DE669818C - Anordnung zum Betrieb von mehrphasigen Wechselrichtern - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf mehrphasige Wechselrichter, insbesondere in Graetzschaltung, und betrifft vorzugsweise eine Verbesserung der Kommutierumgsverhältnisse und der Spannungsbeziehungen. Die einzelnen Phasen des Wechselstromnetzes sind hierbei mit dem Gleichstromnetz über Transformatorwicklungen und gesteuerte Entladungsstrecken, vorzugsweise gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsgefäße, miteinander verknüpft. Im Sinne der Erfindung werden die in Wechsel'ridhterschaltung angeordneten Entladungsstrecken in vorbestimmter Reihenfolge gesteuert bzw. leitend gemacht, und entsprechend ist auch deren Stromführung, so daß die Achse der Stromführung mit einer Winkelgeschwindigkeit rotiert, die der Frequenz des Wechselstromnetzes entspricht. Ferner ist mit den Transformatorwicklungen ein zweiter Gleichstromkreis und eine zweite Gruppe von Entladungsstrecken verbunden, wobei die Stromführung dieser zweiten Gruppe von Entladungsstrecken derart gesteuert wird, daß die Achse der Stromführung dieser zweiten Gruppe um einen gewissen Phasenwinkel gegenüber der Achse der Stromfü'hrung der ersten Gruppe verschoben ist. Es hat sich herausgestellt, daß das Einfügen einer zweiten Ac'hse der Stromführung einen Pfad für den Blindstrom bedeutet, wenn dieser zweite Pfad kurzgeschlossen ist. Zur Deckung der Verluste kann hier eine regelbare Gleichspannung eingefügt werden. Bei entsprechender Bemessung der beiden Gleichstromkreise \vird ein gleichmäßiger Spannungsabfall in den Transformatorwicklungen und eine weitgehend sinusförmige Wechselspannung im Wechselstromnetz erreicht. In Weiterbildung des Erfindungsgedanlcens kann die Verlustdeckung im kurzgeschlossenen Pfad auch dadurch erfolgen, daß man die zu der zweiten Gruppe gehörige Achse der Leitfähigkeit ein wenig gegen die Achse· verdreht, in der die Spannung zwischen den Außenpunkten des Transformators Null ist, so daß die Spannung entlang dieser zweiten Achse der Leitfähigkeit einen inneren Strom erzeugt, der angenähert um 90⁰ gegenüber der Spannung des Transformators verschoben ist.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgedanke an einem mehrphasigen Wechselrichter in Graetzschaltung erläutert, der an ein Gleichstromnetz 10 und an ein Drehstromnetz 11 angeschlossen ist. Der Umformer enthält einen Transformator mit einer dem Drehstromnetz zugeordneten Wicklung 12 und einer sechsphasigen, mit den Entladungsstrecken verbundenen Wicklung 13. Die Wicklung 13 ist

als geschlossenes regelmäßiges Vieleck mit mehreren Knotenpunkten ausgebildet, und zwar enthält sie eine sechsphasige Sternwicklung und eine sechsphasige Vieleckwicklung. Jede Phase der Vieleckwicklung enthält zwei Anzapfungen, die untereinander gleichen Phasenabstand besitzen, so- daß der Umformer zwölfphasig arbeiten kann. Die Zuführung des Stromes vom positiven Gleichstromleiter ίο erfolgt über einen Stromtransformator 38 mit parallel geschaltetem· Kondensator 39 und die Gruppe von Entladungsstrecken 14 bis 25. Entsprechend erfolgt die Rückleitung des Stromes über die Gruppe von Entladungsstrecken 26 bis 37 und den Stromtransformator 40 mit parallel· geschaltetem Kondensator 41. Ferner ist ein zweiter Gleichstromkreis vorgesehen, der ebenfalls mit der Transformatorwicklung 13 verbunden ist und sie über eine weitere Gruppe von Entladungsstrecken 42 bis 53, eine Drosselspule 66 und weitere Entladungsstrecken 54 bis 65 kurzschließt. In diesen Kurzschlußpfad sind ebenfalls Stromtransformatoren 67 und 69 mit parallel geschaltetem Kondensator 68 bzw. 70 eingefügt. Wie die Stromtransformatoren 38 und 40, so· dienen auch die Stromtransformatoren 67 und 69 zur Erleichterung des Kommutierungsvorganges zwischen den einzelnen Entladungsstrecken, für die· vorzugsweise gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsgefäße vorgesehen sind. Für die Steuerung der Gitterkreise der Entladungsgefäße dient eine mehrphasige Steuerspannung 71, die von einer Spannungsquelle geliefert wird, die gleiche Frequenz hat wie das Netz 11. Zwischen die Steuerspantiungsquelle 71 und die Gitterkreise sind Transformatoren "]2 und 73 geschaltet, von denen, wie man der Zeichnung entnehmen kann, der eine in Dreieck-Stern, der andere in Stern-Stern geschaltet ist. Ferner werden die gemeinsam gesteuerten Entladungsgefäße durch einenHilf stransf ormator 74 mit mehreren Sekundärwicklungen erregt. Beim Betrieb von gittergesteuerten Dämpfoder Gasentladungsgefäßen erweist sich die Verwendung einer Steuerweehselspannung spitzer Wellenform als besonders vorteilhaft. Diese kann man in dem Hilfstransformatör 74 erzeugen, indem man ihn sättigt. In den Gitterkreisen sind ferner zur Begrenzung des Gitterstromes Widerstände 75 eingefügt.

