DE664285C

DE664285C - Verfahren zum Betrieb einer mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden Parallelwechselrichteranlage

Info

Publication number: DE664285C
Application number: DEB165833D
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1934-05-25
Filing date: 1934-06-16
Publication date: 1938-08-24
Also published as: FR790466A

Description

Bei Wechselrichtern mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken hat man angegeben, die Steuerung so vorzunehmen, daß die von den Entladungsstrecken aus der Gleichspannung herausgeschnittene Wechselspannung Rechteckform besitzt. Man hat weiter angegeben, Induktivitäten und Kapazitäten auf der Wechselstromseite des Wechselrichters einzubauen, wobei die Induktivitäten die Differenz zwischen der Wechselspannung rechteckförmiger Kurvenform und der sinusförmigen Wechselspannung und die Kapazitäten die Differenz zwischen dem Wechselstrom rechteckförmiger Kurvenform und dem Netzstrom sinusförmiger Kurvenform aufnehmen.

Fällt nun zeitweise der taktgebende Generator des Wechselstromnetzes aus, so wird die Frequenz irgendeinen gegenüber dem Normalwert veränderten Wert annehmen. Durch den Ausfall des Generators wird aber' auch gleichzeitig die Spannung des N*etzes und damit die Spannung auf der Wechselstromseite des Wechselrichters gegenüber dem Wert bei Normalbetrieb verändert.

Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zum Betrieb einer mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden Parallelwechselrichteranlage, die ein Gleichstromnetz mit einem zeitweise ohne erregenden Taktgeber (Synchrongenerator) arbeitenden Ein- oder Mehrphasennetz kuppelt und bei der Induktivitäten und Kapazitäten verwendet werden, um sinusförmige Spannungen und Ströme zu erzeugen und die Steuerspannungen für die Gitter der Entladungsstrecken unmittelbar dem speisenden Wechselstromnetz entnommen werden. Das Verfahren besteht darin, daß die zusammen einen Schwingungskreis bildenden Teile, nämlich die Kommutierungskapazität C₁ die Drosselspule!, im Gleichstromkreis, die Streuinduktivität des Wechselrichtertransformators /, die Induktivität des zu speisenden Wechselstromnetzes und die Kapazität des zu speisenden Wechselstromnetzes einerseits derart eingestellt werden, daß die Eigenfrequenz dieses Schwingungskreises gleich der normalen Betriebsfrequenz des Wechselstromnetzes ist, anderseits aber so eingestellt werden, daß die Spannung des Wechselstromnetzes bei Ausfallen des taktgebenden Generators angenähert konstant gehalten wird.

Die Frequenz des Wechselstromnetzes ist durch die Eigenfrequenz des Schwingungskreises, dessen Elemente oben aufgezählt sind, gegeben. Faßt man alle Kapazitäten pro Phase zur resultierenden' Kapazität C und

alle Induktivitäten pro Phase zur resultierenden Induktivität L zusammen, so gilt die bekannte Resonanzgleichung ω² · L-C — ι. erkennt aus dieser Gleichung, daß die Frequenz ω aus verschiedenen Werten v und C erhalten werden, kann, sofern ihr rtukt obiger Gleichung genügt. Von diesen vielen Möglichkeiten gibt es aber eine, bei der gleichzeitig die gewünschte Wechselspannung ίο auftritt. Erfindungsgemäß werden resultierende Kapazität und Induktivität derart geregelt, daß gerade diese bestimmten Werte von L und C gewählt werden. Es ergibt sich aber daraus, daß es im allgemeinen nicht genügen wird, nur die Kapazität oder nur die Induktivität zu regeln, sondern daß beide geregelt werden müssen, um die voneinander unabhängigen Betriebsgrößen, Frequenz und Spannung, einhalten zu können. In der Abb. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung an einem Einphasenwechselrichter schematisch dargestellt. Abb. 2 zeigt ein Schaltbild für einen Mehrphasenwechselrichter, und die Abb. 3 und 4 geben Kurvendiagramme wieder.

In der Abb. 1 bedeutet α das Gleichstromnetz, b das Einphasennetz und e das Entladungsgefäß mit zwei Gas- oder Dampfentladungsstrecken mit gemeinsamer Kathode und den Anoden vorgelagerten Steuergittern. Mit f ist der Einphasentransformator bezeichnet. L ist die-in den einen Gleichstromleiter gelegte Drossel und C, C₁ sind parallel zu den Wicklungen des Transformators gelegte Kondensatoren. Ein parallel zu den Kondensatoren C, C₁ geschalteter Resonanzkreis L₂ > C₂ unterstützt die Kondensatoren in der Weise, daß die Hauptkomponente der von den Kondensatoren aufzunehmenden Oberwellen durch diesen Resonanzkreis fließen kann. Dadurch kann die Kapazität der Kondensatoren C, C₁ verkleinert werden. Die Art der Gittersteuerung des Ventils e ist als für das Verständnis der Wirkungsweise der Erfindung unnötig weder dargestellt noch braucht dieselbe, weil bekannt, eingehend erläutert zu werden. Die Frequenz und die Spannung des Einphasennetzes sind konstant, solange der an dem Einphasennetz b liegende und als Taktgeber dienende Generator in Betrieb ist. Ändern sich nun infolge Ausfallens des Generators am Einphasennetz die Kapazität und Induktivität desselben, so müssen diese Änderungen am Wechselrichter ausgeglichen werden, damit stets die Resonanzbedingung des oben bezeichneten Schwingungskreises für die Betriebsfrequenz des Einphasennetzes erfüllt bleibt und dessen Spannung angenähert konstant ist. Hierbei ist zu beachten, wie bereits vorher erwähnt, daß zur Regelung von Frequenz und Spannung im allgemeinen zwei unabhängige Größen des Schwingungskreises zu verändern

% Die Änderung der in Betracht fallenden ι Großen des Schwingungskreises kann auf verschiedene Arten erfolgen. Beispielsweise kann der Wert der Kapazität des Schwingungskreises durch Zu- und Abschalten einzelner Kondensatorelemente C₁ mittels Schalter S₁ geändert werden. Die wirksame Kapazität kann auch durch Anzapfungen am Einphasentransformator f eingestellt werden. Ferner kann das Übersetzungsverhältnis des Transformators f geändert werden. Anstatt die Kapazität C selbst zu regeln, kann auch parallel zu derselben eine regelbare Drossel eingeschaltet werden. Es kann ebensogut eine zusätzliche Induktivität in Reihe zur Kapazitat geschaltet werden. Durch eine solche Drosselspule wird das Verhältnis der Induktivität des Wechselrichterkreises selbst zu der Induktivität des Wechselstromnetzes verkleinert und dadurch die Frequenz geregelt. Zur Änderung der Induktivität der Anlage kann die Magnetisierungscharakteristik des Transformators verändert werden. In Abb. 3 bedeutet α die normale Magnetisierungskurve eines Transformators, und der Punkt/³ entspricht der Betriebsspannung V. Auf der AW-Achse kann dann der Magnetisierungsstrom des Transformators direkt abgelesen werden. Soll der Magnetisierungsstrom größer werden, so wäre eine beträchtliche Erhöhung der Betriebsspannung erforderlich. Diese Spannungserhöhung könnte die Kondensatoren C₃ C₁ schädlich beeinflussen. Um dies zu verhüten, kann durch Verwendung von speziallegierten Blechen die Magnetisierungskurve des Transformators nach Kurve β eingestellt werden. Steigt die Spannung nur wenig über die Spannung des Betriebspunktes P, so erhöht sich der Magnetisierungsstrom des Transformators ganz beträchtlich. Auf diese Weise erfolgt ein selbsttätiger Ausgleich der Induktivität des Schwingungskreises in Abhängigkeit von der Spannung. Man kann die Magnetisierungscharakteristik des Transformators f auch dadurch verändern, daß man eine zusätzliche Gleichstrommagnetisierung vorsieht und diese veränderbar macht. Zur Veränderung der Magnetisierungscharakteristik des Transformators kann man. auch einen regelbaren Luftspalt im Eisen vorstehen. Die Wirkung dieser Maßnahme ist in Abb. 4 dargestellt. Durch Vergrößern des Luftspaltes bewegt sich der Arbeitspunkt P₁ nach P₂ bzw. P₃, der Magnetisierungsstrom wird erhöht, und die Induktivität sinkt.

