DE603605C - Anordnung zur Umformung von Wechselstrom einer gegebenen Frequenz in solchen anderer gegebener Frequenz mittels gesteuerter Entladungsstrecken, insbesondere durch Gitter schroff gesteuerter Elektronenroehren mit Gluehkathode, ohne Gleichstromzwischenkreis - Google Patents

Description

Bekanntlich kann die Umformung von Wechselstrom einer Frequenz in Wechselstrom anderer Frequenz mittels gesteuerter Entladungsstrecken entweder über einen oder ohne einen Gleichstromzwischenkreis erfolgen. Auf die betrieblichen Eigenheiten und Unterschiede beider Umformungsarten soll hier nicht näher eingegangen werden, da der Gegenstand vorliegender Erfindung eine Frequenzumformung ohne Gleichstromzwischenkreis betrifft. Es sind nun bereits Frequenzumformungen ohne Gleichstromzwischenkreis bekanntgeworden. Bei der einen bekannten Anordnung sind sämtliche Entladungsstrecken in einem einzigen Gefäß vereinigt. Die Entladungsstrecken sind in zwei Gruppen "mit je einem gemeinsamen Gitter aufgeteilt, d. h. sämtliche Entladungsstrecken werden gruppenweise gesteuert, und zwar durch einen Kommutator, wobei nur eine Abhängig-

ao keit der Frequenz der Steuerspannung von der Frequenz des erzeugten Wechselstromes bzw. umgekehrt besteht. Eine im wesentlichen gleiche Steuerungsabhängigkeit liegt bei einer weiteren bekannten Anordnung vor, bei der jede Halbwelle des sekundären Wechselstromes aus von einer gesteuerten Entladungsstrecke gelieferten Stromimpulsen unter Mitwirkung eines Kondensators zusammengesetzt wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine besonders zweckmäßige Gittersteuerung, die eine asynchrone Frequenzumformung ermöglicht. Erfindungsgemäß werden hierzu die den Stromübergang von dem einen Netz zum anderen Netz galvanisch, induktiv oder kapazitiv vermittelnden Entladungsstrecken in Abhängigkeit sowohl von der Frequenz des Sekundärnetzes als auch von der Frequenz des Primärnetzes einzeln gesteuert, und zwar mit einer Steuerspannung, deren Frequenz gleich der Summe oder der Differenz der Frequenzen beider Netze ist. Dadurch, daß die Entladungsstrecken in bezug auf jedes Netz gesteuert werden, ist-es möglich, Energie in beiden Richtungen zu übertragen, d. h. die Frequenz herauf und herabzusetzen, was bei den bereits erwähnten bekannten Frequenzumformern ohne Gleichstromzwischenkreis nicht möglich ist.

Der Erfindungsgedanke ist grundsätzlich in Zusammenhang mit allen Arten gesteuerter Entladungsstrecken, beispielsweise mit mechanisch gesteuerten Entladungsstrecken, anwendbar; vorzugsweise sollen jedoch durch Gitter schroff gesteuerte Elektronenröhren mit Glühkathode verwendet werden. Unter schroffer Steuerung soll hierbei die in bezug auf die betrachteten Umformungsvorgänge praktisch momentan ver-

laufende Widerstandsänderung der Entladungsstrecke von sehr hohem Widerstand, bei dem die Entladungsstrecke praktisch stromundurchlässig ist, zu sehr kleinem Widerstand, bei dem der Spannungsabfall in der Entladungsstrecke sehr klein ist, verstanden werden.

Ferner bildet Gegenstand der Erfindung eine zweckmäßige Anordnung der einzelnen Entladungsstrecken bei Umformung von Mehrphasenstrom gegebener Frequenz in solchen anderer gegebener Frequenz, und zwar ist jeder Phase des einen Netzes eine der Phasenzahl des anderen Netzes gleiche Zahl von Entladungsstrecken für beiderlei Stromrichtungen oder ein Vielfaches davon zugeordnet, die mit den beiden Netzen und unter sich galvanisch, induktiv oder kapazitiv gekoppelt sind und derart gesteuert werden, daß der Stromdurchgang bei der einen Art von Umformungseinrichtungen, die weiter unten als Schließungsstromumformer beschrieben sind, und die Stromsperrung bei der anderen Art von Umformungseinrichtungen, die weiter unten als Öffnungsstromumformer beschrieben sind, durch die jeweils an eine Phase des einen Netzes angeschlossenen Entladungsstrecken in gleichen Zeitabständen nacheinander während jeweils eines gleichen Bruchteiles einer Periode der Steuerspannung, der der Phasenzahl des anderen Netzes reziprok ist, und bei den Nachbarphasen in gleicher Weise, aber mit einer der Phasenzahl des ersten Netzes entsprechenden Verschiebung, erfolgt.

Infolge des absatzweisen Arbeitens der einzelnen Entladungsstrecken werden im allgemeinen die erzeugte Spannung und der primärseitig zugeführte Strom nicht den gewünschten Verlauf haben. Ist z. B. eine Entladungsstrecke geschlossen, d. h. ist der Spannungsabfall in der Entladungsstrecke sehr klein, so wird im allgemeinen die Spannung der betrachteten Sekundärphase von der Spannung der betrachteten Primärphase verschieden sein. In der Zeit dagegen, während der die Entladungsstrecke , offen ist, d. h. praktisch stromundurchlässig ist, ergeben sich Unterschiede hinsichtlich der Ströme auf beiden Seiten. Sieht man nun keine Mittel vor, die die Spannungs- und Stromunterschiede aufnehmen, dann träte entweder ein wesentlicher Energieverlust in der Entladungsstrecke auf, d.h. der Wirkungsgrad der Umformung wäre ungünstig, oder aber die Kurvenform des zugeführten oder entnommenen Stromes oder der Spannung wäre gegenüber der gewünschten —im allgemeinen sinusförmigen — Kurvenform verzerrt. Zweckmäßigerweise werden daher in Reihe mit den dem einen Netz zugeordneten Hauptelektrodenkreisen der Entladungsstrecken galvanisch, induktiv oder kapazitiv Selbstinduktionen in Reihe geschaltet, während zu den dem anderen Netz zugeordneten Hauptelektrodenkreisen der Entladungsstrecken Kapazitäten im Nebenschluß angeordnet sind, wobei die Selbstinduktionen so liegen, daß sie in den dem einen Netz zugeordneten Hauptelektrodenkreisen auf die Ströme höherer Frequenz als der Betriebsfrequenz drosselnd wirken, während die Teilströme der dem anderen Netz zugeordneten Hauptelektrodenkreise sich in ihrer Wirkung zur Selbstinduktion kompensieren und die Kapazitäten so bemessen sind, daß sie die höheren Harmonischen der Spannung unterdrücken. Im folgenden ist der Netzanschluß, der die Selbstinduktionen enthält, mit Impedanzseite und derjenige, der die Kapazitäten aufweist, mit Admittanzseite bezeichnet.

Für die Steuerung der Entladungsstrecken sollen, insbesondere bei . der Erzeugung von Wechselstrom regelbarer Frequenz, in erster Linie Kommutatoren verwendet werden. Jedoch ist dies nicht wesentlich, da auch andere Steuerungsmöglichkeiten bestehen.

Wie bereits im vorstehenden kurz angedeutet wurde, gibt es zwei Arten von Umformungseinrichtungen, den Schließungsstromumformer und den Öffnungsstromumformer. Beim Schließungsstromumformer sind die Entladungsstrecken jeder Phase nacheinander während jeweils eines gleichen Bruchteiles der Periode der Steuerspannung geschlossen, der der Phasenzahl jenes go Netzes reziprok ist, zwischen dessen Phasen die Kapazitäten liegen. Hierbei liegen die Entladungsstrecken, bezogen auf die Netze, im wesentlichen nebeneinander. Schaltungen dieser Art sind beispielsweise-in den Abb. 1 bis 8 veranschaulicht. Beim Öffnungsstromumformer dagegen werden die Entladungsstrecken jeder Phase für eine Zeitdauer geöffnet, die der Phasenzahl jenes Netzes reziprok ist, in dessen Phasen die Selbstinduktionen liegen, wobei die Entladungsstrecken, bezogen auf die Netze, im wesentlichen hintereinandergeschaltet sind. Ausführungsbeispiele für Schaltungen dieser Art zeigen die Abb. 13 bis 18.

In Abb. χ ist zunächst ein Schließungsstromumformer veranschaulicht, bei dem das eine Netz, dessen Phasen vier in der Zeichnung übereinanderliegende Entladungsstrecken zugeordnet sind, dreiphasig ist, während das andere ■ Netz, dessen Phasen je drei in der Zeichnung no nebeneinanderliegende Entladungsstrecken zugeordnet sind, vierphasig ist. Die Entladungsstrecken sind mit 1 bis 4 bzw. 101 bis 104 bzw. bis 204' bezeichnet. Vorzugsweise sollen gittergesteuerte Entladungsstrecken Verwendung finden, obwohl auch andere Steuerungsarten möglich sind. Der Übersicht halber sind jedoch die Steuerelektroden in der Zeichnung nicht veranschaulicht. Diese Steuerelektroden schließen die Ströme durch die Entladungsstrecken, sobald sie ein vorbestimmtes positives Potential aufweisen; sie unterbrechen die Entladungs-

ströme, sobald ihr Potential negativ ist. Verfahren und Anordnung zur Steuerung der Steuerelektroden sind später an Hand der Abb. 19 beschrieben.

Die Entladungsstrecken sind sowohl nach dem Dreiphasennetz als auch nach dem Vierpha sensystem hin induktiv miteinander gekoppelt, wie dies in der Zeichnung durch die senkrechten Spulen und waagerechten Klammern für die seitlich herausgeführten und durch die waagerechten Spulen und senkrechten Klammern für die nach unten geführten Phasen des anderen Netzes schematisch veranschaulicht ist.
Die Transformatoren können ein beliebiges

Übersetzungsverhältnis aufweisen. Die Windungszahlen ihrer in den Hauptelektroden liegenden Wicklungen werden zweckmäßig so bemessen, daß die Wechselstromspannungen der Röhren in bezug auf ihre Größe gleich sind und gegeneinander gleiche Phasendifferenzen aufweisen. Zur Vereinfachung der Erläuterung wird jedoch im folgenden ein Übersetzungsverhältnis ι: ι angenommen.

Mit den dem Dreiphasennetz zugeordneten Hauptelektroden der Entladungsstrecken sind galvanisch, induktiv oder kapazitiv Selbstinduktionen in Reihe geschaltet, wie solche in Abb. ι mit L- bezeichnet sind. Jede Entladungsstrecke unterliegt in jedem Augenblick der resultierenden Spannung beider Netze, abgesehen von dem Spannungsbetrag, der von den Selbstinduktionen aufgenommen wird, die in Reihe mit den Entladungsstrecken liegen. Die Selbstinduktionen dienen dazu, die Spannungsunterschiede zwischen den zwei Netzen während jener Zeitabschnitte aufzunehmen, während deren die dazugehörigen Entladungsstrecken geschlossen sind. Sie liegen zu den den beiden Netzen zugeordneten Hauptelektrodenkreisen der Entladungsstrecken so, daß sie in den dem Dreiphasennetz zugeordneten Hauptkreisen auf die Ströme höherer Frequenz drosselnd wirken, während die Teilströme der dem Vierphasennetz zugeordneten Hauptkreise sich in ihrer Wirkung zur Selbstinduktion kompensieren. Mit den dem Vierphasennetz zugeordneten Hauptkreisen der Entladungsstrecken sind ferner Kapazitäten Cjim Nebenschluß geschaltet, die so bemessen sind, daß sie die höheren Harmonischen der Spannung unterdrücken" und so die Stromdifferenzen während jener Zeitabschnitte aufnehmen, während deren die dazugehörigenEntladungsstrecken offen sind.

Das Netz, das mit den in Reihe liegenden Selbstinduktionen" versehen ist, soll infolgedessen als Impedanzseite des Umformers bezeichn et werden, während das Netz, das mit den zur Überbrückung dienenden Kapazitäten versehen ist, als Admittanzseite bezeichnet werden soll. Wie bereits angegeben wurde, ist beim Schließungsumformer jede Entladungsstrecke während eines Bruchteiles einer Periode der Steuerspannung geschlossen, der der Phasenzahl auf der Admittanzseite reziprok ist. Gleichzeitig ist aber von den an eine und dieselbe Phase der Impedanzseite angeschlossenen Entladungsstrekken immer nur eine leitend. Dementsprechend werden die Entladungsstrecken 1, 2, 3, 4 der Reihe nach geschlossen. Von der Admittanzseite aus gesehen, schließen sich die Entladungsstrecken ebenfalls in gleichen Zeitabständen nacheinander, und zwar sind hierbei die Schließungszeitpunkte gegeneinander um solche Zeitabschnitte verschoben, die der Phasenzahl der Impedanzseite reziprok sind. Dementsprechend werden die Entladungsstrecken 101, 201 nacheinander im Abstand von ein Drittel einer Steuerperiode geschlossen. Die Schließungszeiten der einzelnen Entladungsstrecken sind aus Abb. 9 ersichtlich, die die Kurvenform der Ströme der einzelnen Entladungsstrecken veranschaulicht.

Die Frequenz der beschriebenen Steuerung ergibt sich somit als Summe oder Differenz der Grundfrequenzen beider Netze. Entstehende Oberwellen werden in den Selbstinduktionen und Kapazitäten, z. B. L_v C- bzw. L_x, C_x aufgenommen. Zu diesem Zweck werden Selbstinduktion L und Kapazität C₁ auf der Impedanzseite vorzugsweise auf Resonanz mit der Frequenz der Impedanzseite abgestimmt, wäh- go rend die Selbstinduktion L_x der Transformatorsekundärwicklung und Kapazität C_x auf der Admittanzseite vorzugsweise auf Resonanz mit der Frequenz der Admittanzseite abgestimmt werden.

Die Abb. 2 bis 8 zeigen weitere Beispiele eines Schließungsstromumformers. Bei diesen Anordnungen werden die Entladungsstrecken in .gleichen Zeitabschnitten, wie an Hand von Abb. ι beschrieben, geschlossen. Die Verhältnisse der Frequenzen sind ebenfalls die gleichen. Wie bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 1 sind auch hier, ebenso auch bei dem Beispiel für Öffnungsstromumformer (Abb. 13 bis 18), je die einen Hauptelektroden jeder Röhre zu einem der Phasenzahl des einen Netzes entsprechenden Mehrphasensystem verkettet, während je die anderen Elektroden jeder Röhre zu einem der Phasenzahl des anderen Netzes entsprechenden Mehrphasensystem verkettet sind. Die Verkettung kann nach Art bekannter Schaltungen n₀ erfolgen, so daß, wie die Abb. 1 bis 8 bzw. 13 bis 18 erkennen lassen, je die einen Elektroden jeder Röhre zu einem in seiner Strahlzahl der Phasenzahl des einen Netzes entsprechenden Mehrphasensystem verkettet sind, Je die anderen Elektroden zu einem in seiner Strahlzahl der Phasenzahl des anderen Netzes entsprechenden Mehrphasensystem. Die Verkettung kann mit den üblichen Mitteln erfolgen, galvanisch, induktiv oder auch kapazitiv. _lao

Abb. 2 zeigt ein Beispiel, bei dem die Verkettung galvanisch ist. Die Ausführungsform ist

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insofern besonders zweckmäßig, als jegliche Transformatoren entbehrlich sind, und weil die Anordnung es ermöglicht, alle Entladungsstrecken in einem gemeinsamen Gefäß unterzubringen. Diese Vereinfachung der Anordnung ist dann möglich, wenn alle Übersetzungsverhältnisse der Transformatoren ι: ι gewählt werden. Da für jede Entladungsstrecke der Anordnung nach Abb. ι ein besonderer Stromkreis ίο vorhanden ist, so können die in der Zeichnung links liegenden Elektroden der Entladungsstrecken jeder Phase der Impedanzseite miteinander und über die Selbstinduktion L^ und die Kapazität C- an das Netz angeschlossen werden, während die Elektroden auf der rechten Seite der Entladungsstrecken jeder Phase auf der Admittanzseite ebenfalls miteinander verbunden und an die rechts liegenden Netzleitungen angeschlossen werden können. Bei der Durchführung dieser Verbindungen weist der Verbindungspunkt der Transformatorwicklungen, die an die einzelnen Ventile angeschlossen sind, das gleiche Potential auf wie die beiden Sternpunkte, so daß also alle Transformatorwicklungen mit Ausnahme der Selbstinduktion Ly weggelassen werden können und sich so die Schaltungsanordnung nach Abb. 2 ergibt.

Die Abb. 3 und 4 zeigen Anordnungen, bei denen die Hauptelektroden galvanisch zu einem der Phasenzahl des einen Netzes entsprechenden Mehrphasensystem und die Strahlen mindestens der einen Gruppe von Hauptelektroden induktiv zu einem der Phasenzahl des anderen Netzes entsprechend verketteten Mehrphasensystem verkettet sind.' Die in Reihe liegenden Selbstinduktionen können auch an die Sternpunkte der in Sternschaltung verketteten Transformatorwicklungen gelegt werden. Abb. 3 entsteht aus Abb. 1, indem man die linken Elektroden aller Entladungsstrecken miteinander verbindet und an Stelle der Transformatorwicklungen jeder Phase der Impedanzseite eine unmittelbare Verbindung anordnet. Umgekehrt entsteht Abb. 4 aus Abb. 1, indem die rechten Elektroden aller Entladungsstrecken miteinander verbunden sind und an Stelle der Transformatorspulen jeder Phase der Admittanzdeite eine unmittelbare Verbindung angeordnet wird.

Bei den Anordnungen der Abb. 5 bis 8 ist ebenso wie bei der Anordnung nach Abb. 1 der Hauptelektrodenkreis jeder Röhre über Trarisformatorwicklungen geschlossen, die zu einem der Phasenzahl des einen Netzes entsprechenden Mehrphasensystem gekoppelt sind, wie auch zu einem zweiten der Phasenzahl des anderen Netzes entsprechenden Mehrphasensystem. In jedem die Elektroden schließenden Kreis sind Paare von Kopplungseinrichtungen angeordnet, von denen je eine Einrichtung zu einem der f Phasenzahl des einen Netzes entsprechenden Mehrphasensystem gekoppelt ist, die andere zu je einem der Phasenzahl des anderen Netzes entsprechenden Mehrphasensystem.

Die Abb. 5 und 6 zeigen im besonderen Anordnungen, bei denen alle Entladungsstrecken, bezogen auf die Impedanzseite, in Reihe liegen, während die Abb. 7 und 8 Schaltungen zeigen, bei denen alle Entladungsstrecken, bezogen auf die Admittanzseite, in Reihe angeordnet sind. Handelt es sich um einen Schließungsstromumformer, bei dem die Phasenzahl auf der Admittanzseite keine Primzahl ist, so ist die Anordnung so zu treffen, daß jener Teil einer Periode, währenddessen jede Entladungsstrecke geschlossen ist, gleich dem reziproken Wert der Phasenzahl pro. Gruppe ist an Stelle der Gesamtphasenzahl auf der Admittanzseite. Dies wird erreicht, indem man zyklisch aufeinanderfolgende Phasen der Impedanzseite den aufeinanderfolgenden Gruppen zuordnet. Sind die Gruppen, bezogen auf die Impedanzseite, parallel geschaltet, so weist jede Gruppe ihre besondere in Reihe liegende Selbstinduktion auf, wie dies die Abb. 1 bis 8 veranschaulichen. Die Entladungsstrecken werden zu den gleichen zyklischen Zeitabschnitten geschlossen, als ob die gleiche Zahl von Ventilen eine einzige Gruppe bildete, jedoch ist die Schließungsdauer eine go längere.

Die Verhältnisse der Ströme und Spannungen sind "in den Abb. 9 und 10 veranschaulicht. Abb. 9 zeigt unten die Kurvenform des Stromes für die Anordnungen nach Abb. 1 bis 8 auf der Impedanzseite, wobei für die Admittanzseite die fünffache Frequenz der Impedanzseite zugrunde gelegt ist. . Jeder der Ströme wird entsprechend den die Admittanzseite bildenden vier Phasen in vier Teile zerlegt, wie aus den oberen Kurven ersichtlich ist. Rechts ist die Summe der drei Ströme für jede Phase der Admittanzseite veranschaulicht.

Abb. 10 zeigt entsprechend die Kurvenform der Spannungen ebenfalls für die Anordnungen nach Abb. 1 bis 8. Rechts sind die Leitungspotentiale auf der Admittanzseite veranschaulicht. Die Wellen jeder Röhrenspannung ergeben sich als resultierende Spannung aus deru Momentanwerten der anliegenden Phasenspannungen unter Berücksichtigung der Schließungszeit der anderen Entladungsstrecken. Die unten veranschaulichten Wellen bestehen aus Teilströmen der Wellen rechts und stellen die Spannungen der Impedanzseite dar, die an den _U5 Selbstinduktionen herrschen.
■■ Die Abb. 11 und 12 zeigen für die gleichen Anordnungen die Ströme bzw. Spannungen für den Fall, daß die Frequenz auf der Impedanzseite gleich der fünffachen Frequenz auf der 120. Admittanzseite gewählt wird. Die Kurven der Ströme, die die Admittanzen durchfließen und

die in den Abb. 9 und 11 rechts veranschaulich sind, wie auch die Kurven der Spannungen innerhalb der Impedanzen, wie sie die Abb. 10 und 12 unten veranschaulichen, enthalten sowohl die Sinusgrundwellen als auch die höheren Harmonischen.

Die mathematische Behandlung des Umformungsvorganges zeigt, daß die Amplituden der Oberwellen kleiner sind als die Grundwelle und um so kleiner werden, je höher ihre Ordnungszahl ist. Ein großer Teil der möglichen Oberwellen wird entweder bereits in den Röhrenstromkreisen unterdrückt oder bei induktiver Verkettung in den äußeren Stromkreisen durch geeignete Transformatorschaltungen. Die übrigbleibenden Oberwellen der Spannung werden in den in Reihe liegenden Selbstinduktionen absorbiert, die übrigbleibenden Oberwellen des Stromes in den parallel liegenden Kondensatoren, beispielsweise solchen, die in den Hauptelektrodenkreisen liegende Transformatorleitungen überbrücken (vgl. z. B. Abb. 14).

In den Abb. 13 bis 18 sind Öffnungsstromumformer zur Umformung von Wechselstrom einer Frequenz und Phasenzahl in Wechselstrom einer anderen Frequenz und Phasenzahl schematisch veranschaulicht. Gegenüber dem Schließungsstromumformer besteht kein wesentlicher Unterschied in Fällen, wo die Zeitabschnitte des Öffnens und Schließens je eine halbe Periode betragen. Im allgemeinen sind jedoch die Schließungsstromumformerschaltungen vorzuziehen, weil mit der Abnahme der Schließungszeiten für die Ströme die Verluste kleiner werden und weil, wie besonders deutlich aus Abb. 2 hervorgeht, die Schaltungen einfacher ausfallen.

Bei der Anordnung der Abb. 13 handelt es sich wiederum um ein Dreiphasennetz auf der Impedanzseite und ein Vierphasennetz auf der Admittanzseite. Jede Entladungsstrecke ist an jedes Netz über Dreiwicklungstransformatoren angeschlossen, die ein beliebiges Übersetzungsverhältnis aufweisen können. Auch hier wird zur Vereinfachung der Erläuterung ein Übersetzungsverhältnis von ι : ι angenommen.

Jede Entladungsstrecke führt dementsprechend den Strom eines jeden der beiden Netze abzüglich des Stromes, der in dem Kondensator auf der Admittanzseite fließt. Die Entladungsstrecken jeder Phase der Impedanzseite öffnen sich nacheinander zu Zeitpunkten, deren Abstand dem reziproken Wert der Phasenzahl auf der Admittanzseite entspricht. Die Entladungsstrecken jeder Phase der Admittanzseite dagegen öffnen sich nacheinander zu Zeitpunkten, deren Abstand dem reziproken Wert der Phasenzahl auf der Impedanzseite entspricht. Der Zeitabschnitt einer Phase, währenddessen jede Entladungsstrecke geöffnet ist, ist reziprok der Phasenzahl auf der Impedanzseite, wobei jede Phase einer Seite nur aus einer einzigen Gruppe besteht.

Die Beziehungen zwischen den Frequenzen beider Netze und der Steuerfrequenz sind die gleichen, wie sie oben an Hand der Abb. 1 bis 8 entwickelt worden sind.

Die Abb. 14 bis 18 zeigen Abänderungen des Öffnungsstromumformers nach Abb. 13. Bei allen diesen Anordnungen sind die Entladungsstrecken während gleicher Zeitabschnitte wie bei der Anordnung nach Abb. 13 geöffnet. Die Beziehungen zwischen den Frequenzen sind ebenfalls dieselben.

Bei den Ausführungsformen der Abb. 14 und 18 sind die Hauptelektroden der Entladungsstrecken galvanisch je an eine Selbstinduktion und an eine Kapazität, die entweder in Reihe oder parallel geschaltet sind, zugleich angeschlossen, derart, daß die Entladungsstrecken mit den zwischen ihnen und den Netzen liegenden Selbstinduktionen einerseits Gruppen bilden, die zu einem in seiner Phasenzahl dem einen Netz entsprechenden Mehrphasensystem verkettet sind, andererseits mit den zwischen ihnen liegenden Kapazitäten andere Gruppen, die ein in seiner Phasenzahl dem anderen Netz entsprechendes Mehrphasensystem bilden.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 13, 15 und 17 dient als zur Aufnahme der Spannungs- g₀ differenz erforderliche Selbstinduktion die Streureaktanz der Transformatoren, die mit dem Kondensator C₁ in Reihe liegen. Abb. 14 zeigt eine Anordnung, bei der alle Transformatoren weggelassen sind, und die Röhren oder Entladungsstrecken unmittelbar mit jedem Netz mit Hilfe von Resonanzkreisen in Reihe geschaltet sind.

Bei der Anordnung nach Abb. 15 liegen, bezogen auf die Admittanzseite, die Entladungsstrecken unmittelbar in Reihe im Stromkreis, in bezug auf die Impedanzseite jedoch über Transformatoren. Umgekehrt liegen in Abb. 16 in bezug auf die Impedanzseite die Entladungsstrecken unmittelbar in Reihe, in bezug auf die _loj Admittanzseite jedoch über Transformatoren. Bei der Anordnung nach Abb. 17 sind die Entladungsstrecken in bezug auf die Admittanzseite parallel geschaltet, wobei zur Kopplung Tertiärkreise dienen. Andererseits zeigt Abb. 18 ine Anordnung, bei der die Entladungsstrecken in bezug auf die Impedanzseite parallel liegen. Es' werden dementsprechend, wie aus jener Abbildung ersichtlich ist, getrennte, in Reihe liegende Selbstinduktionen verwendet.

Wie die Schließungsstromumformer können auch die Öffnungsstromumformer verschiedenartig gruppiert werden. Dabei darf dann die Phasenzahl auf der Impedanzseite nicht prim sein, und dies kann man erreichen, indem man die aufeinanderfolgenden Phasen der Impedanzseite zyklisch mit aufeinanderfolgenden

Gruppen verbindet. Falls die Gruppen in bezug auf die Admittanzseite in Reihe geschaltet werden sollen, wird jede Gruppe mit einer besonderen Überbrückungskapazität versehen. Die Kurvenform des Stromes und der Spannung für die Anordnung nach Abb. 13 bis 18 sind jenen der Abb. 9 und 10 bzw. 11 und 12 ähnlich, mit der Abweichung, daß sowohl Strom und Spannung als auch Admittanzseite und ίο Impedanzseite ihre Rollen vertauschen, wobei noch jene Abweichungen zu berücksichtigen sind, die aus der Vertauschung des Dreiphasensystems mit dem Vierphasensystem sich ergeben. Gewisse Oberwellen der Spannung auf der Impedanzseite und der Ströme auf der Admittanzseite können außerhalb der Röhrenkreise durch die gleichen Transformatoranordnungen unterdrückt werden, wie sie oben für die Schließungsstromanordnungen erwähnt sind. ao Die Berechnung der Größen jener Harmonischen ergibt sich in ähnlicher Weise wie für die Schließungsstromumformer.

In den Abb. 1 bis 8 und 13 bis 18 sind die äußeren Stromkreise der Entladungsstrecken der Einfachheit halber in Sternschaltung veranschaulicht. Es können aber auch beliebig andere verkettete Schaltungen gewählt werden, im besonderen ist die Vieleckschaltung zweckmäßig, da sie es erleichtert, die Entladungsstrecken in einem einzigen Gefäß unterzubringen. Ebenso können auch die Transformatoren, die die einzelnen Phasen des primären oder sekundären Wechselstromes bzw. Mehrphasensystems oder beide bilden, in beliebiger Schaltanordnung, ebenso auch elektrisch oder magnetisch oder elektrisch und magnetisch verkettet sein.

In Abb. 19 ist die Steuerung bei einem Ausführungsbeispiel, das z, B. einen drehzahl-4.0 veränderlichen Wechselstrommotor ' betreffen möge, dargestellt. Bei einer solchen Anordnung ist im übrigen zu beachten, daß die eingefügten Selbstinduktionen, wozu auch Streureaktanzen von Transformatoren dienen können, den sich bei Stillstand ergebenden Kurzschlußstrom hinreichend begrenzen. Dem Ausführungsbeispiel sind Entladungsstrecken 303 zugrunde gelegt, deren Entladung durch Gitter gesteuert wird. Zusätzlich kann ein magnetisches Feld den Entladungsvofgang beeinflussen. Um nun eine schnelle Veränderlichkeit des Gitterpotentials zu erreichen und so die Röhren wirksam zu steuern, werden bei den veranschaulichten Ausführungsbeispielen Momentanströme großer Intensität den Gittern zugeführt. Dies geschieht, indem zur Steuerung der Gitter ein Kommutator 413 dient, der mittels Speicherkondensators C₁-² über das Steuerventil 403 das Potential der Gitter schnell ändert. Um nun dasselbe Steuerventil für alle Gitter nacheinander verwenden zu können, wird ein besonderer Steuerkommutator 423 verwendet, an dessen Segmente die Elektroden des Steuerventils angeschlossen sind und die wechselnd den Speicherkondensator auf die Gitter der den Arbeitsstrom führenden Entladungsstrecken schalten und den Speicher kondensator an die Ladungsquelle. Dementsprechend weist der Steuerkommutator 423 vier leitende Segmente auf, und zwar zwei ktirze, die mittels Schleifringe an den Belägen des Speicherkondensators C_r ² liegen, sobald das Steuerventil 403 leitend ist. Die beiden anderen Segmente sind länger und liegen ebenfalls über Schleifringe an einem Gleichrichter 433, der, bezogen auf den Sternpunkt N² des Frequenz-Umformers, das eine Segment positiv, das andere Segment negativ hält. Das Gitter des Steuerventils 403 erhält durch den kleinen Ventilgleichrichter 443 eine negative Spannung, solange der Strom am Kommutator 413 offen ist. Ist der Stromkreis am Kommutator 413 geschlossen, so wird das Gitter positiv, und zwar mittels des kleinen, eine positive Zusatzspannung liefernden Gleichrichters 453. Ist das Gitter negativ, so ist naturgemäß das Steuerventil 403 geöffnet; es ist geschlossen, sobald das Gitter positiv ist.

Im folgenden soll nun der Steuervorgang für das Gitter einer der Hauptentladungsstrecken 303 erläutert werden, z. B. für ein Gitter, das an der Bürste 471 liegt. Der Kommutator 423 möge entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn umlaufen. Dann ergibt sich, daß das Gitter gerade über die Bürste 471 an negatives Potential gelegt ist, und dieses negative Potential, das durch einen Hilfsgleichrichter 433 geliefert wird, bleibt während annähernd zwei Drittel eines Umlaufes bestehen. Während annähernd eines Drittels wird dann das Gitter mittels des unteren Segmentes positives Potential erhalten, das durch einen Hilfsgleichrichter 4334- geliefert wird. Sobald die Bürsten das weniger lange, mit -\- bezeichnete Segment bzw. das längere, mit — bezeichnete Segment verlassen, sind die kurzen Segmente kurzzeitig isoliert, da das Steuerventil 403 noch gesperrt ist. Die isolierten Gitter behalten kurzzeitig ihre positive bzw. negative Ladung. Unmittelbar darauf wird das Steuergefäß 403 durch Einwirken des Steuerkommutators 413 leitend. Der Kondensator C_r ² entlädt sich plötzlich, und die zugehörigen Gitterpotentiale kehren sich um. Beim Übergang auf das -\- - und —Segment wird infolge des noch leitend gehaltenen Steuerventils 403 der Speicherkondensator C_r ² durch die Hilfsgleichrichter 4334. und 433_ aufgeladen, worauf dann das Steuerventil 403 sich öffnet. Wie ersichtlich ist, kann man denselben Speicherkondensator Cr² für verschiedene Gittersätze nacheinander verwenden. Entsprechend ist die Zahl der Segmente auf dem Steuerkommutator zu bemessen. Die beiden Kommutatoren 413 und 423 werden zweckmäßig, wie es angedeutet

ist, mechanisch miteinander gekuppelt. Falls erwünscht, können auch die Kommutatoren so ausgeführt werden, daß sie mit entsprechend verringerter Geschwindigkeit umlaufen, indem man ihre Kontaktzahl verdoppelt bzw. verdreifacht.

Die Hilfsgefäße 433, 443 und 453 kommen nur für kleine Leistungen in Frage. Man wird daher zweckmäßig die normalen bekannten Gefäße verwenden. Für die Hauptentladungsstrecken 303 wird man jedoch solche Maßnahmen treffen, die einen besonders günstigen Wirkungsgrad ermöglichen. Hierzu gehört beispielsweise die Anordnung von mehreren Entladungsstrecken in einem Gefäß.

Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel ist ferner noch zu beachten, daß der Sternpunkt Λ^Γ2 der Belastungsseite mit dem Mittelleiter der Hilfsgleichrichter 433+ und 433— verbunden ist.

ao Da die Gitterpotentiale in bezug auf die (an die Leiter 304 angeschlossenen) Hauptelektroden positiv oder negativ sein sollen, liegt in jedem Gitterkreis die Sekundärwicklung eines Transformators mit dem Übersetzungsverhältnis 1: 1, dessen Primärwicklung zwischen N² und der entsprechenden Hauptelektrode der Belastungsseite liegt.

Die Steuerung des Kommutatorsatzes kann in verschiedenartiger Weise vorgenommen werden. Dabei können sowohl die Segmente als auch die Bürsten umlaufen. Auch die Umlaufsgeschwindigkeit der Segmente bzw. der Bürsten kann veränderbar sein, so daß man dadurch die Frequenz des erzeugten Wechselstromes regeln kann.

Es wird noch bemerkt, daß zwecks Erzielung einer ausreichenden Isolierung bei verringerten Abmessungen die Steuerkommutatoren auch in einem mit komprimiertem Gas gefüllten Gehäuse angeordnet werden können.

Claims (18)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur Umformung von Wechselstrom einer gegebenen Frequenz in solchen anderer gegebener Frequenz mittels gesteuerter Entladungsstrecken, insbesondere durch Gitter schroff gesteuerter Elektronenröhren mit Glühkathode, ohne Gleichstromzwischenkreis, dadurch gekennzeichnet, daß die den Stromübergang von dem einen Netz zum anderen Netz galvanisch, induktiv oder kapazitiv vermittelnden Entladungsstrecken in Abhängigkeit sowohl von der Frequenz des Sekundärnetzes als auch von der Frequenz des Primärnetzes einzeln gesteuert werden, und zwar mit einer Steuerspannung, deren Frequenz gleich der Summe oder der Differenz der Frequenzen beider Netze ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1 für Umformung von Mehrphasenstrom gegebener Frequenz in solchen anderer Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Phase des einen Netzes eine der Phasenzahl des anderen Netzes gleiche Zahl von Entladungsstrecken für beiderlei Stromrichtungen oder ein Vielfaches davon zugeordnet ist, die mit den Netzen und unter sich galvanisch, induktiv oder kapazitiv gekoppelt sind und derart gesteuert werden, daß der Stromdurchgang beim Schließungsstromumformer oder die Stromsperrung beim Öffnungsstromumformer durch die jeweils an eine Phase des einen Netzes angeschlossenen Entladungsstrecken in gleichen Zeitabständen nachein- ander während jeweils eines gleichen Bruchteiles einer Periode der Steuerspannung, der der Phasenzahl des anderen Netzes (Bezugsnetz) reziprok ist, und bei den Nachbarphasen in gleicher Weise, aber mit einer der Phasenzahl des ersten Netzes entsprechenden Verschiebung erfolgt.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit den Leitungen des einen Netzes Selbstinduktionen (L^) und im Nebenschluß zu den Leitungen des anderen Netzes Kapazitäten [Cy) liegen, wobei die Selbstinduktionen derart bemessen sind, daß sie auf Ströme höherer Frequenz als der Betriebsfrequenz drosselnd wirken und die Kapazitäten derart, daß sie die höheren Harmonischen der Spannung unterdrücken.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 2 und 3 für Schließungsstromumformer, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugsnetz die Kapazitäten enthält.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 2 und 3 für Öffnungsstromumformer, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugsnetz die Selbst-Induktionen enthält.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als in Reihe liegende Selbstinduktion (L-) die Streureaktanz von zur Umformungseinrichtung gehörenden Transformatoren dient.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, insbesondere für die Erzeugung von Wechselstrom regelbarer Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Kurzschlußstrombegrenzung Transformatoren mit weicher Charakteristik verwendet sind.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit den Selbstinduktionen (L^ Kapazitäten (C-) und parallel zu den Kapazitäten (Cy) Selbstinduktionen (Ly), gegebenenfalls unter Verwendung von Transformatorwicklungen, geschaltet sind.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen- oder Parallelschaltung von Selbstinduktion und Ka-

   pazität (Z.-, C^ bzw. Ly, Cy) auf Resonanz mit der zugehörigen Netzfrequenz abgestimmt ist.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 2 oder folgenden, insbesondere bei Öffnungsstromumformern, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe oder im Nebenschluß zu den einzelnen Entladungsstrecken Reihen- bzw. Parallelschaltungen von Selbstinduktionen und Kapazitäten angeordnet sind (Abb. 14 und 18).
11. 11. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden bei Schließungsstromumformern, dadurch gekennzeichnet, daß jede Entladungsstrecke mit den zugehörigen Phasen beider Netze transformatorisch verbunden ist (Abb. i).
12. 12. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden bei Schließungsstromumformern, dadurch gekennzeichnet, daß bei Spannungsübersetzung 1:1 die einzelnen Entladungsstrecken ohne Transformatoren unmittelbar mit den Netzen verbunden sind (Abb. 2).
13. 13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Admittanzseite ein Sternpunkt durch besondere Drosselspulen (L_x) hergestellt ist (Abb. 2).
14. 14. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden bei Schließungsstromumformern, dadurch gekennzeichnet, daß jede Phase des einen Netzes (z. B. Sekundäxnetzes) unmittelbar über die Entladungsstrecken mit der in Stern geschalteten Sekundärwicklung des dem andern Netz (Primärnetz) zugeordneten Transformators verbunden ist (Abb. 4 oder Abb. 3).
15. 15. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden bei Schließungsstromumformern, dadurch gekennzeichnet, daß die jeder Entladungsstrecke zugeordneten Transformatorwicklungen entweder in bezug auf das eine Netz (Abb. 5) oder auf das andere Netz (Abb. 7) in Reihe geschaltet sind.
16. 16. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterkreise eine rechteckförmige Steuerspannung erhalten, die unter Verwendung eines Steuerkommutators (423) und zweier in Reihe geschalteter Gleichstromquellen (Hilfsgleichrichter 433+ und 433_), deren elektrische Mitte gleiches Potential wie die Bezugshauptelektrode hat, erzeugt wird.
17. 17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsetzen des Stromes in jeder Hauptentladungsstrecke durch Entladen eines Kondensators (C,-²) über ein Steuerventil (403) beschleunigt wird.
18. 18. Anordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß in die Gitterkreise zusätzlich eine der erzeugten Wechselspannung proportionale Steuerwechselspannung eingefügt ist.

    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen