DE667650C - Anordnung zur Wechselstromumformung von hoher in niedrige Frequenz - Google Patents

Anordnung zur Wechselstromumformung von hoher in niedrige Frequenz

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DE667650C
DE667650C DES103152D DES0103152D DE667650C DE 667650 C DE667650 C DE 667650C DE S103152 D DES103152 D DE S103152D DE S0103152 D DES0103152 D DE S0103152D DE 667650 C DE667650 C DE 667650C
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Germany
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transformer
voltage
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DES103152D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing E H Moritz Schenkel
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/005Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases using discharge tubes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Description

  • Anordnung zurWechselstromumformung von hoher in niedrige Frequenz Zur Erzielung möglichst -sinusförmiger Ausgangsspannungen bei der Umformung von Wechselströmen vorgegebener Frequenz in solche niedrigerer Frequenz mittels elektrischer Ventile sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden.
  • Nach dem einen Verfahren werden den Ventilapparaten untereinander gleiche Anodenspannungen von der Frequenz des umzuformenden Wechselstromes zugeführt und aus diesen durch eine bestimmte gesetzmäßige Steuerung der Ventilanordnungen Stücke herausgeschnitten, die sich zu einer angenähert sinusförmigen Ausgangsspannung zusammensetzen.
  • Ein anderes Verfahren besteht darin, die Stromkreise der einzelnen Ventilapparate mit voneinander abweichenden transformatorischen Übersetzungen arbeiten zu lassen derart, daß jeweils ein Teilstück einer der an die Ventilapparate gelegten Spannungen mit der angestrebten Sinuskurve der Ausgangsspannung nach Höhe und Richtung angenähert übereinstimmt.
  • Bei einem dritten Verfahren wird endlich so vorgegangen, daß unter Wahl gleicher transformatorischer Übersetzungen der Ventilstromkreise volle Teilspannungen von der Frequenz des umzuformenden Wechselstromes aneinandergereiht werden und die auf diese Weise entstehende Spannungskurve von Rechteckform durch Überlagerung mit einer Sinusspannung von Primärfrequenz dem Sinusverlauf nähergebracht wird. Dabei sind zwei Ventilapparate so geschaltet, daß der eine nur die positiven und der andere nur die negativen Halbwellen der niederfrequenten Spannung liefert. Die zu überlagernde Spannung wird unmittelbar dem Netz des umzuformenden Wechselstromes entnommen und transformatorisch in den Sekundärstromkreis eingeführt.
  • In Fig. i ist grundsätzlich dargestellt, wie sich dieses Verfahren auswirkt, und zwar für die eine Halbwelle der Spannung von niedrigerer Frequenz. Es mögen i bis 6 die Anodenspannungen einer gewöhnlichen Sechsphasengleichrichteranlage sein. Der Gleichrichter ist durch gleichmäßige Beaufschlagung mit positiven Gitterspannungen so gesteuert, daß nacheinander die Anoden i bis 6 und hieran anschließend wieder die Anode i die Stromführung in voller Aussteuerung übernimmt. Nach Durchlaufung der dafür erforderlichen Zeitspanne wird der Gleichrichter durch Anlegung einer negativen Spannung an sämtliche Gitter gesperrt. Während des Bestehens seines leitfähigen Zustandes gibt er eine Spannung ab, die aus den Kuppen aneinandergereihter Anodenspannungen aufgebaut ist und ein nahezu rechteckförmiges Trapez darrstellt. Dieser noch unvollkommen geformten. Spannung wird die dem Primärnetz entnonil> mene Spannung in geeigneter Höhe und Pha senlage überlagert. In der Fig. i ist di@w letztere durch die Kurve i' wiedergegeben. Bei der Zusammensetzung der vom Gleichrichter erzeugten Spannung mit der dem Primärnetz unmittelbar entnommenen und dem Sekundärstromkreis transformatorisch zugeführten Spannung von Sinusform entsteht die Spannungskurve E; ihr Verlauf läßt ohne weiteres eine erheblich bessere Annäherung an die Sinusform, gestrichelt eingezeichnet, erkennen als die ursprüngliche Spannungskurve von Trapezform.
  • Die Erfindung geht von dem zuletzt beschriebenen Verfahren zur Erzielung sinusförmiger Ausgangsspannungen bei der Frequenzumformung von Wechselströmen aus. Dementsprechend bezieht sie sich auf eine Anordnung zur Wechselstromümformung von hoher in niedrige Frequenz mittels elektrischer Ventile, bei der eine sinusförmige Ausgangsspannung durch Überlagerung der ausgesteuerten niederfrequenten Spannung mit einer Zusatzspannung von Primärfrequenz erzielt wird. Sie ist ausgezeichnet durch eine mit einfachsten Mitteln erreichte und über den bisher erzielten Annäherungsgrad hinausgehende Angleichung der Ausgangsspannung an die Sinusform.
  • Erfindungsgemäß ist die Zusatzspannung in die Sternpunktverbindungen eines Teiles der sekundären Phasenwicklungen des Umrichtereingangstransformators eingeführt. Damit ist erreicht, daß diejenigen Anodenspannungen von der Überlagerung durch die Zusatzspannung ausgenommen sind, die bei einer Übernahme eines Teilstückes der anzustrebenden Sinüskurve dieser bereits so nahe kommen, daß erwähnte Überlagerung nur zu einer Verschlechterung des Annäherungsgrades führen würde. In vorteilhafter Weise wird sie an einer Hilfswicklung des Umrichtereingangstransformators abgenommen, auch kann sie einem besonderen Zusatztransformator entnommen werden.
  • In Fig.2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die beiden Ventilgefäße U1 und U2, die beziehentlich der Erzeugung der positiven und der negativen Halbwellen der zu gewinnenden Niederfrequenzspannung dienten, sind anodenseitig über die Sekundärwicklungen W1 und W2 des Eingangstransformators TE aus dem Drehstromnetz gespeist. Die gewonnene niederfrequente Spannung wird an. der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators TA abgenommen. Die der Angleichung an die Sinusform .dienende Zusatzspannung wird von den Zusatztransformatoren 2 geliefert, die an eine Phase des Drehstromnetzes angeschlossen .sind. Der Anschluß der Sekundärwicklungen ." won Z an die Sternpunktverbindungen der Se-:,ndärwicklungen W, und W. ist so getroffen, @daß nur die Wicklungen 1, 2, q. und 6 und damit auch nur die von deren EMKen erzeugten Gleichstromspannungen mit der Zusatzspannung in Beziehung treten. Bei den Wicklungen 3 und 5 ist dies nicht der Fall. Dernentsprechend bleiben in dem Kurvenbild der Fig. 3; das die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 2 veranschaulicht, die Sinusbögen 3 und 5 gegenüber der Zusammensetzung von Anodenspannungen und Zusatzspannung ungeändert.
  • Das Kurvenbild der Fig. 3 läßt genau wie das der Fig. i erkennen, daß innerhalb einer Arbeitsperiode des Umrichters die Anode i zweimal benutzt wird. In gleicher Weise ist bei einem Umrichter mit 12 Phasen zu verfahren. Nachdem hier mit Hilfe der Gittersteuerurig des Umrichters die Phasen i bis i2 durchlaufen sind, wird nochmals die Phase i freigegeben. Hierdurch wird, wie leicht ersichtlich, die Kurvenform insbesondere in der Nähe des Nulldurchganges der gewünschten niederfrequenten Spannungskurve verbessert und der Sinuskurve noch mehr angenähert.
  • Die Annäherung an die Sinüsförm kann noch dadurch weitergetrieben werden, daß die Windungszahlen der einzelnen Transformatorphasen verschieden groß gewählt werden. Dabei besitzt das hier vorgeschlagene System den Vorzug, daß diese Verschiedenheiten in den Windüngszahlen der Transformatoren gegenüber denen beim einleitend an zweiter Stelle beschriebenen Verfahren nur gering zu sein brauchen, da die Hauptangleichung bereits durch die Sternpunkteinführung der Primärspannung vollzogen ist. Es können daher - alle Transformatorenkerne fast gleichmäßig gut bewickelt oder die Zusatzwindungen auch auf einem gesonderten, außerhalb des Haupttransformators gelegenen, sehr kleinen Zusatztransformator angeordnet werden.
  • Zur Schließung der zwischen den Übergängen der einzelnen Anodenspannungen noch bestehenden Lücken kann man auf dem Eingangstransformator außer den nach gleichen Phasenwinkeln verteilten Wicklungen noch eine oder mehrere zusätzliche Wicklungen anbringen, die Spannungen anderer Phasenlage erzeugen.
  • Zeichnet man entsprechend der Umformung von 5operiodigem in 162[speriodigen Wechselstrom diejenige Kurve der 162[3-Periodenspannung auf, die man durch Zusammensetzung einer zwölfphasigen Gleichrichter- Spannung mit der Sinusspannung von Grundfrequenz erhält, so zeigt sich, daß die so gewonnene Kurve noch eine starke 5. Harmonische enthält. Diese kann man dadurch schwächen, daß die Windungszahlen der Phasen entsprechend den Differenzen der Spannungskurve gegenüber der wahren Sinuskurve abgeändert werden. Handelt es sich beispielsweise um einen Gleichrichter mit zwölf Phäsen, so kann man folgendermaßen vorgehen: Die Phase i erhält etwas weniger Windungen, die Phase 2 die normale Anzahl von Windungen. Die Phasen 3 und 4. erhalten wieder etwas mehr Windungen, die Phase 5 dagegen die normale Anzahl von Windungen. Den Phasen 6, 7 und 8 erteilt man etwas weniger Windungen, der Phase 9 eine normale Anzahl von Windungen, den Phasen io und i i wieder eine geringere Anzahl und der Phase i2 wieder die normale Anzahl von Windungen.
  • Die Abweichungen der Windungszahlen gegenüber der oben als Normalwert bezeichneten WinMungszahl sollen erfindungsgemäß zwar beliebig sein, damit man u. U. auch mit Absicht eine Kurve erreicht, die nicht ganz sinusförmig ist und erst durch den Betrieb und die Belastung mit Strom der Sinusform angenähert wird. Besteht aber diese Absicht nicht und wünscht man bereits die Leerlaufkurve möglichst der Sinusform anzunähern, so ist beispielsweise, wenn unter normaler Windungszahl der Wert ioo°/o verstanden wird, die von der Primärseite zugeführte Spannung von Grundfrequenz im Betrage von 33,3 Windungen zuzuführen; während die Windungszahlen, um die die einzelnen obengenannten Phasen vermindert bzw. vermehrt werden, etwa 201/p der normalen Windungszahl betragen. Diese Prozentsätze können selbstverständlich zwecks Erzielung einer noch genaueren Sinusform je nach .der Lage der einzelnen Phasenspannungen zur Gesamtspannung in noch geringeren Prozentsätzen, z. B. 5 bis io °/o, abgestuft werden. Die Grundzahlen 100°/o, 33,39, und 2o01, ergeben sich aus der bekannten Zerlegung einer Kurve von Rechteckform in einzelne Sinuskurven. In Befolgung dieses Grundsatzes kann die gegenseitige Abstufung der einzelnen Phasen noch weitergetrieben werden, um weitere höhere Harmonische, wie beispielsweise die 7. und 9., zu beseitigen.
  • Diejenigen Wicklungen, welche die Beseitigung der 5., 7. und höheren Harmonischen bewirken, können auch einem besonderen Zusatztransformator angehören.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Wechselstromumformung von hoher in niedrige Frequenz mittels elektrischer Ventile (Umrichtung), bei der eine sinusförmige Ausgangsspannung durch Überlagerung der ausgesteuerten niederfrequenten Spannung mit einer Zusatzspannung von Primärfrequenz erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzspannung in die Sterupunktverbindungen eines Teiles der sekundären Phasenwicklungen des Umrichtereingangstransformators eingeführt wird.
  2. 2. Anordnung zur Wechselstromumforinung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzspannung in einer Hiifswicklung des Umrichtereingangstransformators erzeugt wird.
  3. 3. Transformator für die Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Beseitigung noch bestehender geringer Abweichungen der Ausgangsspannung von der Sinusform die Windungszahlen der einzelnen Phasenwicklungen in an sich bekannter Weise schwach gegeneinander abgestuft sind. q..
  4. Anordnung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Verwendung eines außerhalb des Haupttransformators gelegenen Sondertransformators, auf dem Wicklungen geringer Windungszahlen zwecks Beseitigung noch bestehender geringer Abweichungen der Ausgangsspannung von der Sinusform verlegt sind.
  5. 5. Transformator für die Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator außer nach gleichen Winkeln verteilten Phasenwicklungen noch eine oder mehrere zusätzliche Wicklungen enthält, die Spannungen von anderer Phasenlage erzeugen.
  6. 6. Transformator für die Umrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Phasenwicklungen in ihren Windungszahlen gegenüber einer mittleren Windungszahl derart vermindert oder vermehrt sind, daß dadurch die 5. oder 7. Harmonische annähernd beseitigt sind.
  7. 7. Transformator für die Umrichtung nach Anspruch i urtd 6, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Wicklungen, welche die Beseitigung der 5., 7. und höheren Harmonischen bewirken, einem besonderen Zusatztransformator angehören.
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