DE685799C

DE685799C - Arrangement for controlling converters

Info

Publication number: DE685799C
Application number: DES115377D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Max Bosch
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Priority date: 1934-09-14
Filing date: 1934-09-14
Publication date: 1939-12-23

Description

Anordnung zur Steuerung von Umrichtern Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steueranordnung für unmittelbare Umrichter, d. h. für Umrichter, die ohne Zuhilfenahme eines Zwischenstromkreises einen Wechselstrom gegebener Frequenz in einen solchen anderer Frequenz umformen. Insbesondere bezieht sie sich auf die Steuerung sog. Asynchronumrichter, ,also solcher Umrichter, die eine Frequenzumformung beliebig veränderbaren Übersetzungsverhältnisses bewirken. Um diesem Umrichter eine Wechselspannung gewünschter Kurvenform, insbesondere angenäherter Sinusform, zu entnehmen, hat man vorgeschlagen, den Steuerelektroden der Umrichterentladungsstrecken Spannungen aufzudrücken, die sich aus Komponenten von der Frequenz des Primärnetzes und von der Frequenz des zu .erzeugenden Wechselstromes (.sekundäre Steuerspannung) zusammensetzen. Man bezeichnet derartige Umrichter auch als Steuerumrichter, weil bei ihnen die Formgebung der sekundärseitig ,abgegebenen Spannung mit Hilfe der Steuerung erzielt wird. Die bisherigen Vorschläge zur Ausbildung der Steuereinrichtung des Umrichters sehen ein besonderes Steueraggregat zur Gewinnung der sekundären Steuerspannung vor. Dabei arbeitet dieses b:emerkenswerterweise unabhängig vom Sekundärnetz; es berücksichtigt also in keiner Weise, ob in dem zu speisenden Sekundärnetz bereits eine Spannung vorhanden ist, was beispielsweise bei Parallelarbeit des Umrichters mit anderen Stromerzeugern der Fall ist, oder nicht. Einer Steuereinrichtung dieser Art haftet der erhebliche Nachteil an, daß sie auf betriebsmäßig bedingte. Laständerungen des Sekundärnetzes nicht anspricht oder, mit anderen Worten, sich nicht elastisch ,den Betriebsforderungen des Sekundärnetzes anpaßt.Arrangement for controlling converters The present invention relates to a control arrangement for immediate converters, d. H. for converters that work without assistance an intermediate circuit an alternating current of a given frequency in such a other frequency transform. In particular, it relates to the so-called control. Asynchronous converters, i.e. converters that can convert any frequency cause changeable gear ratio. To this converter an AC voltage The desired curve shape, in particular an approximate sinusoidal shape, can be found proposed to apply voltages to the control electrodes of the converter discharge paths, which is made up of components of the frequency of the primary network and of the frequency of the alternating current to be generated (.secondary control voltage). Man also refers to such converters as control converters, because they have the shape the voltage output on the secondary side is achieved with the aid of the control. the See previous proposals for training the control device of the converter a special control unit for obtaining the secondary control voltage. Included Does this b: remarkably work independently of the secondary network; it takes into account So in no way whether there is already a voltage in the secondary network to be fed is available, for example when the converter is working in parallel with others Generators is the case or not. A control device of this type is liable the significant disadvantage is that it is operationally related. Load changes of the Secondary network does not respond or, in other words, not elastic, the Adjusts operational requirements of the secondary network.

Die Erfindung zeigt einen besonders vorteilhaften und zweckmäßigen Weg zur Vermeidung dieses Nachteils bzw. zur überwindung jener Schwierigkeiten, die bisher einer selbsttätigen elastischen Anpassung der Umrichtersteuerung an die Betriebserfordernisse des Sekundärnetzes entgegenstanden.The invention shows a particularly advantageous and expedient Way to avoid this disadvantage or to overcome those difficulties, the previously an automatic elastic adjustment of the converter control to the Operational requirements of the secondary network conflicted.

Erfindungsgemäß ist die sekundäre Steuerspannung der Umrichterentladungsstrecken von der Streureaktanz einer Induktivität beeinflußt, deren Erregung der vom Umrichter an das Sekundärnetz abgegebene Strom bildet.According to the invention, the secondary control voltage of the converter discharge paths influenced by the leakage reactance of an inductance, the excitation of which is influenced by the converter Forms current delivered to the secondary network.

Eine solche Beeinflussung läßt sich unter Umständen dadurch erzielen, daß zur Gewinnung der sekundärseitigen Steuerspannung der induktive Spannungsabfall des Sekundärnetzes selbst, insbesondere der Spannungsabfall an einer entfernter gelegenen Induktivität des Sekundärnetzes, herangezogen wird; Die so gewonnene sekundäre Steuerspannung,, wird dann zwecks Wirk- und Blindlastregert. lung des Umrichters Reglern zugeleitet, mit deren Hilfe sie hinsichtlich Phase und Größe` beliebig oder in Abhängigkeit von Betriebsgrößen des zu speisenden Wechselstromnetzes geändert werden kann. In vielen Fällen wird es sich als zweckmäßig erweisen, den Ausgangstransformator der Umrichteranlage selbst als Steuerinduktivität zu benutzen. Erforderlich ist in diesem Falle jedoch seine Ausrüstung mit einer besonders großen Streuinduktivität. Als besonders zweckmäßig und vorteilhaft erweist es sich, im Sekundärnetz eine zusätzliche Induktivität, beispielsweise eine Drosselspule, vorzusehen und erst hinter dieser vom Umrichterstrom durchflossenen Induktivität die Steuerspannung abzunehmen.Such an influence can be achieved under certain circumstances by that to obtain the secondary-side control voltage the inductive Voltage drop of the secondary network itself, especially the voltage drop across one more distant inductance of the secondary network is used; The so Secondary control voltage obtained is then excited for the purpose of active and reactive load. management of the converter are fed to the controllers, with the help of which they can be determined with regard to phase and Any size or depending on the operating parameters of the alternating current network to be fed can be changed. In many cases it will prove convenient to use the To use the output transformer of the converter system itself as a control inductance. In this case, however, it is necessary to equip it with a particularly large one Leakage inductance. It proves to be particularly useful and advantageous in Secondary network to provide an additional inductance, for example a choke coil and only after this inductance through which the converter current flows is the control voltage to decrease.

Durch die Erfindung ist nicht nur eine vollkommene Anpassung des Umrichters an die sekundärseitigen Netzverhältnisse sichergestellt; sondern auch zugleich der Vorteil einer ruhenden Steuerkre.'sanordnung gewonnen.The invention not only enables the converter to be completely adapted to the secondary network conditions ensured; but also at the same time the Gained advantage of a dormant control circuit arrangement.

Die Fig. i zeigt ein Ausführungsbeispiel der Steueranordnung nach der Erfindung. Es bedeutet in ihr i ein Drehstromnetz, das den Eingangstransformator z der Umricbteranlage speist. An den Eingangstransformator z sind die Anoden 5 der Umrichtergefäße 3 und 4. angeschlossen. Die Kathoden 6 der beiden Entladungsgefäße 3 und q. sind über die Mittenanzapfüng der Primärwicklung des Ausgangstransformators 7 mit dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung des Eingangstransformators ? verbunden: Der Ausgangstransformator 7 speist über seine Sekundärwicklung 8 ein Einphasennetz 9. Den Anoden 5 des Entladungsgefäßes 3 sind Steuergitter 1o zugeordnet. Diesen werden über den Transformator i i Spannungen zugeleitete die sich aus der Überlagerung einer primärseitigen und einer sekundärseitigen Wechselspannung ergeben. Zu diesem Zweck steht der Transformator i i einerseits mit dem Drehstromnetz i und andererseits über den weiteren Transformator 15 mit dem Einphasennetz 9 in Verbindung. Dabei enthält die Zuleitung der sekundären Steuerspannung den Wirkleistungsregler 13 und den Blindleistungsregler 14. De Abnahme der sekundärseitigen Steuerspannung erfolgt erfindungsgemäß an der Reihenschaltung aus Transformätorinduktivität 8 und Drosselstreuinduktivität 12.Fig. I shows an embodiment of the control arrangement according to the invention. It means in her i a three-phase network, which is the input transformer z feeds the converting system. At the input transformer z, the anodes 5 are the Converter vessels 3 and 4 connected. The cathodes 6 of the two discharge vessels 3 and q. are via the center tap of the primary winding of the output transformer 7 with the center point of the secondary winding of the input transformer? tied together: The output transformer 7 feeds a single-phase network via its secondary winding 8 9. Control grids 1o are assigned to the anodes 5 of the discharge vessel 3. This one voltages are fed in via the transformer i i resulting from the superposition a primary-side and a secondary-side alternating voltage. To this Purpose is the transformer i i on the one hand with the three-phase network i and on the other hand Via the further transformer 15 with the single-phase network 9 in connection. Included contains the supply line of the secondary control voltage the active power controller 13 and the reactive power controller 14. The decrease in the secondary-side control voltage takes place according to the invention on the series connection of transformer inductance 8 and throttle leakage inductance 12th

Die Wirkungsweise der Steueranordnung nach Fig. i sei an Hand der Fig. z und 3 erläutert. In dem Einphasennetz 9 herrsche eine Spannung E und an der Primärwicklung des Transformators 7 die auf dessen Sekundärwicklung reduzierte Spannung Eu. Je nach dem Belastungszustand des Umrichters wer-Wen die beiden SpannungsvektorenE und E,1 utra einen bestimmten Winkel gegeneinander '-verschoben sein. Die Streuung der verwen-'Beten Induktivität spielt für die vorliegende Steuerung eine maßgebliche Rolle. Der Unterschied zwischen der Spannung E des Sekundärnetzes-und der Spannung Eu wird nämlich durch die resultierende Spannung Er: = J X Xk gebildet. XI bedeutet dabei die Reaktanz des Ausgangstransformators 7 einschließlich der Reaktänz der Drosselspule 12. Dieser belastungsabhängige Differenzvektor EI, wird nun zur selbsttätigen Regelung des Umrichters herangezogen.The mode of operation of the control arrangement according to FIG. I will be explained with reference to FIGS. A voltage E prevails in the single-phase network 9 and the voltage Eu reduced to its secondary winding at the primary winding of the transformer 7. Depending on the load condition of the converter, the two voltage vectors E and E, 1 utra may be shifted relative to one another by a certain angle. The spread of the used inductance plays a decisive role for the present control. The difference between the voltage E of the secondary network and the voltage Eu is namely formed by the resulting voltage Er: = JX Xk. XI here means the reactance of the output transformer 7 including the reactance of the choke coil 12. This load-dependent difference vector EI is now used for the automatic control of the converter.

Die Umrichterspannung Eu ist bei Leerlauf gleich der Netzspannung E und wird bei Belastung um den Vektor Ei, von dieser abweichen. Die Steuerspannung Est in Fig. 3 entsteht aus E durch Hinzufügen des Regelvektors ER" wobei der Transformator 15 vernachlässigt bzw. mit dem Übersetzungsverhaltnis i : i angenommen ist. Dieser Vektor ER,., wird durch die beiden von den Reglern 13 und i¢ gelieferten Komponenten E" und Elk festgelegt. Seine Größe ändert sich pro-. portional der Spannung E im Einphasennetz 9. Da nun die vom Umrichter abgegebene Spannung ein spiegelgetreues Abbild der sekundären Steuerspannung ist, so muß sich der Umrichter so belasten; daß El, dem Wert von ER" entspricht. Es ist also möglich, durch Veränderung der Größe und Phasenlage von ER@g bzw. der beiden 1,-,ömponenten E@ky und E," die Größe und Phasen-Lage der Belastung auf der Sekundärnetzseite vorzuschreiben.The converter voltage Eu is equal to the mains voltage E when idling and will deviate from this when loaded by the vector Ei. The control voltage Est in FIG. 3 arises from E by adding the control vector ER ", the transformer 15 being neglected or assumed with the translation ratio i: i. This vector ER,., Is supplied by the two controllers 13 and i [ Components E " and Elk specified. Its size changes pro- proportional to the voltage E in the single-phase network 9. Since the voltage emitted by the converter is a mirror-accurate image of the secondary control voltage, the converter must be so loaded; that El, corresponds to the value of ER ". It is therefore possible to change the size and phase position of ER @ g or the two 1, -, components E @ ky and E," to determine the size and phase position of the load the secondary network side.

Durch die Anordnung gemäß der Erfindung ergeben sich nun folgende vorteilhafte Regelzustände: Die Vektorrichtung ER> ist durch die Reglerstellung festgelegt und unabhängig von der Größe der Einphasennetzspannung; dies bedeutet, daß der Leistungsfaktor der Belastung bei veränderlicher Ausgangsspannung konstant bleibt. Ferner ändert sich der Belastungsstrom des Umrichters linear mit der Größe des Spannungsvektors El. Dieser steigt und fällt mit der Einphasennetzspannung. Somit ist ein Kurzschluß im Sekundärnetz für den Umrichter ungefährlich, da dann mit der Einphasennetzspannung die Spannung Ei, und damit auch die Belastung des Umrichters absinkt. Es ergibt sich also der erhebliche Vorteil, daß der Umrichter sich nicht oder nur unwesentlich, entsprechend der noch vorhandenen Restspannung Ek; an der Speisung .eines Kurzschlusses beteiligt. Durch Einschaltströme verursachte Belastungsschivankungen wirken sich auf den Umrichter nicht aus, sie werden vielmehr von den parallel arbeitenden Maschinensätzen, die ja im Gegensatz zum Umrichter sehr bedeutende träge Massen darstellen, übernommen. Die Einstellung der vom Umrichter abgegebenen Wirk- und Blindleistung wird durch- Einstellung der beiden Regler 13 und i q. in einfachster Weise erzielt.The arrangement according to the invention now results in the following advantageous control states: The vector direction ER> is determined by the controller setting and is independent of the magnitude of the single-phase network voltage; this means that the power factor of the load remains constant as the output voltage changes. Furthermore, the load current of the converter changes linearly with the size of the voltage vector El. This rises and falls with the single-phase line voltage. A short circuit in the secondary network is therefore not dangerous for the converter, since the voltage Ei and thus also the load on the converter decrease with the single-phase network voltage. The result is the considerable advantage that the converter is not or only insignificantly, corresponding to the remaining voltage Ek; involved in the supply of a short circuit. Load fluctuations caused by inrush currents have no effect on the converter; they are rather taken over by the machine sets working in parallel, which, in contrast to the converter, represent very significant inertial masses. The setting of the active and reactive power emitted by the converter is carried out by setting the two controllers 13 and i q. achieved in the simplest possible way.

Es sei ferner hervorgehoben, daß die Steueranordnung nach der Erfindung sehr empfindlich arbeitet. Denn, wie aus dem Vektordiagramm ersichtlich, bestimmt der, Vektor EI," insbesondere die Reaktanz XJz, die Empfindlichkeit. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Kurzschlußspannung des Ausgangstransformators bzw. :der zusätzlich angeordneten Steuerinduktivität sich stets in verhältnismäßig kleinen Grenzen halten wird.It should also be emphasized that the control arrangement according to the invention works very sensitively. Because, as can be seen from the vector diagram, determined the, vector EI, "in particular the reactance XJz, the sensitivity take into account that the short-circuit voltage of the output transformer or: the additionally arranged control inductance is always relatively small Will hold boundaries.

Anstatt den Regelvektor .durch eine ruhende Apparatur zu erzeugen, könnte man zu seiner Gewinnung einen Synchronumformer verwenden. Dieser ist dann unabhängig von der Netzspannung. Bei der vorbeschriebenen Steuerung können allerdings irgendwelche Störungen des Sekundärnetzes, z. B. Überspannungen, zu Schäden in der Steuerung bzw. in der Betriebsweise des Umrichters führen. Vor diesen kann jedoch die Anlage dadurch geschützt werden, daß der Steuerkreis mit spannungsbegrenzenden und/oder Störwellen befreienden Schaltmitteln, z. B. Kondensatoren, Glimm- und Lichtbogenahleitern, Drosseln, Siebkreisen o. dgl., ausgerüstet wird.Instead of generating the control vector by a stationary apparatus, a synchronous converter could be used to extract it. This is then independent of the mains voltage. With the control described above, however, any disturbances in the secondary network, e.g. B. Surges, damage in the Control or in the operating mode of the converter. Before this, however, can the system can be protected by providing the control circuit with voltage-limiting and / or interfering waves releasing switching means, z. B. capacitors, glow and arc conductors, Chokes, sieve circles or the like. Is equipped.

Ein anderes Mittel, störende Rückwirkungen des S:ekundärwechselstromnetzes auszuschalten, bestünde darin, daß die Sekundärsteuerspannungskomponente nicht rein elektrisch, sondern maschinell, beispielsweise über einen Einphas:ensynchron-Synchronumformer in die Steuerleitung eingebracht würde. Der vom sekundären Wechselstromnetz, das im allgemeinen ein Einphasennetz sein wird, gespeiste Synchronmotor weist dann vorteilhaft zwei räumlich in verschiedenen Achsen gelegene Erregerwicklungen auf. Mit deren Hilfe kann dann die Synchronlage seines Läufers verändert und damit die Wirklast des Umrichters geregelt werden. Der die sekundäre Steuerspannungskomponenbe liefernde Synchrongenerator wird auf dem Wege seiner verschieden stark ,gewählten Erregung zum Spannungs- und Blindlastregler. Das sekundäre Wechselstromnetz würde also bei dieser Anordnung die Steuerung mittelbar beeinflussen. Die sekundäre Steuerspannungskomponente wäre unabhängig von der Netzspannung E, und außerdem würde der Regelvektor Elz" unabhängig von der Netzspannung E seine Größe und Phase beibehalten.Another means, disruptive repercussions of the secondary alternating current network off would be that the secondary control voltage component is not pure electrically, but mechanically, for example via a single-phase: ensynchronous synchronous converter would be introduced into the control line. The one from the secondary AC grid, the will generally be a single-phase network, fed synchronous motor then has advantageous two excitation windings spatially located in different axes. With their Help can then change the synchronous position of its rotor and thus the effective load of the converter can be controlled. The one that supplies the secondary control voltage component Synchronous generator becomes on the way of its differently strong, chosen excitation to the voltage and reactive load regulator. The secondary AC grid would therefore be at this arrangement influence the control indirectly. The secondary control voltage component would be independent of the mains voltage E, and the control vector Elz " Maintain its size and phase regardless of the mains voltage E.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement for controlling converters whose Discharge paths are controlled by a voltage that corresponds to the alternating voltage to be generated corresponds to (secondary control voltage), characterized in that the secondary Control voltage is influenced by the leakage reactance of an inductance whose excitation is supplied by the current supplied by the converter to the secondary network.

2. Arrangement according to claim i, characterized in that to obtain the secondary Control voltage of the inductive voltage drop of the secondary network itself, in particular The voltage drop across an inductance in the secondary network is used and by regulators in size and phase position as required or depending on operating variables of the alternating current network b: e to be fed is influenced.

3. Arrangement according to claim i and 2, characterized in that the output transformer of the converter system . Is designed as a leakage transformer, so that the transformer itself as from Converter current flowing through inductance is used and a special inductance is avoided. q ..

Arrangement according to claim i and 2, characterized in that; that the control voltage of an additional inductance arranged in the secondary network is removed.

5. Arrangement according to claim i to q., Characterized in that an arrangement is connected to the secondary network, which: the secondary network taken control voltage in two mutually perpendicular, controllable components disassembled.