DE975001C - Arrangement for the operation of power converters in which a circuit interruption occurs mechanically - Google Patents

Arrangement for the operation of power converters in which a circuit interruption occurs mechanically

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DE975001C
DE975001C DEA6890D DEA0006890D DE975001C DE 975001 C DE975001 C DE 975001C DE A6890 D DEA6890 D DE A6890D DE A0006890 D DEA0006890 D DE A0006890D DE 975001 C DE975001 C DE 975001C
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transformer
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DEA6890D
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Hellmuth Dipl-Ing Boehm
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AEG AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/20Contact mechanisms of dynamic converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)

AUSGEGEBEN AM 29. JUNI 1961ISSUED JUNE 29, 1961

BIS(JGTHEKTO (JGTHEK

DES DEUTSCHE«DES GERMAN «

PATEHTVlSiTESPATEHTVlSiTES

A68po VIIIb12id*A68po VIIIb12id *

ist als Erfinder genannt wordenhas been named as the inventor

Zusatz zum Patent 974 690·Addendum to patent 974 690

(Ges. v. 15. 7.1951)(Ges. Of 15.7.1951)

Gegenstand des Hauptpatents ist eine Anordnung zum Betrieb vom Stromrichtern, bei denen eine Stromkreisunterbrechung auf mechanischem Wege erfolgt und der Stromrichter schaltungsmäßig in η phasenverschobene Teilstromrichter mit mindestens zwei in zyklischer Reihenfolge arbeitenden Phasen unterteilt ist, von denen jeweils höchstens eine Phase Strom führt und wobei η mindestens gleich 2 ist, und zwischen die Phasenspannungen der Teilstromrichter Drosselspulen bzw. Transformatoren geschaltet sind; das Kennzeichen besteht darin, daß diese Drosselspulen bzw. Transformatoren so bemessen und magnetisch derart beschaffen sind und an ihren Klemmen eine Spannung mit derartiger Beschaffenheit hinsichtlich Frequenz und Kurvenform liegt, daß nicht nur in der Nähe des Leerlaufs, sondern im ganzen Belastungsbereich in gewissen Zeitteilchen der Strom auf η Strombahnen verteilt wird, und daß in anderen Zeitteilchen der Strom von weniger als η Strombahnen übernommen wird. Gemäß einem weiteren Vorschlag ändert sich der von der Drosselspule bzw. dem Transformator verlangte, dem Laststrom jedes Teilstromrichters überlagerte Wechselstrom wenigstens über einen Teil des Lastbereiches selbsttätig mit dem Laststrom. DabeiThe subject of the main patent is an arrangement for the operation of converters, in which the circuit is interrupted mechanically and the converter is circuit-wise divided into η phase-shifted partial converters with at least two phases working in cyclical order, of which at most one phase carries current and where η at least is equal to 2, and inductors or transformers are connected between the phase voltages of the partial converters; The characteristic is that these reactors or transformers are dimensioned and magnetically designed in such a way and a voltage with such a quality in terms of frequency and waveform is present at their terminals that not only in the vicinity of idle, but in certain time particles in the entire load range Current is distributed to η current paths, and that in other time particles the current is taken over by less than η current paths. According to a further proposal, the alternating current required by the choke coil or the transformer and superimposed on the load current of each converter element changes automatically with the load current at least over a part of the load range. Included

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weist die Drosselspule bzw. der Transformator außer bewickelten Schenkeln einen unbewickelten Schenkel auf und ist derart bemessen, daß ihre Induktivität mit zunehmendem Laststrom so weit verringert wird, daß der Magnetisierungsstrom gleich dem Gleichstrom bleibt. Es ist vorteilhaft, für die magnetischen Pfade der Drosselspule bzw. des Transformators Ringkerne aus hochwertigem ferromagnetischem Material, z. B. Silizium oder Eisennickellegierung, vorzusehen.if the choke coil or the transformer has an unwound leg apart from the wound legs Leg on and is dimensioned such that its inductance is reduced so much with increasing load current is that the magnetizing current remains the same as the direct current. It is beneficial for that magnetic paths of the inductor or the transformer toroidal cores made of high quality ferromagnetic Material, e.g. B. silicon or iron-nickel alloy to be provided.

Wie nun schon gezeigt wurde, herrscht bei einer um 300 verzögerten Kontaktdauer an der Drosselspule bzw. dem Transformator die Spannung Us, die in Fig. ι der Zeichnung dargestellt ist. Diese Kurve steigt jeweils linear zwischen t' und t" sowie zwischen t" und t'" an. t', t" und t'" sind die Zeitpunkte des Kontaktwechsels. In Fig. 2, für die dieselben Zeitverhältnisse wie in Fig. 1 bestehen, sind die entsprechenden Teilstücke des mittleren Flußverlaufes in den beiden Ringkernen bei einem aus zwei dreiphasigen Teilstromrichtern bestehenden Stromrichter mit einem Haupttransformator dargestellt. Das Teilstück der Kurve ?7S zwischen t' und t" entspricht dem Flußverlauf, wobei in der Nähe von f der den Fluß Φ2 führende Kern fast entsättigt und in der Nähe von t" der den. Fluß Φ1 führende Kern fast entsättigt ist. Bei kleiner Belastung durch den Betriebsgleichstrom entspricht der Flußverlauf auch tatsächlich dieser Kurve. Mit steigendem Belastungsstrom tritt jedoch in der Spannungskurve Ug eine Einbuchtung auf, die bei größeren Strömen schließlich die Fläche α & cd bedeckt. Diese Einkerbung stammt von einem teilweisen Zusammenbruch der Transformatorspannung, deren Tiefe durch dessen Streuspannung und die Geschwindigkeit der Ablösung der StrömeIgl bzw. Ig2 bedingt ist. Igl stellt hierbei den Stromverlauf in dem einen Teilstromgleichrichter, Ig2 in dem anderen Teilstromrichter dar. Beide Kurventeile sind ebenfalls in Fig. 1 eingetragen. Sobald nämlich während der Stromwendung beide Eisenringe gesättigt sind, wirkt die Drosselspule wie ein Kurzschluß auf die Anodenspannungen.. Die Folge ist ein schneller Anstieg des Stromes in dem einen Teilstromrichter, während in dem anderen Teilstromrichter der Strom mit gleicher, aber entgegengesetzter Geschwindigkeit abnimmt.As has now been already shown, there is at a 30 0 delayed contact time of the choke coil and the transformer, the voltage U s, which is in Fig. Ι the drawing shown. This curve rises linearly between t ' and t " and between t" and t'" . T ', t" and t'" are the times of the contact change. In FIG. 2, for which the same time relationships as in FIG exist, the corresponding portions are the mean flux flow shown in the two ring cores in a two-three-phase converter sections power converter having a main transformer. the portion of the curve? 7 S between t 'and t "corresponds to the flux flow, wherein the near f the core carrying the flux 2 is almost desaturated and in the vicinity of t " the core carrying the flux Φ 1 is almost desaturated. With a low load by the operating direct current, the flux curve actually corresponds to this curve. With increasing load current, however, Ug occurs in the voltage curve an indentation which, with larger currents, finally covers the area α & cd. This indentation comes from a partial breakdown of the transformer voltage, its depth due to its stray voltage and the speed at which the currents I gl and I g2 are replaced. I gl represents the current profile in one partial current rectifier, I g2 in the other partial current converter. Both parts of the curve are also entered in FIG. As soon as both iron rings are saturated during the current reversal, the choke coil acts like a short circuit on the anode voltages. The result is a rapid increase in the current in one converter section, while the current in the other converter section decreases at the same but opposite speed.

