DE1230490B - Umrichter - Google Patents

Description

• Umrichter Das Problem der Frequenzumformung läßt sich sowohl mit Maschinen als auch mit Stromrichtern lösen. Die Maschinenlösungen haben den Nachteil, daß sie gewichts- und platzmäßig sehr aufwendig sind und verhältnismäßig schlechten Wirkungsgrad haben, während die Stromrichterlösungen unter Umständen Schwierigkeiten mit Oberwellen, Blindlast und Energierichtungswechsel aufweisen.
• Es sind bereits Umrichter bekannt, bei denen die Phasenzahlen der beiden Wechselstrornsysterne gleich oder größer als 3 sind. Derartige Anordnungen beruhen auf der Erkenntnis, daß, je höher die Phasenzahlen der Eingangs- und der Ausgangsseite sind, um so mehr sich auf beiden Seiten die Ströme und Spannungen der Sinusform bzw. der Form des speisenden Netzes nähern. Außerdem werden die Xommutierungsvorgängr, um so leichter beherrschbar, in je feineren Stufen die Kommutierung vor sich geht.
• Es ist weiterhin bekannt, daß bei der Umforinung von Wechselstrom die Wahl einer hohen Phasenzahl vorteilhaft ist. Dadurch wird die Kommutierung noch v#eiter erleichtert und die Sinusform noch mehr angenähert, so daß die Oberwellenschwierigkeiten noch weiter zurücktreten und die Ausnutzung der Wicklungen, Transformatoren und Schalter bzw. Stromrichterlamellen noch günstiger wird.
• Den bekannten Anordnungen haften jedoch die Nachteile an, daß die Lamellen zur Oxydation neigen und daß bei großen Stromdichten die Abführung der Verlustenergie Schwierigkeiten bereitet. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Umrichter zu schaffen, dem diese Nachteile nicht anhaften.
• Die Erfindung betrifft einen Umrichter zur Erzeugung eines Wechselstromsystems der Phasenzahl m. und der Frequenz f. aus einem Wechselstromsystem der Phasenzahl m, und der Frequenz fl (mit m, und m. gleich oder größer als 3). Erfindungsgemäß stehen sich zwei Kränze von Schaltlamellen, die zylinder-oder scheibenförmig angeordnet sind, in kleinem Ab- stand gegenüber, wobei die Kränze gegeneinander je nach dem Verhältnis f, zu f2 rotieren und der enge Spalt zwischen den beiden Lamellenkränzen durch einen Ring leitender Flüssigkeit erfüllt ist.
• An Hand einer Zeichnung sei ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
• F i g. 1 der Zeichnung zeigt zunächst den bekannten Frequenzumwandler (asynchroner Einankerumformer), der mit drei Schleifringen auf der Frequenzseite f, und mit drei Bürsten auf der Frequenzseite f2 gezeichnet ist. Statt der drei Schleifringe werden manchmal auch sechs Schleifringe angewendet. Bekanntlich ist die Strombelastung der Wicklung des Frequenzwandlers um so geringer, je höher die Phasenzahl beider Stromsysteme gewählt wird. Im Grenzfall unendlich hoher Phasenzahl auf beiden Seiten könnte die Wicklung ganz wegfallen; es entstände ein Vielphasenumrichter ohne Wicklungen als reiner Schaltapparat. Bekanntlich errechnet sich aus der primären Frequenz fl die sekundäre Frequenz f. nach der Gleichung je nachdem, ob die Drehzahl n in Richtung des Drehfeldes der Frequenz f, oder entgegengesetzt dazu gewählt wird. Es ist bekannt, daß der Frequenzwandler nach F i g. 1 infolge fehlender Stromwendespannungen nur für kleine Lamellenspannungen von der Größenordnung 1 V gebaut werden kann. Man ge- winnt wesentlich größeren Spielraum in der möglichen Bauweise dieser Maschinenart, wenn man mi und m, größer wählt. Wird beispielsweise statt m2=3 in F i g. 1 m2 = 30 gewählt, so wird bei gleicher Gesamtleistung der Wechselstrom je Bürste ein Zehntel, so daß sich eine erhebliche Erleichterung der Stromwendung ergibt.
• Der Gegenstand der Erfindung ist in F i g. 2 schematisch dargestellt. Dort stehen sich zwei metallische Lamellenkränze auf einem Zylindermantel oder auf einem Scheibenumfang mit einem kleinen Abstand voneinander gegenüber, und der Zwischenraum zwischen den Lamellenkränzen ist durch einen Ring leitender Flüssigkeit ausgefüllt. Als Flüssigkeit kommt unter Umständen Quecksilber oder ein anderes nicht ideal leitendes flüssiges Metall oder auch ein Elektrolyt in Frage. Man erhält auf diese Weise einen verschleißfesten Umrichter, bei dem außerdem die Kommutierung durch den veränderlichen Widerstand der Zwischenschicht wesentlich vollkommener vor sich geht als an den auf- und ablaufenden Bürstenkanten. In der F i g. 2 ist m, # % gewählt. Dies ist nicht notwendig, vielmehr können beide Phasenzahlen voneinander abweichen.
• Die Speisung eines Umrichters nach der Erfindung kann beispielsweise aus einem dreiphasigen Netz über einen ruhenden oder umlaufenden Phasenspalter erfolgen. Einen ruhenden Phasenspalter bildet beispielsweise ein Polygon-Trausformator, einen umlaufenden Phasenspalter bildet ein Synchronmotor, dessen dreiphasig gespeiste Statorwicklung vielphasige Anzapfungen hat, die zum Umrichter führen. Mit einem solchen, durch Gleichstrom erregten Motor kann bekanntlich gleichzeitig Blindleistung erzeug werden. Auf der Verbraucherseite des Umrichters kann man auf einen rückwärts betriebenen Phasenspalter gehen, der beispielsweise aus dei Phasenzahl 24 eine Phasenzahl 3 macht. Man kann auch, wenn es sich um den in der Drehzahl regelbaren Antrieb eines Synchron- oder Asynchronmotors handelt, die Statorwicklungen dieser Motoren vielphasig ausführen und sie direkt vom Vielphasenumrichter- speisen. Die Drehzahl dieser Motoren läßt sich dann durch die Umdrehungszahl n des Schaltapparates des Umrichters regulieren. Durch Umkehr der Drehzahln kann auch die Drehrichtung des Motors umgedreht werden.
• Da die Stromwendung, wie es besonders bei hohen Phasenzahlen möglich ist, durch den Widerstand des Schaltapparates erfolgt, löst sich dadurch auch das Blindleistungsproblem des Umrichters, d. h., das Gerät vermag in beliebiger Weise Wirk- und Blindleistung zu liefern. Da der Schaltapparat mechanische Kontakte verwendet, kann der Strom beliebige Richtung annehmen. Man hat so einen universellen Umrichter vor sich, der Leistung und Blindleistung in beiden Richtungen beliebig und ohne Oberwellen Übertragen kann. Auch das vom Wechselrichter her bekannte Trittgrenzproblem tritt dabei nicht mehr auf.
• Der Umrichter nach der Erfindung kann je nach der Konstruktion des Schaltapparats sowohl für kleine Ströme und kleine Spannungen als auch füi sehr große Ströme und Spannungen, beispielsweise auch für Netzkupplungen, verwendet werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch: Umrichter zur Erzeugung eines Wechselstromsystems der Phasenzahl m , und der Frequenz f2 aus einem Wechselstromsystem der Phasenzahl m. und der Frequenz f, (mit m, und m2 gleich oder größer als 3), dadurch gekennz e i c h n e t, daß sich zwei Kränze von Schaltlamellen, die zylinder- oder scheibenförmig angeordnet sind, in kleinem Abstand gegenüberstehen, wobei die Kränze gegeneinander je nach dem Verhältnis fl zu f. rotieren und der enge Spalt zwischen den beiden Lamellenkränzen durch einen Ring leitender Flüssigkeit gefällt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 88 806, 603 605, 638 428, 914 158; deutsche Auslegeschrift Nr. 1065 080; B ö d e f e 1 d / S e q u e n z, »Elektrische Maschinen« 4. Auflage, Wien, 1949, S. 332.