DE664285C - Method for operating a parallel inverter system that works with grid-controlled vapor or gas discharge paths - Google Patents

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.In the case of inverters with grid-controlled vapor or gas discharge paths, one has specified to make the control so that the discharge paths from the DC voltage cut out AC voltage has a rectangular shape. One has further stated, inductances and capacitances on the AC side of the inverter to be installed, the inductance being the difference between the alternating voltage and rectangular waveform the sinusoidal alternating voltage and the capacitance the difference between the Alternating current with a rectangular waveform and the mains current with a sinusoidal waveform take up.

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.If the clock generator of the alternating current network fails temporarily, the Frequency assume any value changed from the normal value. However, if the generator fails, ' at the same time the voltage of the mains and thus the voltage on the alternating current side of the inverter has changed compared to the value during normal operation.

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.The subject of the invention is a method for operating a grid-controlled vapor or gas discharge path parallel inverter system, which couples a direct current network with a single or multi-phase network that works temporarily without an exciting clock generator (synchronous generator) and in which inductances and capacitances are used to generate sinusoidal voltages and Generate currents and the control voltages for the grid of the discharge paths are taken directly from the feeding AC network. The method consists in that the parts that together form an oscillating circuit, namely the commutation capacitance C ₁ the choke coil !, in the direct current circuit, the leakage inductance of the inverter transformer /, the inductance of the alternating current network to be fed and the capacitance of the alternating current network to be fed are set in such a way that the natural frequency of this oscillating circuit is equal to the normal operating frequency of the alternating current network, but on the other hand can be set so that the voltage of the alternating current network is kept approximately constant if the clock generator fails.

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 undThe frequency of the alternating current network is given by the natural frequency of the oscillation circuit, the elements of which are listed above. If one summarizes all capacities per phase to the resulting 'capacitance C and

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.all inductances per phase to form the resulting inductance L, then the known resonance equation ω ² · LC - ι applies. recognizes from this equation that the frequency ω can be obtained from different values v and C , provided that it satisfies the above equation. Of these many possibilities, however, there is one in which the desired alternating voltage ίο occurs at the same time. According to the invention, the resulting capacitance and inductance are regulated in such a way that precisely these specific values of L and C are selected. It follows from this, however, that it will generally not be sufficient to regulate only the capacitance or only the inductance, but rather that both must be regulated in order to be able to comply with the mutually independent operating parameters, frequency and voltage. In Fig. 1, an embodiment of a device for performing the method according to the invention on a single-phase inverter is shown schematically. Fig. 2 shows a circuit diagram for a polyphase inverter, and Figs. 3 and 4 show graphs.

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 verändernIn Fig. 1, α means the direct current network, b the single-phase network and e the discharge vessel with two gas or vapor discharge paths with a common cathode and control grids upstream of the anodes. The single-phase transformer is designated by f. L is the choke placed in a direct current conductor and C, C ₁ are capacitors placed parallel to the windings of the transformer. A resonance circuit L ₂ > C ₂ connected in parallel to the capacitors C, C ₁ supports the capacitors in such a way that the main component of the harmonics to be absorbed by the capacitors can flow through this resonance circuit. As a result, the capacitance of the capacitors C, C _{1 can be} reduced. The type of grid control of the valve e is neither shown as being unnecessary for an understanding of the mode of operation of the invention, nor does it need to be explained in detail because it is known. The frequency and the voltage of the single-phase network are constant as long as the generator connected to the single-phase network b and serving as a clock is in operation. If the capacity and inductance of the generator change on the single-phase network as a result of the failure of the generator, these changes must be compensated for on the inverter so that the resonance condition of the above-mentioned oscillation circuit for the operating frequency of the single-phase network is always met and its voltage is approximately constant. It should be noted here, as already mentioned before, that in order to regulate frequency and voltage, two independent variables of the oscillating circuit must generally be changed

% 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. % The change in the ι magnitudes of the oscillation circle that are to be considered can take place in various ways. For example, the value of the capacitance of the resonant circuit can be changed by connecting and disconnecting individual capacitor elements C ₁ by means of switch S _1. The effective capacitance can also be adjusted by taps on the single-phase transformer f. Furthermore, the transformation ratio of the transformer f can be changed. Instead of regulating the capacitance C itself, a regulatable throttle can also be switched on in parallel with it. An additional inductance can just as easily be connected in series with the capacitance. Such a choke coil reduces the ratio of the inductance of the inverter circuit itself to the inductance of the alternating current network and thereby regulates the frequency. To change the inductance of the system, the magnetization characteristics of the transformer can be changed. In Fig. 3, α means the normal magnetization curve of a transformer, and the point / ³ corresponds to the operating voltage V. The magnetization current of the transformer can then be read off directly on the AW axis. If the magnetizing current is to be larger, a considerable increase in the operating voltage would be necessary. This increase in voltage could have a detrimental effect on the capacitors C ₃ C _1. To prevent this, the magnetization curve of the transformer can be adjusted according to curve β by using specially alloyed sheets. If the voltage rises only a little above the voltage of the operating point P, the magnetizing current of the transformer increases quite considerably. In this way, the inductance of the oscillating circuit is automatically compensated for as a function of the voltage. The magnetization characteristics of the transformer f can also be changed by providing an additional direct current magnetization and making this changeable. To change the magnetization characteristics of the transformer one can. also protrude an adjustable air gap in the iron. The effect of this measure is shown in Fig. 4. By increasing the air gap, the operating point P ₁ moves to P ₂ or P ₃ , the magnetizing current is increased, and the inductance decreases.

Die durch Zündpunktregelung bedingteThe one caused by ignition point control

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.Shift between alternating current and voltage means a capacitive load on the network or the capacitor C. The reactive current of the capacitor C corresponding to this ignition point shift is not released to the network and is therefore not compensated by the inductance of the network. It is therefore necessary to take this additional inductive load into account when determining the mains frequency. On the other hand, it is precisely by regulating this ignition point shift that fine regulation of the variables to be changed can be achieved. This regulation is carried out by setting the grid control.

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.The voltage and the frequency of the alternating current network can also be automatic can be set. So the frequency is with a frequency regulator and the voltage with adjusted by a voltage regulator. These controllers work either separately or together on at least two of the variable quantities of the oscillation circuit.

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.If the method according to the invention is to be applied to multiphase inverters, a circuit as shown in FIG. 2 is used, for example, in which the same designations mean the same parts as in FIG. The capacitors C can, for. B. can also be connected to the secondary side of the transformer /. This is also easily possible with the circuit according to Fig. Ι.

Claims (9)

P AT ENTANS PRÖCHK: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.i. Method for operating a parallel inverter system that works with grid-controlled vapor or gas discharge paths, which couples a direct current network with a single or multi-phase network that sometimes works without an exciting clock generator (synchronous generator) and in which inductances and capacitances are used to generate sinusoidal voltages and currents and the control voltages for the grid of the discharge paths are taken directly from the alternating current network to be fed, characterized in that the parts forming an oscillation circuit, namely the commutation capacitance (C), the choke coil (L) in the direct current circuit, the leakage inductance of the inverter transformer (f), the inductance of the AC network to be fed and the capacity of the AC network to be fed are set on the one hand in such a way that the natural frequency of this oscillating circuit is equal to the normal operating frequency of the AC network, but on the other hand can be set so that the voltage of the alternating current network is kept approximately constant if the clock generator fails. 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.2. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that that the changes to the system required to maintain frequency and voltage are automatic be made. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen die Werte der Kapazitäten eingestellt werden.3. The method according to claim 1, characterized in that for setting a the values of the capacities are set for the specified operating parameters. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen das Übersetzungsverhältnis des Transformators geändert wird.4. The method according to claim 1, characterized in that for setting a of the operating variables mentioned, the transformation ratio of the transformer will be changed. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen parallel zu den Kapazitäten zusätzliche Induktivitäten geschaltet werden.5. The method according to claim 1, characterized in that for setting a of the operating parameters mentioned, additional inductances in addition to the capacities be switched. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen in Reihe zu den Kapazitäten zusätzliche Induktivitäten geschaltet werden.6. The method according to claim 1, characterized in that for setting a of the stated operating variables in series with the capacities, additional inductances be switched. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen die Magnetisierungscharakteristik des Transformators geändert wird. '7. The method according to claim 1, characterized in that for setting a of the operating variables mentioned, the magnetization characteristics of the transformer will be changed. ' 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen eine zusätzliche Gleichstromvormagnetisierung des Kernes des Transformators verändert wird.8. The method according to claim 1, characterized in that for setting a of the above-mentioned operating parameters, an additional direct current bias of the core of the transformer is changed will. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer der genannten Betriebsgrößen die Magnetisierung des Kernes durch Veränderung eines Luftspaltes erfolgt.9. The method according to claim 1, characterized in that for setting a of the above-mentioned operating parameters, the magnetization of the core through change an air gap takes place. Hierzu ι Blatt ZeichnungenFor this purpose ι sheet of drawings