DE646827C

DE646827C - Mehrfachumrichter

Info

Publication number: DE646827C
Application number: DEA73337D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Karl Kettner; Dr-Ing Gustav Reinhardt
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1934-06-05
Filing date: 1934-06-05
Publication date: 1937-06-22

Description

In der Technik der Umrichter, d. h. Einrichtungen zur unmittelbaren Umformung von Wechselstrom einer Frequenz, insbesondere Drehstrom der Frequenz 50 Hz, in Wechselstrom anderer Frequenz, insbesondere Einphasenstrom der Frequenz i6²/₃ Hz, mittels gesteuerter Entladungsstrecken, vorzugsweise gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsstrecken, hat man bekanntlich in neuerer Zeit die einfachen Umrichter verlassen und ist zu den sogenannten Mehrfachumrichtern übergegangen, die in jeder Hinsicht, besonders aber bei großen Leistungen, den einfachen Umrichtern überlegen sind.

Bei diesen Mehrfachumrichtern handelt es sich um Anordnungen, bei denen mindestens zwei Teilspannungen gleicher Frequenz, aber verschiedenartiger Kurvenform von je einem vollständigen Umrichter geliefert und addiert

ao werden.

Vorliegende Erfindung stellt eine Weiterbildung der Mehrfachumrichter in verschiedener Hinsicht dar. So wird beispielsweise bezweckt, bei elastischem Betrieb die Größe ^des Phasensprunges zu verringern und andererseits, dies gilt sowohl für starren als auch elastischen Betrieb, die Kurvenform der erzeugten Spannung zu verbessern. Erfindungsgemäß besteht der Mehrfachumrichter aus mindestens zwei Teilumrichtern, die zwei.

Teilspannungen gleicher Frequenz und wenigstens annähernd gleicher Kurvenform, aber im allgemeinen voneinander abweichender Phasenlage liefern. Vorteilhaft ist es, jede der Teilspannungen ihrerseits aus zwei Teilspannungen gleicher Frequenz, aber verschiedenartiger Kurvenform zu bilden.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die nachstehend ausführlicher erläutert werden 40' sollen.

In Abb. ι der Zeichnung sind schematisch drei Teilumrichter U₁, U₂ und U₃ dargestellt, die zur elastischen Umformung von Drehstrom (von z. B. 50 Hz) in Einphasenstrom (von z. B. l6²/_s Hz) dienen und die normalerweise im Betrieb gegeneinander phasenverschobene Teilspannungen liefern. So ist z. B. in Abb. 2 veranschaulicht wie U₁ und U₃ mit Phasenvoreilung bzw. Phasennacheilung gegenüber U₂ arbeiten und Teilspannungen e_l3 e₂ und e_s liefern, wobei e_s = Y₂ (^i + ^s) ist. Die Parallelarbeit von U₁ und LT₈ ist im vorliegenden Fall durch einen Spannungsteiler D sichergestellt. Zu .den Arbeitsmöglichkeiten bei drei Teilumrichtern wird noch, bemerkt, daß bei elastischem Betrieb eine mehr oder minder kurze Zeit alle drei Teilumrichter gleichphasige Teilspannungen wenigstens annähernd gleicher Kur-

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Karl Kettner in Berlin-Lankwitz und Dr.-Ing. Gustav Reinhardt in Berlin-Frohnau.

venform liefern. Im allgemeinen wird es aber derart sein, daß die Teilspannungen entweder alle drei abweichende Phasenlage aufweisen '"vgl. Abb. Z) oder zwei gleiche Pha-Jen lage haben und die dritte eine abweichende Phasenlage aufweist. Man kann dadurch, beispielsweise bei sechsphasigen Speisewicklungen, den Phasensprung von 60', bezogen auf die 50-Hz-WechseIspannung. auf 2O~ verringern.

Das genaue Schaltbild eines Mehrfachumrichters im Sinne vorliegender Erfindung ist aus Abb. 3 der Zeichnung zu ersehen. Sämtliche Entladungsstrecken sind an dieselbe in Stern geschaltete Wicklung des Drehstromtransfonnators V und an dieselbe Wicklung des Einphasentransformator H angeschlossen. Jedem der Teilumrichter sind zwei mehranodige Entladungsgefäße 1', 1" bzw. 2', 2" bzw. 3', 3" zugeordnet. Für jede Halbwelle des von den Umrichtern 1 und 3 gelieferten Stromes ist ein Spannungsteiler D' bzw. D" vorgesehen.

Im allgemeinen wird es sich empfehlen, und zwar mit Rücksicht auf die einfachere Durchführung und Überwachung des Betriebes, an Stelle der Anordnung nach Abb. 3 eine solche gemäß xA.bb. 4 zu verwenden, die für jeden Teilumrichter eine besondere Wicklung V₁ bzw. Va bzw. V_s auf dem Drehstromr transformator vorsieht. Es ergeben sich dann nur zwei mehranodige Gefäße G' und G". Für den ordnungsmäßigen Parallelbetrieb sorgen die Spannungsteiler Z)₁₃ und D₂, D₁₃, wobei der Spannungsteiler D₂, D₁₃ um symmetrische Spannungsverhältnisse beim Parallelbetrieb der drei Teilumrichter zu erzwingen, unsymmetrisch angezapft werden muß, da er das eine Teilumrichtersystem mit einem bereits durch einen Spannungsteiler zur Parallelarbeit gezwungenes Doppelsystem zu verbinden hat. Man kann aber auch eine symmetrische Spannungsteileranordnung wählen, beispielsweise den drei Teilumrichtern je eine Wicklung auf einem dreischenkligen Kern zuweisen, wobei sämtliche auf diesem Kern befindliche Wicklungen entweder in Stern oder in Zickzack geschaltet sind. Zu diesem Ausführungsbeispiel wird noch bemerkt, daß bei starrem Betrieb eine erhebliche Verringerung von Entladungsstrecken möglich ist, weil dann beispielsweise je eine Phase von V₁ und V₃ an dieselbe Entladungsstrecke angeschlossen werden kann.

Während bei den bisherigen Ausführungsbeispielen die Teilumrichter vollkommen gleichartig aufgebaut waren, sollen nun Weiterbildungen des Erfindungsgedankens erläutert werden, bei denen die Teilumrichter verschiedenartig aufgebaut sind. Diese Verschiedenartigkeit des Aufbaues hat den Zweck, sowohl sekundärseitig als auch primärseitig die Oberwellen zu verringern und sich möglichst weitgehend den günstigen Verhältnissen anzunähern, wie sie bei Zwölfphasenschaltungen für Gleichrichter gegeben sind. Genau kann mau die Verhältnisse nicht erreichen, weil ja beim Umrichter im Gegensatz zum Gleichrichter die Entladungsstrecken nicht gleichartig arbeiten. Außerdem bleibt naturgemäß die bei der Umformung von Drehstrom höherer Frequenz in Einphasenstrom niederer Frequenz auftretende Pulsation im Primärstrom bestehen.

Eine Ausführungsmöglichkeit, bei der beispielsweise keine abgestuften Spannungswerte auf der Primärseite verwendet werden, soll an Hand der Kurvenverläufe der Abb. 5 erläutert werden. Es sind zwei Umrichter I und II vorgesehen, von denen jeder als Mehrfachumrichter ausgebildet ist. Der Umrichter I liefert eine aus e_lv C₁₂ und e_i3 gebildete Spannung, wobei charakteristisch ist, daß jede dieser Teilspannungen aus höchstens zweiphasigen Speisewicklungen erzeugt wird und an der Bildung von e_V2 und C₁₃ auch die Sternpunkte der Speisewicklungen beteiligt sind. Der Umrichter II liefert eine aus ^₂₁ und t'22 zusammengesetzte Spannung, und zwar sind im vorliegenden Fall für die Bildung von C₂₁ und c_2ä normale dreiphasige Speisewicklungen vorgesehen. In erster Annäherung sind die von I und II gelieferten Spannungen von gleicher Kurvenform. Bei der Bildung der Summenspannung ergibt sich, daß ein großer Teil der Oberweilen praktisch verschwindet (Kurve e) ; verwendet man noch eine Kompensationsharmonische, so ergibt sich die Kurve e , die sich sehr stark der Sinusform annähert. Legt man ohmsche Belastung zugrunde, so ergeben sich für die dem Umrichter zugeführten Linienströme Kurven i_T, i_s und i_t, wie sie im unteren Teil der Abb. 5 dargestellt sind. Bei der Konstruktion dieser Ströme ist der Einfachheit halber das Übersetzungsverhältnis der einzelnen Sekundärspannungen der Teilumrichter zur Primärspannung immer gleich groß eingesetzt, obwohl in Wirklichkeit Abweichungen bestehen. Die Darstellung zeigt, daß der Primärstrom nach einer Treppenkurve mit einer Stufenzahl verläuft, die weitgehend einer Treppenkurve bei zwölfphasigen Gleichrichterschaltungen ähnlich ist.

In Abb. 6 ist durch die Kurvenverläufe angedeutet, daß die Teilunirichter I bzw. I' und II drei ,Spannungen verschiedener Phasenlage liefern. Auch hierbei kann man erkennen, daß der Phasensprung bei elastischem Betrieb sehr klein wird. Die Spannungskurvenform ist ähnlich der Abb. 5, jedoch ist hier ohne

Kompensationsharmonische schon eine sehr gute Annäherung an die Sinusform erreicht. Im allgemeinen wird es sich nicht empfehlen, die einzelnen Teilumrichter verschiedenartig' auszubilden, wie es in Abb. 5 und 6 angenommen ist, sondern gleichartig, d. h. mit gleichartigem Aufbau der Speisewicklungen, wobei man in Weiterbildung der Erfindung nicht wie bei den den Abb. ι bis 4 zugrunde

ίο gelegten Ausführungsbeispielen die Speisewicklungen mit gleicher Phasenlage, sondern mit gegeneinander versetzter Phasenlage anbringt. Damit nicht die Speisewicklungen untereinander bevorzugt sind, wird man nicht einzelne als reine Sternwicklungen und andere als Zickzackwicklungen ausführen, sondern man wird — schon mit Rücksicht auf die Spannungsabfälle im Betrieb — alle Zickzackwicklungen gleichartig aufbauen, wobei einzelne naturgemäß voreilehd, andere nacheilend gegenüber den Grundphasen sind.

Eine Ausführungsmöglichkeit dieser Art ist in Abb. 7 dargestellt. Die gesamte Umrichteranlage besteht aus zwei Teilumrichtern I und II mit gemeinsamem Drehstromtransformator V und den beiden mehranodigen Gefäßen G₁ und G₁₁. Jeder der Teilumrichter liefert sowohl eine trapezförmige Teilspannung ohne Beteiligung des Sternpunktes des zugehörigen Speisetransformators als auch eine trapezförmige Teilspannung mit Beteiligung des Sternpunktes des zugehörigen Speisetransformators. Die bereits weitgehend sinusförmigen Spannungen e_{ und % setzen sich gemäß Abb. 8 zusammen. Man erkennt, daß die beiden Teilumrichter zwar gleichfrequente Teilspannungen gleicher Kurvenform liefern, daß aber die beiden Teilspannungen nie gleiche Phasenlage aufweisen.

Im vorliegenden Fall erfolgt das Zusammensetzen der einzelnen Teilspannungen in den Einphasentransformatoren H₁ und H_n, die außer zwei bewickelten Schenkeln auch einen unbewickelten Schenkel aufweisen. Will man mittels abgestufter Phasenspannungen die Erzeugung der Teilspannungen, wie es bereits bei Doppelumrichtern vorgeschlagen worden ist, durchführen, so ergeben sich Anordnungen für die von den Entladungsströmen durchflossenen Wicklungen des Drehstromtransformators, wie sie in Abb. 9 angegeben sind. Es braucht weiter nicht noch einmal hervorgehoben zu werden, daß sich auch bei Anordnungen nach Abb. 8 und 9 Kurvenformen für die primären Linienströme ergeben, die weitgehend ähnlich denen nach Abb. 5 und 6 sind. Wie bereits aus den Ausführungsbeispielen zu ersehen ist, ist der Erfindungsgedanke nicht an bestimmte Schaltungsmöglichkeiten gebunden. So ist es möglich, den Erfindungsgedanken bei Umrichtern anzuwenden, bei denen das Zusammenarbeiten durch Spannungsteiler sichergestellt ist. Man kann aber auch das Zusammenarbeiten in der Weise durchführen, daß die Umrichter in bezug auf das sekundäre Netz in Reihe geschaltet sind, wobei es grundsätzlich gleichgültig ist, ob die Reihenschaltung in den Entladungsstromkreisen oder auf der Sekundärseite des oder der Ausgangstransformatoren vorgenommen wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrfachumrichter, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilumrichter Teilspannungen gleicher Frequenz und wenigstens annähernd gleicher Kurvenform, aber im allgemeinen voneinander abweichender Phasenlage liefern, und daß wenigstens eine der Teilspannungen eine gegenüber den anderen Teilspannungen abweichende Phasenlage aufweist.

2. Mehrfachumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teilumrichter seinerseits aus zwei Teilumrichtern besteht, die zwei Teilspannungen gleicher Frequenz, aber verschiedener Kurvenform, vorzugsweise gleicher Phasenlage, liefern.

3. Mehrfachumrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilumrichter verschiedenartig ausgebildet sind (Abb. 5 und 6).

4. Mehrfachumrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilumrichter gegeneinander phasenverschobene, aus Zickzackwicklungen gebildete Speisewicklungen enthalten, die weitgehendgleichartig, insbesondere bezüglich

' des Spannungsabfalles, ausgebildet sind.

5. Mehrfachumrichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Teilumrichter in jedem Betriebszustand nur Teilspannungen nicht übereinstimmender Phasenlage liefern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen