DE903955C

DE903955C - Valve switching power converter for reciprocal energy exchange between an alternating current and a direct current network

Info

Publication number: DE903955C
Application number: DES14177D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wilhelm Leukert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1937-01-22
Filing date: 1937-01-22
Publication date: 1954-02-11

Description

Ventilschaltstromrichter für wechselseitigen Energieaustausch zwischen einem Wechselstrom- und einem Gleichstromnetz Es ist eine Einrichtung zur Regelung von Ventil -stramrichtern vorgeschlagen. worden, bei dar den Ventilstrecken ein. synchron mit dem Wechselstromnetz umlaufender Unterbrecher vorgeschhaltet ist, welcher die Ventilstrecken in einem innerhalb der Halbwelle deir Wechselspannung willkürlich verschiebbaren Zeitpunkt einschaltet und nach dem Erlöschen des Gleichrichterstromes wieder ausschaltet. Aufgabe der Erfindung ist es, einen solchen Ventilschaltstrommichter auch zurr Speisung solcher Verbraucher geeignet zu machen, bei denen häufig ein Eneirgieü@ber schuß auftritt, der dann über den Stromrichter an das speisende, Netz zurückgeliefert werden soll, oder die gelegentlich reversiert werden müssen. Wie weiter unten gezeigt werden wird, ist es erforderlich, bei Wechsel der Ensrgierich.t:ung die Schaltzeitpunkte dar Unterbrechemeinrichtu ,ng innerhalb er Periode der Wechselspannung zu verlegen, so daß also je nach dem Aus.stauerungsgrad, mit dem der Stromrichter im Augenblick das Auftretens eines Energierichtungswechsels gerade betrieben wird', der Schaltzeitpunkt sprunghaft um einen größerem oder kleineren Winkei verändert werden muß.Valve switching converter for mutual energy exchange between an alternating current and a direct current network It is a device for regulation suggested by valve flow converters. been, in dar the valve sections. synchronous with the AC network circulating breaker is provided, which the valve sections in an arbitrary within the half-wave of the alternating voltage adjustable time switches on and after the rectifier current has gone out turns off again. The object of the invention is to provide such a valve switching current converter also suitable for feeding those consumers who frequently have a Eneirgieü @ surplus occurs, which then via the converter to the feeding network should be returned, or which have to be reversed occasionally. As will be shown below, it is necessary to change the Ensrgierich.t: ung the switching times of the interruption device within the period of the alternating voltage to be laid, so that depending on the degree of congestion with which the converter at the moment a change of energy direction is occurring ', the switching time changed abruptly by a larger or smaller angle must become.

Um diesen sprunghaften Wechsel der Schaltzeitpunkte möglichst trägheitslos, zu ermöglichen, werden gemäß der Erfindung zur Festlegung der Schaltzeitpunkte, d. h. also zur Festlegung dies Aus:steuerungsgrades, zwei besondere, miteinander gemeinsam verstellbare Regeleinrichtungen vorgesehen, von denen jedoch die eine nur bei Gleichrichterbctrieb, die andere nur bei Wechsel,richteirbetrieb zur Einwirkung auf den Unterbrecher gebracht wrd,. In vielen Fällen wird es zweckmäßig sein, die, Schaltzeitpunkte dadurch zu regeln, daß man. die Synchroinlage des anit:reiib°nden Synchronmoto:rs verändert. Das kann am einfachsten durch Einschaltung eines Drehtransformators in die, Speiiseleitungen des Synchronmotors geschehen. Nach der Erfindung würden dann also zwei Drehtransformatoren vorzusehen. sein:, die beide, gemeinsam, aber gegeinläufig mit dein Steuerhebel gekuppelt sind und von denen je nach der B-e-t:riebsa!rt stets nur der eine oder, d'er, andere ein:gelschaltet ist.In order to make this sudden change in switching times as inert as possible, to enable, according to the invention to determine the switching times, d. H. So to determine this out: degree of control, two special ones, with each other jointly adjustable control devices provided, of which However, one only with rectifier operation, the other only with change, rectification operation to act on the interrupter. In many cases it becomes useful be the, to regulate switching times that one. the synchro insert of the anit: rub Synchronous motor: rs changed. The easiest way to do this is to switch on a rotary transformer into the feed lines of the synchronous motor. After the invention would then provide two rotary transformers. be :, the two, in common, but are mutually coupled with your control lever and of which depending on the B-e-t: riebsa! rt always only one or, d'er, the other is switched on.

In der Zeichnung sind der Erfin.düng :dargestellt. In Fi:g. r besteht der eigentliche Stromrichter aus dem Transformator T, dem Kontaktapparat K, der von denn Synchronmotor SDI angetrieben wiir,d, und :dein beiden: Ventilstrecken, I'. Die Zahl .der Ventilstrecken entspricht h:ieir, wie : das ebenfalls bereits vorgeschlagen, worden ist, der Zahl der während der überlappungsdauer zu gleicher Zeit stromführenden Phasen. Der Unterbrecher K schaltet dann :die beiden Ventile V abwechselnd zyklisch auf die einzelnen. Phasen um. Da hier d,e,r Strom stets nur in einer Richtung fließen kann, so ist es erforderlich, beim Energierichtungswechsel den,Gleichstromkreis umzupoilen.. Für diesen Zweck ist der Umschailter Ui voirgesiehe@n: Mit dem UmschaIter Ui ist ein weiterer- Umschalter U2 ge@-kuppelt, der dein Synchronmotor SM entweder mit den Drehregler D1 oder dem Drehregler D2 verbindet. Der Drehregler D1 möge dabei zur Festlegung der Schaltzeitpunkte beii Gleichrichterbetrie:b, derD'rehreglerD2 demen:tsp:rech:end fürden: Wech:selrichterbetrieb dienen. Beide i Drehregler sind miteinander gegenläufig gekuppelt und werden, durch den Steuerhebel St verstellt. Die Kupp-l.ung zwi.sch:e@n beiden wird so@ gewählt, daß sich beim Umlegen des Umschalters U2 stets eine Lage der Schaltzeitpunkte einstellt, die zwar der entgegengesetzten Betriebsart, aber- dem :gleichen Aussteuerungsgrad wie vor der Umschaltung emtsp:rich:t.In the drawing, the Erfin.düng: are shown. In Fi: g. The actual converter consists of the transformer T, the contact apparatus K, which is driven by the synchronous motor SDI, d, and: your two: valve sections, I '. The number of valve sections corresponds to the number of phases carrying current at the same time during the overlap period, as has already been proposed. The interrupter K then switches: the two valves V alternately cyclically on the individual. Phases around. Since d, e, r current can only flow in one direction here, it is necessary to reverse the DC circuit when changing the direction of energy ge @ -kuppelt, which connects your synchronous motor SM either with the rotary control D1 or the rotary control D2. The rotary controller D1 should serve to determine the switching times for rectifier operation: b, theD'rehreglerD2 demen: tsp: rech: end fürden: inverter operation. Both rotary controls are coupled to one another in opposite directions and are adjusted by means of the control lever St. The coupling between: e @ n both is chosen so that when the switch U2 is turned on, a position of the switching times is always set which, although the opposite operating mode, but: the same level of modulation as before the switchover emtsp : rich: t.

Diese Verhältnisse sind: in den Fig. 2 a und, 2 b kurvenmäßig näher dargestellt. Fig. 2 a bezieht sich dabei auf Gleichrichterbetrieb, Fig. 2 b, dagegen auf Mrech,selrichterbetnieb. Der einem bestimmten Aussiteuerungsgrad entspirechende, Steu irwinkel bei Gleichnichterbetrieb möge, von dem Zeitpunkt der Spannungsgleichheit benachbairter Phasen aus ge;-reehnet, 2pg, betragen. Da bei der gewählten Schaltung der Gleichstrom Jgi in,dem Stromrichter seine Richtung beibehält, müssen :beirr Wechselrichterbetriebd'ie negativem: Halbwellen. aus:ges:teuerT wurden. Da im übrigen aus Kommutierungsgründen beim Wechselrichterbetrieb die Stronmführung von einer Phase mit höherer- Spannung auf eine Phase mit niedrigerer Spannung übergehen muß, ergibt sich bei gleicher Aussteuerung hierbei ein, Steueirw#inkel yj,. Tgl und V", sind also die beiden Steuerwinkel, die bei dem gerade vorhandenen Aussteuerungsbrad an den beiden Drehreglern D1 lzw. D2 eingestellt sein müssen. In Fig. 3 wird der Energierichtungswechsel nicht durch Spannungsumkehr, sondern durch Stromumkehr, in dem Stromrichter ausgeführt. Dementsprechend sind zwei Ventilgruppen Vg und T% u, vorgesehen, von deinen die erste für Gleichrichter, die leitztere, für Wechsellrichterbetrieb bestimmt ist. In diesem Fall ist ein nu'n einpoliger Umschalter L73 vorgesehen, d eir den Gleichs,t,romkreis hei Energierichtungswechsel von deir einen auf die, andere Ventilgruppe umschaltet. Im übrigen stimmt der Aufbau der Schaltung mi:t,dein der Schaltung nach Fig. i überein. Da sich der Strom umkehrt, darf also, um Energierückgabe zu erzielen, die Spannung nicht umgekehrt werden. Es wird infolgedessen sowohl bei Gleichrichter- als auch bei Wechselrich-terbe:trieb auf den positiven Halbwellen, der Wechselspannung gearbeitet. Wegen, der Stromrichtungsumkehr ist es aber erforderlich, daß der Kommutierungss:trom beim Kurzschluß zweier Phasen, ebenfalls seine Richtung ändert, d.h. es muß beim Wechselrichterbietrieh ein Kommutierung sstrom von der abzulösenden Phase gegen die neu hinzukommende Phase fließen. Der Zu:schaItauigenblick miuß also: so gewählt sein, daß die neuhinzukommende Phase eine geringere Spannung hat als die abzulösende Phase.These relationships are shown in more detail in terms of curves in FIGS. 2a and 2b. Fig. 2a relates to rectifier operation, Fig. 2b, on the other hand, to Mrech, selrichterbetnieb. The control angle corresponding to a certain degree of control in the case of equalization operation, calculated from the point in time at which the voltages of neighboring phases are equal, should be 2pg. Since the direct current Jgi in the converter maintains its direction in the selected circuit, the following must be used for inverter operation: the negative: half-waves. from: ges: expensiveT. Since the current must pass from a phase with a higher voltage to a phase with a lower voltage for commutation reasons during inverter operation, this results in a control angle yj with the same modulation. Tgl and V "are the two control angles that have to be set on the two rotary controls D1 and D2 for the current modulation wheel. In FIG two valve groups Vg and T% u are provided, the first of which is for rectifiers, the other for inverter operation Otherwise, the structure of the circuit mi: t, dir corresponds to the circuit according to Fig. I. Since the current is reversed, the voltage must not be reversed in order to achieve energy return As a result, both rectifiers and inverters are operated on the positive half-waves of the alternating voltage However, it is necessary that the commutation current also changes its direction when two phases are short-circuited, ie with inverter operation a commutation current must flow from the phase to be detached to the new phase to be added. The focus must therefore be chosen so that the new phase to be added has a lower voltage than the phase to be replaced.

Dieise - Verhältnissei sind in. Fig. 4 dargestellt, wrobei. wiederum Fig. 4a. für Gleichrichterbeitrieb und Fig. 4b@ für Weichselrichiterbetrieb, gilt. Bei Gleichrichterbetrieb möge der Steuerwinkel wgl beitragen. Um beii Wechselrichterbet.rieb dieselbe Aussteuerung zu erzielen, muß er dann; unter Inne:-h:altung der obergenannten tBedingungen d=ie in Fig.4b durch W"' d'argesteillte Lage und Größe erhalten.These ratios are shown in FIG. 4, where. in turn Figure 4a. for rectifier operation and Fig. 4b @ for Weichselrichiter operation applies. In the case of rectifier operation, the control angle may contribute wgl. In order to operate the inverter To achieve the same level, he must then; Inside: -holding the above The conditions d = ie obtained in Fig. 4b by W "'d'argesteillte position and size.

Die Drehregler können in jedem Fall auch als Z,u:satztranisformatome:n geschaltet werden; man kann. sie dann, kleineir bemessen.. Da, die: Kupplung zwischen: dien. beiden Regeleinrichtungen für Gleichrichter- und für Weichselrichterbetrieb im allgemeinen z:u:r Irmehaltung der richtigen Steuerwinkel ein veränderliches übersetzu:ngsverhältnis erfordern wird, kann man: hierfür zweckmäßig Kurvenscheiben oder Kulissengetriebe verwenden. Bei manchem, Aüsführrungsformen der Regeleinrich.tungem: wird man auch entsprechende nicht linear geistufte Regelwiderstände benutzen können. Die Kupplung zwischen den beiden Um:schaltern;, von denen der -eine den Gleichstromkreis., der andere diei Lage der Schaltzeitpunkte umschaltet, wird, man zweckmäßig so ausführen, daß der letzteire gegenüber- dem erstgenannten mit einer gewissen Vorei:lung arbeitet, so daß b---im Wiedereinschalten des Arbeits,stromkredses die neue Scha,Itzeitpunktlage bereits eirreicht ist.The rotary controls can also be used as Z, u: satztranisformatome: n be switched; one can. they then, small-sized .. There, the: coupling between: serve. both control devices for rectifier and for rectifier operation In general, failure to maintain the correct control angle results in a variable transmission ratio is required, you can: for this purpose, cam disks or link gears use. With some forms of execution of the control system: one will too be able to use corresponding non-linear variable resistors. The coupling between the two to: switch;, of which the -one is the direct current circuit., the others who switch the position of the switching times will, expediently, be carried out in such a way that that the latter works with a certain advance on the former, so that b --- when the work, electricity credit is switched on again, the new point in time of the shift occurs has already been achieved.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Ven: tiilschaks: tromrichter for between one-one AC and; a G.leichstromne@tz, thereby ge, -kennizeichneit that for Determination of the switch-on times two special, common to each other adjustable Regeileinrichtung'en are provided!, One of which only for rectifier, the other only acted on the breaker when the inverter is in operation will.

2. Valve switching converter according to claim i, characterized in that the operating synchronous motor for the breaker depending on the operating mode via one is fed by two rotary transformers coupled together in opposite directions.

3. Ventilschaltstromriichter according to claim i and 2, characterized in that if the direction of energy is reversed, the connections of the direct current circuit to the converter - be swapped.

4 .. Ventilschalt.stromrichter according to claim i and 2, characterized marked that there are two groups of valves with different flow directions on the interrupter are connected, from, one or the other depending on the direction of the energy is switched on.

5. Ventilschaltstromrich.ter according to claim i to 4, characterized marked that the switchover of this breaker from one to the other: Synchronous position of the switching times with a time lead before the switchover in DC circuit takes place.