DE911512C

DE911512C - Arrangement to improve the power factor in the voltage regulation of converters

Info

Publication number: DE911512C
Application number: DEA9617D
Authority: DE
Inventors: Richard Troeger
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1942-04-28
Filing date: 1942-04-28
Publication date: 1954-05-17

Description

Anordnung zur Verbesserung des Leistungsfaktors bei der Spannungsregelung von Stromrichtern Bekanntlich besitzt die Regelung der Gleichspannung von Stromrichtern durch Gittersteuerung sowohl bei Gleichrichter- als bei Wechselrichterbetrieb den Nachteil, daß dabei die Phasenlage des Wechselstromes (Grundwelle) gegenüber der Wechselspannung um den Steuerwinkel a vergrößert wird und der Stromrichter infolgedessen eine mit der Aussteuerung steigende Blindleistung verbraucht. Dies ist besonders nachteilig bei Anlagen, die mit einem großen Regelbereich arbeiten und dazu noch, wie z. B. elektrische Bahnen, Fördermaschinen, Walzwerksantriebe od. dgl., zum Anlaufen, also bei kleinen Spannungen, erhebliche Überströme verlangen. Die bekannte Kompensation der Blindleistung durch Kondensatoren ist kostspielig und bedeutet außerdem eine Erschwerung des Betriebes, weil die hierzu notwendige Regelbarkeit der Kondensatorleistung verwickelte Schalteinrichtungen erfordert. Eine andere bekannte Lösung, den Blindleistungsverbrauch bei der Spannungsregelung zu verkleinern, besteht darin, Stufentransformatoren zu verwenden, also die Gleichspannung durch Regelung der Wechselspannung zu verändern und die Gittersteuerung nur zum Feinregeln zwischen den einzelnen Transformatorstufen zu verwenden. Die durch die Steuerung der Entladungsstrecken zu regelnde Spannung beträgt dann nur i,"zz, wenn der Stufentransformator von Null bis Voll regelbar ist und n gleiche Stufen besitzt. Unausgesteuert ist der Blindstromverbrauch bei jeder Stufeneinstellung Null. Bei dieser Regelung, die ohnehin praktisch nur für mäßige Leistungen in Frage kommt, wird jedoch die Anwendung der Gittersteuerung wesentlich eingeschränkt und damit einer der Hauptvorteile des Stromrichterbetriebes geopfert.Arrangement to improve the power factor in voltage regulation of power converters It is well known that power converters control the DC voltage through grid control for both rectifier and inverter operation Disadvantage that the phase position of the alternating current (fundamental wave) compared to the AC voltage is increased by the control angle a and the converter as a result a reactive power that increases with the level is consumed. This is special disadvantageous for systems that work with a large control range and, moreover, such as B. electric railways, conveyors, rolling mill drives or the like, to start up, thus require considerable overcurrents for low voltages. The well-known compensation reactive power through capacitors is costly and also means a Difficulty in operation because of the necessary controllability of the capacitor output requires intricate switching devices. Another well-known solution, reactive power consumption To reduce the voltage regulation, is to use step transformers use, i.e. to change the direct voltage by regulating the alternating voltage and the grid control only for fine-tuning between the individual transformer stages to use. The voltage to be regulated by controlling the discharge paths amounts to then only i, "zz, if the step transformer from zero to Is fully adjustable and has n equal levels. The reactive power consumption is uncontrolled zero for each step setting. With this scheme, that's practically only anyway for moderate performance, however, the use of the grid control will be considered significantly restricted and thus one of the main advantages of converter operation sacrificed.

Die vorliegende Erfindung löst nun die Aufgabe, eine Stufenregelung der Spannung, wie sie der eben erwähnte Stufentransformator vorsieht, rein durch die Steuerung der Stromrichterentladungsstrecken zu erzielen, dabei den Blindleistungsverbrauch ebenfalls entsprechend der Stufenzahl zu vermindern und in den Ausgangsstellungen der einzelnen Stufen, in denen die Arbeitsanoden voll beaufschlagt sind, zu Null zu machen, dort also jeweils mit cos (p = i zu arbeiten.The present invention now solves the problem of a step control the voltage, as provided by the step transformer mentioned above, purely through to achieve the control of the converter discharge paths, while the reactive power consumption also to be reduced according to the number of steps and in the starting positions of the individual stages in which the working anodes are fully loaded to zero to make, so to work there with cos (p = i.

