DE724253C

DE724253C - Switching of endpoint controlled converters

Info

Publication number: DE724253C
Application number: DES126504D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wilhelm Leukert
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1937-03-20
Filing date: 1937-03-20
Publication date: 1942-08-21

Description

Schgltung von zündpunktgesteuerten Stromrichtern Bei der Spannungsregelung vonr Stromrichtern mittels Zündpunktverschiebiung tritt bekanntlich auf der Wechselstromseiteeine Verschiebung der Grundwelle des Stromes gegenüber der Grundwelle vier Spannung auf, so .daß der Leistungsfaktor verschlechtert wird. Um diese Verschlechterung des Leistungsfaktors .möglichst klein zu machen, sind bereits Stromrichteranordnungen bekanntgeworden, bei denen mehrere Anodensätze vorhanden sind, die an verschiedene Anzapfungen der Transformatorwicklung angeschlossen sind und j e für sich gesteuert werden können. Das Hochregeln der Sp.annun;gerfolgt bei seiner solchen Stromrichteranordnung dann. in der Weise, daß zunächst nur die an die niedrigste Spannung angeschlossenen Anoden allmählich hochgesteuert werden und daß dann, sobald diese ihre volle Aussteuerung ierreicht haben, der an die nächsthöhere Spannungsstufe angeschlossene Anodensatz allmählich hochgesteuert wird usf.Switching off ignition point-controlled converters for voltage regulation of converters by means of ignition point shifting occurs, as is well known, on the alternating current side Shift of the fundamental wave of the current compared to the fundamental wave four voltage, so .that the power factor is worsened. To this deterioration in the power factor To make it as small as possible, converter arrangements have already become known, where there are several sets of anodes connected to different taps of the Transformer winding are connected and each can be controlled individually. The voltage regulation then takes place with such a converter arrangement. in such a way that initially only the anodes connected to the lowest voltage gradually increased and that as soon as this is fully controlled have reached the set of anodes connected to the next higher voltage level is gradually increased, etc.

Die Erfindung betrifft eine weitere Verbesserung an Stromrichteranordnungen der genannten Art, bei denen also mehrere ,an verschiedene Spannungen angeschlossene Anodensätze vorhanden sind. Gemäß der Erfindung wird die Phasenzahl eines an eine niedrigere Spannung angeschlossenen Anodensatzes kleiner gewählt als,die Phasenzahl eines an eine höhere bzw. die volle Spannung angeschlossenen Anodensatzes. Außer einem günstigeren Verlauf des Verschiebungsfaktors (Phasenverschiebung der Grundwelle) bzw. des Leistungsfaktors in Abhängigkeit von der Gleichspannung wird durch die Erfindung gegenüber :der bisher bekannten Anordnung eine wesentliche Hierabsetztulg des Aufwandes erreicht. Nimmt man an, daß die Phasenzahl des an die niedrigere Spannung angeschlossenen Anodensatzes die gleiche sei, so ergibt sich gegenüber der bekannten Anordnung in dem höheren Spannungsregelbeneich eine Verminderung der Welligkeit, ohne daß der Aufwand hinsichtlich der Anodenzahl im gleichen Verhältnis steigt. Vor ,allem aber läßt sich die Erfindung auch mit außerordentlich :einfachen Transformatorschaltungen durchführen, beispielsweise dadurch, daß die Sekundärwicklung als Gabelschaltung ausgeführt wird, an deren Gabelungspunkte die Anoden des einen Satzes und an deren freie Wicklungsenden die Anoden des Satzes höchster Spannung angeschlossen sind. Die verschiedenen Anodensätze können meinem gemeinsamen Entladungsgefäß angeordnet sein, sie können 'aber auch mit verschiedenen Kathoden zusammenarbeiten.The invention relates to a further improvement in power converter arrangements of the type mentioned, in which therefore several, connected to different voltages Anode sets are available. According to the invention, the number of phases is one to one Lower voltage of the connected anode set selected to be less than the number of phases an anode set connected to a higher or full voltage. Except a more favorable course of the shift factor (phase shift of the fundamental wave) or the power factor as a function of the DC voltage is determined by the In contrast to the invention: the previously known arrangement is an essential part of this of the effort achieved. Assume that the phase number of the connected to the lower voltage connected The anode set is the same, it results opposite the known arrangement in the higher voltage regulation level a reduction in Ripple without the expense in terms of the number of anodes in the same ratio increases. Above all, however, the invention can also be used with extraordinarily: simple Perform transformer circuits, for example by having the secondary winding is designed as a hybrid circuit, at whose fork points the anodes of one Set and at their free winding ends the anodes of the set of highest voltage are connected. The different sets of anodes can be my common discharge vessel be arranged, but they can also work with different cathodes.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Abb. z zeigt einen an das Drehstromnetz i angeschlossenen sechsphasigen Stromrichter. Die Primärwicklung 2 des Stromrichtertransformators ist in Dreieck geschaltet, während die Sekundärwicklung 3 als sechsphasige Gabelschaltung ausgeführt ist. An 'jeden Endpunkt der Gabelschaltung sind im vorliegenden Fall zwei Anoden angeschlossen, die jedoch über ParalleIschaltdrosseln 9 parallel geschaltet sind. Diese an die Enden der Wicklungen angeschlossenen Anoden bilden zusammen den Anodensatz B. Die Steuerspannungen für diesen Anodensatz 8 liefert die Steuerspannungsquelle i i. Außer diesem Anodensatz ist noch ein zweiter, an niedrigerer Spannung liegender Anodensatz 7 vorgesehen, bei demebenfalls je zwei Anoden über Parallelschaltdrosseln miteinander verbunden sind. Während aber der Anodensatz 8 sechsphasig gespeist wird, wird der Anodensatz 7 nur :dreiph:asig gespeist, und zwar- sind seine Anoden an die Endpunkte 4, 5, 6 des mittleren Dreiphasensterns der Gabelschaltung 3 angeschlossen. Zur Lieferung der Steuerspannungen für die Gitter des Anodensatzes 7 dient die Steuereinrichtung i o.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. Fig. Z shows a six-phase converter connected to the three-phase network i. The primary winding 2 of the converter transformer is connected in delta while the secondary winding 3 is designed as a six-phase hybrid circuit. To everybody In the present case, two anodes are connected to the end point of the hybrid circuit, which, however, are connected in parallel via parallel switching chokes 9. This to the Ends of the windings connected anodes together form the anode set B. The Control voltages for this anode set 8 are supplied by the control voltage source i i. In addition to this set of anodes, there is a second set at a lower voltage Anode set 7 is provided, in which also two anodes each via parallel switching chokes are connected to each other. But while the anode set 8 is fed in six phases, the anode set 7 is only: three-phase: asig fed, namely - its anodes are on the end points 4, 5, 6 of the middle three-phase star of the hybrid circuit 3 are connected. The control device is used to supply the control voltages for the grids of the anode set 7 i o.

Wie sich die in Abb. i dargestellte Anordnung bei der Spannungsregelung hinsichtlich des Spannungsverlaufs verhält, ist in den Abb.2a bis 2e kurvenmäßig wiedergegeben. Die Phasenspannungen des sechsphasigen Anodensatzes & sind mit I bis VI, die Phasenspannungen des dreiphasigen Anodensatzes 7 dagegen mit I', II' und III' bezeichnet. Man erkennt, daß, abgesehen von der verschiedenen Phasenzahl, die Phasenspannungen der beiden Anodensätze auch in der Phase gegeneinander verschoben sind. Beim Hochregeln wird die Anordnung nun zunächst mit dem Anodensatz 7 dreiphasig betrieben, und die Anoden dieses Satzes werden allmählich bis auf ihre volle Spannung ausgesteuert. Es ergibt sich dann der Zustand, wie er in Abb. 2 a dargestellt ist, wobei die stark ausgezogenen Linien die an der Bildung der gleichgerichteten Spannung beteiligten Kurventeile darstellen. Der Zündverzögerungswinkeli@@2 der zu dem sechsphasigen System gehörigen Hauptanoden beträgt dabei 9o°; die erzielte Gleichspannung E"" beträgt 5o% der höchsten erzielbaren Gleichspannung.How the arrangement shown in Fig. I for the voltage regulation behaves in terms of the voltage curve, is curved in Figures 2a to 2e reproduced. The phase voltages of the six-phase anode set & are with I to VI, the phase voltages of the three-phase anode set 7 on the other hand with I ', II' and III '. It can be seen that, apart from the different number of phases, the phase voltages of the two sets of anodes are also shifted in phase with one another are. When up, the arrangement is now initially three-phase with the anode set 7 operated, and the anodes of that set are gradually brought to full voltage controlled. The situation then results as shown in Fig. 2 a, where the solid lines indicate the formation of the rectified voltage represent the parts of the curve involved. The ignition delay angle i @@ 2 to the six-phase The main anodes belonging to the system is 90 °; the achieved direct voltage E "" is 50% of the highest attainable DC voltage.

Daran anschließend bleibt das dreiphasige Anodensystem voll .ausgesteuert, und es wird nun das sechsphasige Anodensystem allmählich hochgesteuert. Abb.2b zeigt den Zustand, bei dem das sechsphasige Anodensystem mit einem Zündverzögerungswinkel y)2 von 6o° ausgesteuert wird. Die Lichtbogenführung wechselt nunmehr zwischen den beiden Anodensystemen, und man :erkennt, daß jede Anode des dreiphasigen Anodensystems in jeder Halbwelle der zugehörigen Spannung zweimal an der Kurvenbildung beteiligt ist. Die Anodenspannung des Sechsphasensystems verhält sich zur Anoden- spannung des Dreiphasensystems wie C 3 = ' -Daraus ergibt sich, daß das Dreiphasensystem bei voller Aussteuerung eine mittlere Gleichspannung von 5o% der vollen Gleichspannung liefert. Bei dem Zündverzögerungswinkel im, = 6o°, für den Abb. 21) gilt, ergibt sich dementsprechend -ein mittlerer Gleichspannungswert von 620,%.The three-phase anode system then remains fully controlled, and the six-phase anode system is now gradually increased. Fig.2b shows the state in which the six-phase anode system is controlled with an ignition delay angle y) 2 of 60 °. The arc guidance now alternates between the two anode systems, and it can be seen that each anode of the three-phase anode system is involved in the formation of the curve twice in each half-wave of the associated voltage. The anode voltage of the six -phase system is related to the anode voltage of the three-phase system like C 3 = '- From this it follows that the three-phase system delivers an average direct voltage of 50% of the full direct voltage at full modulation. With the ignition delay angle im = 60 °, for which Fig. 21) applies, the result is a mean DC voltage value of 620%.

Abb.2c zeigt dann den Zustand für iP2 = 45° entsprechend einer mittleren Gleichspannung E"", von 740;o. Bei 87 o'o der vollen Gleichspannung, .das entspricht einem Zündverzögerungsw-inkely2 von 3o', arbeiten, wie Abb. 2 d zeigt, nur noch die Anoden. des Sechsphasennetzes. Diese werden dann im Verlauf des weiteren Hochregelns weiter ausgesteuert, bis schließlich bei dem Zündverzögerungswinkel ip --. o entsprechend Abb. 2e der Stromrichter wie ein gewöhnlicher ungesteuerter Sechsphasenstromrichter bei einer erzeugten Gleichspannung E'"1 = i oo 0,'o arbeitet.Fig.2c then shows the state for iP2 = 45 ° corresponding to an average DC voltage E "", of 740; o. At 87 o'o of the full DC voltage, which corresponds to an ignition delay w-inkely2 of 3o ', only the anodes work, as Fig. 2d shows. of the six-phase network. These are then further controlled in the course of the further upregulation, until finally at the ignition delay angle ip -. o According to Fig. 2e the converter works like a normal uncontrolled six-phase converter with a generated direct voltage E '"1 = i oo 0,' o.

Abb.3 zeigt den Zusammenhang zwischen der Gleichspannung einerseits und dem cos G, der WirkleistungN," und der BlindleistungNI, andererseits. Es ist dabei konstanter Gleichstrom angenommen, so daß die Wirkleistung N" proportional mit der- Gleichspannung ansteigt. Der Verschiebungsfaktor cos T verläuft zwischen i oo und 87 0;`o der Gleichspannung, d. h. innerhalb des Bereichs, in dem nur der sechsphasige Anodensatz in Tätigkeit ist, wie bei gewöhnlichen Anlagen geradlinig. Daß er nicht ganz den Wert i erreicht, liegt an dem Magnetisierungsstrom und der Streuung des Transformators, der bei der Zeichnung der-Kurven mit berücksichtigt wurde. Zwischen 87 und 5o% der vollen Spannung arbeiten beide Anodensätze gemeinsam, und der Verschiebungsfaktor verschlechtert sich nur noch verhältnismäßig wenig, um schließlich bei 5o% den günstigsten Wert des reinen Doeiphasien ,etriebies zu erreichen. Dia unterhalb von 5 o %, der Gleichspannung nur ;noch das Dreiphaseu1,system mit Teilaussteuerung in Betrieb ist, so verläuft hier der Leistungsfaktor wiederum geradlinig bis auf den Wert Null. Man verkennt, daß ,der niedrigste Wert des Leistungsfaktors den Zahlenwert o, 8 nicht unterschreitet. Die Kurve für die Blindleistung Nb besteht in denjenigen Bereichen, in @denen nur ein Anodensatz arbeitet, in bekannter Weise aus Kreisbögen, deren Mittelpunkt, wäre de Transformatormagnetisierung und -streuung nicht berücksichtigt, ün Nullpunkt des Ordinatensystems liegen würde.Fig. 3 shows the relationship between the DC voltage on the one hand and the cos G, the active powerN, "and the reactive powerNI, on the other hand. It is constant direct current is assumed, so that the active power N "is proportional with the DC voltage increases. The shift factor cos T runs between i oo and 87 0; `o of the DC voltage, i.e. H. within the range in which only the six-phase anode set in action is straightforward, as in ordinary systems. The fact that it does not quite reach the value i is due to the magnetizing current and the Variation of the transformer, which is taken into account when drawing the curves became. Between 87 and 5o% of the Both sets of anodes work at full voltage together, and the shift factor only deteriorates proportionally little, and finally, at 50%, the cheapest value of the pure Doeiphasias, etriebies to reach. Dia below 50%, the direct voltage only; still the three-phase system is in operation with partial modulation, the power factor runs here again straight to zero. One fails to recognize that, the lowest value of the power factor does not fall below the numerical value 0.8. The curve for the reactive power Nb exists in those areas where only one set of anodes works, in a known manner from circular arcs, the center of which would be de transformer magnetization and scattering not taken into account, would lie at the zero point of the ordinate system.

Die in Abh. i dargestellte Schaltung. hat noch den Vorteil, daß ein normaler S@echsphasentransformator in Gabelschaltung ohne besondere Anzapfungen verwendet werden kann. Es ist nur ein. 9- bzw. i8ano,diges Stromrichtergefäßerforderlich, und der Transformator braucht nur neun sekundäre Durchführungen anstatt zwölf bei den bisher bekannten Schaltungen zu besitzen.. Ein großer Vorteil besteht weiterhin darin, daß die Welligkeit" b,ei Teilaussteuerung sehr viel geringer wird. Aus diesem Grunde können die Glättungsdrosseln wesentlich kleiner ausgeführt werden. Da überdies keine Saugdrosseln benötigt werden, so, ist der Aufwand b.ei dieser Schaltung sehr gering.The circuit shown in dep. I. still has the advantage of being a normal six-phase transformer in hybrid connection without special taps can be used. It's just one. 9- or i8ano, diges converter vessel required, and the transformer only needs nine secondary bushings instead of twelve to have the previously known circuits .. A great advantage still exists in that the ripple "b, ei partial modulation becomes very much smaller. For this Basically, the smoothing chokes can be made much smaller. There, moreover no suction throttles are required, so the effort involved in this circuit is very high small amount.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Abb. q. Die an das Netz i angeschlossene Primärwicklung 2 des Transformators .ist ebenfalls in Dreieck geschaltet, während -die Sekundärwicklung 3 aus einem Sechsphasenstern besteht, von dem drei Phasen mit Anzapfungen I", II" und III" versehen sind. Es sind hier drei dreiphasige Anodensysteme vorhanden, die nacheinander ausgesteuert werden, und zwar ist außer dem an die genannten Anzapfunggen angeschlossenen Anodensystem ein zweites System an .die Wicklungsenden I, II, III und ;ein drittes an die Wicklungsenden I', II', III' angeschlossen. Die beiden letztgenannten Anodensysteme sind also an Spannungen gleicher Höhe angeschlossen, die jedoch in der Phase um 6o° gegeneinander verschoben sind. Zur Steuerung der drei Anodensysteme dienen die Steuerapparate 12, 13 und 1q..Another embodiment of the invention is shown in Fig. Q. The on the network i connected primary winding 2 of the transformer .is also in Delta connected, while -the secondary winding 3 consists of a six-phase star, of which three phases are provided with taps I ", II" and III ". They are here three three-phase anode systems available, which are controlled one after the other, in addition to the anode system connected to the aforementioned tapping genes a second system to the winding ends I, II, III and; a third to the winding ends I ', II', III 'connected. The last two anode systems mentioned are therefore on Voltages of the same level are connected, but the phase is 6o ° against each other are shifted. The control devices are used to control the three anode systems 12, 13 and 1q ..

Die Wirkungsweise @dieser Schaltung ist kurvenmäßig in den Abb. 5a bis 5,e .dargestellt. Abb.5a zeigt wiederum den Zustand, bei dem nur das Anodensystem niedrigster Spannung I", II", III" voll ausgesteuert ist, während die beiden anderen Anodensysteme noch gesperrt sind. Nimmt man einmal ian, daß die Anzapfungen so gelegt sind, daß die Anodenspannung dieses Anodensatzes 67010 der Anodenspannung der beiden anderen Anodensätze beträgt, so hergibt sich bei diesem Steuerzustand eine mittlere Gleichspannung E.. von 57,7%.The mode of operation of this circuit is shown as a curve in Figs. 5a to 5, e. Fig.5a again shows the state in which only the lowest voltage anode system I ", II", III "is fully controlled, while the other two anode systems are still blocked If the anode voltage of this anode set 67010 is the anode voltage of the two other anode sets, this results in an average DC voltage E .. of 57.7%.

Beim. weiteren Hochregeln wird nun das Anodensystem I, II, III .ausgesteuert. Zwischen diesem Anodensystem und dem an die Anzapfungen angeschlossenen Anodensystem wechselt nunmehr .also die Lichtbogenführung. Diesen Zustand zeigt Abb.5b, wobei eine Zündverzögerung von 6o° für das Anodensystem I, II, III angenommen ist. Die mittlere Gleichspannung beträgt dabei 70%. Steuert man das zweite Anodensystem noch weiter aus, so kommt man schließlich @entsprechend Abb. 5 c bei einer mittleren Gle%chspannung von 87,50/0 auf eine Spannungskurve, die einem unsymmetrischen Sechsph.asensystem entspricht. Von nun ,ab wird auch das dritte Anodensystem I', II', III' ausgesteuert, und @es ergibt sich dann ein Kurvenverlauf, wie ihn Abb. 5Ü für eine mittlere Gleichspannung von 92% zeigt. Bei voller Aussteuerung ergänzen sich ,die beiden Anodensätze höherer Spannung zu einem Sechsphasensystem, wie @es in-Abb. 5 e dargestellt ist.At the. The anode system I, II, III is now controlled further upwards. The arc guidance now changes between this anode system and the anode system connected to the taps. This state is shown in Fig. 5b, where an ignition delay of 60 ° is assumed for the anode system I, II, III. The mean DC voltage is 70%. If you control the second anode system even further, you finally arrive at a voltage curve corresponding to an asymmetrical six-phase system with an average DC voltage of 87.50 / 0, as shown in Fig. 5 c. From now on, the third anode system I ', II', III 'is also controlled, and a curve then results as shown in Fig. 5Ü for an average DC voltage of 92%. At full modulation, the two higher voltage anode sets complement each other to form a six-phase system, as @es in-Fig. 5 e is shown.

Den Verlauf des Verschiebungsfaktors cos p, der WirkleistungN, und der BlindleistungNv in Abhängigkeit von ,der Gleichspannung zeigt für dieses Ausführungsbeispiel Abb.6. Von i oo bis 87,50/0 der vollen Gleichspannung sind alle drei Anoidensysteme in, Tätigkeit, während von 87,5 bis 57,7% nur das Anodensystem mit der niedrigen Spannung und das eine der Anodensysteme mit der höheren. Spannung in Betrieb sind. Der ungünstigste Leistungsfaktor wird bei dem Steuerzustand erreicht, wie ihn die Abb.5,c zeigt. Von 57,70/0 der Gleichspannung an abwärts verläuft dann der Leistungsfaktor wieder geradlinig, wie das unter der Voraussetzung konstanten Gleichstromes bei jedem normalen gesteuerten Stromrichter der Fall ist. Man erkennt, daß sowohl der Verschiebungsfaktor als auch die Blindleistung, insbesondere in den Bereichen höherer Gleichspannung, einen außerordentlich günstigen Verlauf zeigt.The course of the shift factor cos p, the active power N, and the reactive power Nv as a function of the direct voltage is shown in Fig. 6 for this exemplary embodiment. From 100 to 87.50 / 0 of the full DC voltage, all three anoid systems are active, while from 87.5 to 57.7% only the anode system with the low voltage and one of the anode systems with the higher voltage. Voltage are in operation. The most unfavorable power factor is achieved in the control state as shown in Fig. 5, c. From 57.70 / 0 of the DC voltage downwards, the power factor then runs in a straight line again, as is the case with any normal controlled converter, assuming constant direct current. It can be seen that both the shift factor and the reactive power, especially in the areas of higher DC voltage, show an extremely favorable profile.

Die Anwendung der Erfindung ist in allen Fällen vorteilhaft; in :denen @es wesentlich auf die Regelbarken des Stromrichters ankommt. Ein besonders bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Regelung von Motoren, beispielsweise von Walzwerksmotoren, die auch zum Zwecke der Nutzbremsung ,gelegentlich Leistung in das Drehstromnetz zwrückliefern. In diesen Fällen kann die erfindungsgemäße Schaltung auch für die Stromrichter einer Kreuzschaltung angewendet werden.The application of the invention is advantageous in all cases; in which @it depends essentially on the controllability of the converter. A particularly preferred one The area of application is the control of motors, for example rolling mill motors, which also for the purpose of regenerative braking, occasionally power in the three-phase network return delivery. In these cases, the circuit according to the invention can also be used for Converter of a cross connection can be used.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Switching of ignition point controlled converters, those to improve the power factor in voltage regulation with multiple Equipped with anode sets connected to different transformer voltages are characterized in that the number of phases of its to a lower voltage connected anode set is smaller than the number of phases of a higher one or the full voltage of the connected anode set. z. Circuit according to claim r, characterized in that the secondary winding of the transformer is a hybrid circuit is executed ;: at whose free winding ends the anodes of the higher voltage supplying theorem and at their fork points the anodes of the lower voltage delivering set are connected. 3. A circuit according to claim r and z, characterized marked, class except for the anodes connected to lower voltages several connected to the full voltage, shifted in phase against each other Anode sets are available, which are controlled one after the other in the case of voltage regulation and complement each other to form a voltage system with a higher number of phases. q .. circuit according to claims r to 3, characterized in that the transformer is on the secondary side has a particular six-phase star connection, of which only part of the Phases, in particular three phases, are provided with taps, and that to the Phase ends several, z. B. two sets of anodes with a lower number of phases connected are.