DE1175345B - Power converter system with two semiconductor power converters connected in parallel to the consumer - Google Patents

Description

Stromrichteranlage mit zwei parallel an den Verbraucher angeschlossenen Halbleiterstromrichtern Es sind Stromrichteranlagen, insbesondere Gleichrichteranlagen, bekannt, bei denen Einkristall-Halbleiterventile, beispielsweise auf Germanium- oder Siliziumbasis, die Umformung durchführen. Am günstigsten für derartige Stromrichter ist, wenn sie mit praktisch konstantem Strom belastet werden, d. h., die etwa auftretenden Lastschwankungen, insbesondere Überlastungen, dürfen nur geringfügig sein. Einkristall-Halbleiterventile sind wegen ihres hohen Wirkungsgrades betrieblich sehr erwünscht. Man wird sie auch betrieblich hoch belasten, muß jedoch in Kauf nehmen, daß bei sogar sehr kurzen Überlastungen diese Ventile Schaden nehmen, weil diese Ventile eine sehr geringe Wärmekapazität haben und daher selbst kurzzeitige Überlastungen zu solchen Temperatursteigerungen führen, die einen Schaden hervorrufen.Converter system with two connected in parallel to the consumer Semiconductor converters There are converter systems, in particular rectifier systems, known, in which single crystal semiconductor valves, for example on germanium or silicon base that perform forming. Most favorable for such converters is when they are loaded with practically constant current, d. i.e., the approximately occurring Load fluctuations, especially overloads, may only be minor. Single crystal semiconductor valves are operationally very desirable because of their high efficiency. You will too operationally high load, but must accept that even very short ones Overloads will damage these valves because these valves have a very low level Have heat capacity and therefore even short-term overloads lead to such temperature increases cause damage.

Man könnte nun daran denken, den Stromrichter so auszulegen, daß er die auftretenden Überlastungen ohne Schaden aufnehmen kann. Das würde aber bedeuten, daß die Ventile für die meist nur kurzzeitigen Lastspitzen ausgelegt sind, d. h., zu reichlich bemessen sind und daher die Anlagekosten erheblich erhöhen. Es ist daher erwünscht, eine überlastbare Stromrichteranlage zu erstellen, die es ermöglicht, den mit Einkristallventilen ausgerüsteten Stromrichter für seinen Dauerstrom zu bemessen.One could now think of designing the converter so that it can absorb the overloads that occur without damage. But that would mean that the valves are designed for the mostly short-term load peaks, d. H., are dimensioned too abundantly and therefore increase the investment costs considerably. It is therefore desirable to create an overloadable converter system that makes it possible to the converter equipped with single crystal valves for its continuous current measured.

Die Erfindung geht von einer bekannten Stromrichteranlage mit zwei parallel an den Verbraucher angeschlossenen Halbleiterstromrichtern, von denen mindestens einer in seinen Ausgangsgrößen in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Stromrichteranlage gesteuert wird, aus. Die Erfindung besteht darin, daß der erste Stromrichter mit Einkristallventilen, beispielsweise auf Germanium- oder Siliziumbasis, und der zweite Stromrichter mit Vielkristallventilen, insbesondere auf Selenbasis, ausgerüstet ist, daß die Speisung der beiden Ventilsätze durch Spannungen erfolgt, die in einem starren Verhältnis zueinander stehen, z. B. über einen gemeinsamen Transformator mit Anzapfungen, und daß der zweite Stromrichter derart bemessen ist und derart, vorzugsweise mittels Transduktoren, gesteuert wird, daß er die den Dauerstrom des Einkristallventil-Stromrichters übersteigenden Stromwerte (Stromspitzen) übernimmt.The invention is based on a known power converter system with two Semiconductor converters connected in parallel to the consumer, of which at least one in its output variables depending on the operating variables of the converter system is controlled. The invention consists in that the first converter with Single crystal valves, for example based on germanium or silicon, and the second Converters equipped with multi-crystal valves, especially those based on selenium is that the two valve sets are fed by voltages that are in one rigid relationship to each other, z. B. via a common transformer with taps, and that the second converter is dimensioned in such a way and in such a way is controlled, preferably by means of transducers, that the continuous current of the Single crystal valve converter takes over current values (current peaks).

In F i g. 1 der Zeichnung ist der Erfindungsgedanke beispielsweise veranschaulicht. Die Stromrichteranlage wird von einem Drehstromnetz 1 gespeist und enthält neben einem drehstromseitigen Netzschalter 2 einen Haupttransformator 3, dessen Primärwicklung 3.1 mit Anzapfungen zwecks Steuerung der Spannung versehen sein kann. An die Sekundärwicklung ist über Anzapfungen 3.2 der mit Einkristallventilen4 ausgerüstete, für den Dauerstrom bemessene Stromrichter und über die volle Spannung 3.3 der Sekundärwicklung der mit Vielkristallventilen 5, z. B. auf Selenbasis, ausgerüstete Stromrichter angeschlossen. Dieser zweite Stromrichter enthält Transduktoren 6, d. h. gleichstromvormagnetisierte Drosselspulen, als Steuerorgane und auf der Ausgangsseite eine Gleichstromdrossel zur Aufnahme etwaiger Differenzen der Augenblickswerte der Gleichspannungen beider Gleichrichter.In Fig. 1 of the drawing illustrates the idea of the invention by way of example. The converter system is fed by a three-phase network 1 and contains, in addition to a three-phase mains switch 2, a main transformer 3, the primary winding 3.1 of which can be provided with taps for the purpose of controlling the voltage. On the secondary winding 3.2 of the taps equipped with single crystal valves4, rated for the continuous current converter and over the full voltage 3.3 of the secondary winding with multi-crystal valves 5, z. B. on selenium-based, equipped converters connected. This second converter contains transducers 6, ie direct current biased choke coils, as control elements and on the output side a direct current choke for absorbing any differences in the instantaneous values of the direct voltages of the two rectifiers.

Die Arbeitsweise der beiden Stromrichter sei in Verbindung mit F i g. 2 der Zeichnung geschildert. Im rechten Teil des Schaubildes ist die über dem Belastungsstrom JB aufgetragene natürliche Spannungskennlinie UD des Dauerstromrichters aufgetragen, und zwar nimmt der Dauerstromrichter sämtliche Ströme JB < JD allein auf. Bei solchen Belastungen ist der weitere Stromrichter gesperrt, indem beispielsweise die Transduktoren 6 eine solche belastungsstromabhängige Steuerkomponente erhalten, daß der weitere Stromrichter für sämtliche Werte JR < JD praktisch gesperrt ist. Überschreitet nun JB den Wert JD, so wird der weitere Stromrichter leitend und übernimmt den Strom JU = JB - JD. Im linken Teil des Schaubildes ist die umgesteuerte Spannung Uwo des weiteren Stromrichters über dem Strom Jü aufgetragen. Tatsächlich kann der weitere Stromrichter wegen der Steuerung diese Spannung nicht abgeben, viehmehr bewirkt die Steuerung, daß bei JB > JD beide Stromrichter gleiche Spannung haben, d. h., der weitere Stromrichter kann nicht die Spannung Uwo, sondern nur die Spannung Uwg liefern, d. h. eine gesteuerte Kennlinie. Da diese Vielkristallventile kurzzeitig hoch überlastbar sind, kann der weitere Stromrichter unter Ausnutzung dieser überlastbarkeit für sehr kleinen Dauerstrom bemessen werden. Der Aufwand wird damit sehr gering, insbesondere auch hinsichtlich des Haupttransformators, da die Sekundärwicklung nur um das Wicklungsstück 3.2 ... 3.3 verlängert zu werden braucht und thermisch nur entsprechend der Kurzbelastung des weiteren Stromrichters zu bemessen ist. Das gleiche gilt auch für die Bemessung der Transduktoren.The mode of operation of the two converters is assumed in connection with FIG. 2 of the drawing. In the right part of the diagram, the natural voltage characteristic UD of the constant current converter plotted against the load current JB is plotted, namely the constant current converter takes up all currents JB <JD alone. In the case of such loads, the further converter is blocked, for example by the transducers 6 receiving such a load current-dependent control component that the further converter is practically blocked for all values JR <JD. If JB now exceeds the value JD, the further converter becomes conductive and takes over the current JU = JB - JD. In the left part of the diagram, the reversed voltage Uwo of the further converter is plotted against the current Jü. In fact, the other converter cannot output this voltage because of the control; moreover, the control has the effect that when JB > JD both converters have the same voltage, i.e. the further converter cannot deliver the voltage Uwo, but only the voltage Uwg, i.e. a controlled one Curve. Since these multi-crystal valves can be highly overloaded for a short time, the additional power converter can be dimensioned for very low continuous currents by taking advantage of this overloadability. The effort is therefore very low, especially with regard to the main transformer, since the secondary winding only needs to be lengthened by the winding section 3.2 ... 3.3 and is only thermally dimensioned according to the brief load of the further converter. The same applies to the dimensioning of the transducers.

In F i g. 3 ist eine für sich bekannte Steuerung für einen der Transduktoren 6 veranschaulicht. Er besteht in bekannter Weise aus zwei wechselstromseitig in Reihe liegenden Elementen. Man wird vorzugsweise einen der stromsteuernden Type verwenden, obwohl die Lösung auch mit Transduktoren der spannungssteuernden Type möglich ist. Die Transduktoren 6 erhalten eine konstante Vormagnetisierung JV, die für sich allein sperrend wirkt. Dieser Vormagnetisierung wirkt eine vom Gesamtbelastungsstrom JB abgeleitete Vormagnetisierung entgegen, und zwar derart, daß der weitere Gleichrichter erst bei überschreiten des Wertes JD (vgl. F i g. 2) sich an der Stromführung beteiligt. Es empfiehlt sich, zwecks Verbesserung der Parallelarbeit eine weitere vom Strom Jt, (vgl. F i g. 2) stammende Vormagnetisierung vorzusehen, die der vom Strom JD entgegenwirkt und dafür sorgt, daß der weitere Gleichrichter genau den Überschußstrom Jt. übernimmt. Man kann das Steuerungsschema unter Beibehaltung der die Richtung der Vormagnetisierungen verkörpernden Pfeile beibehalten, wenn man die vom Gesamtbelastungsstrom JB gesteuerte Vormagnetisierung durch eine von der Spannung UD des Dauerstromrichters abgeleitete Vormagnetisierung ersetzt. Sie hat den Vorteil, daß über den gesamten Belastungsbereich der Dauerstromrichter und der weitere Stromrichter praktisch gleiche Gleichspannung liefern, daß aber der weitere Stromrichter sich erst an der Stromlieferung beteiligt, wenn JB > JD geworden ist.In Fig. FIG. 3 illustrates a controller, known per se, for one of the transducers 6. In a known manner, it consists of two elements lying in series on the alternating current side. One of the current-controlling types will preferably be used, although the solution is also possible with transducers of the voltage-controlling type. The transducers 6 receive a constant premagnetization JV, which has a blocking effect on its own. This premagnetization is counteracted by a premagnetization derived from the total load current JB, specifically in such a way that the further rectifier only takes part in the current flow when the value JD (cf. FIG. 2) is exceeded. In order to improve the parallel work, it is advisable to provide a further premagnetization originating from the current Jt (see FIG. 2), which counteracts that from the current JD and ensures that the further rectifier takes over exactly the excess current Jt. The control scheme can be retained while maintaining the arrows embodying the direction of the premagnetizations, if the premagnetization controlled by the total load current JB is replaced by a premagnetization derived from the voltage UD of the continuous converter. It has the advantage that the constant current converter and the further converter supply practically the same DC voltage over the entire load range, but that the further converter only takes part in the supply of current when JB > JD .

Um die beschriebene Arbeitsweise sicherzustellen, ist es notwendig, daß der Schnittpunkt der beiden Kennlinien stets, d. h. auch bei Änderungen der speisenden Wechselspannung, bei dem festgelegten Dauerbelastungsstrom des Dauerstromrichters liegt, wobei solche Änderungen entweder unwillkürlich durch Ereignisse im speisenden Netz oder auch willkürlich durch Änderung des übersetzungsverhältnisses des Tranformators entstehen können.In order to ensure the described mode of operation, it is necessary to that the intersection of the two characteristics is always, d. H. even if the feeding AC voltage, at the specified continuous load current of the continuous converter such changes are either involuntary due to events in the dining room Network or arbitrarily by changing the transmission ratio of the transformer can arise.

Erfindungsgemäß wird diese notwendige Festlegung dadurch erreicht, daß das überlaststromrichtergerät von demselben Stromrichtertransformator gespeist wird wie das Dauerstromrichtergerät; dabei muß allerdings eine Zwischenübersetzung eingeschaltet werden, um die gewünschten Verhältnisse zu erlangen.According to the invention, this necessary definition is achieved by that the overload converter device is fed by the same converter transformer is like the constant current converter device; However, an intermediate translation must be provided switched on in order to achieve the desired proportions.

Bei der Stromrichteranlage nach der Erfindung ist der Dauerstromrichter wegen des Vorhandenseins des weiteren Stromrichters betrieblich nicht gefährdet. Gefährdet ist an sich nur der weitere Stromrichter, wenn die überlastungen häufiger oder höher sind, als bei seiner Bemessung vorausgesetzt wurde. Wegen der verhältnismäßig hohen Wärmeträgheit der Vielkristallventile sind keine extrem schnell schaltenden Schutzeinrichtungen erforderlich, vielmehr genügen meistens die üblichen bekannten Mittel, z. B. thermisehe überstromrelais oder unmittelbare Temperaturüberwachung. Mit diesen einfachen Schutzanordnungen des weiteren Stromrichters ist gleichzeitig der Dauerstromrichter geschützt, d. h., eine besonders schnell wirkende Schutzeinrichtung nur für den Dauerstromrichter ist entbehrlich. Vielmehr genügt der drehstromseitige Netzschalter 2, der von einem im Stromkreis des weiteren Stromrichters angeordneten überstromanregeglied 7 ausgelöst wird.In the converter system according to the invention, the continuous converter is operationally not at risk due to the presence of the additional converter. Only the other converter is at risk if the overloads are more frequent or higher than was assumed in its design. Because of the proportionate The high thermal inertia of the multi-crystal valves are not extremely fast switching Protective devices required, rather the usual known ones are usually sufficient Means, e.g. B. thermal overcurrent relays or direct temperature monitoring. With these simple protection arrangements of the further converter is at the same time the continuous converter protected, d. that is, a particularly fast-acting protective device only for the continuous converter is dispensable. Rather, the three-phase side is sufficient Mains switch 2, which is arranged by a further converter in the circuit Overcurrent exciter 7 is triggered.

Claims (5)

Patentansprüche: 1. Stromrichteranlage mit zwei parallel an den Verbraucher angeschlossenen Halbleiterstromrichtern, von denen mindestens einer in seinen Ausgangsgrößen in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Stromrichteranlage gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Stromrichter (4) mit Einkristallventilen, beispielsweise auf Germanium- oder Siliziumbasis, und der zweite Stromrichter (5) mit Vielkristallventilen, insbesondere auf Selenbasis, ausgerüstet ist, daß die Speisung der beiden Ventilsätze durch Spannurigen erfolgt, die in einem starren Verhältnis zueinander stehen, z. B. über einen gemeinsamen Transformator (3) mit Anzapfungen (3.2), und daß der zweite Stromrichter (5) derart bemessen ist und derart, vorzugsweise mittels Transduktoren (6), gesteuert wird, daß er die den Dauerstrom des Einkristallventil-Stromrichters (4) übersteigenden Stromwerte (Stromspitzen) übernimmt. Claims: 1. Converter system with two semiconductor converters connected in parallel to the consumer, at least one of which is controlled in its output variables as a function of the operating variables of the converter system, characterized in that the first converter (4) with single crystal valves, for example based on germanium or silicon, and the second converter (5) is equipped with multi-crystal valves, in particular based on selenium, so that the two valve sets are fed by tensioning channels which are in a rigid relationship to one another, e.g. B. via a common transformer (3) with taps (3.2), and that the second converter (5) is dimensioned and controlled in such a way, preferably by means of transducers (6), that it generates the continuous current of the single-crystal valve converter (4 ) exceeding current values (current peaks) takes over. 2. Stromrichteranlage nach Anspruch 1 mit einem durch Transduktoren gesteuerten zweiten Stromrichter, dadurch gekennzeichnet, daß die Transduktoren (6) drei Vormagnetisierungswicklungen aufweisen, von denen zwei in gleicher Richtung wirken, die eine (J,,) für sich allein sperrend wirkt und die andere den Strom (Jt) des zweiten Stromrichters (5) führt, während die dritte in entgegengesetzter Richtung wirkt und entweder vom Gesamtbelastungsstrom (JB) oder von der Spannung (UD) des Einkristallventil-Stromrichters (4) geliefert wird (F i g. 1, 3). 2. A converter system according to claim 1 with a second converter controlled by transducers, characterized in that the transducers (6) have three bias windings, two of which act in the same direction, one (J ,,) acting as a blocking device and the other carries the current (Jt) of the second converter (5), while the third acts in the opposite direction and is supplied either by the total load current (JB) or by the voltage (UD) of the single-crystal valve converter (4) (Fig. 1, 3). 3. Stromrichteranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei unzulässigen Überlastungen ein überlastanregeglied (7) nur von dem im Stromkreis des zweiten Stromrichters (5) fließenden überstrom beeinfiußt wird und auf die Auslösung des der Stromrichteranlage vorgeschalteten Leistungsschalters (2) wirkt. 3. Converter system according to claim 1 or 2, characterized in that in the event of impermissible overloads, an overload exciter (7) is influenced only by the overcurrent flowing in the circuit of the second converter (5) and acts on the triggering of the circuit breaker (2) connected upstream of the converter system. 4. Stromrichteranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei unzulässigen Überlastungen ein bei dem zweiten Stromrichter (5) vorgesehenes Temperaturrelais auf die Auslösung des der Stromrichteranlage vorgeschalteten Leistungsschalters (2) wirkt. 4. converter system according to claim 1 or 2, characterized in that when inadmissible Overloads a temperature relay provided in the second converter (5) to the tripping of the circuit breaker connected upstream of the converter system (2) works. 5. Stromrichteranlage nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturrelais des zweiten Stromrichters (5) neben dem überstromanregeglied (7) zur Auslösung des Leistungsschalters (2) vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 497 395, 666 551, 971049; deutsche Auslegeschrift Nr. 1042 083.5. converter system according to claim 3 and 4, characterized in that a temperature relay of the second converter (5) is provided next to the overcurrent exciter (7) for triggering the circuit breaker (2). Considered publications: German Patent Nos. 497 395, 666 551, 971049; German interpretation document No. 1 042 083.