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Verfahren zum Umwandeln von Mehrphasenstrom gegebener Frequenz in Einphasenstrom kleinerer
Frequenz.
Das nachstehend beschriebene Verfahren hat den Zweck, einen Mehrphasenstrom gegebener Frequenz in einen Einphasenstrom kleinerer Frequenz unter Vermeidung von andern Stromarten als Zwischenstufe umzuwandeln, im besonderen f-periodigen Drehstrom in f-drittelperiodigen Einphasenstrom. Als zweckmässiges Mittel hiezu werden zwei m-phasige Systeme von Gleichrichtern (Gasentladungsstrecken oder andern elektrischen Ventilen mit Gleichrichterwirkung) verwendet, von denen das eine System die eine Halbwelle des Einphasenstromes, das andere System die andere Halbwelle liefert.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass jede Halbwelle des Einphasenstromes durch direkte galvanische Fortleitung unter lückenloser Aneinanderreihung von in gleicher Richtung liegenden Teilstücken aufeinanderfolgender Phasenströme des Mehrphasensystems entsteht. Hiebei werden die Höchstwerte der aufeinanderfolgenden Teilstücke gegeneinander abgestuft, u. zw. dadurch, dass den Anoden eines jeden Systems Ströme verschiedener Höchstwerte zugeführt werden, wodurch es möglich ist, auf der Einphasenseite eine gewünschte Kurvenform zu erhalten. Eine die Anodenströme einzeln mittelbar oder unmittelbar steuernde Schaltvorrichtung unterdrückt die unerwünschten gleichgerichteten Halbwellen der einzelnen Phasen.
Als Beispiel soll im folgenden die Umwandlung eines 50periodigen Drehstrom in 162/3periodigen Einphasenstrom gezeigt werden. In diesem Falle wählt man die Amplituden zweckmässig so, dass sie genau oder annähernd auf einer Sinuskurve dreifacher Wellenlänge als der des Drehstrom liegen. Die beiden erwähnten Systeme seien etwa zwei m-phasige Quecksilberdampfgleichrichter. Zwei Systeme sind notwendig, da man wegen der Ventilwirkung sonst nur die eine Halbwelle des Einphasenstromes herstellen könnte.
Zur Erzeugung der verschiedenen Werte der Amplituden wird zweckmässig nur ein
Transformator mit drei Wicklungen, nämlich einer gemeinsamen dreiphasigen Primärwicklung und zwei sechsphasigen Sekundärwicklungssystemen benutzt, dessen zwei m-sekundäre Wicklungen abgestufte Windungszahlen erhalten, dergestalt, dass die erhaltenen Spannungswerte unter Berücksichtigung ihres zeitlichen Abstandes auf einer Sinuskurve liegen.
Eine solche Anordnung ist in Erläuterung des Beispiels in Fig. 1 wiedergegeben. Pi und P2 sind die dreiphasigen Primärwicklungen zweier Transformatoren, 81 und 82 die beiden je m-phasigen Sekundärwicklungen. Der Einfachheit halber ist in der Fig. 1 m = 6 gewählt. K ist eine Schalteinrichtung, die mit 1000 Umdrehungen in der Minute umläuft. Hier ist die Schalteinrichtung als Trommel gedacht, die auf ihrer Mantelfläche verschiedene Arten von Schleifringen besitzt, u. zw. metallene Ringstück r und vollständige metallene Ringe R. In der Figur ist der Mantel aufgeschnitten und abgerollt dargestellt. Die Ringe r bedecken nicht den ganzen Umfang der Trommel, sondern nur einen Teil, u. zw. in unserem
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auf den Ringen R Bürsten, die mit dem Gleichrichter verbunden sind.
Die Trommel hat den Zweck, eine Verbindung zwischen Transformator und Gleichrichteranoden nur während einer gewissen Zeit herzustellen und dann wieder zu unterbrechen. Es muss nämlich dafür gesorgt werden, dass jede Phase des Transformators nur etwa eine Halbperiode eingeschaltet ist. Nur die erste und siebente Phase machen davon eine Ausnahme, wobei unter der siebenten Phase die erste Phase des zweiten Transformators
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zu verstehen ist. Die erste und siebente Phase können etwa drei Halbperioden lang eingeschaltet bleiben, weil für die Bildung der Halbwelle des Einphasenstromes die dritte Halbwelle notwendig ist und die zweite, negative Halbwelle wegen der Gleichrichterwirkung nicht stört.
Da jeweils nur ein Teilstüek der Ströme der Sechsphasensysteme zur Bildung des Einphasenstromes benutzt wird, braucht man nicht beim Nulldurchgang der Spannung, sondern kann auch den absteigenden, positiven Ast im negativen Sinne unterbrechen. Die obigen Zeitangaben können daher wesentlich über-oder unterschritten werden. Auch können die Ringstück 1'1 und 1'7 in ihrem Mittelstück unterbrochen sein. Ein Feuern der Bürsten ist nicht zu befürchten, da die Unterbrechung der Stromkreise durch die Gleichrichterwirkung im Gleichrichter selbst geschieht und dann erst die Stromkreise auch an den Bürsten unterbrochen werden. Statt der Trommel kann auch ein anderer Schaltapparat verwendet werden, z.
B. Gitter-oder Lichtbogenschalter, bestehend aus Quecksilberdampfröhren in an sich bekannter Weise. Auch kann die Steuerung der Anodenströme dadurch erreicht werden, dass der Lichtbogen im Gleichrichter selbst in gewünschtem Rhythmus gezündet wird, wofür Fig. 2 eine Ausführungmöglichkeit zeigt. Es ist seehsphasige Anordnung angenommen. Statt des Sechsanodengleichrichters, der eine Trennwand in der Mitte haben müsste, um unerwünschtes Zünden einzelner Phasen zu verhindern, sind in der Figur zwei Dreianodengleichrichter gewählt. Pi und P2 sind wieder die Primärwicklungen, 81 und 82 die Sekundärwicklungen der Transformatoren. Die beiden Gleichrichter Gl
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Transformator angeschlossen.
Der Rhythmus kann erfolgen durch eine Schalteinrichtung K nach Art der in Fig. 1 vorgesehenen, die natürlich jetzt, da nur der Zündstrom zu steuern ist, erheblich kleiner ausfallen wird. Eine solche Schalteinrichtung wird etwa von einem mit der Einphasenfrequenz synchron umlaufenden Motor angetrieben. Go'bis G4'des unteren Teiles der Fig. 2 stellen die Betätigungsspulen
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bekannte Mittel erreichen.
Stuft man die sekundären Windungszahlen in anderer Weise, als oben angegeben, ab, so kann man eine beliebige anders gestaltete Kurvenform erhalten. Auch andere Frequenzen als 1/3 lassen sich sinngemäss erzeugen.
Das geschilderte Verfahren dient in erster Linie zur Erzeugung von Bahnstrom aus dem vorhandenen Landesnetz mit z. B. 50 Hertz. Zugleich ist es aber auch ein Mittel, einphasige Stromverbraucher derart an ein Drehstromnetz anzuschliessen, dass die drei Leitungen gleiche Effektivströme führen. Die dabei auftretende Frequenzverkleinerung ist für viele Zwecke, z. B. für Elektroöfen, wegen des besseren Leistungsfaktors vorteilhaft und erwünscht.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Umwandeln von Mehrphasenstrom gegebener Frequenz in Einphasenstrom kleinerer Frequenz unter Vermeidung von andern Stromarten als Zwischenstufe, insbesondere zur Umformung von f-periodigem Drehstrom in f-drittelperiodigen Einphasenstrom mittels mindestens zweier rn-phasiger Systeme von Gleichrichtern (Gasentladungsstrecken oder andern elektrischen Ventilen mit Gleichrichterwirkung), von denen das eine System die eine Halbwelle des Einphasenstromes, das andere System die andere Halbwelle liefert, dadurch gekennzeichnet,
dass jede Halbwelle des Einphasenstromes durch direkte galvanische Fortleitung unter lückenloser Aneinanderreihung von in gleicher Richtung liegenden Teilstücken aufeinanderfolgender Phasenströme des Mehrphasensystems entsteht und dass die Höchstwerte der aufeinanderfolgenden Teilstücke gegeneinander abgestuft sind, u. zw. dadurch, dass den Anoden eines jeden Systems Ströme verschiedener Höchstwerte zugeführt werden, derart, dass die Umhüllende auf der Einphasenseite die gewünschte Kurvenform ergibt, wobei eine die Anodenströme einzeln mittelbar oder unmittelbar steuernde Schaltvorrichtung die unerwünschten gleichgerichteten Halbwellen der einzelnen Phasen unterdrückt.