DE913442C

DE913442C - Converter arrangement with controllable arc valves

Info

Publication number: DE913442C
Application number: DES3033D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Max Bosch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1940-09-04
Filing date: 1940-09-04
Publication date: 1954-06-14

Description

Stromrichteranordnung mit steuerbaren Lichtbogenventilen Die Erfindung bezieht sich auf Stromrichteranlagen, die mit steuerbaren Lichtbogenventilen, vorzugsweise gittergesteuerten Quecksilberdampfentladungsgefäßen, arbeiten. In derartigen Anlagen ist die Beanspruchung der Entladungsstrecken nicht nur durch den höchsten Sperrspannungswert, sondern vor allem durch die Geschwindigkeit des Anstiegs der Sperrspannung nach dem Erlöschen der Entladungsstrecke bedingt. Dieser Sperrspannungsanstieg läBt sich dadurch verflachen, daß den Entladungsstrecken Kondensatoren in Reihe mit Dämpfungswiderständen parallel geschaltet werden. Beim Erlöschen der Entladungsstrecke lädt sich der Kondensator über den Widerstand auf. Der Ladestrom bedingt in der Induktivität des Transformators bzw. der Anodendrosselspule einen Spannungsabfall, durch den eine Verflachung des Sperrspannungsanstiegs erreicht wird. Die Erfindung betrifft eine Verbesserung derartiger Stromrichteranlagen, bei denen den Entladungsstrecken ein RC-Glied parallel geschaltet ist. Erfindungsgemäß ist der Dämpfungswiderstand kleiner als die Induktivität des Transformators und einer etwa vorzugsweise gleich . Darin bedeutet L zusätzlich angewendeten Anodendrosselspule, während C die Kapazität des oder der parallel geschalteten Kondensatoren darstellt. Die Erfindung hat den Vorteil, daB die Verluste wesentlich herabgesetzt werden und trotzdem das Ziel der Verflachung des Spannungsanstiegs erreicht wird.Converter arrangement with controllable arc valves The invention relates to converter systems which work with controllable arc valves, preferably grid-controlled mercury vapor discharge vessels. In systems of this type, the stress on the discharge paths is not only due to the highest reverse voltage value, but above all to the rate at which the reverse voltage rises after the discharge path has been extinguished. This rise in reverse voltage can be flattened by connecting capacitors in series with damping resistors in parallel to the discharge paths. When the discharge path goes out, the capacitor charges through the resistor. The charging current causes a voltage drop in the inductance of the transformer or the anode choke coil, which flattens the rise in reverse voltage. The invention relates to an improvement of such power converter systems in which an RC element is connected in parallel to the discharge paths. According to the invention, the damping resistance is smaller than the inductance of the transformer and one about preferably the same. L means the anode inductor used in addition, while C represents the capacitance of the capacitor or capacitors connected in parallel. The invention has the advantage that the losses are substantially reduced and the aim of flattening the voltage rise is nevertheless achieved.

Die Erfindung geht davon aus, daB bei der Parallelschaltung eines RC-Gliedes zu der Entladungsstrecke die Verluste in dem Dämpfungswiderstand unter Umständen ganz beträchtlich sind. Bezeichnet man mit L die bei dem Vorgang maßgebende Streuinduktivität des Transformators, mit C und R die Kapazität und den Widerstand, die der Entladungsstrecke parallel geschaltet sind, so ergibt sich aus der bekannten Schwingungsgleichung, daß der in dem Kreis auftretende Einschwingvorgang periodisch verläuft, wenn ist, aperiodisch dagegen, wenn ist. Der Grenzfall ist . Man ist daherbestrebt, den W iderstand nicht kleinerzu machen, als es diesem kritischen Grenzwert entspricht, damit die Sperrspannung nicht über den stationären Endwert hinausschwingt.The invention is based on the assumption that when an RC element is connected in parallel to the discharge path, the losses in the damping resistor are sometimes quite considerable. If L denotes the leakage inductance of the transformer, which is decisive in the process, and C and R denote the capacitance and resistance that are connected in parallel to the discharge path, the well-known oscillation equation shows that the transient process occurring in the circuit is periodic if is, on the other hand aperiodic if is. The borderline case is. One strives, therefore, not to resist the resistance To make it smaller than it corresponds to this critical limit value, so that the reverse voltage does not swing beyond the stationary end value.