Gemäß der Erfindung wird. dies dadurch- erreicht, daß mehrere unabhängig voneinander steuerbare Stromrichtersysteme gleichstromseitig in Reihe geschaltet sind, wobei ein, mehrere oder alle Stromrichtersysteme außer den Phasenanoden auch Nullanoden enthalten, so daß bei vollständiger Sperrung der Phasenanoden eines derartigen Systems dessen Spannungsanteil Null wird und der Gleichstrom allein über die zugehörige Nullanode fließt.According to the invention. this is achieved by having several independently mutually controllable converter systems connected in series on the DC side are, with one, more or all of the converter systems except the phase anodes as well Contain zero anodes, so that with complete blocking of the phase anodes of such a System whose voltage component is zero and the direct current solely via the associated Zero anode flows.

Die Erfindung sei nachstehend an Hand der Abbildungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the figures.

Fig. i zeigt eine an sich bekannte zweiphasige Einwegschaltung mit den z. B. durch Gitter steuerbaren einanodigen Entladungsgefäßen i -und 2, dem Nutzwiderstand R" und der Nullanode o. Die Kathodendrossel D sei so groß, daß die Oberwelligkeit des Gleichstromes vernachlässigt werden kann. Die Nullanode übernimmt bei plötzlicher Sperrung der Gefäße den Gleichstrom, bis dieser völlig abgeklungen ist; sie bildet mithin für den Gleichstrom einen freien Stromdurchlaß, wenn man die Arbeitsgefäße des Systems sperrt, was gleichbedeutend ist mit der Abschaltung der zugehörigen Transformatorwicklung. Ein Gleichstromfluß über die Nullanode verursacht daher keinerlei Blindleistungsverbrauch auf der Wechselstromseite.Fig. I shows a known two-phase one-way circuit with the z. B. controllable by grids single-anode discharge vessels i -and 2, the useful resistance R "and the zero anode o. The cathode choke D is so large that the ripple of the direct current can be neglected. The zero anode takes over in the event of a sudden Blocking the vessels from the direct current until it has completely subsided; she educates consequently a free passage for the direct current, if the working vessels locks the system, which is equivalent to switching off the associated Transformer winding. A direct current flow via the neutral anode therefore does not cause any Reactive power consumption on the alternating current side.

Wird die Nullanode eines als Gleichrichter arbeitenden Stromrichtersystems ungesteuert betrieben, so wird die Gleichspannung nicht bei der Aussteuerung a = T.;'2 entsprechend (p = Phasenzahl, a = Zündwinkel, gerechnet vom positiven Schnittpunkt der Phasen i und 2, also von zu Null, sondern erst bei der Aussteuerung ao - 2 + , also im Zeitpunkt Der Strom der arbeitenden Anode geht, auch wenn die Folgeanode noch gesperrt ist, beim Nulldurchgang der Phasenspannung i, also im Zeitpunkt n, auf Null zurück und wird von diesem Augenblick ab selbsttätig von der Nullanode übernommen, bis die Folgeanode freigegeben wird und zündet, d. i. im Zeitpunkt z9, = z7, -V- a. Istr > a also a > n - t%, so ist der Transformator in jeder Arbeitsperiode in der Zeit von @.T n bis stromlos, also praktisch abgeschaltet;- er verbraucht also während dieser Zeit weder Wirk- noch Blindstrom. Der Gleichstromkreis wird in dieser Zeit von der Feldenergie der Kathodendrossel D gespeist.If the neutral anode of a converter system working as a rectifier is operated in an uncontrolled manner, the DC voltage is not correspondingly at the level a = T.; '2 (p = number of phases, a = ignition angle, calculated from the positive intersection of phases i and 2, i.e. from to zero, but only at the modulation ao - 2 +, i.e. at the point in time Even if the following anode is still blocked, the current of the working anode goes back to zero at the zero crossing of the phase voltage i, i.e. at time n, and is automatically taken over by the zero anode from this moment until the following anode is released and ignites, that is at time z9, = z7, -V- a. If> a so a> n - t%, the transformer is in every working period from @ .T n to de-energized, i.e. practically switched off; - it therefore consumes neither active nor reactive current during this time. The direct current circuit is fed by the field energy of the cathode choke D during this time.

Diese ungesteuerte Nullanode verringert also, wie vorstehende Betrachtung zeigt, den Blindleistungsverbrauch verglichen mit einem System ohne Nullanode und bietet außerdem den Vorteil, daß der Blindleistungsverbrauch bei unverändertem Strom mit dem Spannungsrückgang nicht bis zum Schluß ansteigt, also im Grenzzustand U, = o seinen Höchstwert erreicht, sondern von einer bestimmten Spannung ab mit abnehmender Spannung zurückgeht und im Grenzzustand U, = o selbst Null wird. Andererseits verhindert aber die ungesteuerte oder freigegebene Nullanode die Umschaltung des Systems in den Wechselrichterbetrieb und somit das Rückarbeiten vom Gleichstromnetz in das Wechselstromnetz, weil sich dabei die Gleichspannung umkehrt und infolgedessen der Gleichstrom frei über die Nullanoden zurückfließen könnte. Will man einen Stromrichter mit Nullanode als Wechselrichter betreiben, so muß man auch die Nullanoden mit Steuereinrichtungen versehen. Wird die Nullanode völlig gesperrt, so arbeitet der Stromrichter naturgemäß normal mit der Gleichspannung Null bei der Aussteuerung Fig. z zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar eine Reihenschaltung von zwei z. B. gittergesteuerten Stromrichtersystemen I und II in zweiphasiger Einwegschaltung; jedes System- ist unabhängig von dem anderen steuerbar. Man erhält die volle Gleichspannung 2 U, (U9 = Gleichspannung jedes Systems), wenn die Gitter der Entladungsstrecken beider Systeme voll geöffnet sind; dabei ist der Blindleistungsverbrauch Null. Sperrt man eines der beiden Systeme, z. B. System I, so wird damit der Gleichstrom nicht unterbrochen; er kann über die Nullanode 1o ungehindert weiterfließen. Da in diesem Fall nur noch das System II arbeitet, geht die Gleichspannung auf die Hälfte zurück, wenn beide Systeme für die gleiche Spannung bemessen sind, was wir vorläufig annehmen wollen. In diesem Betriebszustand entsteht kein Blindleistungsverbrauch, weil das System II annahmegemäß mit voll geöffneten Gittern arbeitet. Werden beide Systeme gesperrt, so ist die Spannung Null. Diese Schaltung ergibt also bei gleicher Teilspannung der beiden Systeme eine Spannungsregelung durch Gitterbetätigung in zwei Stufen; bei denen der Blindleistungsverbrauch Null ist, wenn man von den Induktivitäten in den Anodenkreisen und deren Wirkung absieht.This uncontrolled zero anode thus reduces the reactive power consumption compared to a system without a zero anode, as shown above, and also offers the advantage that the reactive power consumption does not increase until the end of the voltage drop with unchanged current, i.e. reaches its maximum value in the limit state U, = o , but decreases from a certain voltage with decreasing voltage and in the limit state U, = o itself becomes zero. On the other hand, however, the uncontrolled or released neutral anode prevents the system from switching over to inverter operation and thus working back from the direct current network to the alternating current network, because the direct voltage is reversed and as a result the direct current could flow back freely via the neutral anodes. If you want to operate a power converter with a neutral anode as an inverter, you must also provide the neutral anodes with control devices. If the zero anode is completely blocked, the converter naturally works normally with the DC voltage zero when modulating Fig. Z shows an embodiment of the invention, namely a series connection of two z. B. grid-controlled converter systems I and II in two-phase one-way circuit; each system can be controlled independently of the other. The full DC voltage 2 U, (U9 = DC voltage of each system) is obtained when the grids of the discharge paths of both systems are fully open; the reactive power consumption is zero. If you lock one of the two systems, e.g. B. System I, the direct current is not interrupted; it can continue to flow unhindered via the zero anode 1o. Since only system II is still working in this case, the DC voltage is reduced by half if both systems are dimensioned for the same voltage, which we want to assume for the time being. In this operating state, there is no consumption of reactive power because system II is assumed to work with fully open grids. If both systems are blocked, the voltage is zero. With the same partial voltage in the two systems, this circuit results in voltage regulation by operating the grid in two stages; in which the reactive power consumption is zero, if one disregards the inductances in the anode circuits and their effect.

Die stetige Spannungsregelung (Feinregelung) zwischen den (cos (p = i)-Stufen wird in der üblichen Weise durch Aussteuerung der Gitter bewirkt. Dabei kann man verschieden vorgehen, entweder in der Weise, daß man nur das System steuert, das beim Herunterregeln der Spannung als nächstes für die Sperrung in Frage kommt, oder indem man eines oder mehrere der übrigen Systeme gleichzeitig mit aussteuert. Zweckmäßig wird man bei der Feinregelung unter sonst gleichen Bedingungen die Steuerung der Systeme so ausführen, daß man bei jeder Zwischenspannung einen möglichst geringen Gesamtverbrauch an Blindleistung erhält.The continuous voltage regulation (fine regulation) between the (cos (p = i) -steps is effected in the usual way by modulating the grating. Included one can proceed in different ways, either in such a way that one only controls the system, which comes next in question for blocking when the voltage is turned down, or by controlling one or more of the other systems at the same time. In the case of fine control, under otherwise identical conditions, the control is expedient the Design systems in such a way that you get a receives the lowest possible total consumption of reactive power.

Arbeitet man beispielsweise bei Wechselrichterbetrieb bis kurz vor Sperrung der Arbeitsanoden mit gesperrter Nullanode, so ist es unter Umständen zweckmäßig, um plötzliche Übergänge des Blindleistungsverbrauches zu vermeiden, nicht das System, das man als nächstes zu sperren wünscht, allein von Voll auf Null zu regeln, sondern gleichzeitig eines oder mehrere der anderen Systeme mit zu regeln. Sobald die Gesamtspannung den mit der nächsten (cos(p = i)-Stufe erstrebten Wert (bei der Schaltung Fig. 2 z. B. Ug) erreicht hat, geht man mit der Spannung des Systems 1 stetig auf Null zurück bei gleichzeitiger E höhung der Spannung von System II um den gleichen Betrag, so daß die Gesamtspannung U, während dieses Regelvorganges unverändert bleibt. Dabei geht der Blindstromverbrauch von seinem Höchstwert allmählich auf Null zurück entsprechend der Endstellung der Steuerwinkel a, = 9o° und a p = o bei dem Beispiel Fig. 2.For example, if you work with the neutral anode blocked until shortly before the working anodes are blocked, it may be useful to avoid sudden transitions in reactive power consumption, not to regulate the system that you want to block next from full to zero, but to control one or more of the other systems at the same time. As soon as the total voltage has reached the value aimed for with the next (cos (p = i) stage (e.g. Ug in the circuit of FIG. 2), the voltage of system 1 is continuously reduced to zero with a simultaneous increase the voltage of system II by the same amount, so that the total voltage U, remains unchanged during this control process. The reactive power consumption gradually decreases from its maximum value to zero according to the end position of the control angles α = 90 ° and ap = 0 in the example Fig. 2.

Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß man durch derartiges Aneinanderreihen von Einzelsystemen mit Nullanoden eine Unterteilung der Gleichspannung in beliebig viele (cos 99 = i)-Spannungsstufen erreichen kann wie bei Regelung mittels Stufentransformatoren und daß der durch die Feinregelung bedingte Blindleistungsverbrauch um so kleiner wird, je feinstufiger die Unterteilung vorgenommen wird. Für sämtliche Systeme genügt ein Transformator mit einer gemeinsamen Primärwicklung. Sie ist der Einfachheit halber auf den Abbildungen fortgelassen. Jedes System erfordert eine eigene Sekundärwicklung, so daß sich bei n Stufen n Wicklungen ergeben. Wegen der Isolationsverhältnisse kann es in manchen Fällen jedoch zweckmäßig sein, mehrere getrennte Transformatoren zu verwenden.It can be seen without further ado that one can achieve a subdivision of the DC voltage into any number of (cos 99 = i) voltage levels by stringing together individual systems with zero anodes, as is the case with control using step transformers, and that the reactive power consumption caused by the fine control is all the smaller , the more finely the subdivision is made. One transformer with a common primary winding is sufficient for all systems. It has been omitted from the illustrations for the sake of simplicity. Each system requires its own secondary winding, so that with n stages there are n windings. Due to the insulation conditions, however, it may be advisable in some cases to use several separate transformers.