Verfolgt man nunmehr den Flußverlauf für die mit einer Einkerbung versehene Spannungskurve U5, so zeigt sich, daß, falls diese Einkerbung bis zur Nullinie geht, der Fluß während dieser Zeit nicht zunehmen kann. Infolgedessen bildet der Flußverlauf eine Stufe b'. .. c', d. h., während dieser Zeit bleibt der Fluß konstant. Die entsprechenden Teilstücke der Kurve Φ5 rücken entsprechend nach oben und nach unten und bilden so die Flußverläufe Φί und Φ2. Diese Betrachtungsweise gilt unter der Voraussetzung, daß die Drosselspule keine Streuspannung aufweist und daß deren Eisenbleche nach dem Knick in der Magnetisierungskurve keinen weiteren Anstieg der Induktion B aufweisen. Bei einer Zunahme der letzten Größen liegt die genannte Stufe b'... c' nicht mehr waagerecht, sondern nimmt eine schräge Lage ein. Die Streuspannung der Drosselspule wirkt in gleicher Weise wie die Streuspannung des Transformators vermindernd auf die flußbildende Spannung. Die beiden Teilflußkurven Φ1 und Φ2 zeigen nun den Flußverlauf in den beiden Teilringen. Die mittlere Linie, wie in der Figur gekennzeichnet, entspricht hierbei dem Sättigungszustand, während der entsättigte Zustand für Φ1 mit einer darüberliegenden Linie, für Φ2 mit einer darunterliegenden Linie gekennzeichnet ist. Man sieht hieraus, daß die Flußbildung teilweise von dem einen Eisenkern, teilweise von dem anderen Eisenkern getragen wird. Durch die Stufe in der Flußkurve wird der maximal erreichte Fluß um den Betrag Va Φη in beiden Ringkernen vermindert. Die Folge davon ist, daß der Flußanstieg, der bis zum Erreichen des Sättigungszustandes erfolgt, vermindert wird. Hierdurch rückt die Stromwendung zeitlich vor, beispielsweise um den Betrag 6'... 0, wie in der Zeichnung gezeigt ist. Würde diese Eigenschaft nicht eine Vorverlegung der Stromwendung mit zunehmendem Strom bedingen, so würde diese erst im Zeitpunkt 0 beginnen. Da mit dem zunehmenden Belastungsstrom die Stromwendungszeit tn' proportional wächst, so dürfte diese höchstens eine Zeit in Anspruch nehmen, die der Strecke 0 bis zum Kontaktwechsel entspricht. Infolge Vorrükkens der Stromwendung steht jedoch ein erheblich größerer Betrag zur Verfügung, da die Stromwendezeit sich auf einen größeren Teil vor dem Punkt 0 (Strecke b'.,. 0) und auf einen kleineren Teil (Strecke 0 ... c') erstreckt. Die Strecke 0 ... c' kann also theoretisch sich bis zum Kontaktwechsel erstrecken, die Strecke b'... 0 rückt entsprechend vor. Diese Eigenschaft macht die Schaltung stark überlastbar, da auch bei erheblicher Überlastung nicht zu befürchten ist, daß der Kontakt einen unzulässig hohen Strom aufweist.If one now follows the course of the flux for the notched voltage curve U 5 , it can be seen that if this notch goes to the zero line, the flux cannot increase during this time. As a result, the flow course forms a stage b '. .. c ', ie during this time the flow remains constant. The corresponding sections of curve Φ 5 move up and down accordingly and thus form the flow courses Φ ί and Φ 2 . This approach applies provided that the choke coil has no stray voltage and that its iron sheets show no further increase in induction B after the bend in the magnetization curve. With an increase in the last sizes, the mentioned step b '... c' is no longer horizontal, but takes an inclined position. The stray voltage of the choke coil acts in the same way as the stray voltage of the transformer, reducing the flux-forming voltage. The two partial flow curves Φ 1 and Φ 2 now show the flow course in the two partial rings. The middle line, as shown in the figure, corresponds to the saturation state, while the desaturated state is marked for Φ 1 with an overlying line, for Φ 2 with a line below. It can be seen from this that the flux formation is partly carried by one iron core and partly by the other iron core. The step in the flow curve reduces the maximum flow achieved by the amount Va Φ η in both toroidal cores. The consequence of this is that the increase in flux that takes place until the state of saturation is reached is reduced. As a result, the current reversal advances in time, for example by the amount 6 '... 0, as shown in the drawing. If this property did not result in the reversal of the current being brought forward with increasing current, this would only begin at time 0 . Since the current reversal time t n ' increases proportionally with the increasing load current, it should take at most a time that corresponds to the distance 0 until the contact changeover. As a result of the advance of the current reversal, however, a considerably larger amount is available, since the current reversal time extends to a larger part before point 0 (distance b '.,. 0) and a smaller part (distance 0 ... c') . The distance 0 ... c ' can theoretically extend until the contact change, the distance b' ... 0 advances accordingly. This property makes the circuit heavily overloadable, since there is no need to fear that the contact will have an impermissibly high current, even if it is heavily overloaded.

Bei der baulichen Bemessung der Drosselspule bzw. des Transformators muß man darauf achten, daß der geschilderte Effekt nach Möglichkeit eintritt. Hierzu ist es erforderlich, daß bei den verwendeten Eisenkernen die Induktion nach dem Knick in der Magnetisierungskurve wenig ansteigt und daß andererseits Streuinduktivität von Drosselspule und Haupttransformator genügend groß sind, damit diese Spannungseinkerbung erzielt wird. Man kann auch die Streuspannung der Drosselspule sehr klein bemessen und dann dem Haupttransformator eine entsprechende größere Streuung geben. Hierdurch erzielt man den Vorteil, daß man Transformatoren mit größerer Kurzschlußspannung verwenden kann, um so große Kurzschlußströme bei einer Fehlschaltung der Kontakte zu vermeiden. Durch die Anordnung von Ringkernen bei der Drosselspule läßt sich die Streuspannung im Ver- iao hältnis zu derjenigen des Haupttransformators sehr klein halten, so daß diese Bedingung auch praktisch leicht erfüllt werden kann.When dimensioning the reactor or the transformer, one must ensure that that the described effect occurs whenever possible. For this it is necessary that the used Iron cores the induction increases little after the kink in the magnetization curve and that, on the other hand, the leakage inductance of the choke coil and main transformer are sufficiently large, so that this tension notch is achieved. One can also see the stray voltage of the choke coil dimensioned very small and then the main transformer a corresponding larger spread give. This has the advantage that transformers with a larger short-circuit voltage are used can use in order to avoid such large short-circuit currents in the event of incorrect switching of the contacts. The arrangement of toroidal cores in the choke coil allows the leakage voltage to be reduced in the ver iao Keep ratio to that of the main transformer very small, so that this condition is also practical can be easily met.

Bei praktischen Ausführungen der obigen. Schaltung tritt in der Nähe des Kontaktwechsels eine Pause von 5 bis 150 ein, die jedoch an den obigenIn practical executions of the above. Switching occurs in the vicinity of the contact change, a pause from 5 to 15 0 , which, however, occurs at the above

Ausführungen grundlegend nichts ändert. Mittels der bereits vorgeschlagenen Kondensatoren parallel zu den Kontakten wird die Verbindung der Anodenspannung mit der Seite der Drosselspule des ablösenden Kontaktes auch nach der Kontaktunterbrechung noch aufrechterhalten, so daß auch dann annähernd die Linearität der Spannungskurve U3 eingehalten wird. Gegebenenfalls wird auch dieser Flußverlauf zwecks einer Unterbrechung positiver Ströme im Augenblick der Kontaktunterbrechung annähernd erzwungen.Executions fundamentally do not change anything. By means of the previously proposed capacitors parallel to the contacts, the connection of the anode voltage to the side of the choke coil of the releasing contact is maintained even after the contact is interrupted, so that the linearity of the voltage curve U 3 is also approximately maintained. If necessary, this flow course is also approximately enforced for the purpose of an interruption of positive currents at the moment of the interruption of contact.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: ι. Anordnung zum Betrieb von Stromrichtern, bei denen eine Stromkreisunterbrechung auf mechanischem Wege erfolgt, nach Patent 974 690, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuspannung des Haupttransformators und vorteilhaft auch der Drosselspule im Verhältnis zur Anstieghöhe der Magnetisierungskurve des verwendeten Bleches nach dem Knick groß gewählt ist, damit ein zeitliches Vorrücken der einzelnen Stromblöcke mit zunehmendem Belastungsstrom eintritt. ι. Arrangement for the operation of converters in which a circuit interruption takes place by mechanical means, according to patent 974 690, characterized in that the stray voltage of the main transformer and advantageously also of the choke coil is selected to be large in relation to the increase in the magnetization curve of the sheet metal used after the kink, so a temporal advance of the individual current blocks occurs with increasing load current. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuspannung des Haupttransformators im Verhältnis zur Streuspannung und Anstiegshöhe der Magnetisierungskurve des verwendeten Bleches der Drosselspule nach dem Knick groß gewählt ist, damit einerseits ein zeitliches Vorrücken der einzelnen Stromblöcke mit zunehmender Belastung erzielt wird und andererseits die Kurzschlußströme des Transformators bei einer Fehlschaltung verringert werden.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that that the stray voltage of the main transformer in relation to the stray voltage and the rise in the magnetization curve of the sheet metal used in the choke coil after the kink is chosen large, so that on the one hand a temporal advance of the individual Current blocks is achieved with increasing load and on the other hand the short-circuit currents of the transformer can be reduced in the event of a faulty connection. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 109 605/9 6.61 © 109 605/9 6.61
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