DE1172365B

DE1172365B - Anordnung zur Erzeugung einer Einphasen-Spannung bzw. eines Einphasenstromes dreifacher Frequenz aus einem Drehstromnetz

Info

Publication number: DE1172365B
Application number: DEL13791A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Max Danders
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1952-11-05
Filing date: 1952-11-05
Publication date: 1964-06-18

Description

Anordnung zur Erzeugung einer Einphasen-Spannung bzw. eines Einphasenstromes dreifacher Frequenz aus einem Drehstromnetz Es ist bekannt, mittels zweier Sätze gleichstromvormagnetisierte Drosselspulen und Anwendung der Scott-Schaltung aus Drehstrom gegebener Frequenz Einphasen-Strom doppelter Frequenz zu erzeugen. Die dabei verwendeten Drosseln werden aus Ringkernen aufgebaut, deren besonderes Kennzeichen eine stark geknickte Magnetisierungscharakteristik ist.
Ferner sind Anordnungen aus sättigbaren Drosseln bekannt, die die Erzeugung eines Stromes dreifacher Frequenz aus einem Drehstromnetz gestatten. Eine dieser bekannten Anordnungen besteht darin, daß an jede Phase eines Drehstromnetzes eine Drossel und ein sättigbarer Transformator in Reihe angeschlossen sind. Die vorgeschaltete Drossel ist dabei nicht sättigbar. Das Prinzip dieser Schaltung besteht in folgendem: Die Induktivität der vorgeschalteten linearen Drossel ist groß gegenüber der eines Sättigungstransformators. Sie allein bestimmt daher Form und Größe des fließenden Stromes. Es bildet sich, da die Drossel linear ist, ein sinusförmiger Strom aus. Wenn ein solcher eingeprägter sinusförmiger Strom über einen sättigbaren Transformator fließt, dann wird in die Sekundärwicklung des Transformators neben der Grundwelle eine Oberwelle dreifacher Frequenz induziert. Schaltet man die Sekundärwicklungen der drei Sättigungstransformatoren in Reihe, dann ergänzen sich die Grundwellen wegen ihrer Phasenverschiebung von 120° zu Null, die Oberwellen dreifacher Frequenz hingegen addieren sich, da ihre gegenseitigen Phasenverschiebungen 3 - 120 = 360° betragen.
Bei einer weiteren bekannten Anordnung werden an jede Spannung des Drehstromnetzes in Reihe mit einer Impedanz die Arbeitswicklungen zweier sättigbarer Drosseln geschaltet, die in entgegengesetztem Sinne über zusätzliche Wicklungen mit Gleichstrom vormagnetisiert werden. Die vorgeschalteten Impedanzen bestehen aus Parallelschwingkreisen, die auf die dritte Oberwelle abgestimmt sind. Sie sollen verhindern, daß über die Drehspannungsquelle Ströme dreifacher Frequenz fließen (der parallele Schwingkreis stellt im Idealfall für die dritte Oberwelle einen unendlich großen Widerstand dar, während sein Widerstand für die Grundwelle Null ist). Diese Anordnung beruht auf dem gleichen Prinzip wie bereits beschrieben. Da der vorgeschaltete Schwingkreis das Fließen einer dritten Oberwelle unterbindet, kann praktisch nur ein Grundwellenstrom, also ein sinusförmiger Strom, über die sättigbaren Drosseln fließen. Wegen deren Nichtlinearität wird folglich wieder eine Oberwelle der dreifachen Frequenz induziert. Durch entsprechende Reihenschaltung sämtlicher sättigbarer Drosseln wird diese dritte Oberwelle addiert, während sich die Grundwellen wieder zu Null innerhalb dieses zusätzlichen Kreises ergänzen.
Der Nachteil der bekannten Anordnungen besteht darin, daß im Verhältnis zur Größe der erforderlichen sättigbaren Drosseln und linearen Impedanzen nur eine geringe Ausgangsleistung dreifacher Frequenz zur Verfügung steht. Außerdem ist die Variation der Spannung dreifacher Frequenz nicht linear zur Änderung der Gleichstromvormagnetisierung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Gewinnung einer Einphasen-Spannung dreifacher Frequenz aus einem Drehstromnetz mittels sättigbarer Drosseln zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Anordnungen nicht aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung vorgeschlagen, bei der zwischen je zwei Phasen des Drehstromnetzes in Reihe mit einer Impedanz die Arbeitswicklungen zweier sättigbarer Drosseln geschaltet sind, die in entgegengesetztem Sinne über zusätzliche Wicklungen mit Gleichstrom vormagnetisiert werden und die je Drossel mindestens eine Entnahmewicklung besitzen, von denen sämtliche in Reihe geschaltet sind, wobei die Kerne der sättigbaren Drosseln aus Material mit möglichst rechteckförmiger Magnetisierungscharakteristik bestehen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Arbeitswicklungen in Reihe geschalteten Impedanzen nicht vormagnetisierte, sättigbare Drosseln sind, deren Kerne aus Material mit möglichst rechteckförmiger Magnetisierungscharakteristik aufgebaut sind. In F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Zwischen je zwei Phasen des Drehstromnetzes R, S, T sind in Reihe mit einer nicht vormagnetisierten Drossel Dri bis DrIii die Arbeitswicklungen a zweier sättigbarer Drosseln l bis III in Reihe geschaltet. Die Drosseln werden, wie die Zeichnung zeigt, im gegengesetzten Sinne über zusätzliche Wicklungen durch eine Gleichspannung U-, die über eine Glättungsdrossel L angeschlossen ist, vormagnetisiert. Ferner weist jede Drossel der Sätze I, II und III eine Entnahmewicklung b auf. Alle Entnahmewicklungen b sind in Reihe geschaltet und dienen zur Speisung des Verbrauchers V mit einer Wechselspannung dreifacher Frequenz. In F i g. 2 a sind die primäre Wechselspannung u und der von der Reihenschaltung der Drosselspulen aufgenommene Leerlaufstrom i, der dem Vormagnetisierungsstrom proportional ist, dargestellt. Die Schaltungsweise der Entnahmewicklungen entspricht der Schaltungsweise der an R, S, T angeschlossenen Wicklungen. An diesen Entnahmewicklungen ergibt sich ein Spannungsverlauf ü gemäß F i g. 2 b, und zwar wird das mittlere Drittel (p') durch entsprechende Bemessung der Drossel Dri bzw. DrII bzw. Drüi im Primärkreis aufgenommen (vgl. F i g. 2c). Durch Zusammensetzen aller Stücke p' ergibt sich das Kurvenbild gemäß F i g. 2 d. Beachtet man nun, daß bei den drei Sätzen 1, 1I und III diese Erscheinung phasenverschoben auftritt (vgl. F i g. 3 a bis 3 d), so ist es klar, daß durch die Reihenschaltung der Entnahmewicklungen dem Verbraucher V eine Spannung u3 gemäß F i g. 3 e zugeführt wird. In F i g. 4 a und 4 b sind die primär aufgenommenen Ströme il und il, veranschaulicht, wenn der dem Verbraucher V zugeführte Strom i_; ohmisch ist. F i g. 4 c zeigt dann den Stromverlauf io in jeder der drei Zuleitungen R, S, T. Die dargestellten Kurven werden um so besser erreicht, je hochwertiger das verwendete Kernmaterial (scharfer Sättigungsknick) ist.
Die Schaltung erzielt eine vollkommen symmetrische Belastung des primären Drehstromsystems. Außerdem ist der maximal erreichbare Sekundärstrom proportional dem Vormagnetisierungsstrom und daher steuerbar. Bei Anordnung der Wicklungen der Drosselreihenschaltungen entsprechend der F i g. 1 wird in den Vormagnetisierungskreis eine Spannung der sechsten Oberwelle der Grundfrequenz übertragen, die von einer Glättungsdrossel L aufgenommen werden muß. Es besteht die Möglichkeit, durch dreimalige Anordnung der Schaltung in Verbindung mit einem primären Transformator ein Drehstromsystem dreifacher Frequenz zu erhalten. Als Hauptanwendungsgebiet der Erfindung kommen Schweißeinrichtungen und schnellaufende Motoren in Betracht.

Claims

Patentanspruch: Anordnung zur Erzeugung einer Einphasen-Spannung bzw. eines Einphasen-Stromes dreifacher Frequenz aus einem Drehstromnetz, insbesondere zur Speisung von Schweißtransformatoren und schnellaufenden Motoren, bei der zwischen je zwei Phasen des Drehstromnetzes in Reihe mit einer Impedanz die Arbeitswicklungen zweier sättigbarer Drosseln geschaltet sind, die in entgegengesetztem Sinne über zusätzliche Wicklungen mit Gleichstrom vormagnetisiert werden und die je Drossel mindestens eine Entnahmewicklung besitzen, von denen sämtliche in Reihe geschaltet sind, wobei die Kerne der sättigbaren Drosseln aus Material mit möglichst rechteckförmiger Magnetisierungscharakteristik bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Arbeitswicklungen in Reihe geschalteten Impedanzen nicht vormagnetisierte sättigbare Drosseln sind, deren Kerne aus Material mit möglichst rechteckförmiger Magnetisierungscharakteristik aufgebaut sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 266 202, 280 417, 303 094, 328 163, 671469, 676 128, 717 782, 826 770, 853 475; belgische Patentschrift Nr. 495 595; französische Patentschrift Nr. 502 200; schweizerische Patentschrift Nr. 280 013: deutsche Patentanmeldung p 13525 D, 21 d'= (bekanntgemacht am 30. B. 1951); »ETZ«, 1950, H. 89, S. 185 bis 188; »Proceedings of the IEE«, Oktober 1950, S. 628 bis 643; »Elektronorm«, 1958, H.4, S. 117; »E und M«, 1952, H. 11, S. 255 bis 258.