DE977231C - Anordnung zur Gittersteuerung von mit Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden Stromrichtern - Google Patents

Description

Bei der Speisung von stark induktiven Verbrauchern, insbesondere Erregerwicklungen von Gleichstrom- oder Synchronmaschinen, über Stromrichter läßt sich bekanntlich eine schnelle Änderung des Gleichstromes dadurch erzielen, daß von dem Prinzip der Über- bzw. Stoßerregung Gebrauch gemacht wird. Die Stromrichtergleichspannung wird in solchen Fällen durch entsprechende Bemessung des Stromrichtertransformators um das Mehrfache höher gewählt, als für den stationären Gleichstrom erforderlich wäre. Die Umsteuerung des Stromrichters in Wechselrichterbetrieb bietet die Möglichkeit, auch schnelle Stromänderungen im Sinne einer Verminderung vorzunehmen, weil in einem solchen Fall die Energierichtung sich umkehrt, d. h. die in dem induktiven Verbraucher aufgespeicherte magnetische Energie ans Netz zurückgegeben wird. Es ist nun allerdings erforderlich, daß die höhere Spannung des Stromrichters in der einen oder anderen Richtung immer nur so lange wirkt, bis der Gleichstrom den gewünschten stationären Wert erreicht hat, um Über- oder Unterströme zu vermeiden. Das ist nicht nur wichtig, wenn die Stromeinstellung von Hand, sondern auch dann, wenn die Stromeinstellung über einen Regler erfolgt. Wenn Gittersteuergeräte, die als wesensbestimmende Bauelemente induktive Widerstände enthalten, für die eingangs geschilderte Aufgabe der Über bzw. Stoßerregung verwendet werden, dann ist es aus steuerungs- bzw. regelungsdynamischen

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Gründen wünschenswert, nachteilige Zeitkonstanten zu kompensieren. Dies könnte mittels zusätzlicher elektronischer Verstärker erfolgen. Dem steht entgegen, daß es gerade der Zweck der Verwendung eines auf magnetischer Basis aufgebauten Gittersteuergerätes ist, empfindliche elektronische Bauelemente zu vermeiden.

Die Erfindung geht von einer Anwendung eines bereits vorgeschlagenen Gleich- und Wechselrichterbetrieb ermöglichenden Gittersteuergerätes aus. Demgemäß betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Gittersteuerung von mit Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden Stromrichtern zur Speisung stark induktiver Verbraucher nach dem Stoßerregungsprinzip, bei der als Gittersteuergerät jeweils eine Phasenschwenkbrücke vorgesehen ist, die zur Gleich- oder Wechselrichterbetrieb ermöglichenden Impulssteuerung aus zwei mit verschiedenphasigen Spannungen gespeisten Transformatoren sowie aus einer Widerstands-Drossel-Reihenschaltung gebildet ist, während die Brückendiagonale zwischen dem Widerstand und der gleichstromvormagnetisierbaren Drossel einerseits sowie einer Anzapfung an einem der Speisetransformatoren andererseits als weitere Widerstands-Sättigungsdrossel-Reihensehaltung ausgebildet ist, an deren Widerstand die Gittersteuerspannung abgegriffen wird. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) In an sich bekannter Weise ist zur Erfassung des Verbrauchergleichstromes ein Wandler vorgesehen, an den über eine Gleichrichterbrücke eine ohmsche Bürde angeschlossen ist, deren Spannungsabfall einer konstanten, in Richtung einer Gleichrichteraussteuerung des Stromrichters gepolten Gleichspannung entgegengeschaltet ist, und die Differenzspannung wirkt über ein Ventil, vorzugsweise einen Trockengleichrichter, auf den Eingang des Gittersteuergerätes;

b) die konstante Gleichspannung ist zur Lieferung des der maximalen Gleichrichteraussteuerung des für Übererregung des Verbrauchers ausgelegten Stromrichters entsprechenden Vormagnetisierungsstromes der gleichstromvormagnetisierbaren Drossel bemessen;

c) das Ventil ist zur Gleichrichterbrücke in entgegengesetzter Polarität angeordnet;

d) die Bürde ist veränderbar ausgebildet, und eine vorübergehende Einstellung des der maximalen Wechselrichteraussteuerung entsprechenden Vormagnetisierungsstromes Null erfolgt durch Vergrößerung der Bürde;

e) die Differenzspannung aus der konstanten Gleichspannung und dem Spannungsabfall an der Bürde wirkt über die Vormagnetisierungswicklung unmittelbar auf das Gittersteuergerät.

Hierdurch werden ohne aufwendige Zusatzmaßnahmen unter Ausnutzung der Eigenschaften von

Stromwandlern schnelle Aussteuerungen des Stromrichters ermöglicht. Eine schnelle Steuerbarkeit 6g ist besonders dann erwünscht, wenn durch tirrillartigen Umschaltbetrieb zwischen voller Gleichrichter- und voller Wechselrichteraussteuerung durch Anschnittssteuerung des Stromrichters entstehende Steuerblindleistung weitgehend vermieden werden soll. Das zusätzliche Ventil verhindert bei plötzlicher Vergrößerung der ohmschen Bürde eine Stromrichtungsumkehr in der Vormagnetisierungswicklung der vormagnetisierbaren Drossel der Phasenschwenkbrücke.

Zum Stand der Technik ist nachzutragen, daß die Verwendung von Wechselstromwandlern in Strombegrenzungseinrichtungen von Stromrichtern bereits bekannt war [vgl. Kombinationsmerkmal a) der Erfindung]. Die dem betreffenden Wechsel- So stromwandler nachgeordneten Gleichrichter waren mit einem zwecks Bildung eines Schwellwertes unter Vorspannung stehenden Ventil in gleicher Richtung gepolt. Erst nach Überschreiten des Schwellwertes durch die Ausgangsspannung der Wandleranordnung wirkte die sich ergebende Differenzspannung über einen elektronischen Zwischenverstärker auf den einen der Spannungseinstellung dienenden Einstellgeber enthaltenden Eingang der Stromrichtersteuereinrichtung. Demgegenüber ist bei der Erfindung unter anderem die feste Gleichspannung zur sofortigen, vollen und unmittelbaren Gleichrichteraussteuerung des Stromrichters vorgesehen, bemessen und angeordnet. Zur Veränderung des Verbrauchergleichstromes wird nicht ein Sollwert, sondern an der Bürde die für die Gittersteuerung wirksame Größe des Istwertes verstellt. Die Vergrößerung der Bürde ermöglicht wegen der sich hiermit ergebenden kleineren Zeitkonstante des Vormagnetisierungsstromkreises der vormagnetisierbaren Drossel gegenüber einer Verkleinerung eines Sollwertgeberwiderstandes eine schnellere Rückstellung in den Wechselrichterbetrieb.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Stromrichtungsumkehr im Verbraucher, insbesondere in der Erregerfeldwicklung einer elektrischen Maschine eine aus zwei Teilstromrichtern bestehende Stromrichterzweigefäßschaltung verwendet wird, bei der für jeden Teilstromrichter jeweils ein eine Phasenschwenkbrücke enthaltendes Gittersteuergerät vorgesehen ist, und daß mittels einer Umschalteinrichtung der Vormagnetisierungsstrom der gleichstromvormagnetisierbaren Drossel der Phasenschwenkbrücke des einen Gittersteuergerätes, eine volle und sprunghaft einsetzende Wechselrichteraussteuerung bewirkend, unterbrechbar und der Vormagnetisierungsstrom der gleichstromvormagnetisierbaren Drossel der Phasenschwenkbrücke des anderen Gittersteuergerätes zwecks Gleichrichteraussteuerung einschaltbar ist. Dadurch, daß die Zeitkonstanten der Eingangskreise der Gittersteuergeräte bei dem Wechsel auf ein anderes für Gleichrichterbetrieb auszusteuerndes Gittersteuergerät unterschiedlich zur Wirkung gebracht werden, können im Leistungskreis zusätzliche Mittel zur Kreis-

strombegrenzung erspart bleiben. Bei der Erregung elektrischer Maschinen bringt die volle Wechselrichteraussteuerung des jeweiligen anderen Stromrichters den Vorteil mit sich, daß bei Kurzschlüssen im Leistungskreis der Maschine oder beim asynchronen Lauf einer Synchronmaschine eine Überspannungen begrenzende Gegenspannung vorhanden ist.

Zur weiteren Erläuterung dienen die in den beiden Figuren der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten beiden Ausführungsbeispiele.

Gemäß Fig. ι speist der aus dem mehranodigen Entladungsgefäß ι und dem Transformator 2 bestehende Stromrichter 20 den induktiv-ohmschen Verbraucher 3. Der Transformator ist so ausgelegt, daß sich bei voller Öffnung des Stromrichters (keine Zündverzögerung) eine größere Gleichspannung ergibt, als zur Deckung des ohmschen Spannungsabfalles des Verbrauchers 3 im stationären Zustand erforderlich wäre. Mit Hilfe einer als Gittersteuergerät dienenden Phasenschwenkbrücke an anderer Stelle bereits vorgeschlagener Ausbildung ist es möglich, die Gitterimpulse um mehr als 150 elektrische Grad zu verschieben, so daß das Entladungsgefäß ι mit der vollen Gleich- oder Wechselrichterspannung ausgesteuert werden kann. Das Gittersteuergerät ist in Fig. 1 lediglich einphasig dargestellt und besteht aus einer Brückenschaltung mit den beiden Transformatoren 4 und 5, die an zwei verschiedene Phasen des Drehstromnetzes angeschlossen sind, und der Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes 6 mit einem durch Vormagnetisierung veränderlichen induktiven Widerstand. Die Vormagnetisierung des letzteren erfolgt mit Hilfe einer Vormagnetisierungswicklung 7. Eine drei- bzw. sechsphasigeAusführung der Gittersteuerung ist durch drei in Reihe geschaltete Wicklungen 7 angedeutet. In der Brückendiagonale liegt ein Kondensator 8, zu welchem ein sogenanntes Stoßglied aus dem Kondensator 9, einer Sättigungsdrossel 10 mit rechteckiger Magnetisierungskurve und einem Stoßwiderstand 11 parallel geschaltet ist. Der Stoßwiderstand 11 liegt in Reihe mit der negativen Vorspannung 12 und dem Gittervorwiderstand 13. Die Einstellung der Phasenlage des Gitterimpulses wird so gewählt, daß dann, wenn der Vormagnetisierungsstrom i_v den Wert Null hat, der Stromrichter seine größtmögliche Wechselrichtergegenspannung abgibt. Mit ansteigendem i_v werden die Gitterimpulse zeitlich vorverlegt, was einer stetigen Umsteuerung des Stromrichters aus Wechselrichter- in Gleichrichterbetrieb entspricht.

Um eine schnelle Änderung des den Verbraueher 3 durchfließenden Gleichstromes J_g ohne Über- und Unterschwingung zu erreichen, wird der Gleichstrom über einen Wandler 14 gemessen, mit einer Gleichrichterbrückenschaltung 15 gleichgerichtet und über eine ohmsche Bürde 16 geleitet.

