DE671450C

DE671450C - Process for the direct conversion of alternating currents of a given frequency into those of other frequencies by means of controlled gas or vapor-filled discharge paths with a clear transmission direction

Info

Publication number: DE671450C
Application number: DES96908D
Authority: DE
Inventors: Walter Eberspaecher; Dr Phil Juergen V Issendorff; Dr-Ing E H Moritz Schenkel
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1931-02-21
Filing date: 1931-02-21
Publication date: 1939-02-07

Description

Verfahren zur unmittelbaren Umformung von Wechselströmen gegebener Frequenz in solche anderer Frequenz vermittels gesteuerter gas- oder dampfgefüllter Entladungsstrecken mit eindeutiger Durchlaßrichtung Es ist bekannt, daß Wechselstrom irgendeiner Frequenz mit Hilfe von steuerbaren elektrischen Entladungsgefäßen in Wechselstrom irgendeiner anderen Frequenz umgewandelt werden kann. Beispielsweise hat man vorgeschlagen, den Wechselstrom der gegebenen Frequenz mit Hilfe von Gleichrichtern in Gleichstrom umzuformen und diesen Gleichstrom über Wechselrichter in Wechselstrom der gewünschten Frequenz umzuwandeln. Wegen der Verwendung von Gleichstrom als Zwischenstufe kann mit diesem Umformer kein Blindstrom geliefert werden. Außerdem hat der Umformer den Nachteil großen Aufwandes an Schaltungswitteln und des doppelten Leistungsverlustes im Lichtbogen.Process for the direct conversion of alternating currents given Frequency to those of other frequencies by means of controlled gas or steam-filled ones Discharge paths with a clear forward direction It is known that alternating current any frequency with the help of controllable electrical discharge vessels in AC current of any other frequency can be converted. For example it has been proposed to convert the alternating current of the given frequency with the help of rectifiers into direct current and convert this direct current into alternating current via inverters to convert to the desired frequency. Because of the use of direct current as an intermediate stage no reactive current can be supplied with this converter. In addition, the converter has the disadvantage of large expenditure on circuit resources and the double power loss in the arc.

Die Erfindung bezieht sich auf Umformer, bei denen der Wechselstrom unmittelbar umgewandelt wird, ohne erst Gleichstrom als Zwischenstufe erzeugen zu müssen. Diese Umformer, die in vieler Hinsicht vorteilhafter sind, verwenden im wesentlichen zwei Gruppen von Entladungsstrecken, von denen die eine Gruppe eine Halbwelle und die andere Gruppe die andere Hä.lbwelle des sekundären Wechselstromes des Umformers liefert.The invention relates to converters in which the alternating current is converted directly without first generating direct current as an intermediate stage have to. These converters, which are more advantageous in many ways, use im essentially two groups of discharge paths, one group of which is one Half-wave and the other group the other half-wave of the secondary alternating current of the converter supplies.

