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Umrichter
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also gut ausgenutzt sind, so umgeformt wird, dass nachfolgend mit einer einfachen Schaltung von steu- erbaren Gleichrichterelementen eine niedere Frequenz guter Kurvenform erzeugt werden kann. Zu die- sem Zweck wird eine Reihenschaltung zweier Spannungsquellen verwendet, deren eine Netzfrequenz, die andere aber eine um die doppelte zu erzeugende Frequenz höhere (oder niedrigere) Frequenz lie- fert. Es entsteht also eine Schwebung mit einer Wellenlänge gleich der Wellenlänge der zu erzeugen- den Frequenz.
In der Deutschen Auslegeschrift 1109 783 ist eine Einrichtung beschrieben, bei der eine niedrige
Frequenz durch Zusammenfügen von netzfrequenten Halbwellen mit gestufter Amplitude erzeugt wer- den soll. Dabei werden diese Halbwellen aber nicht durch Addition einer netzfrequenten zu einer da- von wenig abweichenden Frequenz, sondern in einer als rotierender Transformator verwendeten Induk- tionsmaschine erzeugt und die Gleichrichtung geschieht nicht durch gesteuerte Gleichrichterelemente (Thyristorensondem durch an sich ungesteuerte, nur durch eine veränderliche Vorbelastung durchlässig gemachte Gleichrichter, wodurch ein sehr schlechter Wirkungsgrad bedingt ist.
Die bekannte Einrich- tung ist nur für geringes Energieniveau - Stellmotoren - gedacht und verwendbar, während die Einrichtung nach der Erfindung bis zu den grössten Leistungen gebaut werden kann.
Ebenfalls mit Hilfe vorbelasteter, an sich ungesteuerter Gleichrichterelemente ist die Modulationseinrichtung nach der brit. Patentschrift Nr. 471.548 aufgebaut, die nur für Fernmeldeanlagen gedacht ist, bei denen eine bestimmte Frequenz übertragen und nicht eine der Netzfrequenz gegenüber kleine Frequenz erzeugt werden soll.
Gegenstand der Erfindung ist hingegen eine Einrichtung zur Lieferung von Wirk- und Blindleistung aus einem Netz mit Industriefrequenz (50 bzw. 60 Hz) in einen Verbraucher mit einer konstanten bzw. nur langsam veränderlichen, gegenüber der Netzfrequenz wesentlich kleineren Frequenz unter Verwendung von steuerbaren, antiparallel geschalteten Gleichrichterelementen, insbesondere Thyristoren, in einphasiger Mittelpunkts-oder Brückenschaltung mit den Kennzeichen, dass diese Schaltung von wenigstens einer Reihenschaltung zweier einphasiger Wechselspannungs- quellen gespeist wird, deren eine die Netzfrequenz (50 bzw.
60 Hz) liefert, während die andere eine Frequenz liefert, die sich von der Netzfrequenz um die doppelte zu erzeugende Frequenz unterscheidet, so dass eine Schwebung entsteht, und dass die Gleichrichterelemente so gesteuert werden, dass sie die die Schwebung bildende höhere Frequenz in der einen Schwebungswelle nach der einen Richtung, in der folgenden aber nach der andern Richtung gleichrichten, so dass eine Wechselspannung der gewünschten Frequenz entsteht, wobei jede Halbwelle dieser Wechselspannung aus aneinander anschliessenden, in der Amplitude sinusförmig gestuften Halbwellen der höheren Frequenz besteht.
Die Fig. 1 zeigt die erfindungsgemässe Schaltung, in der mit-l-die Wicklung eines dreiphasigen Transformators und mit --2-- die Wicklung einer Synchronmaschine bezeichnet ist. Die Phase - des Transformators und die Phase-R'-der Synchronmaschine sind in Reihe geschaltet, ebenso die Phasen-S und S'sowie T und T'.
In Fig. 2 sind die Spannungen gezeichnet, wobei angenommen ist, dass der Transformator 50 Hz nach Kurve-l-und die Synchronmaschine z. B. 60 Hz nach Kurve-2-liefert. Als Summe steht dann an den Punkten-4, 5-- eine Schwebung-6-- zur Verfügung, mit einer hohen Frequenz von 60+50 60-50
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= 55 Hz,richtung entsteht die Kurve-7-und um eine Wechselspannung von 5 Hz zu erzeugen, ist es nur notwendig, jede zweite Halbwelle negativ zu nehmen, wie es Kurve-8-zeigt. Eine dazu geeignete Schaltung ist in Fig. 1 dargestellt.
Die Einphasenbrücke --9-- ist aus antiparallelen Thyristoren aufgebaut, die so gesteuert werden, dass während der positiven niederfrequenten Halbwelle die innen gezeichneten Thyristoren als Gleichrichter arbeiten und den Strom in der Last-10-von rechts nach links führen, während in der negativen niederfrequenten Halbwelle die aussen gezeichneten Thyristoren den Strom in der Last10-- von links nach rechts führen. Wenn die Last induktiv ist und somit auch Strom gegen die äussere Spannung fliesst, dann kann dies in an sich bekannter Weise dadurch ermöglicht werden, dass die jeweils nicht als Gleichrichter arbeitenden Thyristoren als Wechselrichter au gesteuert werden.
Um Kreisströme zu unterdrücken, sind die Kreisstromdrosseln-11-eingeschaltet. Sie sind notwendig, wenn nicht eine Steuerung für kreisstromfreien Betrieb verwendet wird. Statt der eingangs erwähnten 36 Thyristoren für den Steuerumrichter sind nun nur mehr 8 je Phase, also insgesamt 24 Thyristoren erforderlich, wobei die Kurvenform der Niederfrequenz, wie Fig. 2, Kurve-8-zeigt, sehr günstig ist.
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Eine weitere Verminderung des Aufwandes entsteht, wenn die Thyristoren nicht in Brückenschaltung, sondern in Nullpunktschaltung verwendet werden, wie dies Fig. 3 für eine Phase zeigt. Die Ma- schinenwicklung-R'-besitzt in diesem Falle eine Mittelpunktsanzapfung und die Transformatorwicklung-R-ist in zwei Teile-Ri und Rz-gespaltet, deren jeder mit der entsprechenden Hälfte von-R'-in Reihe geschaltet ist. Die Last --10-- liegt zwischen dem Mittelpunkt der Wicklungsanordnung und einem Punkt, der für die positive Halbwelle der niederen Frequenz von den Thyristoren --12--, für die negative Halbwelle von den Thyristoren -13-- gespeist wird.
Zur Blindlastübertra- gung werden die jeweils nicht als Gleichrichter arbeitenden Thyristoren als Wechselrichter ausgesteuerte - 14-ist die Kreisstromdrossel, die erforderlich ist, falls nicht kreisstromfrei gearbeitet wird. Der ganze Umrichter braucht 3 x 4 = 12 Thyristoren.
Über die Baugrösse der Synchronmaschine und des Transformators kann folgendes gesagt werden :
Wenn der Transformator 100 V effektiv mit 50 Hz liefert, muss die Spannung der Synchronmaschine ebenfalls 100 V effektiv, jedoch bei 60 Hz sein. Die Amplitude jeder Halbwelle ist dann 100. 2 V und die Amplitude der Summenwelle 2. 100 fiv, ihre Frequenz 55 Hz. Wirksam zur Bildung des An-. teiles an der Spannungsfläche der Niederfrequenz 5 Hz ist der Mittelwert der 55 Hz-Welle, also
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Wenntivwert 2. 100. 2*. .-= 100. = 127 V.
TT Z T
Wenn der Laststrom z. B. 1000 A ist, dann kommt eine Leistung von 127 kVA mit 5 Hz zustande, wobei der Transformator für 100 V. 1000 A = 100 kVA und die Synchronmaschine ebenfalls für 100 kVA zu bemessen ist. Eine Synchronmaschine, die bei 60 Hz 100 kVA liefert, hat eine Baugrösse, die bei
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= 83, 33(wobei die Wirkungsgrade mit 1 angenommen sind.) Der Antriebsmotor und das Getriebe für die Synchronmaschine sind für 100 kVA bzw. 100 kW zu bemessen.
Statt der Synchronmaschine kann zum Erzeugen der 60 Hz auch eine Asynchronmaschine verwendet werden, die im Ständer mit 50 Hz gespeist wird, während der Läufer gegen das Drehfeld mit 10 Hz Drehfrequenz angetrieben wird, so dass ihm an den Schleifringen 60 Hz entnommen werden können. Die Baugrösse dieser Asynchronmaschine ist, auf 50 Hz bezogen, 83, 33 kVA. Der Antrieb ist jedoch nur für 16, 66 kW zu bemessen. 83, 33 kVA werden mit 50 Hz dem Ständer zugeführt, 16, 66 kV A bzw. kW kommen mechanisch dazu, so dass dem Läufer 100 kVA entnommen werden können.
Die Steuerung der Thyristoren, die im Gleichrichterbetrieb arbeiten, soll sowohl bei der Schaltung nach Fig. 1. als auch bei der Schaltung nach Fig. 3 so erfolgen, dass der Mittelwert der Gleichspannung nicht grösser ist. als der Mittelwert der maximal möglichen Wechselrichterspannung, wie dies bei jeder Antiparallelschaltung notwendig ist. Die Steuerspannung selbst kann auf ähnliche Weise wie die Hauptspannung, aus 50 und 60 Hz. gegebenenfalls mit Phasenverschiebung gegenüber der Hauptspannung. zusammengesetzt werden. Bisher war angenommen, dass eine konstante kleine Frequenz erzeugt werden soll, wobei also die Maschine mit konstanter Drehzahl läuft. Durch Änderung der Maschinendrehzahl kann die Schwebungsfrequenz geändert werden.
Die Grösse dieser Änderung ist durch den Drehzahlbereich der Maschine begrenzt, die Geschwindigkeit der Änderung ist durch die mechanische Trägheit der Maschine begrenzt, sie wird also im Vergleich zur Schnelligkeit elektronischer Einrichtungen nur gering sein können.
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