Untersuchungen haben nun gezeigt, daß es vorteilhaft ist, den Dämpfungswzderstand beträchtlich kleiner zu machen als , und daß dabei trotzdem keine wesentliche Schwingung auftritt. Ein Teil des Dämpfungswiderstandes wird bereits durch den ohmschen Widerstand der Transformatorwicklüng und durch die Wirbelstromverluste im Transformator gebildet. Vorteilhaft wird für den zusätzlichen äußeren Dämpfungswiderstand der Wert gewählt. Die Verluste gehen dann etwa auf die Hälfte zurück, und außerdem wird der Spannungsanstieg auf die Hälfte verflacht.Investigations have now shown that it is advantageous to make the damping resistance considerably smaller than that and that in spite of this there is no significant oscillation occurs. Part of the damping resistance is already formed by the ohmic resistance of the transformer winding and by the eddy current losses in the transformer. The value is advantageously chosen for the additional external damping resistance. The losses then go to about the Half back, and also the voltage rise is flattened by half.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In der Schaltung der Fig. i ist ein Transformator i gezeichnet, der an ein Drehstromnetz 2 angeschlossen ist und dessen Sekundärwicklung 3 die Ventile 4., 5 und 6, beispielsweise gittergesteuerte Quecksilberdampfentladungsgefäße, speist. Ein Verbraucher 8 ist über eine Drosselspule 7 an den Gleichrichter angeschlossen. Der Verbraucher kann beispielsweise ein Gleichstromnetz sein.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. In the circuit of FIG. I, a transformer i is drawn which is connected to a three-phase network 2 is connected and its secondary winding 3, the valves 4, 5 and 6, for example grid-controlled mercury vapor discharge vessels, feeds. A consumer 8 is connected to the rectifier via a choke coil 7. The consumer can for example a direct current network.

Der Entladungsstrecke q. ist ein RC-Glied, bestehend aus der Reihenschaltung eines Kondensators C und eines Widerstandes R, parallel geschaltet. In Reihe mit der Transformatorwicklung ist eine zusätzliche Anodendrossel angegeben, die zur weiteren Verflachung des Spannungsanstiegs vorgesehen werden kann.The discharge path q. is an RC element, consisting of the series circuit a capacitor C and a resistor R, connected in parallel. In series with the transformer winding is given an additional anode choke, which is used for further flattening of the voltage rise can be provided.

Die Anodendrossel kann mit einem Kern aus einer Spezialeisenlegierung mit scharfem Sättigungsknick versehen und dieser Kern so bemessen sein, daß die Sättigung bereits bei geringem Strom erreicht wird. Der Spannungsanstieg im ersten Augenblick des Einschwingvorganges, d. h. im Augenblick des Erlöschens der Entladungsstrecke, ist annähernd gleich . Daraus folgt, daß bei widerstandsfreier Anschaltung des Kondensators C der Spannungsanstieg am geringsten wird. Davon ausgehend, ist bei der Entladungsstrecke in Fig. i dem Widerstand des RC-Gliedes noch eine kleine Kapazität c parallel geschaltet. Damit in dem Kreis L-C-c keine periodische Schwingung auftritt, darf c einen vorbestimmten Wert nicht überschreiten. Bei überschlägiger Betrachtung des Stromkreises kann wegen der Reihenschaltung C-c in erster Annäherung C gegenüber c vernachlässigt werden; so daß ein Schwingungskreis mit der Induktivität L, der Kapazität c und dem zu c parallel geschalteten Dämpfungswiderstand R erhalten wird. Für diesen Kreis ergibt sich aus der Schwingungsgleichung für , wobei wegen der Parallelschaltung das Zeichen < für aperiodischen und das Zeichen > für periodischen Vorgang gilt. Der aperiodische Grenzwert ist gegeben mit . Faßt man dieses Ergebnis zusammen mit dem kritischen Dämpfungswert für den Kreis I_ - C - R, so ergibt sich, daß die Kapazität c den Wert annehmen darf. Günstigere Verhältnisse ergeben sich jedoch, wenn C gewählt ist. In dem Diagramm der Fig. 2 ist der Spannungsverlauf an einer Entladungsstrecke dargestellt. In dem Augenblick ti, in dem die Anode einen positiven Spannungswert gegenüber der Kathode besitzt, werde die Entladungsstrecke gezündet. Die Spannung zwischen Anode und Kathode bricht in diesem Augenblick auf den sehr kleinen Brennwert zusammen. Im Augenblick t2 i2o° e1. nach t, werde die folgende Anode gezündet, die den Strom innerhalb einer begrenzten Zeit übernimmt, so daß die betrachtete Entladungsstrecke im Zeitpunkt t;. erlischt. Theoretisch würde sich in diesem Augenblick ein Spannungssprung entsprechend dem Verlauf a, vollziehen. Das der Entladungsstrecke parallel geschaltete RC-Glied bewirkt mit einen verlangsamten Spannungsanstieg und eine ganz unwesentliche Überschwingung entsprechend dem Verlauf a.. Ein Parallelkondensatorc zum Dämpfungswiderstand R ergibt eine weitere Verlangsamung des Spannungsanstiegs im ersten Augenblick gemäß dem Kurvenverlauf a, Eine weitere Verringerung der Verluste im Dämpfungswiderstand R läßt sich erreichen durch die Parallelschaltung eines R'eihenschwingungskreises, der auf die Netzfrequenz abgestimmt ist.The anode choke can be provided with a core made of a special iron alloy with a sharp saturation kink and this core can be dimensioned in such a way that saturation is reached even with a low current. The voltage rise at the first moment of the transient process, ie at the moment when the discharge path is extinguished, is approximately the same . It follows that when the capacitor C is switched on without resistance, the voltage rise is the smallest. Proceeding from this, a small capacitance c is also connected in parallel to the resistance of the RC element in the discharge path in FIG. So that no periodic oscillation occurs in the circle LCc, c must not exceed a predetermined value. When looking roughly at the circuit, because of the series connection Cc, as a first approximation, C can be neglected compared to c; so that an oscillating circuit with the inductance L, the capacitance c and the damping resistor R connected in parallel with c is obtained. For this circle we get the oscillation equation for, where because of the parallel connection the The sign <for aperiodic and the sign> for periodic processes applies. The aperiodic limit value is given by. To summarize this result with the critical damping value for the circuit I_ - C - R, it follows that the capacitance c is the value may accept. However, more favorable conditions arise if C is selected. The diagram in FIG. 2 shows the voltage profile on a discharge path. At the moment ti when the anode has a positive voltage value compared to the cathode, the discharge path is ignited. The voltage between anode and cathode collapses at this moment to the very low calorific value. At the moment t2 i2o ° e1. after t, the following anode is ignited, which takes over the current within a limited time, so that the discharge path under consideration at time t ;. goes out. Theoretically, at this moment there would be a voltage jump corresponding to curve a. The RC element connected in parallel with the discharge path causes a slower voltage rise and a very insignificant overshoot according to the curve a .. A parallel capacitor to the damping resistor R results in a further slowing down of the voltage rise in the first moment according to the curve a the grid frequency is matched.

Diese Anordnung ist in Fig. i dargestellt am Entladungsventil 6. Wie Fig.2 zeigt, liegt an der Entladungsstrecke und damit auch am RC-Glied eine Spannung, die aus einer Gleichspannungskomponente; einer 5operiodigen Grundwelle und einer Anzahl von Oberwellen besteht. Der erwähnte Schwingungskreis schließt den Dämpfungswiderstand R für die 5operiodige Grundwelle kurz, so daß die Verluste in demselben beträchtlich verringert werden, ohne daß dadurch eine nachteilige Wirkung für die Verflachung des Sperrspannungsanstiegs auftritt.This arrangement is shown in FIG. 1 on the discharge valve 6. As FIG. consists of a 5operiod fundamental wave and a number of harmonics. The oscillation circuit mentioned short-circuits the damping resistor R for the 5-period fundamental wave, so that the losses in the same are considerably reduced, without this having an adverse effect on the flattening of the reverse voltage rise.

Fig.3 zeigt eine Anordnung, durch die dasselbe Ziel in anderer Weise erreicht wird. Die den drei Entladungsstrecken q., 5, 6 parallel geschalteten Kondensatoren C4, C, C6 sind an je eine Wicklung des Dämpfungstransformators 9 angeschlossen, wobei die drei anderen Wicklungsenden vereinigt mit der Kathodenleitung verbunden sind. Die Schaltung des Transformators ist so getroffen, daß die 5operiodige Grundwelle über die Kondensatoren C4, C5, C, von Phase zu Phase des Transformators fließen kann, ohne im Kern ein Feld hervorzurufen. Die Oben%,ellen dagegen werden auf eine vierte Wicklung übertragen, an die ein gemeinsamer Dämpfungswiderstand R und parallel dazu ein Kondensator c angeschlossen sind. Die Grundwelle der am Dämpfungswiderstand liegenden Spannung ist gleich der dreifachen Netzfrequenz. Diese kann ohne Beeinträchtigung der Wirksamkeit der Einrichtung über einen in Fig.3 nicht besonders bezeichneten Reihenschwingungskreis, der auf die dreifache Netzfrequenz abgestimmt ist, abgeleitet werden. Dadurch werden die Verluste im Dämpfungswiderstand beträchtlich verringert. Die anderen Bezugszeichen der Fig.3 entsprechen denen der Fig. i.Fig.3 shows an arrangement by which the same goal in a different way is achieved. The capacitors connected in parallel to the three discharge paths q., 5, 6 C4, C, C6 are each connected to a winding of the damping transformer 9, the other three winding ends being united with the cathode lead are. The transformer is switched in such a way that the 5operiod fundamental wave through the capacitors C4, C5, C, flow from phase to phase of the transformer can without creating a field in the core. The above%, on the other hand, are on a fourth winding transferred, to which a common damping resistance R and a capacitor c are connected in parallel. The fundamental wave of the am Damping resistance lying voltage is equal to three times the mains frequency. These can not without impairing the effectiveness of the device via one in Fig.3 specially designated series oscillation circuit, which is three times the mains frequency is matched to be derived. This reduces the losses in the damping resistance considerably reduced. The other reference numerals of Figure 3 correspond to those of Fig. I.

Die Graetz-Schaltung ermöglicht besonders vorteilhafte Abwandlungen dieser Anordnung. Fig. q. zeigt ein Beispiel. Der Transformator i, der wiederum vom Drehstromnetz 2 gespeist werde, sei mit seiner Sekundärwicklung 3 an die beiden Röhrengruppen q., 5, 6 und q.', 5' und 6' angeschlossen. Die Kondensatoranordnung ist lediglich für die Entladungsstrecken q. und q.' dargestellt (Kondensatoren C4 und C4'). Der Dämpfungstransformator g ist mit seinem Mittelpunkt an den entsprechenden Phasenendpunkt des Transformators angeschaltet, und seine Wicklungsenden sind mit den Kondensatoren C4 bzw. C4 verbunden, so daß sich damit Parallelwege zu den Entladungsstrecken q. bzw. q.' ergeben. Die sekundäre Wicklung des Dämpfungstranformators speist den Dämpfungswiderstand R und den Parallelkondensator c. Da die Spannungen an den Entladungsstrecken q. und q.' um 18o° e1. gegeneinander versetzt sind, heben sich die 5operiodigen Grundwellen des Kondensatorstromes in ihrer magnetisierenden Wirkung wieder auf, so daß der Dämpfungswiderstand R von dieser Grundwelle entlastet bleibt. Gleiche Anordnungen erhalten die beiden anderen Phasen bzw. Entladungsstreckenpaare. Die drei sekundären Wicklungen der drei Dämpfungstransformatoren können parallel geschaltet werden und einen gemeinsamen Dämpfungswiderstand und Parallelkondensator speisen. Es können jedoch auch die drei Dämpfungstransformatoren zu einem einzigen vereinigt werden, wobei die Wicklungen auf gemeinsamem Kern verteilt werden.The Graetz circuit enables particularly advantageous modifications this arrangement. Fig. Q. shows an example. The transformer i, in turn is fed from the three-phase network 2, is with its secondary winding 3 to the two Tube groups q., 5, 6 and q. ', 5' and 6 'connected. The capacitor arrangement is only for the discharge paths q. and q. ' shown (capacitors C4 and C4 '). The damping transformer g is with its center on the corresponding The transformer's phase end point is switched on and its winding ends are with connected to the capacitors C4 and C4, so that there are parallel paths to the discharge paths q. or q. ' result. The secondary winding of the damping transformer feeds the Damping resistor R and the parallel capacitor c. As the voltages on the discharge paths q. and q. ' at 18o ° e1. are offset from each other, the 5operiods stand out Fundamental waves of the capacitor current in their magnetizing effect again, so that the damping resistance R remains relieved of this fundamental wave. Same Arrangements receive the other two phases or pairs of discharge paths. the three secondary windings of the three damping transformers can be connected in parallel and feed a common damping resistor and parallel capacitor. However, the three damping transformers can also be combined into a single one the windings are distributed on a common core.

Die Sekundärwicklungen der Dämpfungstransformatoren führen Spannungen mit einer Grundwelle der sechsfachen Netzfrequenz. Zur weiteren Entlastung des Dämpfungswiderstandes kann demselben ein auf die sechsfache Netzfrequenz abgestimmter Reihenschwingungskreis parallel geschaltet werden, der den Dämpfungswiderstand für diese Frequenz kurzschließt, ohne daß dadurch die Wirksamkeit der Einrichtung beeinträchtigt wird.The secondary windings of the damping transformers carry voltages with a fundamental wave of six times the network frequency. To further relieve the damping resistance a series oscillation circuit tuned to six times the mains frequency can do the same connected in parallel, which short-circuits the damping resistor for this frequency, without affecting the effectiveness of the device.

Fig. 5 zeigt eine Einrichtung für Graetz-Schaltung, die sich an Fig. 3 anlehnt. Der Entladungsstreckengruppe q., 5, 6 sind Kondensatoren C4, C5, C8 in Reihe mit dem Dämpfungstransformator g parallel geschaltet. Die entsprechende Anordnung der anderen Entladungsstreckengruppen q.', 5', 6' benutzt die Kondensatoren C4', C5', C,' und den Dämpfungstransformatorg. Die Sekundärwicklungen der Dämpfungstransformatoren arbeiten entweder getrennt auf zwei Dämpfungswiderstände mit entsprechenden Parallelanordnungen oder sind in Reihe oder parallel geschaltet und arbeiten auf einen gemeinsamen Dämpfungswiderstand R, dem ähnliche Zusätze entsprechend Fig 5 hinzugeschaltet werden können Es sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht nur für Gleichrichter, sondern auch für Wechselrichter- oder Umrichteranordnungen verwendet werden kann.Fig. 5 shows a device for Graetz circuit, which is based on Fig. 3 leans against. The discharge gap group q., 5, 6 are capacitors C4, C5, C8 in Series connected in parallel with the damping transformer g. The corresponding arrangement of the other groups of discharge paths q. ', 5', 6 'uses the capacitors C4', C5 ', C,' and the damping transformerg. The secondary windings of the damping transformers either work separately on two damping resistors with corresponding parallel arrangements or are connected in series or in parallel and work on a common damping resistor R, to which similar additions can be added according to FIG. 5 Let it be pointed out that the invention applies not only to rectifiers, but also can be used for inverter or converter arrangements.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Converter arrangement with controllable arc valves to which an RC element is connected in parallel, characterized in that the damping resistance (R) is smaller than preferably equal to where L is the inductance of the transformer and an additional anode choke coil and C denotes the capacitance of capacitors connected in parallel.

2. Arrangement according to claim i, characterized in that that the parallel connection of valve and RC element may have an inductance with a core made of high-alloy iron, which is already saturated with a low load current is upstream.

3. Arrangement according to claim i, characterized in that the resistance of the RC element is bridged by an additional small capacitance, which is preferably the main capacity is. q ..

Arrangement according to claim i, characterized in that that a series oscillation circuit is connected in parallel to the resistance of the RC element which is matched to the mains frequency.

5. Converter arrangement with controllable Arc valves to which an RC element is connected in parallel, in particular after Claim i, characterized in that the resistance to the secondary winding of a Damping transformer is connected, its primary winding with the capacitance of the RC element is connected in series.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that that to the secondary winding of the damping transformer to three times the network frequency tuned series oscillation circuit is connected in parallel.

7. Arrangement according to claim 5 and 6, characterized in that the damping transformer in the Graetz circuit with its center point at the corresponding phase end point of the main transformer is switched on and that its winding ends with the capacities of the phase associated valves are connected. B. Arrangement according to claim 7, characterized in that that the secondary windings of the damping transformers are connected in parallel and feed a common damping resistor and parallel capacitor. G. arrangement according to claim 7, characterized in that the damping transformers to one single transformer are combined, with the windings on a common Core are arranged. ok Arrangement according to claim 7, characterized in that six times the resistance in the secondary circuit of the damping transformer Mains frequency matched series oscillation circuit is connected in parallel. ii. arrangement according to claim 5 and 6, characterized in that the secondary windings of the damping transformers either separately on two damping resistors with corresponding parallel arrangements work or that the secondary windings are connected in series or in parallel and work on a common damping resistor (Fig. 5).