Der Spannungsabfall an dieser Bürde 16 liegt mit einer festen Gleichspannung 17 entgegengesetzter Polarität in Reihe und bestimmt den in den in Reihe geschalteten Wicklungen 7 fließenden Vormagnetisierungsstrom der Schwenkdrosseln. Durch entsprechende Wahl der festen, in Richtung einer Gleichrichteraussteuerung des Stromrichters 20 wirkenden Gleichspannung 17 kann bei veränderlicher Bürde 16 der Vormagnetisierungsstrom i_v alle Werte von Null bis zu einem Höchstwert annehmen. Hat die Bürde 16 ihren größten Wert, dann wird der Vormagnetisierungsstrom i_v bei entsprechendem Wandlerstrom bis auf Null absinken, was einer Aussteuerung des Stromrichters 20 als Wechselrichter entspricht. Ist der Gleichstrom J_g durch diese Wechselrichteraussteuerung auf einen bestimmten Wert abgeklungen, dann wird der Vormagnetisierungsstrom i_v wieder ansteigen, so daß sich wieder eine verminderte Gleichrichterspannung einstellt. Wird zwecks Erhöhung des Gleichstromes Jg die Bürde 16 vermindert, so steigt i_v auf einen überhöhten Wert an und geht in der Weise wieder zurück, wie der Gleichstrom J_g nachkommt. Das entspricht einer vorübergehenden Übererregung. Es ist möglich, allein durch Veränderung der Bürde 16 den Stromrichter vorübergehend voll als Gleichrichter oder Wechselrichter auszusteuern, wenn in dem Vormagnetisierungsstromkreis der Schwenkdrossel noch ein Ventil 18, vorzugsweise ein Trockengleichrichter, eingeschaltet wird. Dieses verhindert, daß die Richtung des Vormagnetisierungsstromes sich umkehrt, wodurch die Zuordnung der Stromrichterspannung nicht mehr eindeutig wäre.

Wird eine solche Anordnung zur Speisung des Feldes von Gleichstrom-Nebenschlußmotoren verwendet, so lassen sich Überspannungen am Anker, die bei zu rascher Feldverstärkung auftreten und zu Überströmen führen können, dadurch vermeiden, daß ein Überspannungs- oder Überstrombegrenzungsregler vorgesehen wird, der nach dem Tirrillprinzip einen einen Teil der Bürde 16 kurzschließenden Kontakt 19 öffnet. Hierdurch wird eine Verminderung des Vormagnetisierungsstromes und damit auch des Gleichstromes bewirkt.

Soll eine Umkehr der Stromrichtung im Ver- *°5 braucher erfolgen, beispielsweise zum Zweck einer Schnellentregung, so wird bekanntlich bei Verwendung von Stromrichtern von der Kreuz- bzw. Achterschaltung Gebrauch gemacht. Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist das Prinzip der Stoß- no erregung unter geringfügiger Abänderung der in Fig. ι dargestellten Steueranordnung beibehalten. Zwei mehranodige Entladungsgefäße ι α und 1 b speisen mit ihrem gemeinsamen Transformator 2, der jetzt zwei getrennte Sekundärwicklungen hat, ¹¹S den A^erbraucher 3. Jeder Teilstromrichter hat ein eigenes Gittersteuergerät der bereits beschriebenen Art. Bei einem gewünschten Stromrichtungswechsel im Verbraucher 3 ist es erforderlich, daß der jeweils als Gleichrichter arbeitende Teilstromrichter zunächst als Wechselrichter ausgesteuert wird, um die magnetische Energie abzusaugen. Der andere Teilstromrichter muß dann allmählich von seiner Wechselrichteraussteuerung in Gleichrichterbetrieb übergeführt werden. Um einen schädlichen Kreisstrom, der lediglich über die Entladungsgefäße 1 a,

ι b und nicht über den Verbraucher 3 fließt, zu vermeiden, ist es erforderlich, daß im Falle einer Umsteuerung die Wechselrichtergegenspannung des einen Gefäßes immer größer ist als die Gleichrichterspannung des anderen Gefäßes. Das ist gewährleistet, wenn der Vormagnetisierungsstrom i_va bzw. i'vö für die beiden Steuergeräte in der in Fig. 2 dargestellten Weise mit Hilfe eines Umschalters bzw. Umschaltschützes 21 geschaltet wird.

to Die Änderung des Vormagnetisierungsstromes i_va bzw. i_v& wird bei Unterbrechung immer steiler erfolgen als beim Einschalten. Es ist damit gewährleistet, daß der jeweilige Teilstromrichter schneller in Wechselrichterbetrieb geht als umgekehrt der andere in Gleichrichterbetrieb. Die gewünschte Höhe des Verbraucherstromes kann wiederum mit Hilfe der Bürde 16 eingestellt werden.

An Stelle der Wechselstromwandler können in beiden Ausführungsbeispielen auch Gleichstromwandler verwendet werden.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Anordnung zur Gittersteuerung von mit Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitenden Stromrichtern zur Speisung stark induktiver Verbraucher nach dem Stoßerregungsprinzip, bei der als Gittersteuergerät jeweils eine Phasenschwenkbrücke vorgesehen ist, die zur Gleich- oder Wechselrichterbetrieb ermöglichenden Impulssteuerung aus zwei mit verschiedenphasigen Spannungen gespeisten Transformatoren sowie aus einer Widerstands-Drossel-Reihenschaltung gebildet ist, während die Brückendiagonale zwischen dem Widerstand und der gleichstromvormagnetisierbaren Drossel einerseits sowie einer Anzapfung an einem der Speisetransformatoren andererseits als weitere Widerstands-Sättigungsdrossel-Reihenschaltung ausgebildet ist, an deren Widerstand die Gittersteuerspannung abgegriffen wird, ge kennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   a) In an sich bekannter Weise ist zur Erfassung des Verbrauchergleichstromes ein Wandler (14) vorgesehen, an den über eine Gleichrichterbrücke (15) eine ohmsche Bürde (16) angeschlossen ist, deren Spannungsabfall einer konstanten, in Richtung einer Gleichrichteraussteuerung des Stromrichters (20) gepolten Gleichspannung (17) entgegengeschaltet ist, und die Differenzspannung wirkt über ein Ventil (18), vorzugsweise einen Trockengleichrichter, auf den Eingang des Gittersteuergerätes;

   b) die konstante Gleichspannung (17) ist zur Lieferung des der maximalen Gleichrichteraussteuerung des für Übererregung des Verbrauchers (3) ausgelegten Stromrichters (20) entsprechenden Vormagnetisierungsstromes (i_v) der gleichstromvormagnetisierbaren Drossel (7) bemessen;

   c) das Ventil (18) ist zur Gleichrichterbrücke (15) in entgegengesetzter Polarität angeordnet;

   d) die Bürde (16) ist veränderbar ausgebildet, und eine vorübergehende Einstellung des der maximalen Wechselrichteraussteuerung entsprechenden Vormagnetisierungsstromes (i_v) Null erfolgt durch Vergrößerung der Bürde;

   e) die Differenzspannung aus der konstanten Gleichspannung und dem Spannungsabfall an der Bürde wirkt über die Vormagnetisierungswicklung (7) unmittelbar auf das Gittersteuergerät (Fig. 1).
2. 2. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Stromrichtungsumkehr im Verbraucher (3), insbesondere in der Erregerfeldwicklung einer elektrischen Maschine, eine aus zwei Teilstromrichtern (ι α, ι b) bestehende Stromrichterzweigefäßschaltung (1, 2) verwendet wird, bei der für jeden Teilstromrichter jeweils ein eine Phasenschwenkbrücke enthaltendes Gittersteuergerät vorgesehen ist, und daß mittels einer Umschalteinrichtung (21) der Vormagnetisierungsstrom der gleichstromvormagnetisierbaren Drossel der Phasenschwenkbrücke des einen Gittersteuergerätes, eine volle und sprunghaft einsetzende Wechselrichteraussteuerung bewirkend, unterbrechbar .und der Vormagnetisierungsstrom der gleichstromvormagnetisierbaren Drossel der Phasenschwenkbrücke des anderen Gittersteuergerätes zwecks Gleichrichteraussteuerung einschaltbar ist (Fig. 2).
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Speisung des Fremderregerfeldes von Gleichstrom-Nebenschlußmaschinen zur Ankerspannungsbegrenzung ein nach dem Tirrillprinzip arbeitender Regler vorgesehen ist, dessen Reglerkontakt (19) in einem Überbrückungskreis der ohmschen Bürde (16) angeordnet ist, so daß beim öffnen des Reglerkontaktes die Verminderung der ohmschen Bürde rückgängig gemacht wird.

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   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 641 391, 817622; USA-Patentschrift Nr. 2 512 378;
   Siemens-Zeitschrift, 1937, H. 2, S. 49 bis 57;
   Electronics, Juliheft 1943, S. 120. ⁿ5

   In Betracht gezogene ältere Patente:
   Deutsches Patent Nr. 971 050.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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