Für die Erläuterung der Arbeitsweise des

Wechselrichters wollen wir annehmen, daß der Wechselrichter eine Scheinleistung mit stark nacheilendem Leistungsfaktor zu liefern hat. Es mögen im betrachtenden Augenblick dieEntladungsgefäßei5 und 33 Strom führen.

Gleichzeitig mit diesen beiden Gefäßen werden nun die Gefäße 21 und 27 ebenfalls einen Steuerspannungsimpuls erhalten, aber mit umgekehrtem Vorzeichen. Dann fließt der Strom vom positiven Gleichstromleiter über den rechten Teil derWicklung 38, durch die Transformatorwicklung 13 und über den linken Teil der Wicklung 40 zum anderen Gleichstromleiter, und es ergibt sich eine Achse der Leitfähigkeit im Transformator, wie sie durch den gestrichelt gezeichneten Pfeil / dargestellt ist. Bei nacheilendem Leistungsfaktor und unter Zugrundelegung einer Phasendrehung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne kann die Achse des Scheitelwertes der Gegen-EMK des Netzes durch den Pfeil £ beispielsweise dargestellt sein. Entsprechend ist E_n die Rieh- tung, in der die Spannung, zwischen den Außenpunkten des Transformators Null ist. E_n schließt mit E einen Winkel von 90⁰ ein. Es ist ersichtlich, daß in einem Teil der Wicklung 13 der Strom gegen die Gegen-EMK fließt, während in dem übrigen Teil der Wicklungen der Strom in Phase mit der EMK fließt. Das bedeutet aber eine ungleichmäßige Spannungsverteilung in der Transformatorwicklung 13 zwischen dem Stromeintritts- punkt und dem Stromaustrittspunkt. Da die momentane Spannungsverteilung in der Transformatorwicklung als Ganzes der Spannung einer Phase über eine vollständige Periode entspricht, so verzerrt eine solche Spannungsverteilung die Wellenform der Wechselspannung 11.

Verwendet man jedoch gemäß vorliegender Erfindung eine zweite Gruppe von Entladungsstrecken und einen zweiten Gleich-Stromkreis, und steuert man beispielsweise die Gefäße 45 und 63 gleichsinnig mit den Gefäßen 15 und 33, so ergibt sich ein Kurzschlußstrom /_s über die Gefäße 45 und 63 und die Drosselspule 67, der angenähert um 90⁰ der Spannung E nacheilt. Dieser Kurzschlußpfad gestattet die Ausbildung eines inneren Stromes 7_S, der, zum Strom 7 addiert, den Strom in Wicklung 12, also den Netzstrom, ergibt, wenn man den Magnetisierungsstrom des Transformators vernachlässigt. Der Betrag des inneren Stromes /_s ist bestimmt durch die Spannung zwischen den Außenpunkten des Transformators in der Achse der Leitfähigkeit im inneren System oder, anders ausgedrückt, durch den Winkel /_s 'und E_n, dessen Größe' sich naturgemäß bei Veränderung des Blindstromes im Netz ebenfalls ändert. Die richtige Spannungsverteilung bei jedem Leistungsfaktor wird selbsttätig aufrechterhalten, so daß einerseits die Spannung in der Achse der Leitfähigkeit des inneren Systems angenähert Null ist (dadurch ist die Phasenlage der Transformatorspannung im wesentlichen bedingt), und daß andererseits die Wechselspannung in. der Achse der Leitfähigkeit des äußeren Systems der angelegten

Gleichspannung entspricht (dadurch ist die Größe der Transformatorspannung E festgelegt).

In der Zeichnung ist ein Phasenwinkel von 6o° zwischen den beiden Stromachsen zugrunde gelegt. Bei Änderung des Leistungsfaktors wird sich auch der Betrag dieses Phasenwinkel entsprechend ändern. Wenn man beispielsweise die Gefäße 15 und 33 und außerdem 44 und 62 gleichsinnig steuert, so ergibt sich ein Phasenwinkel von 30⁰; steuert man einerseits 15 und 33, andererseits 46 und 64 gemeinsam, so ergibt sich ein Phasenwinkel von 90⁰ zwischen den beiden Stromachsen.

Es sei wieder der in der Abbildung dargestellte Fall betrachtet, wo 30⁰ nach Einsetzen der Entladung in den Gefäßen 15 und 33 die Entladüngsgefäße 16 und 34 leitend werden und entsprechend auch die Gefäße 46 und 64, d. h. die Achsen der Stromführungen rücken um 30⁰ weiter. Nach weiteren 30⁰ werden weitere Gefäße leitend, und es ist ersichtlich, daß innerhalb einer Periode die Stromführungsachsen einen. Umlauf vollführen, wobei eine Wechselspannung annähernd sinusförmiger Wellenform erzeugt wird. An Stelle des Kurzschlußpfades, wie er bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verwendet ist, kann man auch eine zweite Gleichspannungsquelle in den Stromkreis mit der Drosselspule 66 einfügen und erhält dabei ein gleiches Ergebnis. In diesem Falle wird man zweckmäßig die Spannung der zweiten Gleichstromquelle von der Größe des Blindstromes abhängig machen.

Die Stromtransformatoren und Kondensatoren 38-39, 40-41, 67-68 und 69-70 dienen zur Unterstützung des Kommutierungsvürganges und liefern, wie bereits an anderer Stelle ausführlich erläutert ist, eine hinsichtlich Größe und Phase durch den Belastungsstrom bestimmte Kommuti'erungsspannu-ng, die in den Augenblicken zur Verfügung steht, in denen kommutiert werden soll. Durch die Verwendung dieser stromabhängigen Kommutierungsspannung ist die Möglichkeit gegeben, einen Wechselrichterbetrieb mit beliebigem Leistungsfaktor durchzuführen. Für den Kurzschlußpfad ist es hierbei erforderlich, die Achse des Kurzschlußstromes /_s gegenüber der Achse E_n zu verschieben, damit eine hinreichende Differenz besteht, die den inneren Strom im Umformer aufrechterhält und so die ordnungsmäßige Durchführung der Arbeitsweise bei veränderlichem Leistungsfaktor gewährleistet. Es wird bemerkt, daß der Erfindungsgedanke nicht nur Bedeutung hat bei Schaltanordnungen, bei denen jede Transformatorwicklung in beiden Halbwellen der Wechselspannung ausgenutzt ist, sondern auch bei solchen Anordnungen, bei denen die betreffenden Transformatorwicklungen nur während einer Halbwelle der Wechselspannung Strom führen. In solchen Fällen wird der Strom an dem oder den Sternpunkten der Transformatorwicklungen zu- bzw. abgeführt.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   . i. Anordnung zum Betrieb von mehrphasiigen Wechselrichtern, insbesondere mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken, mit einer als Vieleck ausgebildeten Transformatorwicklung, an die die Entladungsstrecken vorzugsweise in Graetzschaltung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Wechselspannung, unabhängig von der Phasenverschiebung im Lastkreis, und zur Verbesserung der Kurvenform zwei Wechselrichteranordnungen mit je einem eigenen Gleichstromkreis vorgesehen sind und so gesteuert werden, daß zwei Stromachsen erzeugt werden, welche gegenseitig räumlich um einen vom Leistungsfaktor abhängigen Betrag verschoben sind und mit der Netzspannung in der Wicklung umlaufen.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Wechselrichteranordnung in an sich bekannter Weise an das speisende Gleichstromnetz angeschlossen ist und in an sich bekannter Weise gesteuert wird und die zweite Wechselrichteranordnung mit einem zweiten vorzugsweise kurzgeschlossenen Gleichstromkreis verbunden ist.
3. 3. Anordnung nachAnspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch die Verwendung einer hinsichtlich Größe und Phase durch den Belastungsstrom gesteuerten Kommutierungsspannung.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen ,