DE625599C - Einrichtung zur Umwandlung trapezfoermiger Wechselspannungskurven von Um- und Wechselrichtern in sinusaehnliche - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Umwandlung trapezförmiger Wechselspannungskurven von Um- und Wechselrichtern in sinusähnliche Zur Energieumformung werden bekanntlich neuerdings Stromrichter, also ruhende Apparate mit elektrischen Ventilen, verwendet. Die Umformung von Drehstrom in Einphasenwechselstrom beliebiger Frequenz geschieht mittels gittergesteuerter Umrichter, die Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom beliebiger Frequenz mittels gittergesteuerter Wechselrichter.
• Es sind Umrichterverfahren bekannt, bei denen jede Halbwelle der zu erzeugenden Wechselspannung zunächst aus gleichen Amplituden derDrehstromspannungenzusammengesetzt wird, wobei man eine trapezförmige Kurve der Wechselspannung erhält. Urn schließlich eine sinusähnliche Spannung am @'tnrichter zu erhalten, überlagert man entweder der Trapezkurve .die fehlenden Oberharmonischen durch besondere Einrichtungen, z. B. Zusatztransformatoren, umlaufende Maschinen und zusätzliche gittergesteuerte Stromrichter, oder man entzieht der Trapezkurve durch Schwingungskreise aus Kondensatoren und Drosselspulen ihre Oberwellen in solcher Zahl und Größe, daß eine sinusähnliche Spannung übrigbleibt.
• Ferner sind Wechselrichterverfahren bekannt, bei denen gleichfalls zunächst rechteckbis trapezförmige Halbwellen der zu erzeugenden Wechselspannung gebildet werden. Die Umformung in eine Sinusform geschieht wieder unter Verwendung zusätzlicher Schwingungskreise oder umlaufender Maschinen.
• Erfindungsgemäß wird die sinusförmige Um- oder Wechselrichterspannung ohne zusätzliche Apparate erzeugt. Zür Umwandlung der zunächst trapezförmigen Kurvenform in eine sinusähnliche "sind die von den I?ni- und Wechselrichtern gespeisten Transformatoren in bestimmter Weise eisengesättigt ausgeführt.
• Bekanntlich nimmt ein stärk gesättigter Transformator einen spitzförmigeiz Magnetisierungsstrom- auf. Letzterer enthält also Oberwellen, von denen die dritte Harmonische am ausgeprägtesten ist. Die Oberwellen erzeugen an vorgeschalteten Induktivitäten Spannungsabfälle, die sich von der Ausgangsspannung derart abziehen, .daß letztere bei ursprünglich sinusähnlichemVerlauf spitzförmig wird. In ähnlicher Weise läßt sich erreichen, daß eine trapezförmige Ausgangsspannung sinusähnlich wird. Soll z. B. ein Umrichter eine sinusförinige Spannung abgeben, so wird der Ausgangstransformator des Umrichters mit genau bemessener Eisensättigung ausgeführt. Ferner wird dafür gesorgt, daß sich vor dem Transformator ausreichende Induktivitäten befinden. Der Transformator- nimmt, weil er im Sättigungsgebiet arbeitet, einen Magnetisierungsstrom i," spitzer Kurvenform auf, der darstellbar ist durch i" = iN, --f- i" _-_ I", # sin (oi t) - I"., # sin (3 a) t) . Durch die Komponente dreifacher Verbraucherfrequenz tritt an .den vorgeschalteten Drosseln oder an der konzentriert angeordnet gedachten Streuinduktivität L, ein Spannungsabfall von der Größe auf. Die Spannung eL am Transformator, hervorgerufen durch die Grundwelle und die Koma ponente dreifacher Frequenz des Magnetisierungsstromes, hat die Größe Ist e = El cos (c) t) - ES cos (3 co t) die treibende trapezförmige Spannung in dem aus Spannungsquelle und Primärwicklung des Transformators gebildeten Kreis, so gilt für diesen Kreis Die Spannung am Transformator hat daher die Größe Wird nun erfindungsgemäß 3 # co LS # L,,x3 = E3 gewählt, so erhält die Ausgangstransformatorspannung Sinusform.
• Um zusätzliche Induktivitäten zu sparen und mit den im Netz vorhandenen auszukommen, kann die Umformung der Spannungskurvenform in mehreren Stufen vorgenommen werden, und zwar folgendermaßen: Der Wechsel- oder Umrichter diene z. B. dazu, ein Bahnnetz mit Einphasenwechselstrom von z623 Hz zu versorgen. Der Anschluß an das Bahnnetz erfolgt über einen Ausgangstransformator am Wechsel- oder Umrichter. Der Ausgangstransformator ist gesättigt und erhält primärseitig eine trapezförmige Wechselspannung. Die Spannungsabfälle der Oberwellen des Magnetisierungsstromes an der Streuinduktivität des Transformators bewirken, daß dieWechselspanntuig auf der Sekundärseite des Ausgangstransformators bereits von der Trapezform zur Sinusform überzugehen beginnt. Die, endgültige Umformung geschieht auf dem Wege zum Verbraucher, der eine elektrische Lokomotive sei. Der Lokomotivtransformator ist zu diesem Zweck gesättigt. Die 'von ihm aufgenommenen Oberwellenströme erzeugen an den Induktivitäten der Fahrleitung und an der Streuinduktivität des Lokomotivtransformators weiters Spannungsabfälle, und man erhält bei der erfindungsgemäß bemessenen Sättigung aller in Betracht kommenden Induktivitäten schließlich auf der Sekundärseite des Lokomotivtransformators eine sinusförmige Wechselspannung, wie sie mit Rücksicht auf die Kommutierung derBahnmotoren erforderlich ist.
• Die Umformung der Spannungskurvenform in mehreren Stufen, wie beschrieben, hat außer der Ersparnis zusätzlicher Induktivitäten und außer einem besseren Leistungsfaktor der Anlage den Vorteil, daß man stark gesättigte Fahrzeugtransformatoren verwenden und somit an Fahrzeuggewicht sparen kann. Daß hierbei die Spannungskurve am Stromrichterausgangstransformator noch von der Sinusform abweicht, ist belanglos. Denn wichtig ist nur, daß am Verbraucher, z. B. am empfindlichen Lokomotivmotor, eine sinusartige Spannung zur Verfügung steht.
• Die Regelung der Spannungskurvenform erfolgt selbsttätig. Steigt die Zahl der eingeschalteten Lokomotiven, so würde bei gleichbleibender Höhe der Fahrdrahtspannung die Kurvenform infolge der vermehrten Oberwellenströme im Netz spitz werden. Da aber mit steigender Zahl der eingeschalteten Lokomotiven die Spannung sinkt, nimmt auch die Sättigung ab, und die Kurvenform der Verbraucherspannung bleibt annähernd konstant.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Umwandlung trapezförmiger Wechselspannungskurven von Um- und Wechselrichtern in sinusähnliche Spannungskurven mittels eisengesättigter Transformatoren, gekennzeichnet durch einen solchen Sättigungsgrad der Transformatoren in den von den Stromrichtern gespeisten Stromkreisen, daß eine diesen Transformatoren zugeführte Wechselspannung von trapezförmigem zeitlichem Verlauf infolge des durch den Magnetisierungsstrom dreifacher Frequenz in der Streuinduktivität des Transformators hervorgerufenen Spannungsabfalls in eine Wechselspannung von sinusförmigem zeitlichem Verlauf umgewandelt wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i zur stufenweisen Umformung der Spannungskurvenform in mehreren Stufen, gekennzeichnet durch eine Reihenschaltung der Transformatorinduktivitäten.
3. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umformung der Spannungskurvenform zusätzliche Induktivitäten (Vorschaltdrosseln) benutzt werden.