DE658641C

DE658641C - Method for converting multi-phase current of a given frequency into single-phase current of lower frequency

Info

Publication number: DE658641C
Application number: DEL78200D
Authority: DE
Original assignee: OSKAR LOEBL DR ING; Rheinisch Westfaelisches Elektrizitaetswerk AG
Current assignee: OSKAR LOEBL DR ING; RWE AG
Priority date: 1931-04-18
Filing date: 1931-04-18
Publication date: 1938-04-11

Description

Zum Umwandeln von Mehrphasenströmen in Einphasenstrom geringerer Frequenz benutzt man zwei m-ph'asige Gruppen von Gleichrichtern (Gasentladungsstrecken oder anderen elektrisehen Ventilen mit Gleichrichterwirkung), von denen die eine Gruppe die eine und die andere Gruppe die andere Halbwelle des Einphasenstromes liefert. Man kann dabei den Anoden Ströme verschiedener Spitzenwerte zuführen, die z. B. mittels eines Transformators mit in der Windungszahl abgestuften Windungsphasen oder .dadurch erzeugt werden, daß durch verschiedenes Einsetzen der Gitterspannung aus den Kurven der Mehrphasenspannungen Teile verschiedener Spitzenwerte ausgeschnitten werden. Die Zusammensetzung der Halbwellen vollzieht sich zwanglos, wenn keine oder nur eine geringe Phasenverschiebung zwischen Einphasenstrom und Einphasenspannung vorhanden ist.Used to convert multi-phase currents into single-phase currents of lower frequency you see two m-phase groups of rectifiers (gas discharge paths or other electrical Valves with rectifying effect), one group of which is one and the other Group supplies the other half-wave of the single-phase current. You can use the anodes Feed currents of different peak values, which z. B. by means of a transformer with in the Number of turns graded winding phases or .due to be generated that by different Insertion of the grid voltage from the curves of the polyphase voltages parts of different Peak values are cut out. The composition of the half-waves takes place relaxed when there is little or no phase shift between single-phase current and single-phase voltage is present.

ao Nach der Erfindung werden zur Ermöglichung von Phasenverschiebungen bis ± 90 ° im Einphasenkreis im Gebiet der negativen Spannungshalbwelle einer jeden Gleichrichtergruppe (kurzao According to the invention, to enable phase shifts of up to ± 90 ° in the single-phase circle in the area of the negative voltage half-wave of each rectifier group (short

Gleichrichter genannt) bis zu —-———- AnodenCalled rectifier) up to —-———- anodes

(m = Anzahl der Anoden einer Gleichrichtergruppe) aufeinanderfolgend zu- und abgeschaltet, mindestens aber diejenigen Anoden, welche zur vollen Ausbildimg der Stromhalbwellen erforderlich sind. Dabei wird die Zuschaltung jeder Anode kurz vor ihrem Schnittpunkt mit der Spannungskurve der vorhergehenden Anode und die Abschaltung spätestens in ihrem Schnittpunkt mit der Spannungskurve der Folgeanode vorgenommen.(m = number of anodes in a rectifier group) switched on and off consecutively, but at least those anodes which are necessary for the full training of the current half-waves are. Each anode is switched on shortly before its intersection with the voltage curve of the previous anode and the shutdown is carried out at the latest at its intersection with the voltage curve of the following anode.

Die Zeichnungen dienen zur Erläuterung des Verfahrens. Es zeigen:The drawings serve to explain the process. Show it:

Fig. ι eine der Grundschaltungen zur Umwandlung von Mehrphasenstrom in Einphasenstrom kleinerer Frequenz,Fig. Ι one of the basic circuits for converting multiphase electricity into single-phase electricity lower frequency,

Fig. 2 und 3 als Beispiel die Entstehung eines f/3periodigen Einphasenstromes aus f-periodigem Drehstrom mittels zweier sechsphasiger Gleichrichter nach dem Hüllkurvenverfahren, und zwar bei einer sekundären Phasenverschiebung von Null Grad,2 and 3, as an example, the emergence of an f / 3-period single-phase current from f-period Three-phase current by means of two six-phase rectifiers according to the envelope curve method, namely with a secondary phase shift of zero degrees,

Fig. 4 und 5 die Entstehung des Einphasenstromes wie Fig. 2 und 3, aber bei einer Phasenverschiebung von 90 Grad induktiv.4 and 5 show the formation of the single-phase current as in FIGS. 2 and 3, but with a phase shift of 90 degrees inductive.

In Fig. ι sind G₁ und G₂ zwei sechsphasige Gleichrichter. In die Anodenstromkreise sind Schaltvorrichtungen eingeschaltet, die an sich beliebig (z. B. als Steuergitter) ausgebildet sein können und in der Zeichnung nur schematisch durch Schalthebel S₁ bis S₆ bzw. S₁' bis S₆' dargestellt sind. Von diesen Schaltern führen die Ströme zu den Anoden.^ bis A₆ bzw. A₁ bis A _e' der Gleichrichter G₁ bzw. G₂. Die Kathoden F₁, F_s sind durch Leitungen JV₁, JV₂ mit den Nullpunkten O₂,0₁ verbunden (Kreuzschaltung).In Fig. Ι G ₁ and G _{2 are} two six-phase rectifiers. Switching devices are switched on in the anode circuits, which can be designed as desired (e.g. as a control grid) and are only shown schematically in the drawing by switching levers S ₁ to S ₆ or S ₁ 'to S ₆ '. The currents lead from these switches to the anodes. ^ To A ₆ or A ₁ to A _e 'of the rectifiers G ₁ and G ₂ . The cathodes F ₁ , F _s are connected to the zero points O ₂ , 0 ₁ by lines JV ₁ , JV ₂ (cross connection).

Zwischen diesen Leitungen ist der Stromverbraucher M für den erzeugten Einphasenstrom geschaltet.The power consumer M for the single-phase power generated is connected between these lines.

Die Spannung U₁ (Fig. 2) wird vom Gleichrichter G₁ und die Spannung U₂ vom Gleich-² richter G₂ geliefert. Die Spannungen und Ströme in den sekundären Wicklungsphasen und im Gleichrichter werden hierbei als positiv bezeichnet, wenn sie von den sekundären Trans-ίο formatorensternpunkten durch die Wicklungsphasen hindurch nach den Anoden hin gerichtet sind. Hingegen sollen im Stromverbraucher M Strom und Spannung als positiv bezeichnet werden, wenn sie von K über M nach L gerichtet sind (Fig. 1). Trotzdem jeder der beiden Gleichrichter nur eine positive Stromhalbwelle liefert (Fig. 2), wird der Stromverbraucher M von einem Strom wechselnder Richtung durchsetzt (Fig. 3), was durch die Kreuzschaltung erreicht wird. ■The voltage U ₁ (Fig. 2) is supplied from the rectifier and the voltage U G ₁ ₂ ² DC converters from G _2. The voltages and currents in the secondary winding phases and in the rectifier are referred to as positive if they are directed from the secondary transformer star points through the winding phases to the anodes. On the other hand, in the power consumer M, the current and voltage are to be referred to as positive if they are directed from K via M to L (FIG. 1). Despite the fact that each of the two rectifiers only supplies a positive current half-wave (FIG. 2), the current consumer M is penetrated by a current of alternating direction (FIG. 3), which is achieved by the cross connection. ■

Ist zunächst keine Phasenverschiebung zwischen Einphasenstrom und Emphasenspannung vorhanden (Fig. 2 und 3), so braucht jeder Gleichrichter nur während der Dauer einer Halbwelle der Einphasenspannung eingeschaltet zu bleiben. Bezeichnet man daher gemäß Fig. 1 die Schalter der einzelnen Anoden des Gleichrichters G₁ mit S₁ bis S₆ und die entsprechenden Schalter der Anoden des Gleichrichters G₂ mit S₁' bis S₆', dann werden die Schalter während der Zeit, in der der Einphasenstrom / von dem Werte N¹UE an eine Vollwelle durchläuft (Fig. 3), in nachstehender Reihenfolge, und zwar jeweils vor den Spannungsschnittpunkten a, b, c, d, e usw. (Fig. 2) geschlossen: S₁, S₂ ... S₆, S₁, S₁',If there is initially no phase shift between single-phase current and phase voltage (FIGS. 2 and 3), each rectifier only needs to remain switched on for the duration of a half-wave of the single-phase voltage. If, therefore, according to FIG. 1, the switches of the individual anodes of the rectifier G _{1 are designated} with S ₁ to S ₆ and the corresponding switches of the anodes of the rectifier G ₂ with S ₁ 'to S ₆ ', then the switches are switched during the time in which the single-phase current / from the value N ¹ UE passes through to a full wave (Fig. 3), in the following order, in each case before the voltage intersections a, b, c, d, e etc. (Fig. 2) closed: S ₁ , S ₂ ... S ₆ , S ₁ , S ₁ ',

ο ςο ς

ο / °2ο / ° 2

Der Strom in der Anode A₁ erlischt im Zeitpunkt bzw. Schnittpunkt h der beiden Halbwellen, da die Spannung E₁ Null wird. In diesem Augenblick beginnt die Anode A₁ zu brennen, so daß der Übergang vom Gleichrichter G₁ auf den Gleichrichter G₂, d. h. die Zusammensetzung der beiden Halbwellen, vollkommen stetig und zwanglos vor sich geht.The current in the anode A ₁ goes out at the point in time or at the point of intersection h of the two half-waves, since the voltage E ₁ becomes zero. At this moment the anode A ₁ begins to burn, so that the transition from the rectifier G ₁ to the rectifier G ₂ , ie the composition of the two half-waves, is completely continuous and unconstrained.

Das Zusammenarbeiten der beiden Gleichrichter bietet jedoch Schwierigkeiten, wenn eine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung auf der Einphasenseite vorhanden ist. Eilt z. B., um gleich einen Grenzfall zu besprechen, der Strom der Spannung um go Grad nach, dann hat der Strom beim "Übergang der Spannung CJ₁ von der positiven zur negativen Halbwelle (Schnittpunkt h der Fig. 4) seinen positiven Höchstwert und versucht, über die Anode.^ zu Ende zu fließen. Es muß also zunächst einmal der Schalter S₁ über den Zeitpunkt h hinaus geschlossen bleiben. Bis zum Schnittpunkt i bzw. k zeigt sich dann nichts Besonderes. Hinter diesem Zeitpunkt jedoch entsteht ein Kurzschluß in dem Stromkreis O₂, A_ä', C, O₁, A₁, B₁ O₂. Dieser rührt daher, daß hinter dem erwähnten Zeitpunkt die Spannung E₂' größer als die Spannung E₁ ist. Um diesen unerwünschten Kurzschluß zu verhindern, wird er findungs-,'vgemäß die Spannung E₂ in den Kurzschlußkreis "eingeschaltet, indem der Schalter S₂ etwa vom ,Zeitpunkt k bis zum Zeitpunkt I geschlossen und zugleich, was noch gezeigt werden soll, dafür gesorgt wird, daß auch der Lichtbogen von der Anode A₁ auf die Anode A₂ übergeht. Die Spannung E₂ ist dann der Spannung E₂ als · gleich große Gegenspannung entgegengesetzt, so daß sich die beiden im Kurzschlußkreis wirksamen Spannungen E₂' und E₂ das Gleichgewicht halten. In gleicher Weise muß im Schnittpunkte die Gegenspannung E₃ und im Schnittpunkt m die Gegenspannung E_i eingeschaltet werden. Offenbar ist die Einfügung der Gegenspannungen schon zur Erzielung der gewünschten Kurvenform nötig.However, the cooperation of the two rectifiers presents difficulties when there is a phase shift between current and voltage on the single-phase side. Z. B., to discuss a borderline case, the current of the voltage by go degrees, then the current at the "transition of the voltage CJ ₁ from the positive to the negative half-wave (intersection h of Fig. 4) has its positive maximum value and tries to So first of all the switch S ₁ must remain closed beyond the point in time h . Up to the point of intersection i and k , then nothing special is shown O _2, A _ä ', C, O _1, A _1, B ₁ O _2. this stems from the fact that behind the mentioned time, the voltage e _2' is greater than the voltage e of _{the first} order to prevent this undesirable short circuit is he invention -, 'v according to the voltage E ₂ in the short circuit "switched on by the switch S _{2 closed} approximately from, time k to time I and at the same time, what will be shown, it is ensured that the arc from the Anode A ₁ to the anode A ₂ goes. The voltage E ₂ is then opposite to the voltage E ₂ as an equally large counter voltage, so that the two voltages E ₂ 'and E ₂ that are effective in the short-circuit are in equilibrium. In the same way, the counter voltage E ₃ must be switched on at the intersection and the counter voltage E _i at the intersection m . Obviously, the insertion of the counter-voltages is necessary to achieve the desired curve shape.

Während also die Aneinanderreihung von Stromstücken aus dem gegebenen Mehrphasenstrom zur Bildung einer Stromhalbwelle des Einphasenstromes bei fehlender Phasenverschiebung dadurch geschieht, daß die Anoden eines Gleichrichters im Gebiet der positiven Spannungshalbwelle Strom liefern, müssen bei Phasenverschiebung noch im Gebiet der negativen Spannungshalbwelle mindestens die Anoden jedes Gleichrichters aufeinanderfolgend zu- und abgeschaltet werden, die zur vollen Ausbildung der StromhalbweHe erforderlich sind.So while the stringing together of current pieces from the given multiphase current for the formation of a current half-wave of the single-phase current in the absence of a phase shift it happens that the anodes of a rectifier in the region of the positive voltage half-wave Supply electricity, must still be in the area of the negative when there is a phase shift Voltage half-wave at least the anodes of each rectifier successively and are switched off, which are necessary for the full development of the current half-wave.

Für nacheilende . Phasenverschiebung von 90 ° ist die Schaltfolge für den Gleichrichter G₁, beginnend in dem Augenblick, in dem die Spannung U₁ positiv wird (Punkt α der Fig. 4): Si, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆, S₁, S₂, S₃, S₄. Hierbei führen natürlich nur die Anoden 4, 5, 6, 1, 2, 3, 4 Strom, so daß jedenfalls grundsätzlich die Schalter S₁, S₂, S₃ nicht betätigt zu werden brauchten. Die Schaltfolge für den Gleichrichter G₂, beginnend in dem Augenblick, in dem die Spannung U₂ positiv wird (Punkt h der Fig. 4) ist: S₁', S₂', S₃', S₄', S₅', S₆', S₁', S₂', S₃', S₄'. Allgemein ist bei m Anoden je Gleich-For lagging. Phase shift of 90 ° is the switching sequence for the rectifier G ₁ , starting at the moment when the voltage U ₁ becomes positive (point α in FIG. 4): Si, S ₂ , S ₃ , S ₄ , S ₅ , S ₆ , S ₁ , S ₂ , S ₃ , S ₄ . In this case, of course, only the anodes 4, 5, 6, 1, 2, 3, 4 carry current, so that, in principle, the switches S ₁ , S ₂ , S ₃ do not have to be actuated. The switching sequence for the rectifier G ₂ , starting at the moment when the voltage U ₂ becomes positive (point h in FIG. 4) is: S ₁ ', S ₂ ', S ₃ ', S ₄ ', S ₅ ' , S ₆ ', S ₁ ', S ₂ ', S ₃ ', S ₄ '. In general, with m anodes each equal

richter die Schaltfolge: 1,2 ... m, 1,2 ... ( \-1).Richter the switching sequence: 1.2 ... m, 1.2 ... ( \ - 1).

Entsprechend wird man für kapazitive Belastung so öffnen, daß schon ein um 90 Grad voreilender Strom einsetzen kann; man wirdCorrespondingly, for capacitive loading, one will open in such a way that one by 90 degrees leading current can set in; you will

also wie folgt schalten: (——Yx), ( 1-2) ... m, so switch as follows: (—— Yx), (1-2) ... m,

1,2 ... m,x. Kann sowohl induktive als auch kapazitive Last in Betracht kommen, so ist z. B. bei 6 Anoden die Schaltfolge 4, 5, 6,1, 2, 3, 4, 5, 6, i, 2, 3, 4 einzuhalten, wobei die ersten drei Schaltbetätigungen 4, 5, 6 zusätzlich für kapazitive Last und die letzten drei Schaltbetätigungen 2, 3, 4 zusätzlich für induktive Last erforderlich sind; mit anderen Worten: die Schalter jedes Gleichrichters werden fortlaufend der Reihe nach betätigt.1.2 ... m, x. If both inductive and capacitive loads can be considered, z. B. with 6 anodes the switching sequence 4, 5, 6,1, 2, 3, 4, 5, 6, i, 2, 3, 4 to be observed, the first three switching operations 4, 5, 6 additionally for capacitive load and the last three switching operations 2, 3, 4 are also required for inductive load; in other words, the switches of each rectifier are continuously operated in sequence.

Claims

As long as single-phase voltage and single-phase current are aligned in their instantaneous values the current is relaxed at every voltage intersection or shortly afterwards from one anode to the next when the switch of the following anode is closed. But if single-phase voltage and single-phase current are opposite to each other in their instantaneous values directed, so the tension is straight

If the current-supplying winding phase is negative (area of the negative voltage half-wave), a transition of the current from one anode to the next at or shortly after the voltage intersection (e.g. point k in FIG. 4) is not possible, since the voltage of the following anode corresponds to the amount is greater than that of the previous one, but its voltage level is lower due to the negative direction of the voltage. The transition from one anode to the next must therefore take place before the voltage intersection. In addition, the preceding anode must already be switched off at the moment of the voltage intersection, otherwise it would take over the current again after the intersection.

This results in the requirement that in the area of the negative voltage half wave each Anode just before the left voltage intersection (intersection with the voltage curve of the previous anode) and at the latest at the right voltage intersection (Intersection with the voltage curve of the following anode), suitably just before it, switched off have to be.

The switching sequence described does not only apply when using switches (mechanical switches, arc switches or the like), but also for grid-controlled rectifiers.
The method is applicable not only to the basic circuit shown in Fig. 1, but also to other related basic circuits and also to all methods for converting multiphase current of a given frequency into single-phase current of lower frequency by means of two m-phase rectifiers (gas discharge paths or other electrical valves with rectifying effect ), one of which supplies one half-wave of the single-phase current and the other rectifier supplies the other half-wave.

■ Claim :.

Method for converting multi-phase current of a given frequency into single-phase current of lower frequency by means of two groups of rectifiers (gas discharge paths or other electrical valves with rectifying effect), one group of which supplies one half-wave of the single-phase current and the other the other half-wave, characterized in that in addition to the supply and disconnection of the anodes in the area of the positive voltage half-wave, in addition in the area of the negative voltage half-wave, each rectifier group up to the limit case of the phase shift of + 90 ° to -90 ° between single-phase current and single-phase voltage anodes per group (m - number

the anodes of a rectifier group) but at least those anodes of this group are switched on and off consecutively, which are necessary for the full formation of the current half-wave, the Connection of each anode shortly before its point of intersection with the voltage curve of the previous anode and disconnection takes place at the latest at its point of intersection with the voltage curve of the following anode.

1 sheet of drawings