Fig.3 zeigt den Erfindungsgegenstand für die Brückenschaltung. Hierbei ist der Mittelpunkt (Sternpunkt) der Transformatorwicklung herausgeführt; er dient zum Anschluß der Nullanoden, von denen je eine zur Plus- und Minusschiene führt. Man erhält zwei Einzelsysteme I und 1I und infolgedessen eine Spannungsregelung mit den Stufen i-1/2 und i/2 o wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2. Zum Unterschied von der Sternschaltung benötigt die Brückenschaltung für n Stufen nur Transformatorwicklungen; sie bietet außerdem den Vorteil einer wesentlich besseren Transformatorausnutzung. Die Wirkungsweise ist im übrigen ähnlich wie bei der Schaltung nach Fig. 2.3 shows the subject of the invention for the bridge circuit. Here the center point (star point) of the transformer winding is brought out; it is used to connect the neutral anodes, one of which each leads to the plus and minus bars. Two individual systems I and 1I are obtained, and as a result voltage regulation with stages i-1/2 and i / 2 o as in the exemplary embodiment according to FIG. 2. In contrast to the star connection, the bridge circuit only needs n stages Transformer windings; it also offers the advantage of a significantly better transformer utilization. The mode of operation is otherwise similar to that of the circuit according to FIG. 2.

Fig. q. zeigt eine Doppelbrückenschaltung mit zwei in Reihe geschalteten Einfachbrücken oder vier Einzelsystemen. Sie ergibt bei gleichen Teilspannungen der Systeme die vier Spannungsstufen 4/4 3/4, 3I4 2/4, '/4--'/4 und '/4--0. In Fig. q. a ist ein ebenfalls an vier Einzelsystemen aufgebauter Stromrichter gezeigt, der aus der Reihenschaltung von vier Teilsystemen nach Fig. i bzw. 2 entsteht.Fig. Q. shows a double bridge circuit with two connected in series Single bridges or four individual systems. It results in the same partial voltages of the systems the four voltage levels 4/4 3/4, 3I4 2/4, '/ 4 -' / 4 and '/ 4--0. In Fig. q. a is also shown a power converter built on four individual systems, which arises from the series connection of four subsystems according to FIG. i and 2 respectively.

Fig. 5 zeigt eine Doppelbrückenschaltung, bei der die beiden Gefäßsysteme II und III der Schaltung nach Fig. q. zu einem System vereinigt sind und demnach für die gleiche Zahl von (cos 99 = i) -Stufen q. statt acht nur sechs Gefäße und statt vier Nullanoden nur drei benötigt werden. Um dies zu ermöglichen, sind die Wicklungen A und B so anzuschließen, daß die in ihnen induzierten Spannungen entgegengesetzt gerichtet sind (vgl. - die eingezeichneten Richtungspfeile) und demnach das System II in Fig. 5 eine Doppelstufe entsprechend 2 Up ergibt. Die Stufenregelung kann dann z. B. in folgender Weise erfolgen: I+II+III=4Ug, I+II oder II+III=3Ug, I +III oder II = 2 Up, I oder III --- i Up. FIG. 5 shows a double bridge circuit in which the two vascular systems II and III of the circuit according to FIG. Q. are combined into a system and therefore for the same number of (cos 99 = i) stages q. instead of eight only six vessels and instead of four zero anodes only three are required. To make this possible, windings A and B are to be connected in such a way that the voltages induced in them are directed in opposite directions (cf. - the directional arrows shown) and consequently system II in FIG. 5 results in a double stage corresponding to 2 Up. The step control can then, for. B. in the following way: I + II + III = 4Ug, I + II or II + III = 3Ug, I + III or II = 2 Up, I or III --- i Up.

Die Fig. 6 und 7 zeigen Beispiele für dreiphasige Einfach- und Doppelbrückenschaltungen mit zwei und vier Regelstufen. Die Nullanoden werden dabei an die herausgeführten Sternpunkte angeschlossen, so daß auch für n Mehrphasensysteme beliebiger Phasenzahl nur n Nullanoden benötigt werden. Naturgemäß wird man bei Reihenschaltung mehrphasiger Systeme in bekannter Weise von der Möglichkeit Gebrauch machen, ihre Achsen gegeneinander zu schwenken, um hochphasige Welligkeit der Gleichspannung zu erzielen und die Oberwelligkeit des Wechselstromes zu verkleinern. Gegebenenfalls können in einem oder mehreren Systemen auch anTransformatoranzapfungen liegende Anoden (Anzapfanoden) verwendet werden.FIGS. 6 and 7 show examples of three-phase single and double bridge circuits with two and four control levels. The zero anodes are connected to the lead out Star points connected, so that any number of phases can also be used for n multi-phase systems only n zero anodes are required. Naturally, one becomes more multi-phase when connected in series Systems in a known manner make use of the possibility of their axes against each other to pan in order to achieve high-phase ripple of the DC voltage and the harmonic ripple of the alternating current. Optionally, in one or more Systems also use anodes located at transformer taps (tap anodes) will.

Soll die gleiche Regelung für Wechselrichterbetrieb verwandt werden, so sind, wie bereits erwähnt, die Nullanoden steuerfähig, also beispielsweise auch mit Gittersteuerung auszuführen, da die Polarität der Gleichspannung sich bei Wechselrichterbetrieb umkehrt. Um eine Systemstufe abzuschalten, kann man entweder seine Spannung unter Aussteuerung der Nullanode stetig herunterregeln oder man verfährt in der Weise, daß die Steuerung der Phasenanoden des betreffenden Systems auf a - 9o° eingestellt und hiernach die zugehörige Nullanode freigegeben wird, wobei man, um plötzliche Schwankungen der Blindleistung zu vermeiden, das an früherer Stelle beschriebene Verfahren der gleichzeitigen Regelung von mehreren Systemen anwenden kann. Die Zuschaltung einer Systemstufe erfolgt sinngemäß in umgekehrter Reihenfolge.If the same control is to be used for inverter operation, so, as already mentioned, the zero anodes are controllable, for example also to be carried out with grid control, since the polarity of the DC voltage changes with inverter operation reverses. In order to switch off a system level, one can either lower its voltage Adjust the level of the zero anode steadily or you proceed in such a way, that the control of the phase anodes of the system concerned is set to a - 90 ° and then the associated zero anode is released, whereby one to sudden To avoid fluctuations in reactive power, the one described earlier Can apply methods of simultaneous regulation of several systems. The connection a system level takes place in the reverse order.

Bisher ist unterstellt worden, abgesehen von Fig. 5 und 7, daß alle für die Abstufung benutzten Systeme die gleiche Klemmspannung besitzen und daher die (cos 99 = i)-Regelung in gleichen Spannungsstufen erfolgt. Dabei werden, um n Stufen zu erhalten, bei Sternschaltung n Systeme und bei normaler Brückenschaltung Systeme benötigt.So far it has been assumed, apart from FIGS. 5 and 7, that all systems used for the gradation have the same clamping voltage and therefore the (cos 99 = i) control takes place in the same voltage steps. In order to obtain n stages, n systems are used with star connection and n systems with normal bridge connection Systems needed.

Es ist aber ohne weiteres zulässig, die Klemmspannungen der Systeme gemäß einer Weiterbildung der Erfindung verschieden zu wählen und beliebig abzustufen, wenn man die zugehörigen Gefäße und Nullanoden entsprechend bemißt. Wir haben ferner gesehen, daß wir es durch Sperrung und Freigabe der Systeme und der Nullanoden in der Hand haben, die Zusammenarbeit der Systeme beliebig zu gruppieren. Wenn die Systeme alle gleiche Spannungen besitzen, ergeben sich nur vier Spannungsstufen. Bemißt man dagegen die Spannung der einzelnen Systeme verschieden, so ist es möglich, die Zahl der Spannungsstufen der Anzahl der möglichen Gruppierungen anzugleichen, also bei der Schaltung nach Fig. 4a die Zahl der Spannungsstufen von 4 auf 15 zu erhöhen. Dieses Ergebnis wird erzielt, wenn man die Gleichspannungen der vier Systeme wie folgt abstuft: System i 1 = Z Uy - II (r + 1) = 2u '7 - 111 (1+2 +1) = 4 Un - IV (I+2+4+ 1) = 8 U, Volle Gleichspannung = 15 U9 Hiermit ist es möglich, außer der Nullspannung bei gleichzeitiger Sperrung aller vier Systeme, 15 verschiedene Gleichspannungen herzustellen, die jeweils um den gleichen Spannungssprung, nämlich 1/r5 der vollen Gleichspannung, voneinander verschieden sind und wechselstromseitig überhaupt keinen Blindleistungsverbrauch erfordern. Bei dieser großen Zahl von (cos(p = i)-Stufen ist der durch die Feinregulierung anfallende Blindleistungsbedarf so gering, daß er kaum ins Gewicht fällt. Nach Möglichkeit wird man die Feinregelung mit dem System mit den niedrigsten Anodenspannungen durchführen. Vier in Reihe geschaltete Systeme mit der vorerwähnten Spannungsabstufung genügen daher bereits, um eine praktisch blindstromfreie Spannungsregelung durch Gittersteuerung über den vollen Spannungsbereich zu ermöglichen. In vielen praktischen Fällen wird man mit einer viel geringeren Stufenzahl und daher schon mit zwei oder drei Systemen auskommen. Wird nur eine Spannungsregelung in geringeren Grenzen, aber nicht bis auf die Spannung Null herab verlangt, so wird man die Anodenspannungen in den einzelnen Systemen so wählen, daß innerhalb dieses gewünschten Regelbereiches ein Höchstwert der möglichen Spannungsstufen ohne Blindleistungsverbrauch erreicht wird.However, according to a further development of the invention, it is readily permissible to choose the clamping voltages of the systems differently and to graduate them as desired if the associated vessels and zero anodes are dimensioned accordingly. We have also seen that by locking and unlocking the systems and the zero anodes, we have the ability to group the cooperation between the systems as desired. If the systems all have the same voltages, there are only four voltage levels. If, on the other hand, the voltage of the individual systems is measured differently, it is possible to match the number of voltage levels to the number of possible groupings, that is to say to increase the number of voltage levels from 4 to 15 in the circuit according to FIG. This result is achieved by grading the DC voltages of the four systems as follows: System i 1 = Z Uy - II (r + 1) = 2u '7 - 111 (1 + 2 +1) = 4 Un - IV (I + 2 + 4 + 1) = 8 U, Full DC voltage = 15 U9 This makes it possible to produce 15 different DC voltages in addition to the zero voltage with simultaneous blocking of all four systems, each of which differs from one another by the same voltage jump, namely 1 / r5 of the full DC voltage and does not require any reactive power consumption on the AC side. With this large number of (cos (p = i) stages) the reactive power requirement resulting from the fine adjustment is so small that it hardly matters. If possible, the fine adjustment will be carried out with the system with the lowest anode voltages. Four connected in series Systems with the aforementioned voltage gradation are therefore already sufficient to enable a voltage regulation with practically no reactive current through grid control over the full voltage range. In many practical cases one will get by with a much smaller number of stages and therefore with two or three systems Limits, but not required down to the voltage zero, the anode voltages in the individual systems will be selected so that a maximum value of the possible voltage levels without reactive power consumption is achieved within this desired control range.

Bei dem Beispiel Fig. 3 ist in Reihe mit der Nullanode II ein Widerstand BW vorgesehen. Er kann u, a. dazu dienen, bei Rückarbeitung aus dem Gleichstromnetz, wie es z. B. im Bahnbetrieb vorkommt, die von den Bahnmotoren bei Verlangsamung ihrer Geschwindigkeit zurückgelieferte Energie aufzunehmen und dadurch den Zug abzubremsen. Der Widerstand kann also zur Bremsung von Motoren benutzt werden, wenn man aus irgendwelchen Gründen das Rückarbeiten ins Wechselstromnetz vermeiden will. Werden derartige Widerstände in mehreren Systemen verwendet, so bietet sich dabei zusätzlich die Möglichkeit, den gesamten Widerstand in Stufen zu regeln, indem man durch Sperren oder Freigabe der zugehörigen Arbeitsanoden die einzelnen Teilwiderstände nach Belieben zu- und abschaltet. Im normalen Stromrichterbetrieb können diese Widerstände zur Vermeidung von Wirkverlusten durch Schalter oder gesteuerte Entladungsstrecken überbrückt werden.In the example of FIG. 3, a resistor BW is provided in series with the neutral anode II. He can i.a. serve to work back from the direct current network, as it is, for. B. occurs in rail operations to absorb the energy returned by the rail motors when their speed is slowed down, thereby braking the train. The resistor can therefore be used to brake motors if, for whatever reason, you want to avoid working back into the AC network. If such resistors are used in several systems, there is also the option of regulating the entire resistance in stages by switching the individual partial resistances on and off at will by blocking or releasing the associated working anodes. In normal converter operation, these resistors can be bridged by switches or controlled discharge paths to avoid active losses.

Werden ein oder mehrere Stromrichtersysteme nach dem Steuerplan für längere Zeit mit gesperrten Phasenanoden betrieben, so ist es unter Umständen zweckmäßig, die zugehörigen Nullanoden durch Schalter zu überbrücken, um die durch ihren Spannungsabfall sonst bedingten Verluste zu vermeiden und um ihre Lebensdauer zu erhöhen. Dieser Schalter muß dann nur rechtzeitig vor erneuter Inbetriebnahme des betreffenden Stromrichtersystems wieder geöffnet werden.Are one or more converter systems according to the control plan for operated for a longer period of time with the phase anodes blocked, it may be advisable to to bypass the associated neutral anodes by switches to reduce the voltage drop to avoid losses otherwise caused and to increase their service life. This The switch then only has to be in good time before the converter system concerned is put into operation again be reopened.

Die durch die Erfindung offenbarte Regelung kann wie jede andere Regelung sowohl von Hand als auch selbsttätig erfolgen unter Verwendung eines beliebigen Impulsgebers von bekannter Ausführung. Weiterhin ist es möglich, ebenfalls unter Anwendung bekannter Mittel, die Aufeinanderfolge der Zu- und Abschaltung der einzelnen Systeme und Nullanoden und ihre Feinsteuerung zwangsläufig so zu gestalten, daß eine einzige Betätigung (Walzenschalter, Druckknopfsteuerung od. dgl.) genügt, um jede beliebige Gleichspannung einzustellen und dabei die vom Standpunkt des Blindleistungsverbrauchs und der Blindleistungsänderung günstigste Gruppierung der Systeme und deren Feineinstellung durch Gittersteuerung zu erzwingen.The scheme disclosed by the invention can be like any other scheme done both manually and automatically using any Pulse generator of known design. It is also possible under Use of known means, the successive connection and disconnection of the individual Systems and zero anodes and their fine control inevitably have to be designed in such a way that a single actuation (roller switch, push button control or the like) is sufficient to to set any DC voltage from the standpoint of reactive power consumption and the change in reactive power, the most favorable grouping of the systems and their fine-tuning to force through grid control.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement to improve the power factor when regulating the voltage of converters by controlling their discharge paths, characterized in that several independently controllable converter systems are connected in series on the DC side, with one, more or all of the converter systems In addition to the phase anodes, they also contain zero anodes; so that when completely blocked the phase anodes of such a system whose voltage component is zero and the Direct current flows only through the associated neutral anode.

2. Arrangement according to claim r, characterized in that the zero anodes in particular for inverter operation are also provided with a control.

3. Arrangement according to claim i or 2, characterized in that the phase voltages of the individual converter systems are of different heights, preferably such that within the desired control range for a given number of systems, a maximum value of the possible voltage levels without reactive power consumption results.

4. Arrangement according to claim i or the following, characterized in that that for several, possibly for all systems with a common transformer corresponding number of secondary windings is used.

5. Arrangement according to claim r or the following, characterized in that during operation the number and in an arrangement according to claim 3 also the size of the fully open and the fully blocked converter systems as well as the control of the other Converter systems is always chosen in such a way that the entire reactive power consumption of all systems is a minimum.

6. Arrangement according to claim 3 or 5, characterized in that that the fine control always with the system with the phase windings whenever possible lowest Tension is performed.

7. Arrangement according to claim i or the following, characterized characterized in that the regulation of the subsystems takes place in such a way that the change the total power consumption when starting up and decommissioning a subsystem as steadily as possible. B.

Arrangement according to claim i or the following, characterized characterized in that the commissioning or decommissioning of the individual subsystems and the fine control by modulating one or more subsystems over the whole Control range inevitably in the specified order by acting on the controls of the subsystems.

9. Arrangement according to claim 8, characterized in that an automatic control of the entire system depending on any operating parameters or operating regulations. ok

Arrangement according to claim i or the following, characterized in that when using several systems in a bridge circuit each two adjacent halves of different bridge arrangements are combined (Fig. 5). ii.

Arrangement according to claim i or the following, characterized in that anodes located at transformer taps are provided in one or more systems are.

12. Arrangement according to claim i or the following, characterized in that that the anode voltages of the various subsystems to achieve low ripple are phase-shifted from one another on the direct and alternating current side.

13th Arrangement according to claim i or the following, characterized in that with one or several zero anode resistors are connected in series, which are blocked when Phase anodes and when energy is returned from the direct current network as energy consumers works. 1q ..

Arrangement according to claim 13, characterized in that switch for Bridging the resistors are provided.

15. Arrangement according to claim i, characterized characterized in that switches are provided for bridging the zero anodes.