DE649088C

DE649088C - Anordnung zur unmittelbaren Umformung von Wechselstrom einer Frequenz in solchen anderer Frequenz, insbesondere zur Umformung von Drehstrom der Frequenz f in Einphasenstrom der Frequenz f/3

Info

Publication number: DE649088C
Application number: DEA66720D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Karl Kettner
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1932-07-29
Filing date: 1932-07-29
Publication date: 1937-08-17

Description

Gegenstand des Patentes 641 634 bildet eine Anordnung zur unmittelbaren Umformung von Wechselstrom einer in solchen anderer Frequenz, insbesondere zur Umformung von Drehstrom der Frequenz f in Einphäsenstrom der Frequenz //3, und zwar mittels zweier wechselweise stromführender Entladungsstrecken, vorzugsweise gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsstrecken mit im

to wesentlichen lichtbogenförmiger Entladung. Gemäß dem Erfindungsgedanken des ,Hauptpatentes wird die Sekundärspannung aus einer im wesentlichen trapezförmigen Grundspannung und mindestens einer weiteren Spannung (Teilspannung) zusammengesetzt, wobei jede der Teilspannungen mittels besonderer, an ein eigenes vom Primärnetz abgeleitetes Spannungssystem angeschlossener Entladungsstrecken hinsichtlich der Phasenlage freiwählbar erzeugt wird. Man kann nun diesen grundsätzlichen Erfindungsgedanken in verschiedener .Weise weiterbilden. Gegenstand der Erfindung ist eine besonders zweckmäßige Anordnung des im genannten

Patent ausgesprochenen Erfindungsgedankens, und zwar werden von den gemäß dem Hauptpatent erzeugten Teilspannungen nur diejenigen, die gleiches Vorzeichen wie die Grundspannungen aufweisen, addiert. Hierdurch läßt sich, wie im einzelnen aus den nachstehenden Erläuterungen zu ersehen ist, eine besonders günstige Ausnutzung der einzelnen Anlageteile, insbesondere der Transformatorenwicklungen, und in manchen Fällen eine noch bessere Annäherung an die Sinusform erreichen.

Der Erfindungsgedanke soll an einigen Ausführungsbeispielen erläutert werden.

In Abb. ι der Zeichnung ist der Aufbau einer Anordnung zur Umformung von Drehstrom in Einphasenstrom bei einem starren Frequenzverhältnis von 1 : 2 gezeigt. Das primäre Drehstromnetz 1 speist den Transformator 2, der eine Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungen 2' und 2" aufweist. Die Sekundärwicklung 2' besitzt vier gleich große, um je 6o° versetzte Phasen, an die zwei gittergesteuerte mehranodige Dampfentladungsgefäße 31' und 31" angeschlossen sind. Jedes der beiden Gefäße arbeitet auf

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

Dr.-Ing. Karl Kettner in Berlin-Lankwitz.

eine Hälfte der Primärwicklung des Einphasentransformators 4, deren Mittelpunkt mit einem Ende der einphasigen Wicklung 2", des Primärtransformators 2 verbunden ist."'; Beide Enden der Wicklung 2" führen zu den!" Anoden eines zweianodigen Entladungsgefäß^., dessen Kathode mit dem Sternpunkt der Wiclfe*? lung 2' verbunden ist. Bei Leistungsfaktoren auf der Sekundärseite, die nicht unterhalb 0,7 liegen, brauchen nur die beiden mehranodigen Gefäße 31' und 31" gesteuert .zu werden.

Die Arbeitsweise dieser Umformungseinrichtung geht aus dem Schaubild der Abb. 2 hervor. Es mögen e_x die von den Phasen der Wicklung 2' gelieferte Spannung und t?₂ die von der Wicklung 2" gelieferte Spannung darstellen. Wird während der einen Stromhalbwelle des Einphasenstroms beispielsweise das Gefäß 31' leitend gemacht, so drückt es der zugeordneten Sekundärwicklung des Einphasentransformators 4 die trapezförmige Spannung C₁ auf. Die Phasenlage der Wicklung 2" ist nun so gewählt, daß die von ihr zu liefernde Teilspannung e_s symmetrisch zur erzeugten Einphasenspannung liegt, und zwar so, daß die positive Halbwelle in die Symmetrieachse der positiven Halbwelle der Einphasenspannung fällt. Dann wird, solange die Spannung der Wicklung 2" negativ ist, der Strom über die Anode fließen, die unmittelbar mit dem Mittelpunkt der Primärwicklung des Einphasentransformators 4 verbunden ist. In der Zeit, in der die Wicklung 2" positive Spannungen führt, übernimmt die andere der beiden an der Wicklung 2" liegenden Anoden die Stromführung, und es wird dann zu der von der Wicklung 2' erzeugten Grundspannung e_t die Spannung c_ä mit gleichem Vorzeichen hinzugefügt. Bei richtiger Bemessung der Spannungen e_x und e₂ erhält man eine Spannung e_s, die von der in der Abb. 2 gestrichelt gezeichneten Sollspannunge nur unwesentlich abweicht.
Dieselbe Anordnung kann durch Erweiterung der Wicklungen 2' und 2" um die symmetrisch liegenden negativen Phasen für den Betrieb bei Leistungsfaktoren kleiner als 0,7, d. h. bis o, erweitert werden. Weiter kann durch mehrphasige Ausbildung der Wicklung 2' und durch entsprechende Steuerung der Gefäße 31' und 31" auch eine elastische Umformung durchgeführt werden.

Ähnliche Anordnungen lassen sich auch für andere Frequenzverhältnisse angeben. So ist in Abh. 3 beispielsweise das Spannungsbild einer auf ähnliche Weise zustandegekommenen Wechselspannung gezeichnet, deren Frequenz zur Primärfrequenz im Verhältnis ι : 1,66 steht. Auch hier kann man durch geeignete Wahl der Spannungsgrößen eine I weitgehende Annäherung an die Sinusform erreichen.

Wird das Frequenzverhältnis größer, etwa It : 3, wie es im Bahnbetrieb vorkommt, so Haßt sich auf einfache Weise, d. h. durch Ad- , j~dition zweier Teilspannungen, der Erfindungs-''gedanke im allgemeinen nicht mehr verwirklichen, da eine Zusammensetzung von zwei Spannungen keine hinreichende Annäherung an die Sinusform ergibt. Doch läßt sich der Erfindungsgedanke auch hier verwenden, wenn man beispielsweise eine Schaltung nach Abb. 4 vorsieht. Zu dieser Schaltung gehören zunächst zwei mehranodige Gefäße 31' und 31", die, wie bei der Schaltung in Abb. 1, die trapezförmige Grundwelle e_x liefern. In gleicher Richtung liegehde Zusatzspannungen liefern die Transformatorwicklungen 2" und 2'" mit den zugehörigen Entladungsgefäßen 32 und 33, von denen jedes der beiden Systeme in vorbestimmten Zeiten von Null verschiedene Spannungswerte zu der trapezförmigen Grundspannung zusetzt. Beispielsweise wird 32 so gesteuert, daß es (vgl. Abb. 5) in der Zeit t₂' bis t₂" eine Zusatzspannung liefert und in den Zeiten, in denen es keine Spannungswerte liefern soll, den Strom durch die mit seinem Wicklungspunkt verbundene Anode durchläßt. Zur Vervollständigung des Spannungsbildes liefert das System 2'", 33 symmetrisch zur Einphasenspannungswelle in der Zeit t₃'... . i₃" eine Zusatzspannung e_s, deren Größe wieder so bemessen ist, daß eine möglichst gute Annäherung an die Sinusform erreicht wird. Dieses Zusatzsystem braucht bei starrer Umformung ι : 3 nur zweiphasig zu sein und daher nur drei gesteuerte Entladungsstrecken aufzuweisen, von denen zwei der positiven bzw. negativen Wicklungshälfte und die dritte dem Mittelpunkt des Zusatzsystems zugeordnet sind. Bei geeigneter Steuerung kann wieder der Umformer für die Lieferung von Wirk- und Blindlast beliebiger Zusammensetzung eingerichtet werden und ferner durch Erweiterung des Zusatzsystems 2'", 33 auf die vollePhasenzahl der beiden anderen Systeme2', 31', 31" und 2", 32 für elastische Umformung angewendet werden.

Wenn die Zusammensetzung zweier Spannungen in der beschriebenen Form nicht genügt, lassen sich durch Abstufung der Wicklungen oder auch geeignete Phasenfolge, die mit der Phasenfolge des Hauptsystems nicht identisch zu sein braucht, unter Umständen noch bessere Spannungsformen erreichen. So ist in Abb. 6 gezeigt, wie man bei einem Frequenzverhältnis von 1 : 2 zu der trapezförmigen, vom Grundsystem gelieferten Span- >ao nung e_t eine Zusatzspannung von einem. System hinzufügt, das eine weit höhere

Phasenzahl aufweist, und dessen einzelne Phasen verschieden groß bemessen sind. Hierdurch kann ebenfalls eine Spannungskurve mit guter Annäherung an die Sinusform erreicht werden. Auch bei dieser Anordnung kann bei starrer Umformung die Steuerung einzelner Entladungsstrecken entbehrt werden.

Claims

Patentansprüche:

i. Anordnung· zur unmittelbaren Umformung von Wechselstrom einer Frequenz in solchen anderer Frequenz, insbesondere zur Umformung von Drehstrom der Frequenz / in Einphasenstrom der Frequenz //3, bei der nach Patent 641634 die im wesentlichen trapezförmige Grundspannung als auch jede der Teilspannungen mittels besonderer, an ein eigenes vom Primärnetz abgeleitetes Spannungssystem angeschlossener Entladungsstrecken hinsichtlich der Phasenlage frei wählbar erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während jeder niederfrequenten Halbwelle nur Teilspannungen mit gleichem Vorzeichen wie die Grundspannung addiert werden, im übrigen die Steuerung so erfolgt, daß Teilspannungen oder Teilspannungsstücke mit. ungleichem Vorzeichen . bei der Spannungsbildung übergangen werden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, · daß die Teilspannungen symmetrisch zur Grundspannung liegen.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Enden der Phasenwicklungen der Teilspannungen als auch die Nullpunkte ihrer Wicklungen an Entladungsstrecken angeschlossen sind.
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der die Teilspannungen liefernden Spannungssysteme phasenverschoben gegenüber dem die angenähert trapezförmige Grundspannung liefernden Spannungssystem ist (vgl. Abb. 5). "
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei starrer Umformung im Frequenzverhältnis 2 : 1 das die Teilspannung liefernde Spannungssystem einphasig ausgebildet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen