Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer mit regulierbarer Frequenz und Verwendung desselben zur Speisung eines Synchron oder Asynchronmotors Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Wechsel- strom-Umformer mit regulierbarer Frequenz.
Dieser Umformer zeichnet sich erfindungsgemäss aus durch mehrere Thyratrons, von denen jedes über die Pri märwicklung eines induktiven Übertragers im Strom kreis einer Gleichstromquelle liegt, durch einen Im pulsgeber, der den Gittern des Thyratrons gegenein ander versetzte, periodische Zündimpulse regulier barer Frequenz zuführt, und durch Koppelkondensato ren, welche die Anoden aufeinander folgender Thyra- trons miteinander verbinden, wobei der Verbraucher an die Sekundärwicklungen der induktiven übertra- ger anzuschliessen ist.
Die Erfindung betrifft ferner auch die Verwendung dieses Gleichstrom-Wechselstrom-Umformers zur Spei sung eines Motors, z. B. eines Synchron- oder Asyn- chronmotors. Bei dieser Verwendung ergibt sich der grosse Vorteil, dass man die Geschwindigkeit des Mo tors durch Regulierung der Impulsfrequenz vorzugs weise stufenlos ändern kann, was bei geeigneter Aus bildung des Umformers in einem weiten Geschwindig keitsbereich einen hohen Wirkungsgrad des Motors ermöglicht.
In der einzigen Figur der Zeichnung ist als Aus führungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ein Um former dargestellt, mit dem aus einem als Gleichstrom quelle dienenden Kondensator 1 ein Drehstrommotor 2 gespeist wird. Der Kondensator 1 wird dabei seinerseits über drei Gleichrichter 3 von den an ein Drehstrom netz angeschlossenen Klemmen R, S, T aus geladen.
Der Umformer weist drei induktive Übertrager 4 auf, die je einen lamellierten Eisenkern 5, eine Pri märwicklung 6 und eine Sekundärwicklung 7 auf weisen. Jede der drei Sekundärwicklungen 7 speist eine der drei Statorwicklungen 8 des Drehstrommo- tors 2, dessen nicht dargestellter Rotor z. B. mit einer Kurzschlusswicklung oder mit einem Permanent- oder Elektromagneten versehen sein kann. Der Motor 2 kann somit ein Asynchron- oder ein Synchronmotor sein; derselbe wird deshalb nicht direkt aus dem Drehstromnetz R, S, T gespeist, sondern von der Gleichstromquelle 1, weil seine Geschwindigkeit durch Veränderung der Frequenz des ihm mittels des Um formers zugeführten Drehstromes geändert werden soll.
Die Primärwicklungen 6 sind einerseits an die po sitive Klemme der Gleichstromquelle 1 und anderseits je an die Anode 9 eines diesen Wicklungen zugeordne ten Thyratrons 10 angeschlossen. Jede der drei Ano den 9 ist über einen Kondensator 11 mit jeder der beiden anderen Anoden 9 gekoppelt. Die Kathoden 12 der drei Thyratrons 10 sind gemeinsam mit der geerdeten negativen Klemme der Gleichstromquelle 1 verbunden. Die Gitter 13 des Thyratrons 10 sind je über einen Widerstand 14, dem eine Vorspannungs- quelle 15 parallel geschaltet ist, mit einem Impulsgeber 16 verbunden.
Letztere ist über eine Leitung 17 geer det und enthält eine eigene, nicht dargestellte Span nunsquelle, z.B. eine Batterie. Der Impulsgeber 16 kann z. B. aus einem Multivibrator von regulierbarer Frequenz bestehen; er kann aber auch auf irgend eine andere bekannte Weise ausgebildet sein, wobei es lediglich darauf ankommt, dass er den Gittern 13 des Thyratrons 10 über die Widerstände 14 periodisch positive Impulse 18 zuführt, deren Frequenz z. B. mittels eines einstellbaren Kondensators oder Wider standes stufenlos regulierbar ist, wobei diese Im pulse an den drei Gittern um 120 gegeneinander ver setzt auftreten.
In dem Augenblick, in dem der betreffende Impuls 18 das Gitter 13 der ersten Röhre 10, z. B. der in der Zeichnung links befindlichen Röhre erreicht, zündet diese Röhre, so- dass ein Strom in der Primärwicklung 6 des ersten induktiven Übertragers fliesst. Die erste Röhre 10 erlischt in dem Augenblick, in dem die zweite Röhre 10 durch den ihrem Gitter 13 zugeführ ten Impuls 18 gezündet wird, und zwar, weil infolge des die Anoden 9 dieser beiden Röhren 10 koppelnden Kondensators 11 das Potential der Anode 9 der ersten Röhre 10, an dessen Gitter 13 nun die negative Vor spannung der Vorspannungsquelle 15 wirksam ist, beim Zünden der zweiten Röhre 10 plötzlich sinkt.
In gleicher Weise erlischt die zweite Röhre beim Zün den der dritten Röhre, die dritte Röhre beim Zünden der ersten Röhre usw.
Die einseitig gerichteten Stromimpulse in den Pri märwicklungen 6 der Übertrager 4 erzeugen in den Sekundärwicklungen 7 Wechselstromimpulse, die bei geeigneter Dimensionierung der Induktivitäten der Wicklungen 6 und 7, sowie der Koppelkondensatoren 11, einen praktisch sinusförmigen Verlauf haben.
Bei einem ausgeführten, zur Speisung eines 1 PS- Asynchronmotors dienenden Umformers hatten z. B. die Primärwicklungen 6 eine Induktivität von ca. 10 Henry (bei offener Sekundärwicklung 7), die Sekun därwicklungen 7 eine Induktivität von ca. 5 Henry (bei offener Primärwicklung 6) und die Koppelkon densatoren eine Kapazität von ca. 50 Mikrofarad.
Bei nicht angeschlossenem Motor 2 weicht die Form der vom Umformer gelieferten Spannung, also der Leer laufspannung, merklich von der Sinusform ab; im Betrieb haben dagegen die Ausgangsspannung des Um formers und der Ausgangsstrom eine der Sinusform sehr nahe kommende Form, was bekanntlich für den Wirkungsgrad des Motors 2 günstig ist. Der Motor 2 hatte bei dem oben erwähnten Zahlenbeispiel in einem Frequenzbereich von 50-3000 Hz einen sehr guten Wirkungsgrad, wobei seine der Frequenz entsprechen de Geschwindigkeit kontinuierlich am Impulsgeber 16 eingestellt werden konnte. Als besonders günstig wer den grosse Induktivitäten der Primärwicklungen 6 be trachtet, z.
B. im Bereich von 5-20 Henry, relativ grosse Koppelkondensatoren, z. B. 20-100 Mikrofarad, und Sekundärwicklungen 7, deren Induktivität nur et wa 0,2-0,6-mal so gross ist, wie diejenige der Primär wicklung 6. Wenn die Induktivität der Primärwick lung 6 zu klein ist, werden die Primärimpulse zu kurz um sekundärseitig einen sinusförmigen Strom zu er geben. Grosse Koppelkondensatoren ermöglichen Pri märimpulse, die sich über erheblich mehr als 120 erstrecken, denn wenn z.
B. das eine Thyratron ge löscht ist, kann immer noch Strom in der ersten Pri märwicklung den Koppelkondensator zum zweiten Thyratron und dieses zweite Thyratron fliessen.
Es ist klar, dass man anstelle von drei Thyratrons auch zwei oder mehr als drei Thyratrons verwenden kann, zur Erzeugung von Wechselströmen anderer Phasenzahl. Obwohl die dargestellten Übertrager 4 getrennte Kerne besetzen, was sich als besonders vor teilhaft herausgestellt hat, ist es prinzipiell nicht aus geschlossen, dass auch ein gemeinsamer mehfschenk- Tiger Kern für alle Übertrager benützt werden könnte. Obwohl der Geschwindigkeits-Umformer haupt sächlich für die Speisung von Motoren vorgesehen worden ist, ist zu erwarten, dass er auch für andere Verbraucher, z. B. für Schweissapparate mit Vorteil verwendet werden kann.
DC-AC converter with adjustable frequency and use of the same for feeding a synchronous or asynchronous motor. The invention relates to a DC-AC converter with adjustable frequency.
This converter is characterized according to the invention by several thyratron, each of which is on the primary winding of an inductive transformer in the power circuit of a direct current source, by a pulse generator, which the grid of the thyratron offset against each other, supplies periodic ignition pulses regulable ble frequency, and by Coupling capacitors, which connect the anodes of successive thyrrons to one another, with the consumer being connected to the secondary windings of the inductive transformer.
The invention also relates to the use of this DC-AC converter for Spei solution of a motor, for. B. a synchronous or asynchronous motor. With this use there is the great advantage that you can change the speed of the Mo sector by regulating the pulse frequency, preferably continuously, which enables a high efficiency of the motor with a suitable training from the converter in a wide speed range.
In the single figure of the drawing, an order is shown as an exemplary embodiment of the subject invention, with which a three-phase motor 2 is fed from a capacitor 1 serving as a direct current source. The capacitor 1 is in turn charged via three rectifiers 3 from the terminals R, S, T connected to a three-phase network.
The converter has three inductive transformers 4, each of which has a laminated iron core 5, a primary winding 6 and a secondary winding 7. Each of the three secondary windings 7 feeds one of the three stator windings 8 of the three-phase motor 2, whose rotor, not shown, is e.g. B. can be provided with a short-circuit winding or with a permanent magnet or electromagnet. The motor 2 can thus be an asynchronous or a synchronous motor; the same is therefore not fed directly from the three-phase network R, S, T, but from the direct current source 1 because its speed is to be changed by changing the frequency of the three-phase current supplied to it by means of the order formers.
The primary windings 6 are connected on the one hand to the positive terminal of the direct current source 1 and on the other hand each to the anode 9 of a thyratron 10 assigned to these windings. Each of the three anodes 9 is coupled to each of the other two anodes 9 via a capacitor 11. The cathodes 12 of the three thyratrons 10 are commonly connected to the grounded negative terminal of the direct current source 1. The grids 13 of the thyratron 10 are each connected to a pulse generator 16 via a resistor 14 to which a bias voltage source 15 is connected in parallel.
The latter is earthed via a line 17 and contains its own voltage source, not shown, e.g. a battery. The pulse generator 16 can, for. B. consist of a multivibrator of adjustable frequency; but it can also be designed in any other known manner, the only thing that matters is that it periodically supplies positive pulses 18 to the grids 13 of the thyratron 10 via the resistors 14, the frequency of which is e.g. B. by means of an adjustable capacitor or counter stand is continuously adjustable, with these pulses in the three grids around 120 against each other ver sets occur.
At the moment when the pulse 18 in question hits the grid 13 of the first tube 10, e.g. B. reached the tube located on the left in the drawing, this tube ignites so that a current flows in the primary winding 6 of the first inductive transformer. The first tube 10 goes out at the moment in which the second tube 10 is ignited by the pulse 18 supplied to its grid 13, because as a result of the anodes 9 of these two tubes 10 coupling capacitor 11, the potential of the anode 9 of the first Tube 10, on the grid 13 of which the negative voltage of the bias source 15 is now effective, when the second tube 10 is ignited suddenly drops.
In the same way, the second tube goes out when the third tube is ignited, the third tube when the first tube is ignited, and so on.
The unidirectional current pulses in the primary windings 6 of the transformer 4 generate in the secondary windings 7 alternating current pulses which, with suitable dimensioning of the inductances of the windings 6 and 7 and the coupling capacitors 11, have a practically sinusoidal curve.
In an executed converter serving to feed a 1 HP asynchronous motor, z. B. the primary windings 6 an inductance of about 10 Henry (with the secondary winding 7 open), the secondary windings 7 an inductance of about 5 Henry (with the primary winding 6 open) and the Koppelkon capacitors a capacity of about 50 microfarads.
When the motor 2 is not connected, the shape of the voltage supplied by the converter, i.e. the no-load voltage, deviates noticeably from the sinusoidal shape; During operation, however, the output voltage of the converter and the output current have a shape that comes very close to the sinusoidal shape, which is known to be beneficial for the efficiency of the motor 2. In the numerical example mentioned above, the motor 2 had very good efficiency in a frequency range of 50-3000 Hz, and its speed corresponding to the frequency could be continuously adjusted on the pulse generator 16. As particularly cheap who seeks the large inductances of the primary windings 6 be, for.
B. in the range of 5-20 Henry, relatively large coupling capacitors, z. B. 20-100 microfarads, and secondary windings 7, the inductance of which is only about 0.2-0.6 times as large as that of the primary winding 6. If the inductance of the primary winding 6 is too small, the primary pulses too short to give a sinusoidal current on the secondary side. Large coupling capacitors allow Pri märimpulse that extend over significantly more than 120, because if z.
B. that a thyratron is erased, current can still flow in the first primary winding, the coupling capacitor to the second thyratron and this second thyratron.
It is clear that you can use two or more than three thyratons instead of three thyratons to generate alternating currents with a different number of phases. Although the transformers shown occupy 4 separate cores, which has been found to be particularly advantageous, it is in principle not excluded that a common multi-core Tiger core could be used for all transformers. Although the speed converter is mainly intended for the supply of motors, it is expected that it will also be used for other consumers, e.g. B. can be used with advantage for welding machines.