichartige Reihenschaltung aus einer Drosselspule D1 und einem Ohmschen Widerstand #Ri. Über eine- Anzapfung P1 wiird an: diesem Widerstand eine Spannung EW albgenommen, die bei richtiger Bemessung,der Widerstandsgrößen R1, R2, D1. und D2 gegenüberder Spannung des Netzes r um 9o° in der Phase verschoben ist. Ein weiterer, unmittelbar an.,dem Netz i liegender Widerstand Re liefert die Grundspannung, zu der die beiden Steuerspanmungskomponenten EW und E$ hinzugefügt werden. Die Resultierende .aus diesen drei Spannungen wird .dem Regelstromkreis zugeführt, der .als Belastungswiderstand Z dargestellt ist.To transformer 2 or to its terminals! A and B is the series connection of a choke coil D2 and a resistor. R2 connected. A similar series circuit of a choke coil D1 and an ohmic resistor #Ri is connected to the terminals of this resistor. Via a tap P1, a voltage EW is taken from this resistor which, if correctly dimensioned, of the resistance values R1, R2, D1. and D2 is 90 ° out of phase with the voltage of the network r. Another resistor Re, which is directly connected to the network i, supplies the basic voltage to which the two control voltage components EW and E $ are added. The resultant of these three voltages is fed to the control circuit, which is shown as a load resistor Z.

Aus,der Schaltung der Fig. i ist zu ersehen, daß im vorliegenden Fall eine Kaskadenschaltung aus zwei untereinander gleichartigen Hilfsschaltungen verwendet ist: Die beiden H,ilfssch.ältungenbestehen je aus einer Reihenschaltung von Drosselspule und Ohmschen Widerstand, wobei die Spannung am Widerstand die phasenverschobene Spannung liefert. An,dem Grundgedanken der Erfindung wird nichts geändert, wenn die Drosselspulen durch andere komplexe Widerstäizde, beispielsweise Kondensatoren oder auch zusammengesetzte Widerstände, ersetzt werden. In jedem Fall kommt es darauf an, daß die phasenverschobene Spannung einer Hilfsschaltung als Eingangsspannung für die nächstfolgende bzw. die in der Kaskade folgende Hilfsschaltung dient.From the circuit of FIG. I it can be seen that in the present case a cascade circuit consisting of two auxiliary circuits of the same type is used is: The two outer layers each consist of a series connection of a choke coil and ohmic resistance, where the voltage across the resistor is the phase shifted Voltage supplies. To, the basic idea of the invention is not changed, though the choke coils by other complex resistances, for example capacitors or composite resistors. In any case, it depends indicates that the phase-shifted voltage of an auxiliary circuit is used as the input voltage is used for the next auxiliary circuit or the one following in the cascade.

Es wurde bereits erwähnt; @daß die beeiden Steuerspannungen EW und AB über Anzapfungen P1 und P2 an den zugehörigen Widerständen R1 und R;, abgenommen werden. Dadurch ändert sich naturgemäß auch oder Strom i; welcher den. Belastungswiderstand Z der Regelanordnung durchfließt. Mit anderen - Worten ändert sich das Verhältnis dieses Stroms i zu dem Strom il, der den Gesamtwiderstand R1 durchfließt. Für die Regelanordnung ist es wesentlich, daß die Phasenlage der Steuerspannung EW von dem Verhältnis dieser beiden Teilströme nicht unabhängilg ist. Nur bei einer ganz bestimmten Stellung der Anzapfüng P1 bzw. bei Leerlauf der Regelanordnung erhält man genau die ;gewünschte Phasenverschiebung von 9o°. jede Verschiebung der Anzapfung P1 bedingt eine Änderung der Amplitude der abgenommenen Steuerspannung EW und demzufolge auch eine Änderung der Phasenlage dieser Steuerspannungen oder eine Abweichung der Phase dieser Steuerspannung von der Phasenverschiebung um 9o°. Diese Abhängigkeit ist nichterwünscht, weil einerseits durch Veränderung des Anzapfpunkts P1 die Größe der abgegebenen Wirkleiistung geregelt werden soll, andererseits aber die Phasenverschiebung möglichst beibehalten werden muß, damit sich nicht gleichzeitig mit der Würkleistung auch noch die Blindleistung ändert.It has already been mentioned; @ that the two control voltages EW and AB via taps P1 and P2 at the associated resistors R1 and R ;, are taken off. This naturally also changes or current i; which the. Load resistance Z of the control arrangement flows through. In other words, the ratio of this current i to the current il that flows through the total resistance R1 changes. It is essential for the control arrangement that the phase position of the control voltage EW is not independent of the ratio of these two partial currents. Exactly the desired phase shift of 90 ° is only obtained when the tap P1 is in a very specific position or when the control arrangement is idle. Each shift of the tap P1 causes a change in the amplitude of the control voltage EW and consequently also a change in the phase position of these control voltages or a deviation of the phase of this control voltage from the phase shift by 90 °. This dependency is undesirable because on the one hand the size of the active power output is to be regulated by changing the tapping point P1, on the other hand the phase shift must be maintained as far as possible so that the reactive power does not change at the same time as the effective power.

Erfindungsgemäß wird ,dieser Schwierigkeit durch besondere Maßnahmen an der Regelanordnung begegnet. Ein Mittel zur Verminderung des Einflusses des veränderlichen Stroms i auf die Phasenverschiebung .der Spannung EW besteht darin, daß die Drosselspulen D1, D2 und die Widerstände R1 und R2 so bemessen werden, -daß der Strom il, d. h. der den Widerstand R1 durchfließende Strom, den die Belastung Z durchfließenden Strom i bei weitem überwiegt. Die-Phasenlage der .Spannung EW bleibt dann auch bei veränderlicher Anzapfung P1 im wesentlichen unverändert. Ein Nachteil dieser Maßnahme liegt darin, daß -die Leistungen der Drosselspulen, D1 und D2 sowie der Widerstände R'1 und R2 zunehmen. Im allgemeinen gelingt es je- i doch, bereits bei nicht allzu großen Drossel- und Wilderstandsleistungen die unerwünschte Winkelabhängigkeit auf ein erträgliches Maß zu begrenzen.According to the invention, this difficulty is addressed by special measures encountered in the rule arrangement. A means of lessening the influence of the mutable Current i on the phase shift .der voltage EW is that the inductors D1, D2 and the resistors R1 and R2 are dimensioned so that the current il, i. H. the current flowing through the resistor R1, the current flowing through the load Z. Current i outweighs by far. The phase position of the voltage EW then also remains variable tap P1 essentially unchanged. A disadvantage of this measure lies in the fact that -the performance of the inductors, D1 and D2 and the resistors R'1 and R2 increase. In general, however, it does not work too well with large thrush and game resistance performances on the undesirable angle dependence to limit a tolerable level.

Ein weiteres Mittel zur Beseitigung der Winkelabhängigkei't besteht darin, daß die beiden Widerstände R1 und R2 miteinander zwangsläufig derart gekuppelt werden, daß mit dem Widerstand R1 gleichzeitig auch der Widerstand R2 geändert wird. In Fig. 2 .ist diese Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Bezeichnungen: sind die gleichen wie in Fig. i. Wegen der Kopplung zwischen R1 und R2 verschiebt sich mit dem Anzapfpunkt P1 gleichzeitig auch ein Anzapfpunkt des Widerstands R2 und. damit die Größe der an diesem Widerstand abgegriffenen Spannung. Bei richtiger Bemessung der beiden Widerstände und richtiger Wahl der Kopplung zwischen den Anzapfungen beider Widerstände gelingt es, die Phasenlage der Steuerspannung Ew unabhängi-g von der Größe des Stroms. i konstant zu halten. In diesem Fall ist man nicht mehr gezwungen, das Verhältnis der beiden Ströme i und il möglichst klein zu halten, weil in jeder Stellung von P1 die Winkelabweichung durch eine entsprechende Änderung des Widerstands -R2 ausgeglichen wird. Der obenerwähnte ungünstige Leistungsaufwand fällt weg .Another means of eliminating the angular dependence is that the two resistors R1 and R2 are inevitably coupled to one another in such a way that the resistor R2 is also changed at the same time as the resistor R1. This embodiment of the invention is shown in FIG. The designations: are the same as in Fig. I. Because of the coupling between R1 and R2, a tapping point of the resistor R2 and also moves at the same time as the tapping point P1. thus the size of the voltage tapped at this resistor. With correct dimensioning of the two resistors and correct selection of the coupling between the taps of both resistors, it is possible to make the phase position of the control voltage Ew independent of the magnitude of the current. keep i constant. In this case one is no longer forced to keep the ratio of the two currents i and il as small as possible, because in every position of P1 the angular deviation is compensated for by a corresponding change in resistance -R2. The above-mentioned unfavorable performance expenditure is eliminated .

Der Widerstand R2 muß be;i der Schaltung der Fig.2 richtig gestaffelt werden. Die, Staffelung wird dabei um so mehr von der einfachen linearen Verteilung abweichen müssen, je größer die Winkelabweichung zwischen der unteren und oberen. Stellung dies Anzapfpunkts P1 am Widerstand R1 ist.The resistor R2 must be correctly staggered in the circuit of FIG will. The staggering becomes all the more of the simple linear distribution must deviate, the greater the angular deviation between the lower and upper. This is the position of the tapping point P1 at the resistor R1.

Die günstigste Lösung besteht in einer Verbindung der vorstehend erwähnten Mittel gegen die Winkelabhängigkeit. Man wird also zweckmäßig das Verhältnis der Ströme i, und il so groß wählen, daß die, dann entstehende Winkelabweichung zwischen der untersten und derobersten Spannungsbeilerstellung noch genügend genau durch einen linear gestaffelten Widerstand R2 ausgeglichen «-erden kann,.The cheapest solution is to combine the above Remedies for angular dependence. So one becomes expedient the ratio of Select currents i, and il so large that the angular deviation that then arises between the lowest and the uppermost tension ax creation with sufficient accuracy a linearly staggered resistor R2 can be balanced «-earth ,.

An Stelle der Widerstände R1 und R2 lassen sich auch die Drosselspulen Dl und; D2 veränderlich ausbilden und mit der Anzapfung des Widerstands R1 kuppeln. In jedem Fall kommt es darauf an, eine Änderung am Widerstand R1 und deren Einfluß auf den Phasenverschiebungswinkel der Spannung Ew durch eine Änderung an einem oder mehreren der übrigen .in den Hilfsschaltungen. verwendeten Widerstände auszugleichen.Instead of the resistors R1 and R2, the choke coils can also be used Dl and; Form D2 variable and couple with the tap of the resistor R1. In any case, it depends on a change in resistor R1 and its influence on the phase shift angle of the voltage Ew by changing an or several of the remaining .in the auxiliary circuits. to compensate for the resistances used.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement for controlling a converter (converter), by converting an alternating voltage of a given frequency into an alternating voltage of others Frequency is converted with the help of controllable arc discharge paths, wherein a control voltage taken from one of the AC networks is derived from a essentially in phase and one essentially 90 degrees opposite : composed of the partial voltage shifted from the mains voltage, characterized in that that to obtain the phase-shifted voltage auxiliary circuits in which the Series connection of a complex and an Obm resistor to an alternating voltage is connected:, used in such a way that at least two such Auxiliary circuits are connected in cascade.

2. Arrangement according to claim i, characterized characterized that at .die given alternating voltage (2) the series connection an ohmic resistance. (R2) and a choke coil (D2) is connected that a similar series connection to the terminals of the ohm-shy resistor (R2) another ohmic resistor; (R1) and a choke coil (Dl) connected and that the phase-shifted control voltage at the ohmic resistor (R1) the last-mentioned series circuit is tapped.

3. Arrangement according to claim z, characterized in that the inductors. and ohmic resistances of the two Series connections are dimensioned so that the current drawn from the overall circuit (i) is much smaller than the current (il) flowing through the resistor (R1), at which the voltage (EW) is removed.

4. An arrangement according to claim 2, characterized denotes Ge, that the resistance to which the voltage is removed, with one or more of belonging to the auxiliary circuit resistors or inductors coupled in such a way that the induced by the change in loading angle deviation au-s: is matched :. Arrangement according to claim 2 and .4, characterized. characterized ,, that the ohmic resistances of two auxiliary circuits connected in cascade are mechanically coupled to one another.