Die durch Zündpunktregelung bedingte

Verschiebung zwischen Wechselstrom und Spannung bedeutet eine kapazitive Belastung des Netzes bzw. des Kondensators C. Der dieser Zündpunktverschiebung entsprechende Blindstrom des Kondensators C wird nicht an das Netz abgegeben und wird somit nicht durch die Induktivität des Netzes ausgeglichen. Es ist deshalb notwendig, bei Bestimmung der Netzfrequenz diese zusätzliche induktive Belastung zu berücksichtigen. Andererseits kann aber gerade durch Regelung dieser Zündpunktverschiebung eine Feinregelung der zu ändernden Größen erreicht werden. Diese Regelung erfolgt durch Einstellung der Gittersteuerung.

Die Spannung und die Frequenz des Wechselstromnetzes können auch selbsttätig eingestellt werden. So wird die Frequenz mit einem Frequenzregler und die Spannung mit einem Spannungsregler eingestellt. Diese Regler wirken entweder getrennt oder gemeinsam auf mindestens zwei der veränderlichen Größen des Schwingungskreises.

Will man das Verfahren gemäß der Erfindung auf Mehrphasenwechselrichter anwenden, so benutzt man beispielsweise eine Schaltung, wie in Abb. 2 dargestellt, in der gleiche Bezeichnungen gleiche Teile wie in Abb. ι bedeuten. Die Kondensatoren C können z. B. auch auf der Sekundärseite des Transformators / angeschlossen werden. Dies ist ohne weiteres auch bei der Schaltung nach Abb. ι möglich.

Claims

P AT ENTANS PRÖCHK:

i. Verfahren zum Betrieb einer mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden Parallelwechselrichteranlage, die ein Gleichstromnetz mit einem zeitweise ohne erregenden Taktgeber (Synchrongenerator) arbeitenden Ein- oder Mehrphasennetz kuppelt und bei der Induktivitäten und Kapazitäten verwendet werden, um sinusförmige Spannungen und Ströme zu erzeugen und die Steuerspannungen für die Gitter der Entladungsstrecken unmittelbar dem zu speisenden Wechselstromnetz entnommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammen einen Schwingungskreis bildenden Teile, nämlich die Kommutierungskapazität (C), die Drosselspule (L) im Gleichstromkreis, die Streuinduktivität des Wechselrichtertransformators (f), die Induktivität des zu speisenden Wechselstromnetzes und die Kapazität des zu speisenden Wechselstromnetzes einerseits derart eingestellt werden, daß die Eigenfrequenz dieses Schwingungskreises gleich der normalen Betriebsfrequenz des Wechsel-Stromnetzes ist, anderseits aber so eingestellt werden, daß die Spannung des Wechselstromnetzes bei Ausfallen des taktgebenden Generators angenähert konstant gehalten wird.
2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Aufrechterhaltung von Frequenz und Spannung erforderlichen Änderungen der Anlage selbsttätig vorgenommen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen die Werte der Kapazitäten eingestellt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen das Übersetzungsverhältnis des Transformators geändert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen parallel zu den Kapazitäten zusätzliche Induktivitäten geschaltet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen in Reihe zu den Kapazitäten zusätzliche Induktivitäten geschaltet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen die Magnetisierungscharakteristik des Transformators geändert wird. '
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen eine zusätzliche Gleichstromvormagnetisierung des Kernes des Transformators verändert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen die Magnetisierung des Kernes durch Veränderung eines Luftspaltes erfolgt.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen