DE649229C - Anordnung zur Umformung von Mehrphasenwechselstrom einer Frequenz in Wechselstrom anderer Frequenz, insbesondere Einphasenstrom niederer Frequenz, mittels gittergesteuerter Entladungsgefaesse, vorzugsweise mit Dampf- oder Gasfuellung - Google Patents

Description

Die bisher vorgeschlagenen Einrichtungen zur Umformung von Wechselstrom einer Frequenz in Wechselstrom anderer Frequenz mittels gittergesteuerter Entladungsgefäße beruhen darauf, daß entweder die Entladungsgefäße die Frequenzumformung unmittelbar' vornehmen oder die'Frequenzumformung mit-• tels zweier Uniformungseinrichtungen geschieht, von denen die eine den primären Wechselstrom in Gleichstrom, die andere den ' Gleichstrom in sekundären Wechselstrom umformt. Im allgemeinen wird die zweite Art der Frequenzumformung, die mit einem Gleichstromzwischenkreis arbeitet, dann anzuwenden sein, wenn die sekundäre Frequenz stark veränderlich ist oder die Frequenzen des primären und sekundären Wechselstromes nur wenig voneinander abweichen, beispielsweise bei Netzkupplungen.

Die erste Art der Frequenzumformung kommt in Frage für Frequenzumformungen, bei denen beide Frequenzen konstant sind. Der wichtigste Fall einer solchen Frequenzumformung dürfte die Umformung für Einphasenwechselstrombahnen sein, die ihre Energie aus einem größeren Drehstromversorgungsnetz erhalten. Soll die Spannungskurve der Sgkundärseite* möglichst oberwellenfrei sein, was bei Speisung einer Bahn stets gefordert wird, so ergibt sich, daß diese Forderung nur erfüllt werden kann, wenn die Arbeitsdauer jeder Sekundärphase des Speisetransformators, bezogen auf die Periodenlänge des erzeugten Wechselstromes, genügend klein gemacht wird. Das bedeutet, daß die Zahl der primären Phasen erhöht werden muß, d. h. an die Stelle einer 6-Phasenschaltung tritt eine 12-Phasen- oder besser noch eine 24-Phasenschaltung. Infolge dieser Forderung werden die Anlagekosten beträcht-Hch höher, und zwar steigen die Kosten wegen der Erhöhung der Phasenzahl sowohl für den Transformator als auch in bezug auf die Entladungsgefäße.

Die Erfindung bezweckt eine Verminderung der Anlagekosten und eine Erhöhung der Betriebssicherheit sowie eine Verbesserung der Phasenverhältnisse bei der Frequenzumformung. Gemäß der Erfindung fließt der vom Eingangstransformator über ein als Gleichrichter arbeitendes Gefäß oder Gefäßgruppe gelieferte Strom über die Mittelanzapfung eines Transformators und in Reihe mit den Transformatorhalbwicklungen liegende, abwechselnd gesteuerte Gefäße zum Sternpunkt des Eingangstransformators zurück. An Stelle zweier Gefäße können auch vier in Graetz-Schaltung angeordnete Entladungsstrecken

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

Dr.-Ing. Hans Laub in Berlin-Wilmersdorf.

Verwendung finden. Bei dieser- Schaltung wird vorteilhaft die den als Gleichrichter arbeitenden Gefäßen vom Transformator zu-, geführte Spannung in zyklischer Aufeinander-; folge abgestuft, so daß sich die Spannungshalbwellen im Anodenausgangskreis aus vh; schieden hohen Teilstücken zusammensetzen und eine Spannungskurve von wählbarer Umgrenzung, insbesondere eine angenäherte ίο Sinuskurve, bilden. Eine derartige Abstufung der zugeführten Spannung ist für Wechselrichter bekannt und auch schon für Umrichter mit zwei abwechselnd arbeitenden Gefäßgruppen zwecks Verbesserung der Umformung vorgeschlagen. Der von dem als Gleichrichter arbeitenden Gefäß oder der Gefäßgruppe gelieferte Strom von derartig vorbereiteter bzw. sinusförmiger Kurvenform hat, gegenüber der niedriger frequenten Aus-20' gangsseite, die doppelte Frequenz. Erzeugt wird diese Kurvenform dadurch, daß die die Gleichrichtung des primären Wechselstromes durchführenden, vorzugsweise gittergesteuerten Entladungsgefäße an die Sekundärwicklung eines Transformators angeschlossen sind, dessen sekundäre Phasenwicklungen verschiedene Windungszahlen haben.

Die Arbeitsweise einer Frequenzumformung gemäß der Erfindung soll an Hand des in Abb. ι dargestellten Ausführungsbeispiels, das eine Frequenzumformung von / in //2 betrifft, erläutert werden. Aus dem primären Wechselstrom 1 wird mittels des Transformators 2, dessen sekundäre Phasenwicklungen verschiedene W⁷indungszahlen haben, und der gittergesteuerten Entladungsgefäße 3„, 3₆, 3_C, 3/ ein Strom erzeugt, dessen Kurvenform so ist, als ob er durch Gleichrichtung der. sekundären Wechselspannung entstanden wäre. Der so gestaltete Strom speist über die beiden Leiter 4 und 5 eine Einrichtung, die aus den in Reihe mit den Transformatorhalbwicklungen des Transformators 6 liegenden, abwechselnd gesteuerten Gefäßen 8' und 8" besteht, und erzeugt so im Verbraucher 7 den Wechselstrom der gewünschten niederen Frequenz. Die Steuerung der Gitter der Entladungsgefäße 3„, 3_ft, 3_t., 3/ erfolgt mit einer Frequenz, die doppelt so groß ist wie die im so Verbrauchernetz 7 herrschende Frequenz; die Frequenz der den Gitterkreisen der Entladungsgefäße 8' und 8" zugeführten Steuerspannungen ist gleich der im Verbrauchernetz 7 herrschenden Frequenz. In Abb. 2 sind in drei Schaubildern übereinander in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt die primäre Wechselspannung E₁, der in den Leitern 4 und 5 fließende Strom J₁, _a und die im Verbrauchernetz 7 herrschende Spannung E₇. Wie erkennbar ist, kann man dem Strom J₁,5 durch entsprechende Bemessung jer Windungszahlen der Wicklungen a, b, c, a' jede gewünschte Kurvenform geben. Durch ... Erhöhung der Phasenzahl kann die gej".;wünschte Kurvenform beliebig genau erreicht '"herden. Da es sich im allgemeinen um reine >..$irmskurven handeln wird, wird der Strom/₄, ₅ 'ä'us Sinushalbwellen zusammengesetzt sein, d. h. es hat den Anschein, als ob der Strom Z₁, ₅ durch Gleichrichtung des sekundären Wechselstromes entstanden wäre. Die Umformung des Stromes/4,5 in Wechselstrom für das Netz 7 erfolgt durch die Entladungsgefäße 8' und 8" und den Transformator 6.

Die Einrichtung nach der Erfindung ermöglicht bei Frequenzumformungen von / in //2, //4 usw., d. h. geradzahligen Frequenzuntersetzungen, eine Ersparnis an Entladungsgefäßen, insbesondere bei großer Phasenzahl, und einen vereinfachten Transformator 2, da die durch eine zweite Sekundärwicklung bedingten baulichen Schwierigkeiten hinsichtlich der Symmetrie der beiden Sekundärwicklungen in Fortfall kommen.

Es ist nicht notwendig, daß sämtliche Entladungsgefäße an demselben Ort aufgestellt sind. Beispielsweise können die Entladungsgefäße 3_a, 3₆, 3_C, 3/ ortsfest sein, während die Entladungsgefäße 8' und 8" sich auf einer Lokomotive befinden können, die durch den 9p Fahrdraht 4 bzw. die Schiene 5 gespeist wird. Die Steuerung der Entladungsgefäße 8' und 8" erfolgt in bekannter Weise: die Steuerung der zum Gleichrichter gehörenden Entladungsgefäße 3„, 3₆, 3_C und 3/ ebenfalls in Abhän- ⁹S gigkeit vom Sekundärnetz, und zwar erhalten die Gitterkreise bei ungeradzahliger Frequenzuntersetzung eine Steuerspannung gleicher Frequenz wie die des Sekundärnetzes, bei geradzahliger Frequenzuntersetzung eine Steuerspannung, deren Frequenz doppelt so groß ist wie die des Sekundärnetzes. Es ist jedoch nicht immer notwendig, sämtliche Entladungsgefäße des Gleichrichters zu steuern; z. B. können bei dem geschilderten Ausführungsbeispiel einer Frequenzumformung von / in //2 die Entladungsgefäße 3_a, 3b, 3c und 3/ ungesteuert sein.

Wenn im Verbrauchernetz 7 die Form der Kurve der erzeugten Wechselspannung nicht unbedingt aufrechterhalten werden muß, so kann man eine Spannungsregelung im Netz 7 durchführen, indem man die Phase oder Größe der Gitterspannung der Gefäße 8' und 8" ändert. In Abb, 3 ist angedeutet, daß infolge Änderung der Gitterspannung die Entladungsgefäße um den Betrag λ verspätet zünden.

Gegenüber den bisher vorgeschlagenen Einrichtungen zur LJmformung von Gleichstrom iao in Wechselstrom mittels gittergesteuerter Entladungsgefäße in Parallelanordnung hat

man somit den Vorteil verbesserter Spannungskurve und die Möglichkeit der Spannungsregelung bei konstanter Frequenz durch Änderung der Gitterspannung. Außerdem wird der sonst angeordnete Löschkondensator, der die Kommutierung des Stromes bewirkt, im allgemeinen nicht notwendig sein, da dgr Strom J_iy 5 nach Ablauf jeder Halbwelle erlischt oder jedenfalls dem Wert Null sehr

ίο nahekommt.

. An Stelle einer aus zwei Entladungsgefäßen 8' und 8" und einem Transformator 6 bestehenden Umformungseinrichtung kann man, wie bereits erwähnt wurde und in Abb. 4 dargestellt ist, auch vier Entladungsgefäße 8', 8", 8'" und 8"" in einer Brücke anordnen, bei der der Verbraucher 7 in einer Diagonale angeordnet ist und die Leiter 4 und S an die Ecken der anderen Diagonale an-

ao geschlossen sind. Bei der Brückenschaltung dürfte es sich empfehlen, den Löschkondensator 9 nicht fortzulassen.

Selbstverständlich kann man auch eine Frequenzumformung derart durchführen, daß die als Gleichrichter arbeitenden Entladungsgefäße, die von einem Wechselstrom der Frequenz 50 Hz gespeist werden, einen Strom vorbereiteter Kurvenform mit einer Welligkeit von 100 Hz liefern. Durch die in Reihe mit den Transformatorhalbwicklungen des Ausgangstransformators liegenden, abwechselnd gesteuerten Entladungsstrecken wird dann dieser Zwischenstrom in Wechselstrom . der Frequenz i6²/₃Hz umgeformt.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur Umformung von Mehrphasenwechselstrom einer Frequenz in Wechselstrom anderer Frequenz, insbesondere Einphasenstrom niederer Frequenz, mittels gittergesteuerter Entladungsgefäße, vorzugsweise mit Dampfoder Gasfüllung, dadurch gekennzeichnet, -.-. daß der vom Eingangstransformator über ■ ein als Gleichrichter arbeitendes, mehranodiges Gefäß oder Gefäßgruppe gelieferte Strom mit vorbestimmter Spannungskurvenform über die Mittelanzapfung eines Transformators und in Reihe mit den Transformatorhalbwicklungen liegende, abwechselnd" gesteuerte Gefäße oder über vier in Graetz-Schaltung angeordnete Gefäße an den Sternpunkt des Eingangstransformators zurückgeführt wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Gleichrichtertransformators, dessen in Stern geschaltete, sekundäre Phasenwicklungen der Kurvenform entsprechend verschiedene Windungszahlen aufweisen.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Gleichrichter arbeitenden Entladurtgsgefäße in Abhängigkeit von der Frequenz des Sekundärnetzes gesteuert werden.
4. ' 4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei starrer Frequenzuntersetzung im Verhältnis 1 : 2 die als Gleichrichter arbeitenden Entladungsgefäße ohne Steuerung betrieben werden.
5. 5. Anordnung zur Spannungsregelung bei Anordnungen nach Anspruch 1 und folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterspannung der in Reihe mit den Transformatorhalbwicklungen des Ausgangstransformators ' liegenden IJntladungsstrecken in an sich bekannter Weise geändert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen