DE623131C - Regelung von Frequenzumformern - Google Patents

Description

In dem Patent 621 659 ist >ein Frequenzumformer behandelt, der zur Umformung eines Mehr- oder Einphasensystems in ein Mehr- oder Einphasensystem anderer Frequenz dient. Die Wirkungsweise desselben, beruht auf einer mechanischen Umwandlung der zur Verfügung stehlenden Leistung und Rückwandlung derselben in elektrische Leistung anderer Frequenz vermittels Induktion von. Spannungen in der feststehenden Sekundärwicklung, wobei eine Oberwelle des Primärfeldes, die durch die Läuferpolzahl gegeben ist, als Erreger wirkt.

Gegenstand dieser Erfindung ist das Verfahren zur EinsteEung und Beeinflussung der sekundären Betriebsgrößen des Umformers, ohne dabei den primären Leistungsfaktor, zu vers chlechtern.

Die im genannten Patent sowie in dessen Hauptpatent 599 509 angegebenen Konstruktionsmaßregeln führen im allgemeinen zu Frequenzumformem,' deren sekundäre Betriebsgrößen stark veränderlich sind und je nach dem Vierwendungszweck eine gewisse Labilität oder Stabilität entfalten sollen.

Für das wichtige Anwendungsgebiet der Lichtbogenschweißung wird beispielsweise eine stark abfallende Kurzschlußstromcharakteristik verlangt, wobei der Kurzschlußstrom bei gegebenen. Abmessungen des Umformers ein wirtschaftliches Maximum erreichen und dessen Regelung für verschiedene Elektrodendurchmesser nach abwärts, womöglich stetig, in weiten Grenzen erfolgen soll.

Es ist bekannt, daß die Einschaltung von Drosseln und induktiven Widerständen eine gute Regelung der Sekundärbetriebsgrößen ermöglicht. Ihr Nachteil ist bei Transformatoren und auch bei manchen anderen Drehtransformatoren der schädigende Einfluß auf den primären Leistungsfaktor. Dieser Nachteil tritt bei dem in Frage stehenden rotierenden Einankerumformer nach dem Hauptpatent ebenfalls auf, wenn die Drosseln im primären Teil angeordnet werden. Dagegen fällt dieser Einfluß weg, wenn die Drosseln in den Sekundärkreis geschaltet werden, da durch die mechanische Kraftübertragung von der Primärseite auf die Sekundärseite sich die sekundäre Blindleistung nicht auf das Primärnetz überträgt.

Durch diesen Umstand ist 'eine Regelungsmöglichkeit vermittels Drosseln um so eher gegeben, als solche Drosseln auch derart gebaut werden können, daß sie z. B. durch Verdrehen oder Verschieben eines Eisenkerns eine Stetigkeit in gewissen Grenzen der Regelung zulassen. Die Drosselspulen selbst kön-

men verschieden geschaltet werden, so parallel oder in Serie, um dadurch Zwischenbereiche für den Sekundär strom, ζ. Β. Schweißstrom, zu erhalten und mit einer kleineren Drosselspule auszukommen.

Solche Drosselspulen können nicht nur für den Frequenzumformer nach dem Hauptpatänt, sondern auch für andere Umformer Anwiendung finden, wenn bei der Umformung ίο mechanische Energie zur Induktion im Sekundärkreis Verwendung findet. Bild ι zeigt ein© besonders vorteilhafte, an sich, bekannte Drossel, die aus einem inneren Teil ζ und einem äußeren Teilß besteht,, die gegenleinander verdrehbar sind und mindestens je zwei ausgeprägte Pole besitzen. Der 'eine ν der beiden Teile trägt die mit der Sekundärwicklung des Umformers in Reihe geschaltete Drosselwicklung U_x, d₂, d₃, ά±. Die Drosselwirkung ist am kleinsten, wenn die Mittellinien der Pole des inneren Teiles mit den Mittellinien der Pollücken des äußeren Teiles zusammenfallen; sie kann durch, gegenseitige Verdrehung der beiden Teile vergrößert werden bis zu dem größten Wert, der auftritt, wenn die Mittellinien der Pole beider Teile zusammenfallen.

Zweckmäßig werden hierfür die Polbogen der Drosselspule der beiden Einzelteile, wie Fig. ι zeigt, !deiner als die halbe Polteilung bemessen, damit die Drosselwirkung in der . Stellung, in der die Mittellinie' der Pole des 'einen Teiles mit der der Pollücken des ande-. ren zusammenfällt, möglichst klein sei. Noch wirksamer ist in dieser Hinsicht die Anordnung einer oder mehrerer Kurzschlußwindungen k in dem unbewickelten Teil, 'dessen Achse mit der Mitte der Pollücken des unbewickelten Teiles zusammenfällt. Diese Kurzschlußwindungen können 'entweder in den PoI-schuhen angeordnet werden oder auch nur die Pollücke umschließen. Es. können auch beide Teile polig bewickelt sein; in diesem Falle sind die beiden Teile um 'eine volle PoI-teilung zu verdrehen, um die äußersten Grenzen der Drosselwirkung zu erhalten.

Der Regelbereich des Sekundärstromes ist aber hierbei in den meisten Fällen noch nicht ausreichend, wenn die Drossel nicht 50. unverhältnismäßig groß· werden soll. Um ihn zu erweitern, kann die Drosselwicklung in mehrere gleichwertige Teile unterteilt werden, die bei größter Drosselwirkung in Reihe und bei kleinster .Drosselwirkung parallel geschaltet sind. Dazwischen kann man noch durch gemischte Schaltung weitere Bereiche einfügen. Solche Schaltungen sind bei vier Wicklungsabteilungen d_t, d₂, d₃, d_A in Bild 2 dargestellt. Der Sekundärstrom kann für jede der hier angegebenen Schaltungen stetig zwischen den Grenzwerten eingestellt werden.

Neben dieser Regelung durch Drosselspulen kann auch eine Änderung der effektiven primären Windungszahl, kombiniert mit Änderung der Sekundärwindungszahl durchgeführt werden.

• Statt die Windungszahl zu ändern, kann die Magnetisierung und auch die Spannung auf der Sekundärsieite auch durch Transformatoren, zweckmäßig Spartransformatoren, geändert werden, die gleichzeitig als Drossel wirken.

So stellt Bild 3a z. B. die Schaltung des Spartransformators T in Verbindung mit der Sekundärwicklung S des Umformers und dem Lichtbogen L an der Schweißstelle eines Schweißumformers dar, um den Schweißstrom herabzusetzen. Durch Abschalten der unte- . ren Verbindung am Transformator T (Bild 3b) kann der Sekundärstrom weiter verringert werden; die oberen Windungen des Transformators T wirken als Drossel.

Auf der Sekundärseite läßt sich der Regeltransformator mit 'einer Drosselregelung vereinigen, so daß zwischen den Spannungsstufen des Transformators noch" eine stetige Regelung durch die Drossel 'möglich ist. Eine solche. Einrichtung ist beispielsweise in. Bild 4 dargestellt. S ist die Sekundärwicklung des Umformers, die auf die Spule S₁ go des Transformators T geschaltet ist. Die übrigen Spulen des Transformators S₂ bis S₅ sind nun zum Teil, hier beispielsweise zur Hälfte, auf dem anderen Kern des Transformators angeordnet, um durch gegenseitige Streuung zwischen Spulen auf verschiedenen Kernen, die durch Verschiebung des mittleren Kerns M geändert werden kann, den Spannungsverlust regeln zu können. In der 'eingezeichneten Stellung des Kontaktapparates /C ist der Strom sekundär am größten, durch Verschiebung des Gleitkontakts um eine Stufe nach unten wird die Spule S₂ eingeschaltet; der Strom kann, durch Verschieben des Kerns M von seinem höchsten Wert in dieser Stufe auf einen gewissen Betrag, der der tiefsten Stellung des Kerns M entspricht, stetig geregelt werden. Zur weiteren Verringerung des Sekundärstromes wird der Gleitkontakt auf die dritte Stufe verschoben, so daß die SpulenS₁, no S₂, S₃ 'eingeschaltet sind, wobei die Streuung zwischen den Spulen S₁ und S₃ verschwindend klein wird. Es wird zunächst der Keniii nach oben verschoben, der Strom hat auf diesier Stufe seinen größten Wert und kann stetig durch Verschieben des Kerns nach unten geregelt werden. Ähnlich wirken dann die übrigen Stufen.

Eine Abänderung dieser Regelung ist in Bild 5 dargestellt, wobei abwechselnd auf 'einer Stufe immer nur Spulen des linken Kernes eingeschaltet sind, die gegenüber der

SpTiIeS₁ keine merkliche .Streuung· haben, auf den anderen Stufen aber auch. noch, eine Spule des rechten Kernes eingeschaltet ist, deren Streuung- durch Änderung des Leitwertes zwischen den beiden Seitenkernen geregelt werden kann. Diese Regelung wird hier beispielsweise durch Verdrehen des Eisenteiles/ in der Mitte des mittleren Kernes bewirkt. Dieser Eisenteil ist ähnlich auszubilden wie .der innere Teil? in Bild i. Noch wirksamer ist die Einrichtung nach Bild 4 und 5, wenn die Spulen, die dort auf dem rechten Kern liegen, auf dem mittleren Kern angeordnet werden.

Die Änderung der Magnetisierung des Umformers durch die wirksame Windungszahl kann bei Umformern, die primär für Dreiphasenstrom bestimmt sind, beispielsweise auch in der Weise erfolgen, daß die Wicklungsstränge von Stern in Dreieck umschaltbar sind. Bei Umformung auf dreifache Frequenz würden bei Dreieckschaltung' die Feldoberwellen, welche Ströme dreifacher und vielfacher Frequenz davon induzieren, durch Ausgleichströme in der Dreieckwicklung abgedämpft werden. Dies ist vermeidbar, wenn der Wicklungsfaktor der dritten Welle (und der Vielfachen von 3) bei Null liegt. Bei Spulen gleicher Weite mit einer Spulenweite gleich ²/₃ der Polteilung der Primärwicklung ist dies der Fall. Dieselbe Maßnahme ist nötig, wenn, wie bei Zweiphasenströmen die Regel ist, jeder der Wicklungsstränge unmittelbar am Netz liegt, so daß sich die Dämpferströme dieser Wicklungsstränge über das Netz von geringem Widerstand schließen können.

Die beschriebenen Regeleinrichtungen können auch unabhängig zur allgemeinen Regelung der Sekundärbetriebsgrößen verwendet werden.

Claims (12)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Einstellung und Regelung der sekundären Betriebsgrößen von Frequenzumformern nach Patent 621659, bei welchen die Frequenzumformung durch Umwandlung elektrischer Energie aus einem speisenden Netz in mechanische und Rückwandlung derselben in elektrische Energie durch Induktion in der Sekundärwicklung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärkreis Induktivitäten geändert werden.
2. 2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drosselspule vorgesehen ist, die aus zwei gegeneinander verstellbaren Teilen besteht.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Teil mindestens zwei ausgeprägte Pole hat und der Polbogen der Drosselspule kleiner als die halbe Polteilung derselben ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teil bewickelt, der andere unbewickelt ist und der unhewickelte Teil Kurzschlußwindungen trägt, deren Achse in der Polmitte des unbewickelten Teiles liegt.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselwicklung unterteilt und parallel, in Reihe oder gemischt geschaltet ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Teil der Drosselspule axial verschiebbar ist.
7. 7. Verfahren nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Windungszahl der Primärwicklung des Frequenzumformers verändert wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7 für konstantes Spannungsübersetzungsverhältnis, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig die Sekundärwindungszahl geändert wird.
9. 9. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, 7 und 8, .dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung mit Spulen gleicher Weite und mit verkürztem Schritt ausgeführt ist und der Wicklungsfaktor, der der Polzahl der Sekundärwicklung entspricht, Null oder annähernd Null ist.
10. 10. Verfahren nach Anspruch ι,.γ und 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei groben Regelstufen eine feine stetige Regelung· durch Drosselspulen vorgenommen wird.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung der Magnetisierung und der sekundären Spannung bzw. des Stromes durch Transformatoren, zweckmäßig Spartransformatoren, vorgenommen wird.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator auch als Drosselspule dient.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen