DE1231804B - Ruhender Frequenzvervielfacher - Google Patents

Description

• Ruhender Frequenzvervielfacher Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, schädigende Auswirkungen von solchen Oberwellen auf die Spannungskurve des speisenden Drehstromnetzes zu verhindern, wie sie bei der Stromaufnahme eines bekannten statischen Frequenzvervielfachers auftreten.
• Bei der bekannten Schaltung zur Erzeugung von Einphasenstrom höherer Frequenz aus Drehstrom niederer Frequenz, der mit Hilfe einer Kombination von sättigbaren Einphasendrosseln ermöglicht wird, ist der hohe Gehalt von Oberwellen im Primärstrom eine lästige Begleiterscheinung. Wenn diese Oberwellen, die keine Leistung übertragen, aus dem Primärnetz gedeckt werden müssen, dann wird die Kurvenform der Spannung durch die Spannungsabfälle dieser Oberströme in unzulässiger Weise verzerrt. Soll ein statischer Frequenzvervielfacher größerer Leistung, der die Spannungskurve zwangläufig erheblich verzerren würde, an ein öffentliches Versorgungsnetz angeschlossen werden, dann können die unerwünschten Auswirkungen auf sonstige parallelliegende Stromverbraucher und auf die Versorgungsquelle selbst zum Verbot des Anschlusses führen.
• Die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung beseitigt diese Nachteile.
• An Hand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erklärt. Bekanntlich beruht die Wirkung eines statischen Frequenzvervielfachers auf der nichtlinearen Abhängigkeit der magnetischen Induktion von der magnetischen Feldstärke bei höheren Induktionen, und zwar insofern, als bei sehr hoher Induktion die primäre Magnetisierungs-Stromaufnahme der einzelnen sättigbaren Drosseln nicht der sinusförmigen Spannungskurve folgt, sondern eine stark verzerrte, d. h. oberwellenhaltige Kurve darstellt. Die künstlich erzeugte Verzerrung des Stromes ist um so stärker, je mehr sich die Magnetisierungskurve der angestrebten Rechteckform nähert. Dies ist insbesondere bei kaltgewalzten Blechen der Fall, die der Technik seit einiger Zeit zur Verfügung stehen. Auf diese Weise läßt sich eine höhere Modellausnutzung und eine Verbesserung des Wirkungsgrades erzielen.
• In F i g. 1 ist die Schaltung zur Frequenzverdreifachung, beispielsweise von Dreiphasenstrom der Frequenz 50 Hz auf Einphasenstrom der Frequenz 150 Hz dargestellt. Es ist üblich, diese Anordnung als Triduktor zu bezeichnen. Beim Triduktor sind drei sättigbare Einphasendrosseln, deren Kerne mit K bezeichnet sind, notwendig. Die primären Wicklungen P sind in Stern geschaltet und an das Drehstromnetz RST angeschlossen. Die sekundären Wicklungen S speisen in offenem Dreieck die Belastung B. Hier ist beispielsweise als Belastung ein Induktionsofen angenommen. Ein Induktionsofen ist ein Widerstand mit einer starken induktiven Komponente. Es ist erforderlich, dieselbe durch Kondensatoren zu kompensieren, oder sogar überzukompensieren. Im Interesse einer guten Ausnutzung des Triduktors ist es auch zweckmäßig, dessen sekundäre Streureaktanz zu kompensieren. In F i g. 1 dienen die Kondensatoren Cl, C., und C3 an den Klemmen 4, 5 diesem doppelten Zweck. Unter Umständen kann auch einer oder zwei dieser Kondensatoren fehlen. Dies ist hauptsächlich eine Frage der zweckmäßigen Steuerung des Schmelzprozesses. , Trotz dieser Kompensation auf der Sekundärseite ist die mit hoher Induktion betriebene Anordnung für das Netz ein sehr großer induktiver Blindleistungsverbraucher. Zur Entlastung des Netzes von den Blindströmen sind an den Primärklemmen weitere Kondensatoren C mit passend bemessener Kapazität angeschlossen. Zwischen das speisende Netz und die Klemmen 1, 2, 3 des Triduktors sind Blindwiderstände geschaltet, die man auch als Vorwiderstände bezeichnen kann. Im Fall des Ausführungsbeispiels nach F i g. 1 handelt es sich um Drosseln UX, VY, WZ. Diese frequenzabhängigen Vorwiderstände bewirken, daß auch bei sinusförmiger Spannung des Netzes RST die verkettete Spannung an den Klemmen 1, 2, 3 des Triduktors nicht mehr sinusförmig ist. An Stelle des Netzes werden dann die Kondensatoren C mit den Oberwellen des Triduktors belastet.
• Die Grundwelle der Spannung erleidet natürlich in den Vorwiderständen ebenfalls einen Spannungsabfall. Dieser bleibt aber in mäßigen Grenzen, weil durch die Kondensatoren C die Anlage im allgemeinen ungefähr auf cos phi = 1 kompensiert wird und dann die Spannung an den vorgeschalteten Drosseln senkrecht zur Phasenspannung steht. Den Spannungsabfall der Grundwelle an den Vorwiderständen kann man aber auch ganz oder teilweise dadurch vermeiden, daß man erfindungsgemäß nach F i g. 2 in an sich bekannter Weise als Vorwiderstände Kondensatoren und Drosseln in Reihenschaltung verwendet, die einen auf die Grundfrequenz abgestimmten Schwingkreis darstellen.
• Kennzeichnend für die Wirkungsweise des Triduktors ist die sehr scharf ausgeprägte Abhängigkeit aller Eigenschaften von der Induktion in den sättigbaren Drosselkernen. In F i g. 1 sind daher an den Wicklungen der sättigbaren Drosseln Anzapfungen vorgesehen, welche ein einfaches Nachstellen auf den optimalen Zustand gestatten. Die gleiche Wirkung kann man dadurch erzielen, daß man erfindungsgemäß die Vorwiderstände veränderbar macht. Bei Drosseln kann die Induktivität durch an sich bekannte Maßnahmen geändert werden, z. B. durch Ändern der Windungszahl mit Hilfe von Wicklungsanzapfungen, durch verstellbare Luftspalte in den Eisenkernen oder durch Vormagnetisieren mit Gleichstrom.
• Wenn der Triduktor durch einen eigenen Transformator in Blockschaltung gespeist wird, kann man die nach der Erfindung vorgesehenen induktiven Vorwiderstände auch in die abnorm groß gehaltene Streuung dieses Transformators legen. Schon eine Zickzackschaltung, die an sich nicht notwendig wäre, da kein belastbarer Nullpunkt verlangt wird, hat eine etwas größere Streureaktanz als andere Schaltungen.
• In gleicher Weise wie eine Änderung der vorgesehenen Vorwiderstände wirkt in Verbindung mit diesen Vorwiderständen eine Veränderung der Kapazität der primären Kondensatoren C, die erfindungsgemäß mit Hilfe an sich bekannter Schalteinrichtungen vorgesehen werden kann. Diese Maßnahme kann ohne nennenswerte Nachteile angewendet werden; denn es ist unerheblich, ob der Triduktor das Netz mit cos phi = 1 oder etwa mit cos phi = 0,9 induktiv oder cos phi = 0,9 kapazitiv belastet.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Ruhender Frequenzvervielfacher mit mehrphasigem Eingang und einphasigem Ausgang für große Ausgangsleistung mit je Phase des speisenden Netzes einer sättigbaren Drossel mit Primär-und Sekundärwicklung, -bei dem eingangsseitig der im Stern geschalteten Primärwicklungen Kondensatoren angeschlossen und bei dem alle Sekundärwicklungen im offenen Polygon geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (C) im-_Dreieck geschaltet -sind und daß zwischen das speisende Netz (RST) und die Primärwicklungen (1') eingangsseitig (Klemmen 1, 2, 3) Blindwiderstände (UX, VY, WZ) ge- schaltet sind, die derart beschaffen sind, daß sie Strömen höherer Frequenz einen wesentlich größeren Widerstand bieten als dem Strom der Grundfrequenz.
2. 2. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindwiderstände Drosseln (UX, VY, WZ in F i g. 1) sind.
3. 3. Frequenzvervielfächer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindwiderstände aus Reihenschaltungen von Induktivitäten und Kapazitäten (UX, VY, WZ in F i g. 2) bestehen, die für die Netzfrequenz auf Resonanz abgestimmt sind.
4. 4. Frequenzvervielfacher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindwiderstände (UX, VY, WZ) verstellbar sind.
5. 5. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betrieb in Blockschaltung mit eigenem Transformator die Blindwiderstände ganz oder teilweise durch eine künstlich vergrößerte Streureaktanz dieses Transformators ersetzt sind.
6. 6. Frequenzvervielfacher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität der im Dreieck geschalteten Kondensatoren (C) verstellbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 589 724; britische Patentschrift Nr. 656 499; Elektrotechnische Zeitschrift, 1950, H. 8/9, S. 185 bis 188; AIEE-Transactions, Part I, Juli 1955, S. 298; AIEE-Transactions, Part I, November 1956, S. 590 bis 593.