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DE1051379B - Arrangement for limiting the circulating currents in converters - Google Patents

Arrangement for limiting the circulating currents in converters

Info

Publication number
DE1051379B
DE1051379B DEB45108A DEB0045108A DE1051379B DE 1051379 B DE1051379 B DE 1051379B DE B45108 A DEB45108 A DE B45108A DE B0045108 A DEB0045108 A DE B0045108A DE 1051379 B DE1051379 B DE 1051379B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
current
voltage
choke coils
load current
choke
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEB45108A
Other languages
German (de)
Inventor
Dipl-Ing Manfred Depenbrock
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BBC BROWN BOVERI and CIE
BBC Brown Boveri AG Germany
Original Assignee
BBC BROWN BOVERI and CIE
Brown Boveri und Cie AG Germany
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BBC BROWN BOVERI and CIE, Brown Boveri und Cie AG Germany filed Critical BBC BROWN BOVERI and CIE
Priority to DEB45108A priority Critical patent/DE1051379B/en
Publication of DE1051379B publication Critical patent/DE1051379B/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/006—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output using discharge tubes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Description

Bei allen Umrichtern, die in dar Lage sind, B>lindleistung zu übertragen, müssen alls Gleichrichter und als Wechselrichter ausgesteuerte Stromrichter zusammenarbeiten, weil die Blindleisttungsübertragung bedingt, daß der Belastungsstrom zeitweilig entgegen dar treibendien Spannung gerichtet ist.With all converters that are able to transmit reactive power, all rectifiers and converters controlled as inverters work together because the transfer of reactive power requires that the load current is temporarily directed against the driving voltage.

Da beim Wechselricihterbetrieb eines Stromrichters die Zündung einer jeden Anode stets zu einem Zeitpunkt erfolgen muß, in dem ihr Potential noch etwas höher ist als das Potential derjenigen Anode, deren Strom sie übernehmen muß, so muß zur Vermeidung von Ausgleichsgleidhströmen die Zündung der Anoden des im gleichen Stromkreis liegenden, ails Gleichrichter arbeitenden Stromrichters entsprechend verzögert werden.Since during inverter operation of a converter, each anode is always ignited at one point in time must take place in which their potential is a little higher than the potential of that anode whose Current must take over, so the ignition of the anodes must to avoid equalizing currents of the converter, which is located in the same circuit and works as a rectifier, is delayed accordingly will.

Bei richtiger Einstellung dar Zündwinkel erreicht man, daß dlie Spannungsmittelwerte von Gleich- und Wechselrichter übereinstimmen,. Die Kurvenform von Gleich- und Wechselrichter ist dabei jedoch verschieden, so daß es Zeitabschnitte gibt, in denen die Gleichrichtarspannung größer ist alis die Wechselrichterspannung. If the ignition angle is set correctly, the voltage mean values of equal and Inverter match. The curve shape of the rectifier and inverter is different, however, so that there are periods in which the rectifier voltage is greater than the inverter voltage.

Da bei dien in Rede stehendien Umrichteranordnungen die beiden Stromrichter einen in sich geschlossenen Stromkreis bilden, hat diieser Spannungsüberschuß stets einen Stromimpuls zur Folge, der erhebliche Stärke annehmen würde, wenn er nicht durch geeignete Maßnahmen begrenzt würde.Since the converter arrangements in question, the two converters are self-contained Form a circuit, this excess voltage always results in a current pulse that is considerable Would gain strength if not limited by appropriate measures.

Um diese Stromimpulse, die im folgenden in üblicher Weise als Kreisströme bezeichnet werden, mögliehst klein zu halten, werden in den fraglichen Stromkreis Drosselspulen eingeschaltet. Dabei ist es aber unvermeidlich, daß diese Drosselspulen zeitweilig, d. h. je nach der Richtung des Belastungsstromes die eine oder die andere, auch vom Belastungsstrom der Stromrichter durchflossen werden.To these current pulses, which are referred to in the following in the usual way as circulating currents, as possible To keep it small, inductors are switched on in the circuit in question. But that's where it is inevitably that these reactors will temporarily, i. H. depending on the direction of the load current one or the other can also be traversed by the load current of the converters.

Bei Verwendung der Stromrichter als Umrichter (Frequenzwandler) entstehen durch diese Drosselspulen unerwünschte Spannungsabfälle im Belastungskreis. Außerdem bedeuten diese Drosselspulen eine zusätzliche Blindllast für die speisende Wechselstrombzw. Drehstromquelle. Die Drosselspulen können deshalb nicht beliebig groß und damit die Kreisströme nicht beliebig klein gemacht werden.When the power converter is used as a converter (frequency converter), these choke coils are created unwanted voltage drops in the load circuit. Besides, these reactors mean one additional reactive load for the feeding alternating current or Three-phase source. The reactors can therefore not arbitrarily large and thus the circulating currents cannot be made arbitrarily small.

Ähnlich liegen die Verhältnisse bei in Kreuzschaltung betriebenen Stromrichtern, die zur Erzeugung von Gleichstrom wechselnder Richtung verwendet werden. Hier steht einer beliebigen Vergrößerung der üblicherweise mit Luftspalt versehenen Drosselspule die Behinderung einer schnellen Änderung des Gleichstromes entgegen.The situation is similar in the case of power converters operated in cross-connection that are used for generation of alternating direction direct current. Any enlargement of the Usually provided with an air gap, the choke coil prevents a rapid change in the direct current opposite.

Drosselspulen mit luftspaltlosem Kern hätten im übrigen in beiden Fällen den Nachteil, daß bei der hier in Frage kommenden einseitigen Magnetisierung Anordnung zur Begrenzung
der Kreisströme in UmrichternChoke coils with a core without an air gap would also have the disadvantage in both cases that, in the case of the one-sided magnetization in question here, an arrangement for limiting
the circulating currents in converters

Anmelder:
Brown, Boveri & Cie. Aktiengesellschaft, Mannheim-Käfertal, Boveristr. 22Applicant:
Brown, Boveri & Cie. Aktiengesellschaft, Mannheim-Käfertal, Boveristr. 22nd

Dipl.-Ing. Manfred Depenbrock, Mannheim-Almenhof, ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Manfred Depenbrock, Mannheim-Almenhof, has been named as the inventor

der remanente Magnetfluß die Wirksamkeit der Drosseln sehr beeinträchtigt würde.the remanent magnetic flux would greatly impair the effectiveness of the chokes.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Begrenzung von Kreisströmen zwischen als Gleichrichter und als Wechselrichter ausgesteuerten Stromrichtern durch mindestens zwei Drosselspulen., die so in den Kreisstromkreis eingeschaltet sind, daß je nach der Richtung des Belastungsstromes der Stromrichter nur die eine oder die andere Drosselspule vom Belastungsstrom durchflossen wird. Um eine möglichst wirkungsvolle Drosselung der Kreisströme bei kleiner Drosselwirkung in bezug auf den Belastungsstrom der Stromrichter zu erreichen, werden nach der Erfindung die vorzugsweise mit luftspaltlosem Eisenkern versehenen Drosselspulen entgegen der durch die Belastungsströme bewirkten .Magnetisierung durch Gleichstrom so vormagnetisiert, daß sich ihre Kerne bei fehlendem Belastungsstrom in der Nähe der magnetischen Sättigung befinden.The invention relates to an arrangement for limiting circulating currents between as a rectifier and power converters controlled as inverters by at least two choke coils., which are thus in the circuit are switched on that depending on the direction of the load current of the converter only the one or the other choke coil is traversed by the load current. To be as effective as possible Throttling of the circulating currents with a small throttling effect in relation to the load current of the converter to achieve, according to the invention are preferably provided with an iron core without air gaps Choke coils against the magnetization caused by the load currents premagnetized in such a way that their cores are close to magnetic saturation when there is no load current are located.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt, an denen die Erfindung näher erläutert werden soll.In the drawing, two exemplary embodiments are shown schematically, which illustrate the invention in greater detail should be explained.

In Fig. 1 speist ein Transformator 1 die beiden Stromrichter 2 und 3, die in bekannter Weise in Kreuzschaltung miteinander verbunden sind. Die beiden Stromrichter können z. B. bei entsprechender Steuerung einen sogenannten Trapezkurvenumrichter bilden, der einen Wechselstrom niedrigerer Frequenz für einen am Netz 4 angeschlossenen Verbraucher liefert. Die beiden Stromrichter können aber auch einen Gleichstrom wechselnder Richtung für einen entsprechenden Stromverbraucher, etwa die Felderregung eines Reversiermotors, liefern.In Fig. 1, a transformer 1 feeds the two converters 2 and 3, which are interconnected in a known manner in cross-connect. The two converters can, for. B. form a so-called trapezoidal converter with appropriate control, which supplies an alternating current of lower frequency for a consumer connected to the network 4. However, the two converters can also supply a direct current in an alternating direction for a corresponding power consumer, such as the field excitation of a reversing motor.

Durch die mit Jl bezeichneten Pfeile ist in einem bestimmten Betriebszustand der Belastungsstrom dar Anlage bezeichnet, während die Kreisströme durch gestrichelte Pfeile angedeutet sind.The arrows denoted by J l denote the load current of the system in a certain operating state, while the circulating currents are indicated by dashed arrows.

809 767/210809 767/210

Claims (3)

In den Stromkreis der Kreisströme sind zur Begrenzung derselben Drosselspulen mit den Hauptstromwicklungen 5 und 6 eingeschaltet. Wie ersichtlich, wird stets eine dieser Drosselspulen vom Belastungsstrom durchflossen. Die Drosselspulen enthalten außer den Hauptstromwicklungen 5 und 6 noch die Vormagnetisierungswicklungen 5 a und 6 a, die bei 7 über eine nicht dargestellte Glättungsdrosselspule an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, und zwar so, daß der Vormagnetisierungsstrom Jv der jeweiligen Magnetisierung durch die Belastungsströme entgegenwirkt. Der Vormagnetisierungsstrom Tv ist auf eine solche Stärke eingestellt, daß sich die Kerne der Drosselspule bei fehlendem Belastungsstrom etwa in dar Nähe der magnetischen Sättigung befinden. In der Fig. 2 ist der Magnetfluß einer luftspaltlosen Drosselspule in Abhängigkeit von der magnetisierenden Durchflutung dargestellt. Der Punkt a bezeichnet darin etwa den durch die Vormagnetisierung bedingten magnetischen Zustand. Der kurzzeitige Spannungsübarschuß des als Gleichrichter gegenüber dem als Wechselrichter arbeitenden Stromrichters kann nur sehr kleine Stromimpulse (Kreisströme) zur Folge haben, da schon ein sehr kleiner, dem Varmagnetisiarungsstrom entgegen wirkender Strom eine sehr starke Änderung des Magnetflusses der betreffenden Drosselspule und damit eine kräftige Gegenspannung zur Folge hat. Eine entsprechende Gegenspannung tritt in den Drosselspulen auch beim Einsetzen eines Belastungsstromes auf. Da jedoch hierbei die treibende Spannung sehr viel größer ist, so wird die Drosselspule sehr schnell in entgegengesetzter Richtung in magnetische Sättigung gebracht, womit dann ihre Gegenspannung nahezu vollständig verschwindet. Der magnetische Zustand entspricht dabei etwa dem Punkt b in Fig. 2. Der Einsatz des Belastungsstromes wird durch die Drosselspule nur geringfügig verzögert. Da — wie gesagt — jeweils immer nur die eine der beiden Drosselspulen vom Belastungsstrom durchflossen ist und sich dadurch in magnetischer Sättigung befindet, so ist stets die andere in der Lage, die Kreisströme in der beschriebenen Weise zu begrenzen. Um die Einwirkung der Drosselspulen auf den Belastungsstrom möglichst klein zu halten, werden die Drosselspulen zweckmäßig so bemessen, daß das durch den Unterschied zwischen positiver und negativer Sättigung bedingte Spannungszeitintegral nicht oder nur wenig größer ist als das Zeitintegral des Spannungsüberschusses der Gleichrichterspannung gegenüber der Wechselrichterspannung. Um eine möglichst wirksame Begrenzung der Kreisströme zu erreichen, empfiehlt es sieh, für die Drosse1I-spulenkerne ein Material mit hoher Anfangspermeabilität und ausgeprägtem Knick in der Magnetisierungskennäinie zu verwenden. In der Fig. 3 ist ein Anwendungsbeispiel der Erfindung bei einem Ümrichter dargestellt, bei dem die Stromrichter aus einanodigen, in Brückenschaltung angeordneten gesteuerten Entladungsgefäßen 8, 9, 10 und 11 bestehen. Zur Begrenzung des Kreisstromes sind hier vier magnetisch nicht miteinander gekoppelte Kreisstromdrosselspulen 12, 13, 14 und 15 mit ihren Vormagnetisierungswicklungen 12 a, 13 a, 14 a und 15 a angeordnet. Die Kreissitröme durehfliessen je zwei Drosselspulen 12 und 13 oder 14 und 15, von denen immer eine durch- den Laststrom in gesättigtem Zustand ist. Ähnliche Anordnungen wie in den behandelten Beispielen ergeben sich auch bei anderen Umrichtern, z. B. sogenannten Hüllkurvenumrichtern. Patentansprüche:In the circuit of the circulating currents, reactors with the main current windings 5 and 6 are switched on to limit the same. As can be seen, the load current always flows through one of these inductors. In addition to the main current windings 5 and 6, the choke coils also contain the bias windings 5 a and 6 a, which at 7 are connected to a direct current source via a smoothing choke coil, not shown, in such a way that the bias current Jv counteracts the respective magnetization by the load currents. The bias current Tv is set to such a level that the cores of the choke coil are approximately in the vicinity of the magnetic saturation when there is no load current. In FIG. 2, the magnetic flux of a choke coil without an air gap is shown as a function of the magnetizing flow. The point a denotes the magnetic state caused by the premagnetization. The short-term excess voltage of the converter working as a rectifier compared to the converter working as an inverter can result in only very small current pulses (circulating currents), since a very small current counteracting the Varmagnetisiarungsstrom causes a very strong change in the magnetic flux of the inductor concerned and thus a strong counter voltage to the Consequence. A corresponding counter voltage also occurs in the choke coils when a load current starts. However, since the driving voltage is very much higher in this case, the choke coil is brought into magnetic saturation very quickly in the opposite direction, with which its counter voltage then almost completely disappears. The magnetic state corresponds approximately to point b in FIG. 2. The use of the load current is only slightly delayed by the choke coil. Since - as I said - only one of the two choke coils is always traversed by the load current and is therefore in magnetic saturation, the other is always able to limit the circulating currents in the manner described. In order to keep the effect of the choke coils on the load current as small as possible, the choke coils are expediently dimensioned in such a way that the voltage time integral caused by the difference between positive and negative saturation is not or only slightly greater than the time integral of the voltage excess of the rectifier voltage compared to the inverter voltage. In order to limit the circulating currents as effectively as possible, it is recommended to use a material with high initial permeability and a pronounced kink in the magnetization characteristic for the inductor coil cores. 3 shows an application example of the invention in a converter in which the converters consist of single-anode controlled discharge vessels 8, 9, 10 and 11 arranged in a bridge circuit. To limit the circulating current, four circulating current choke coils 12, 13, 14 and 15, which are not magnetically coupled to one another, are arranged with their bias windings 12 a, 13 a, 14 a and 15 a. The circular currents flow through two choke coils 12 and 13 or 14 and 15, one of which is always in a saturated state through the load current. Arrangements similar to those in the examples discussed also apply to other converters, e.g. B. so-called envelope converters. Patent claims: 1. Anordnung zur Begrenzung von Kreisströmen zwischen als Gleichrichter und' als Wechselrichter ausgesteuerten Stromrichtern durch mindestens zwei Drosselspulen, die so in den Kreisstromkreiis eingeschaltet sind, daß je nach der Richtung des Belastungsstromes der Stromrichter nur die eine ■oder die andere Drosselspule vom Belastungsstrom durchflossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise mit IuftspaMosem Eisenkern versehenen Drosselspulen entgegen der durch die Belastungsströme bewirkten Magnetisierung so durch Gleichstrom vormagnetisiert sind, daß sich ihre Kerne bei fehlendem Belastungsstrom in der Nähe der magnetischen Sättigung befinden.1. Arrangement for limiting circulating currents between as a rectifier and 'as an inverter controlled converters by at least two choke coils, which are so in the circular current circuit are switched on that depending on the direction of the load current of the converter only one ■ or the other inductor is traversed by the load current, characterized in that the preferably with an IuftspaMosem iron core against the choke coils caused by the load currents caused magnetization are so premagnetized by direct current that their Cores are close to magnetic saturation when there is no load current. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der Drosselspulen, daß das durch den Unterschied zwischen positiver und negativer Sättigung bedingte Spannungszeitintegral nicht oder nur wenig größer ist als das Zaitintegral des kurzzeitigen Spannungsüberschuisses der Gleichrichterspannung über die Wechsel ri chtersp annung.2. Arrangement according to claim 1, characterized by such a dimensioning of the choke coils, that the voltage time integral caused by the difference between positive and negative saturation is not or only slightly greater than that Time integral of the short-term voltage excess of the rectifier voltage over the changes legal tension. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne der Drosselspulen aus einem Material mit hoher Anfangspermeabilität und ausgeprägtem Knick in der Magnetisierungskennlinie bestehen. 3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the cores of the choke coils consist of a material with high initial permeability and a pronounced kink in the magnetization characteristic. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 809 767/210 2.59© 809 767/210 2.59
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3391327A (en) * 1966-05-04 1968-07-02 Westinghouse Electric Corp Dual bridge converter circuitry

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3391327A (en) * 1966-05-04 1968-07-02 Westinghouse Electric Corp Dual bridge converter circuitry

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