DE638332C - Anordnung zur unmittelbaren Umformung von Mehrphasenstrom einer Frequenz in Ein- oder Mehrphasenstrom anderer Frequenz unter Verwendung eines Mehrfachumrichters - Google Patents

Description

Es gibt bereits eine Reihe von Verfahren, um mit Hilfe von besonderen Schalteinrichtungen, z. B. umlaufenden Quecksilberstrahlen, gesteuerten Entladungsstrecken o. dgl., Mehrphasenstrom einer Frequenz in Ein- oder Mehrphasenstrom anderer Frequenz unmittelbar umzuformen. Diese Verfahren stimmen grundsätzlich darin überein, daß durch das Schalten von einer der gewünschten Frequenz angepaßten Anzahl von Teilstücken aus den primären Phasenspannungen und das zeitliche Aneinanderreihen dieser Teilstücke die gewünschte Spannungskurve erzeugt wird. Die Unterschiede der bisher bekannten Verfahren beziehen sich auf die verschiedenen Möglichkeiten, die nach der vorbeschriebenen Schaltweise erzielte trapezähnliche Spannungskurve einer gewollten, vorwiegend sinusförmigen Spannimgskurve anzunähern.

» Nach dem ältesten Verfahren, das auf Grund der amerikanischen Patentschrift ι 193485 bekannt ist, wurde hierzu die Spannungsabstufung der Transformatorwicklung benutzt, die es gestattet, an Stelle gleich großer Teilstücke ungleich große Teilstücke der Spannungskurve der primären Phasen aneinanderzureihen und dadurch die Form der Sekundärspannung zu beeinflussen. Als Ausgangsstromart ist hierfür jeder beliebige Mehrphasenstrom verwendbar. Man kann nun, wie bereits weiter vorgeschlagen wurde, mindestens zwei Umrichter — Teirumrichter genannt — vorsehen, wobei aus dem Primärnetz je 'eine verschiedenartige Spannungskurve der gewünschten Frequenz erzeugt wird. Diese untereinander verschiedenen Einzelspannungen werden nach Form und Höhe so ausgebildet, daß sie — entweder in den Entladungsstromkreisen selbst oder transformatorisch auf der Sekundärseite zusammengesetzt — eine möglichst gute Annäherung an die gewünschte Spannungskurve ergeben.

Die vorliegende Erfindung schlägt einen neuen Weg ein, um das angegebene Ziel zu erreichen. Sie geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die Periodenumformung aus Einphasenstrom unter Verwendung von Zweiphasenschaltungen in Einphasenstrom 'in der zuerst erwähnten Weise ein besonders einfaches Verfahren darstellt, und daß dabei außerdem die Anoden und die zugehörige Transformatorwicklung besonders günstig ausgenutzt werden. Andererseits ist naturgemäß der Oberwellengehalt bei zweiphasiger Speisung größer als bei dreiphasiger Speisung, entsprechend bei dreiphasiger Speisung größer als bei vierphasiger Speisung usw. Würde man die von den Teilumrichtern gelieferten Wechselspannungen aus primären Phasenspannungen derselben Phasenlage aufbauen, so würde sich keine günstige Kurvenform für die Gesamtspannung ergeben.

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Richard Tröger in Berlin-Zehlendorf.

Die Erfindung geht von der Annahme aus, daß primärseitig wie üblich eine Mehrphasenstromquelle vorhanden ist. Der Einfachheit halber möge ein Zweiphasennetz 90⁰ Phasenverschiebung (bekanntlich ist

solche Stromart aus jedem Mehrphasenstrm^ durch eine entsprechende Schaltung des?«? Transformators herstellbar) vorausgesetzt werden. Dann wird mittels jeder dieser Phasen und zugeordneter Entladungsstrecken eine Wechselspannung gewünschter Frequenz geliefert. Beide Phasen erzeugen zwei Einphasenspannungen, die untereinander gleich oder verschieden sein können und dadurch ausgezeichnet sind, daß sie eine abweichende Phasenlage besitzen. Diese Einzelspannungen werden in passender Weise zusammengesetzt, so daß man als Resultierende eine Einphasenspannung derselben gewünschten Frequenz erhält. Da die Einzelspannungen zwar gleichartig aufgebaut sind, .aber gegeneinander phasenverschoben sind, so läßt sich die resultierende Spannung sehr weitgenend der gewünschten Spannungsform annähern, insbesondere dann, wenn man gleichzeitig von der Möglichkeit Gebrauch, macht, Form und Größe jeder Einzelspannung für sich, in bekannter Weise zweckentsprechend auszubilden, d. h. man kann erhebliche Abweichungen der Augenblicks werte der Istkurve von denen der Sollkurve vermeiden.

Abb. la und ib stellen beispielsweise die beiden Teilspannungen dar, die von zwei je zweiphasig gespeisten TeÜumrichtern bei einer Frequenzübersetzung von 3:1 erzeugt werden. Für beide Kurven ist ein aus abgestuften Phasenspannungen ztisammengesetzter, im übrigen gleichartiger Vierlauf angenommen. Da zwischen den primären Phasenspannungen der beiden Teilumrichter eine Phasenverschiebung von ß_t = 90⁰ besteht, ergibt sich sekundärseitig eine entsprechende von ß₂ = 30°. Die stark ausgezogene Kurvet/ von Abb. ic zeigt den resultierenden Spannungsverlauf, der durch Zusammensetzen der beiden Einzelspannungen gemäß Abb. la und ib entsteht. Man erkennt die Kurvenverbesserunjg, die die gegenseitige Phasenverschiebung der beiden Einzelspannungen bei der Zusammensetzung hervor ruft. Die Zusammensetzung der verlangten Spannungskurve aus mindestens zwei phasenverschobenen Teüspannungen bietet neben der Bemessung von Größe und Form der Einzelkurven der Tieilumrichter ein zusätzliches Mittel, die' Summenkurve nach Wunsch zu formen und anzunähern.

Die Abb. 2, 3 und 4 zeigen verschiedene Schaltmöglichkeiten, um aus Zwei- oder Dreiphasenstrom Einphasenstrom verschiedener Frequenz nach dem vorbeschriebenen Verfah-■ ren zu erzeugen.

Bei dem in Abb. 2 dargestellten Beispiel wird mit Hilfe der Scott-Schaltung zunächst aus Drehstrom Zweiphasenstrom hergestellt, ·> und zwar das um 90⁰ versetzte Phasenpaar R₁ 0 S₁. Gχ und Gs stellen die Schaltvordar, um die aneinanderzureihenden p der Phasenspannungen herauszuschneiden; sie sind hier als gittergesteuerte Dampfentladungsgefäße angenommen. Die Phase R₁ ■erzeugt die Teilspannung Abb. la und S₁ die Teilspannung Abb. ib. Tr₂ zeigt eine Schaltung des Sekundärtransformators. Er ist als Zweiphasentransformator mit freiem magnetischem Rückschluß angenommen mit den beiden (im vorliegenden Beispiel um 30⁰ versetzten) Phasen R₂ und S₂. Die Sekundärwicklungen dieser Phasen sind in Reihe geschaltet, so daß ihre Spannungen addiert werden. Da die Kathoden beider Gefäße auf glei- chem Potential gehalten werden können, so lassen sie sich zu einem einzigen Gefäß mit der gleichen Gesamtzahl von Anoden vereinigen, was in manchen Fällen vorteilhaft sein kann. Häufig ist es auch vorteilhaft, die Zusammensetzung der Teüspannungen durch magnetische Verkettung der Teilumrichter, insbesondere durch Spannungs- bzw. 'Stromteiler, vorzunehmen.

Die Abb. 3 und 4 zeigen ein Beispiel, um mit Hufe von drei Teilumrichtern 7, 8 und 9 im Sinne der vorliegenden Erfindung Einphasenstrom aus Dreiphasenstrom herzustellen. Man erhält dabei auf der Einphasenseite drei phasenverschobene Einzelspannungen Urs, Usr> Urx, die zusammengesetzt eine gewünschte Spannungskurve U geringer Oberwelligkeit ergeben. Wie Abb. 4 zeigt, wird die Annäherung an eine Sinusform bereits weitgehend erreicht, wenn man Einzelspannungen von der einfachen Form verwendet, wie sie Abb. ia und ib darstellen, zu deren Erzeugung, wie aus Abb. 2 ersichtlich ist, je vier Entladungsstrecken mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung genügen.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß man gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Teilspannungen auch dadurch in der Kurvenform verändern kann, daß man die Stücke der Phasenspannungen, aus denen sie "o zusammengesetzt sind, mit Hilfe des Gitters oder ähnlich wirkender Einrichtungen verschieden aussteuert. Bei den dargestellten Beispielen sind jedoch voll ausgesteuerte Stücke von Phasenspannungen angenommen worden.

Um einen elastischen Betrieb des Umrichters zu erzielen, wird zunächst die Schaltvorrichtung zur Erzeugung der Einzelspannungen bei entsprechender Vergrößerung der Zahl der Transformatoranzapfungen und der Entadungsstrecken so ausgeführt, daß jeder Teil-

umrichter für sich elastisch arbeiten kann. Um die Phase der verlangten Nutzspannung gegenüber der Phasenlage der Ausgangsspannung zu verschieben, wird dann in der Weise verfahren, daß die einzelnen Umrichterspannungen nicht gleichzeitig, sondern nacheinander verschoben werden. Dadurch wird der Vorteil erreicht, daß der Winkel, um den die Phasenlage bei der Umschaltung verändert ίο wird, kleiner ausfällt.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur unmittelbaren Umformung von Mehrphasenstrom einer Frequenz in Ein- oder Mehrphasenstrom anderer Frequenz unter Verwendung eines Mehrfachumrichters, dadurch gekennzeichnet, daß jede der von den Teilumrichtern gelieferten gleichfrequenten Teilspannungen aus je einer Phase des primären Mehrphasennetzes, zweckmäßig unter Verwendung von Zweiwegschaltungen, gebildet ist, daß die vorzugsweise gleichartig ausgebildeten Teilspannungen gegeneinander phasenverschoben sind, und daß die Kurvenform der Teilspannungen derart ausgewählt ist, daß die durch die Zusammensetzung der Teilspannungen erstrebte Anpassung der Nutzspannung an die gewünschte Kurvenform möglichst weitgehend erreicht wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung dfer." -Teilspanntmgen durch. Reihenschaltung* erfolgt.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Teilspannungien durch magnetische Verkettung der Teilumrichter, insbesondere durch Spannungs- bzw. Stromteiler, erfolgt.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilumrichter für elastischen Betrieb ausgebildet sind und die Steuereinrichtungen der Teilumrichter derart durchgeführt sind, daß im elastischen Betrieb die Teilspannungen nicht gleichzeitig, sondern nacheinander die Phasenlage derart wechsein, daß die kleinsten Phasenverschiebungen zwischen der vom Gesamtumrichter gelieferten Spannung und der Spannung des speisenden Netzes bestehen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen