CH183049A - Verfahren zum Betrieb einer gittergesteuerten Wechselrichteranalge. - Google Patents

Description

  Verfahren zum Betrieb einer gittergesteuerten     Wechselrichteranlage.       In Wechselstromnetzen mit gittergesteuer  ten Dampf- oder     Gasentladungsstrecken    hat  man angegeben, die Steuerung so vorzuneh  men, dass die von den Entladungsstrecken  aus der Gleichspannung herausgeschnittene  Wechselspannung     Rechteekform    besitzt.

   Man  hat weiter angegeben,     Induktivitäten    und  Kapazitäten auf der     Wechselstromseite    des  Wechselrichters einzubauen, wobei die     Induk-          tivitäten    die Differenz     zwischen    der Wechsel  spannung     rechteckförmiger    Kurvenform und  der     sinusförmigen    Wechselspannung und die  Kapazitäten die Differenz zwischen dem  Wechselstrom     rechteckförmiger    Kurvenform  und dem Netzstrom     sinusförmiger    Kurven  form aufnehmen.  



  Fällt nun zeitweise der taktgebende Gene  rator des Wechselstromnetzes aus, so wird  die Frequenz irgend einen gegenüber dem  Normalwert veränderten Wert annehmen.  Durch den Ausfall des     Generators    wird aber  auch gleichzeitig die Spannung des Netzes       und    damit die Spannung auf der Wechsel=       stromseite    des Wechselrichters gegenüber dem       Wert    bei Normalbetrieb verändert.

      Gegenstand der Erfindung ist nun ein  Verfahren zum Betrieb einer .gittergesteuer  ten     Wechselrichteranlage,    die ein Gleich  stromnetz mit einem zeitweise ohne erregen  den Taktgeber (Synchrongenerator) arbeiten  den Ein- oder     Mehrphasennetz    kuppelt, und  bei der     Induktivitäten    und Kapazitäten ver  wendet werden, um     sinusförmige    Spannungen  und Ströme zu erzeugen.

   Das Verfahren be  steht darin,     dass    die zusammen einen     Schwin-          gungskreis    bildenden     Elemente,    nämlich  Kapazität der Anlage und die durch     .die     Gittersteuerung bestimmte     Induktivität    der  selben, sowie     Induktivität    und Kapazität des  Wechselstromnetzes einerseits derart ein  gestellt werden,     dass    die Eigenfrequenz dieses  Schwingungskreises gleich der normalen Be  triebsfrequenz des Wechselstromnetzes ist,  anderseits aber so eingestellt werden,

       dass    die  Spannung des     Wechselstromnetzes    bei Aus  fallen des taktgebenden     Generators    an  genähert konstant gehalten     wird.     



  Die Frequenz des     Weehselstromnetzes    ist  durch die Eigenfrequenz des Schwingungs  kreises, dessen     Elemente    oben aufgezählt      sind, gegeben. Fasst man alle Kapazitäten  pro Phase zur resultierenden     Kapazität    C  und alle     Induktivitäten    pro Phase zur     resul-          tierenden        Induktivität    L zusammen, so gilt  die bekannte Resonanzgleichung     co2.        L.C   <I>=</I>     L.     Man erkennt aus dieser Gleichung, dass die  gleiche Frequenz     co    für verschiedene Werte  von L und C erhalten wird,

   sofern ihr Pro  dukt obiger Gleichung genügt. Von diesen  vielen Möglichkeiten .gibt es aber -eine, bei  der gleichzeitig die gewünschte Wechsel  spannung auftritt. Erfindungsgemäss werden  resultierende Kapazität und     Induktivität    der  art geregelt, dass     ,gerade    diese bestimmten  Werte von L und C gewählt werden. Es  ergibt sich aber .daraus, dass es im allgemei  nen 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.l    ist ein Ausführungsbei  spiel einer Einrichtung zur Durchführung  des Verfahrens gemäss der Erfindung an  einem     Einphasen-Wechselrichter    schematisch       ;dargestellt;        Abb.    2 zeigt eine Variante für  einen     Mehrphasen-Wechselrichter;    die     Abb.    3  und 4 zeigen Kurvendiagramme.  



  In der     Abb.    1 bedeutet a     das    Gleich  stromnetz, b das     Einphasennetz    und e das  Entladungsgefäss mit zwei Gas- oder Dampf  entladungsstrecken mit gemeinsamer Kathode  und den Anoden vorgelagerten Steuergittern.  Mit     f    ist der     Einphasentransformator    be  zeichnet. L ist die in den einen Gleichstrom  leiter gelegte Drossel, und C,     C,    sind parallel  zu den Wicklungen des Transformators ge  legte Kondensatoren.

   Ein parallel zu den  Kondensatoren C,     C,    geschalteter Resonanz  kreis     L2C.    unterstützt .die Kondensatoren in  der Weise, dass die Hauptkomponente der von  den Kondensatoren aufzunehmenden Ober  wellen durch diesen     Resonanzkreis    fliessen  kann. Dadurch     kann    die Kapazität der Kon  densatoren C,     C,    verkleinert werden. Die Art  der     Gittersteuerung    des Ventils e ist als für    das     Verständnis    der Wirkungsweise der Er  findung unnötig weder dargestellt;     nocb     braucht dieselbe, weil bekannt, eingehend er  läutert zu werden.

   Die Frequenz und .die  Spannung des     Einphasennetzes    sind konstant,  solange der an dem     Einphasennetz    b liegende  und als Taktgeber dienende Generator in Be  trieb ist. Andern sich nun infolge     Ausfallens     .des Generators am     Einphasennetz    die Kapa  zität und     Induktivität    desselben, so müssen  diese Änderungen am Wechselrichter kom  pensiert werden, damit     stets    die Resonanz  bedingung des oben bezeichneten Schwin  gungskreises 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 Span  nung im allgemeinen zwei unabhängige  Grössen des Schwingungskreises zu verändern  sind.  



  Die     Änderung    der in Betracht fallenden  Grössen des Schwingungskreises kann auf  verschiedene Arten erfolgen.     Beispielsweise     kann der Wert der Kapazität des     Sehwin-          gungskreises    durch Zu- und Abschalten ein  zelner     Kondensatorelemente        C,    mittels Schal  ter     S',.    geändert werden. Die wirksame Kapa  zität kann auch durch     Anzapfungen    am Ein  phasentransformator 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 Kapa  zität geschaltet werden. Zur Änderung -der       Induktivität    kann die     Magnetisierungs-          charakteristik    des Transformators verändert  werden. In     Abb.3    bedeutet a die normale       Magnetisierungskurve    eines     Transformators,     und der     Punkt    P entspricht der Betriebs  spannung     (V).    Auf der     AW-Achse    kann  dann der     Magnetisierungsstrom    des Transfor  mators direkt     abgelesen    werden.

   Soll der       Magnetisierungsstrom    grösser werden, so wäre  eine beträchtliche Erhöhung der Betriebs  spannung erforderlich. Um     dies    zu verhüten,      kann durch     Verwendung    von speziallegierten  Blechen die     3lagnetisierungskurve    des Trans  formators nach Kurve     %S    eingestellt werden.  Steigt die     Spannung    nur wenig     über    die       Spannung    des Betriebspunktes P, so erhöht  sich der Magnetisierungsstrom des Transfor  mators ganz beträchtlich.

   Auf diese Weise  erfolgt eine automatische Kompensation der       Induktivität    des Schwingungskreises in Ab  hängigkeit von der Spannung. Man kann die       Magnetisierungscharakteristik    des Transfor  mators f auch dadurch verändern,     .dass    man  eine zusätzliche     Gleichstrommagnetisierung     vorsieht und diese veränderbar macht. Zur       Veränderung    der     Magnetisierungscharakte-          ristik    des Transformators kann man auch  einen regelbaren Luftspalt im Eisen vor  sehen. Die     Wirkung    dieser Massnahme ist in       Abb.    4 dargestellt.

   Durch     Vergrössern    !des  Luftspaltes bewegt sich der Arbeitspunkt     P,     nach     P2        bezw.        P5,    der     Magnetisierungsstrom     wird erhöht, und die     Induktivität    sinkt.  



  Die durch     Zündpunktregelung        bedingte     Verschiebung zwischen     Wechselstrom    und  Spannung bedeutet eine     induktive    Belastung  des Netzes     bezw.    .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 kompen  siert.

   Es ist deshalb notwendig, bei Bestim  mung der Netzfrequenz     ,diese    zusätzliche  induktive Belastung zu     berücksichtigen.     Anderseits kann aber gerade :durch Regelung  dieser     Zündpunktverschiebung    eine Fein  regelung der zu ändernden Grössen erreicht  werden. Diese Regelung erfolgt durch Ein  stellung der     Gittersteuerung.     



  Zur Ausführung     es    Verfahrens kann die       Weehselrichteranlag    e mit selbsttätig wirken  den     Mitteln    versehen sein, zum Beispiel mit  einem Frequenz- und einem Spannungsregler,  die die Betriebsfrequenz     bezw.    die Betriebs  spannung durch Beeinflussung der resultie  renden Kapazität und     Induktivität    der An  lage selbsttätig     aufrechterhalten.     



  Diese Regler können entweder getrennt    oder gemeinsam auf mindestens zwei der  veränderlichen Grössen ,des Schwingungs  kreises     wirken.     



  Will man das Verfahren gemäss der Er  findung auf     Mehrphasen-Wechselrichter    an  wenden, so benutzt man beispielsweise eine  Schaltung, wie in     Abb.    2 dargestellt, in der  bleiche Bezeichnungen gleiche Teile wie in       Abb.    1 bedeuten. Die Kondensatoren C kön  nen zum Beispiel auch auf der Sekundär  seite des Transformators f angeschlossen wer  den. Dies ist ohne weiteres auch bei der  Schaltung     nach        Abb.    1 möglich.

Claims (1)

1. PATENTANSPRüCHE: I. Verfahren zum Betrieb einer gitter- gesteuerten Wechselrichteranlage, die ein Gleichstromnetz mit einem zeitweise ohne erregenden Taktgeber (Synchron generator) arbeitenden Ein- oder Mehr phasennetz kuppelt, und bei der Induk- tivitäten und Kapazitäten verwendet werden, um sinusförmige Spannungen und Ströme zu erzeugen, dadurch ge kennzeichnet, dass die zusammen einen Schwingungskreis bildenden Elemente,

   nämlich Kapazität der Anlage und die durch die Gittersteuerung bestimmte Induktivität derselben, sowie Induk- tivität und Kapazität des Wechselstrom netzes einerseits derart eingestellt wer den, dass die Eigenfrequenz dieses Schwingungskreises gleich der normalen Betriebsfrequenz des Wechselstromnetzes ist, anderseits aber so eingestellt werden, dass die Spannung des Wechselstrom netzes bei Ausfallen des taktgebenden Generators angenähert konstant gehalten wird.

   II. Wechselrichteranlage zur Ausübung des Verfahrens nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass sie selbsttätig wirkende Mittel aufweist, welche die für die Aufrechterhaltung des Betriebes er forderliche Änderung der elektrischen Grössen der Anlage vornehmen. UNTERANSPRüCI-IE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass zur Einstel lung einer der genannten Betriebsgrössen in der Anlage angeordnete Konden satoren verwendet werden. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass zur Einstel lung einer der genannten Betriebsgrössen das übersetzungsverhältnis des Trans formators ,geändert wird.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass zur Einstel- lung einer der genannten Betriebsgrössen parallel zu den Kapazitäten zusätzliche Induktivitäten geschaltet werden. Verfahren nach Patentanspruch I, da .durch gekennzeichnet, dass zur Einstel lung einer der genannten Betriebsgrössen - in Reihe zu den Kapazitäten zusätzliche Induktivitäten geschaltet werden. 5. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass zur Einstel lung einer der genannten Betriebsgrössen die Magnetisierungs-Charakteristik des Transformators geändert wird. G.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass zur Einstel lung einer der genannten Betriebsgrössen eine zusätzliche CTleichstrom-Vormagneti- sierung des Kernes des Transformators verändert wird. 7. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass zur Einstel lung einer der genannten Betriebsgrössen die Magnetisierung des Kernes durch Veränderung eines Luftspaltes erfolgt.