Bei einer bekannten nach diesem Prinzip arbeitenden Umformeranordnung sind die beiden Entladungsstreckengruppen an einen Mehrphasentransformator angeschlossen. Innerhalb einer Halbwelle des Wechselstromes vollzieht sich der Stromübergang von Ventilstrecke zu Ventilstrecke in der vom Gleichrichter her bekannten Weise. Die entstehende Wechselspannung hat jedoch im wesentlichen rechteckförmige oder trapezförmige Gestalt. Um die Kurvenform der aus bekannten Gründen erwünschten Sinusfortn anzunähern, wurde vorgeschlagen, den einzelnen Entladungsstrecken Spannungen zuzuführen, deren Amplituden der gewünschten Kurvenform entsprechend abgestuft sind. Der den Entladungsstrecken zugeordnete Transformator erhält zu dem Zweck abgestufte Windungszahlen. Durch Aneinanderreihung von Teilstücken der Spannungswellen verschie @.@ ner Amplitude entsteht eine Umgrenzung linie oder Hüllkurve, die der gewünseIQn Sinusform angenähert ist. Ein Nachteil die Er sogenannten Hüllkurvenumrichter liegt darifi; daß das Verhältnis der primärseitigen und der sekundärseitigen Frequenz der Umformeranlage starr ist.In a known converter arrangement operating according to this principle the two groups of discharge paths are connected to a polyphase transformer. The current transition from takes place within a half-wave of the alternating current Valve path to valve path in the manner known from the rectifier. the However, the resulting alternating voltage is essentially rectangular or trapezoidal Shape. In order to approximate the shape of the curve to the sinusoidal continuation desired for known reasons, it was proposed to supply voltages to the individual discharge paths, their Amplitudes of the desired curve shape are graded accordingly. The discharge lines The assigned transformer receives graduated numbers of turns for this purpose. By Stringing together of parts of the stress waves of different amplitudes a boundary line or envelope is created that approximates the desired sinusoidal shape is. One disadvantage of the so-called envelope converter lies in this; that the relationship the primary-side and the secondary-side frequency of the converter system is rigid.

Die Nachteile, welche durch die Abstufung der die einzelnen Entladungsstrecken speisenden Spannungen bedingt sind, lassen sich vermeiden, wenn die Zeitabschnitte, in denen die einzelnen Entladungsstrecken an der Stromführung teilnehmen, durch Steuerung der Entladungsstrecken in bestimmter Gesetzmäßigkeit vorgeschrieben werden. Die den einzelnen Entladungsstrecken zugeführten Spannungenkönnen dann untereinander gleichbleiben. Bei einem bekannten Umformer dieser Art werden Entladungsstrecken verwendet, die sich derart steuern lassen, daß sowohl der Beginn -als auch das Ende der Stromführung einer jeden Entladungsstrecke willkürlich durch Steuerung der Entladungsstrecke zeitlich festgelegt werden kann. Bei der bekannten Umformeranordnung werden die Entladungsstrecken mit einer Steuerspannung beaufschlagt, deren Frequenz aus der Summe oder der Differenz der Primärfrequenz und der Sekundärfrequenz des Umformers gebildet ist. Da bei diesem Umformer vorausgesetzt ist, daß sich. die Entladung einer Entladungsstrecke unabhängig von dem Augenblickswert der Spannung willkürlich löschen läßt, beschränkt sich die Anwendung praktisch auf steuerbare Hochvakuumentladungsgefäße. Der Umformer arbeitet wegen des hohen Spannungsabfalls dieser Entladungsstrecke mit sehr schlechtem Wirkungsgrad. Außerdem ist die Leistung beschränkt.The disadvantages caused by the gradation of the individual discharge paths feeding voltages can be avoided if the time periods in which the individual discharge paths take part in the current conduction Control of the discharge paths are prescribed in a certain regularity. The voltages fed to the individual discharge paths can then be mutually exclusive stay the same. In a known converter of this type, discharge paths are created used, which can be controlled in such a way that both the beginning and the end the current flow of each discharge path arbitrarily by controlling the discharge path can be timed. In the known converter arrangement, the Discharge paths applied with a control voltage, the frequency of which from the Sum or difference of the primary frequency and the secondary frequency of the converter is formed. Since with this converter it is assumed that. the discharge a discharge path regardless of the instantaneous value of the voltage can be deleted, the application is practically limited to controllable high vacuum discharge vessels. The converter works because of the high voltage drop in this discharge path with very poor efficiency. In addition, the performance is limited.

Gegenstand der Erfindung ist ein Umformer, der die Nachteile der bekannten Umformer vermeidet. Erfindungsgemäß werden gesteuerte Gas- oder Dampfentladungsstrekken mit eindeutiger Durchlaßrichtung durch ständige, mittels der Gitter innerhalb eines Phasenwinkelbereiches von höchstens i8o° bewirkte Verlegung des zeitlichen Eintritts lediglich der Zündung der einzelnen Entladungsstrecken gesteuert. Den Steuerorganen ,der zündpunktgesteuerten Entladungsstrecken werden Steuerspannungen zugeführt, die sich aus der Überlagerung von sinusförmigen Spannungen der gegebenen Frequenz und ebenfalls sinusförmigen Spannungen der anderen Frequenz ergeben.The invention is a converter that the disadvantages of the known Converter avoids. Controlled gas or vapor discharge paths are according to the invention with a clear direction of transmission through permanent, by means of the grid within a Phase angle range of at most i8o ° caused the temporal entry to be shifted controlled only the ignition of the individual discharge paths. The tax organs , the ignition point-controlled discharge paths are supplied with control voltages, resulting from the superposition of sinusoidal voltages of the given frequency and also result in sinusoidal voltages of the other frequency.

Die Wirkungsweise des Verfahrens nach der Erfindung sei im folgenden an Hand der in den Fig. i bis 3 dargestellten Urnrichterschaltungen und der zu diesen Schaltungen ., gehörigen Diagramme der Fig. 4 und s näher erläutert.The mode of operation of the method according to the invention is as follows on the basis of the converter circuits shown in FIGS Circuits., Associated diagrams of Fig. 4 and s explained in more detail.

Fig. i zeigt ein Drehstromnetz i und ein iechselstromnetz 2, die Spannungen und Ströme von verschiedener Frequenz besitzen: Für die Umformung der Frequenzen sind zwei gittergesteuerte gas- oder dampfgefüllte elektrische Entladungsgefäßgruppen 3 und .4 vorgesehen, die mit ihren Anoden an einem mit dem Netz z verbundenen Transformator 5 liegen, welcher die für eine Sechsphasenentladungsgefäßanordnung übliche Schaltung aufweist. Die Kathoden sind an die den Entladungsgefäßen zugewandte Wicklung 9 des Kathodentransformators 6 angeschlossen, und der Neutralpunkt dieser Wicklung ist mit dem Sternpunkt der den Entladungsgefäßen zugewandten Wicklung 8 des Anodentransformators 5 verbunden. Diese Schaltung ist, wie ohne weiteres zu ersehen, sehr einfach, weil die Verbindungsleitungen zwischen den Neutralpunkten der Transformatorwicklungen 8 und 9 zu einer einzigen Leitung vereinigt sind, was an sich jedoch nicht notwendig ist. Man kann aber auch, wie in Fig. 2 veranschaulicht, die Entladungsgefäße und Transformatoren so zusammenschalten, daß die Kathoden der Entladungsgefäße i9, letztere hier in einem Gefäß vereinigt, mit dem neutralen Punkt der den Entladungsgefäßen zugewendeten Wicklung2i des Kathodentransformators 2o verbunden sind, während die einzelnen Zweige dieser Wicklung mit den Sternpunkten der voneinander getrennten Sekundärwicklungen 18 des Anodentransformators 16 verbunden sind.Fig. I shows a three-phase network i and a single-phase network 2, the voltages and currents of different frequencies: For the conversion of the frequencies are two grid-controlled gas or vapor-filled electrical discharge vessel groups 3 and .4 provided with their anodes on a transformer connected to the network z 5, which is the usual circuit for a six-phase discharge vessel arrangement having. The cathodes are connected to the winding 9 of the facing the discharge vessels Cathode transformer 6 connected, and the neutral point of this winding is with the star point of the winding 8 of the anode transformer facing the discharge vessels 5 connected. As can readily be seen, this circuit is very simple because the connecting lines between the neutral points of the transformer windings 8 and 9 are combined into a single line, but this is not necessary in itself is. However, as illustrated in FIG. 2, the discharge vessels and Interconnect transformers in such a way that the cathodes of the discharge vessels i9, the latter here united in one vessel, with the neutral point of the discharge vessels facing winding 2i of the cathode transformer 2o are connected, while the individual branches of this winding with the neutral points of the separated Secondary windings 18 of the anode transformer 16 are connected.

Diese Schaltung zeigt, wie erwähnt, eine Vereinfachung der Ausführung der Umrichteranordnung dergestalt, daß mehrere gesteuerte elektrische Entladungsstrecken in einem Gefäß 17 untergebracht sind.As mentioned, this circuit shows a simplification of the design of the converter arrangement in such a way that several controlled electrical discharge paths are accommodated in a vessel 17.

Eine Anordnung, bei der das auf der Kathodenseite der Entladungsgefäße liegende Netz, also das Sekundärnetz, einphasig ist, zeigt Fig.3. Hier sind zwei Entladungsstreckengruppen 3 und q. unmittelbar mit verkehrter Parallelschaltung an das Einphasennetz 2 angeschlossen. Diese Schaltung bezeichnet man auch mit Kreuzschaltung und den von den Entladungsstreckengruppen gebildeten Stromkreis als Achterkreis. Eine solche Anordnung ist wegen des weiten Regelbereichs der Frequenz des Netzes 2 besonders vorteilhaft, welche Frequenz bis zum Wert Null, also bis zur Abgabe von Gleichstrom in dieses Netz, vermindert werden kann. Ausgleichströrne; die dabei in dein Achterkreis auftreten, können durch die Steuexelektrodenspannungen beeinflussende Schutzapparate, insbesondere solche, die auf überlagerten Gleichstrom ansprechen, unterdrückt werden.An arrangement in which this is on the cathode side of the discharge vessels Fig. 3 shows the lying network, i.e. the secondary network, is single-phase. Here are two Discharge path groups 3 and q. directly with reverse parallel connection connected to the single-phase network 2. This circuit is also known as a cross connection and the circuit formed by the groups of discharge paths as a figure-of-eight. Such an arrangement is because of the wide control range of the frequency of the network 2 particularly advantageous, which frequency up to the value zero, that is, up to the delivery of direct current in this network, can be reduced. Equalizing currents; those with it occur in your figure-of-eight, can be influenced by the Steuexelectrode voltages Protective apparatus, especially those that use superimposed direct current address, be suppressed.

Die Entladungsstrecken der in den Fig. i bis 3 dargestellten Umformeranordnung sind finit Steuerelektroden 23 und 24, vorzugsweise Steuergittern, ausgerüstet. Durch die Steuerelektroden kann, da es sich um Lichtbogenentladungsstrecken, also beispielsweise Ouecksilberdampfentladungsstrecken, handelt, nur der Zündzeitpunkt der Entladungsstrecken gesteuert werden. Es wurde bereits erwähnt, daß den Entladungsstrecken erfindungsgemäß Steuerspannungen zugeführt werden, die sich aus der Überlagerung von Spannungen der gegebenen Frequenz und Spannungen der anderen Frequenz ergeben. Bei der Schaltung nach Fig.i wird die Steuerspannung von der Frequenz des Netzes i diesem Netz über den Spannungswandler i i entnommen, durch den Phasenregler 12 hindurchgeführt und über die Gittertransformatoren 13 und 14 den Steuergittern 23 und 24 zugeleitet. Die Steuerspannung von der Frequenz des Netzes wird über den Spannungswandler 15, an dessen Stelle auch ein Reguliertransformator treten kann, aus der Wechselstromquelle 35, den Sekundärwicklungen der Gittertransformatoren 13 und 14 zugleich den Steuergittern der beiden Gleichrichter 3 und 4 zugeführt. Der Leistungsverbrauch der Steuerorgane ist stets verhältnismäßig klein, dementsprechend auch die Steuerapparatur.The discharge paths of the converter arrangement shown in FIGS finite control electrodes 23 and 24, preferably control grids, are equipped. Through the control electrodes, since they are arc discharge paths, so for example mercury vapor discharge paths, is only the ignition point the discharge paths can be controlled. It has already been mentioned that the discharge paths according to the invention control voltages are supplied, which result from the superposition of voltages of the given frequency and voltages of the other frequency. In the circuit according to Fig.i, the control voltage is based on the frequency of the network i taken from this network via the voltage converter i i, by the phase regulator 12 passed through and via the grid transformers 13 and 14 to the control grid 23 and 24 forwarded. The control voltage from the frequency of the network is via the Voltage converter 15, which can also be replaced by a regulating transformer, from the AC power source 35, the secondary windings of the grid transformers 13 and 14 are fed to the control grids of the two rectifiers 3 and 4 at the same time. The power consumption of the control organs is always relatively small, accordingly also the control apparatus.

An Hand des in Fig.4 dargestellten Diagramms sei zunächst für eine Entladungsstrecke erläutert, wie sich der Zündzeitpunkt der Entladungsstrecke ändert, wenn dieser Entladungsstrecke zwei Steuerspannungen zugeführt werden. Im oberen Teil des Diagramms ist finit e" die Anodenspannung einer der Ventilstrecken der Gleichrichter 3 und 4 in Fig. i bezeichnet, und zwar bezogen auf den Sternpunkt des Transformators 5. Im unteren Teil des Diagramms bedeutet eg die Gitterspannung, die die gleiche Frequenz wie die Anodenspannung hat, die also in Fig. i über den Transformator 12 dem Drehstromnetz i entnommen ist. v ist die zweite Steuerspannung, die als Vorspannung bezeichnet werden kann. Beide Spannungen eg und v sind auf das Potential der Kathode h bezogen. In dem Diagramm sind drei Werte für die Vorspannung eingezeichnet, und zwar vl, vjl, v@II. Die Oberlagerung mit der Spannung e. gibt dementsprechend für diese Spannung drei verschiedene Lagen egl, eg,1, eg,II. Parallel zu dem Kathodenpotential k ist die Zündspannung Ezg gezeichnet. Überschreitet die resultierende Gitterspannung diese Zündspannungsgrenze, so tritt die Zündung ein. Die Schnittpunkte der Spannungen e,1, egli und egll mit der "Zündspannung EZg sind mit Z" 7_l1 und 7.111 bezeichnet. Sie liegen um die Winkel al, all, all, gegenüber dem Beginn der Anodenspannungshalbwelle e, verzögert. Die Anode wird entsprechend zu den Zeiten I, II oder III gezündet. Die Vorspannungen vl, vil und v"1 sind in dem Diagramm als Gleichspannungen eingezeichnet. Bei der Umformeranordnung nach der Erfindung ist diese Vorspannung eine sinusförmige Spannung, die sich mit der Frequenz der Sekundärspannung des Umformers ändert. Bei der Schaltung nach Fig. i wird diese Spannung über den Transformator 15 den Steuergittern zugeführt. Aus dem Diagramm der Fig.4 ist ersichtlich, daß durch dieses Steuerverfahren der Zündzeitpunkt einer jeden Entladungsstrecke der beiden an der Umformung beteiligten Gruppen von Entladungsstrecken in dem Maße geändert wird, wie sich die Steuerspannung mit der Frequenz des Sekundärnetzes ändert. Das Diagramm zeigt auch, daß bei geeigneter Wahl der Phasenlage der Gitterspannung e, (Einstellung durch den Transformator 12 in Fig. 1) der Zündzeitpunkt der Entladungsstrecke innerhalb eines Bereiches von etwa i8o° verschoben werden kann.Using the diagram shown in FIG. 4, it will first be explained for a discharge path how the ignition point of the discharge path changes when two control voltages are fed to this discharge path. In the upper part of the diagram, finite e "denotes the anode voltage of one of the valve sections of the rectifiers 3 and 4 in FIG i has the anode voltage, which is taken from the three-phase network i via the transformer 12. v is the second control voltage, which can be referred to as the bias voltage. Both voltages eg and v are related to the potential of the cathode h. In the diagram three values for the bias voltage are shown, namely vl, vjl, v @ II. The superimposition with the voltage e. accordingly gives three different positions for this voltage egl, eg, 1, eg, II. Parallel to the cathode potential k is the Ignition voltage Ezg. If the resulting grid voltage exceeds this ignition voltage limit, ignition occurs. The points of intersection of the voltages e, 1, egli and egll with the "ignition voltage EZg sin d denoted by Z "7_l1 and 7.111. They are delayed by the angles al, all, all compared to the beginning of the anode voltage half-wave e. The anode is ignited accordingly at times I, II or III. The bias voltages vl, vil and v "1 are shown in the diagram as direct voltages. In the converter arrangement according to the invention, this bias voltage is a sinusoidal voltage which changes with the frequency of the secondary voltage of the converter. In the circuit according to FIG Voltage is supplied to the control grids via the transformer 15. It can be seen from the diagram in FIG The diagram also shows that with a suitable choice of the phase position of the grid voltage e, (setting by the transformer 12 in FIG. 1), the ignition point of the discharge path can be shifted within a range of about 180 °.

In dein Diagramm der Fig. 5 ist gezeigt, wie mit Hilfe dieses Steuerverfahrens eine vollständige Spannungswelle gebildet wird. Die dem Transformator 5 entnommenen Phasenspannungen der Gleichrichtergruppen 3 und 4 sind in bekannter Weise als Sinuslinien dargestellt. Für einen Teil der primären Spannungshalbwellen Ei ist angegeben, wie sich der Zündverzögerungswinkel a, im Verlauf einer Halbwelle der Einphasenspannung E2 ändert bzw. wie dieser Zündverzögerungswink el, vom Maximum der Einphasenspannung an gerechnet, allmählich größer wird. Der kleinste Zündverzögerungswinkel ist ao. Dieser gilt für den Zündzeitpunkt Zo. Dem Zündzeitpunkt Z1 entspricht ein Verzögerungswinkel ao+a, Dem etwa im negativ en Maximum der Einphasenhalbwelle liegenden Zündzeitpunkt Z2 entspricht ein Zündverzögerungswinkel ao+a, Die Zunahme der Zündverzögerung zwischen den Zündpunkten ZO und Z@ beträgt somit a2 und liegt, wie in dem Diagramm angedeutet, innerhalb des Bereiches von i$o°.In the diagram of Fig. 5 it is shown how with the help of this control method a complete stress wave is formed. The ones taken from the transformer 5 Phase voltages of rectifier groups 3 and 4 are known as sinusoidal lines shown. For some of the primary voltage half-waves Ei it is indicated how the ignition delay angle α, in the course of a half-wave of the single-phase voltage E2 changes or, like this ignition delay angle, from the maximum of the single-phase voltage expected to gradually get bigger. The smallest ignition delay angle is ao. This applies to the ignition point Zo. A delay angle corresponds to the ignition time Z1 ao + a, the ignition point approximately at the negative maximum of the single-phase half-wave Z2 corresponds to an ignition delay angle ao + a, the increase in the ignition delay between the ignition points ZO and Z @ is therefore a2 and is, as indicated in the diagram, within the range of i $ o °.

Aus dem Diagramm der Fig. 5 ist ersichtlich, wie durch Veränderung der gemeinsamen Vorspannung aller Steuerorgane der an der Umformung beteiligten Entladungsstrecken der zeitliche Eintritt der Anodenlichtbogenzündung innerhalb eines Phasenwinkels von ißo° beliebig verlegt und wie dadurch eine Kurvenform gebildet werden kann, die der Sinusform gewünschter Frequenz angenähert ist. Bei der Schaltung nach Fig. i wird durch die dem Transformator 15 entnommene, mit der Sekundärfrequenz veränderliche '#7"orspännung in dem_Transformator 6 ein Wechselstrom erzeugt. Die beiden Gleichrichter 3 und 4 werden dabei im Gegentakt gesteuert, weil die den Gittertransformatoren 13 und 14 zugeordneten Sekundärwicklungen des Transformators 15 um 18o° phasenverschoben sind.From the diagram of FIG. 5 it can be seen how by changing the common preload of all control organs involved in the forming Discharge paths the timing of the anode arc ignition within a phase angle of 100 ° and how this creates a curve shape which approximates the sinusoidal shape of the desired frequency. When switching according to Fig. i is removed by the transformer 15, with the Secondary frequency variable '# 7' voltage in the transformer 6 an alternating current generated. The two rectifiers 3 and 4 are controlled in push-pull because the secondary windings of the transformer assigned to the grid transformers 13 and 14 15 are phase shifted by 180 °.

Das vorstehend erläuterte Steuerverfahren der Erfindung hat zunächst den Vorteil, daß LichtbogenentladungsgefäBe,- also beispielsweise Quecksilberdämpfentladungsgefäße, für die Umformung verwendet werden können, und daß deshalb die von dem Umformer 7u bewältigende Leistung praktisch unbegrenzt ist. Dadurch, daß bei dem Verfahren nach der Erfindung sämtlichen Entladungsstrecken Spannungen gleicher Amplitude zugeführt werden, ist der Nachteil des starren Frequenzverhältnisses eines Hüllkurvenumrichters vermieden. Primärfrequenz und Sekundärfrequenz sind voneinander unabhängig. Die Annäherung ist dabei um so größer, je größer die Phasenzahl der beiden an der Umformung beteiligten Gruppen von Entladungsstrecken ist.The control method of the invention explained above has first the advantage that arc discharge vessels - for example mercury vapor discharge vessels, can be used for the reshaping, and that therefore those of the transducer 7u mastery is practically unlimited. By the fact that in the process According to the invention, voltages of the same amplitude are supplied to all discharge paths is the disadvantage of the rigid frequency ratio of an envelope converter avoided. Primary frequency and secondary frequency are independent of each other. the The greater the number of phases of the two in the deformation, the greater the approximation groups of discharge paths involved.

Die in den Fig. i bis 3 dargestellten Umformerschaltungen können noch in mancher Hinsicht ergänzt und abgewandelt werden. Zur Einregulierung ist es zweckmäßig> daß bei der Schaltung nach Fig. i je eine zusätzliche Gleichspannung in die beiden Zuleitungen 25 und 26 vom Wandler 15 zu den Gittertransformatoren 13, 14 eingeführt wird, z: B. durch Einlegen von zwei Batterien 27 und 28, die bewirken, daß die von jedem einzelnen Gleichrichter abgegebenen Halbwellen eine Breite von 18o elektrischen Graden besitzen.The converter circuits shown in FIGS. 1 to 3 can still be supplemented and modified in some respects. For the adjustment, it is expedient> that in the circuit of Figure i per an additional DC voltage to the two leads 25 and 26 is introduced from the converter 15 to the grid transformers 13, 14, eg., By insertion of two batteries 27 and 28, which have the effect that the half-waves emitted by each individual rectifier have a width of 180 electrical degrees.

In die einzelnen Kreise wird man zweckmäßig zur Vermeidung von Oberwellen an geeigneter Stelle noch Induktivitäten oder Drosselketten, beide gegebenenfalls in Verbindung mit Resonanzkreisen, einlegen. Insbesondere wird das Netz 35, falls es aus dem Netz 2 gespeist wird, durch diese Mittel von störenden Harmonischen befreit. Somit werden den Steuergittern zwei einander überlagerte rein sinusförmige Wechselspannungen zugeführt. Dieses hat zur Folge, daß die Entladungsstreckengruppen exakt gesteuert werden.In the individual circles it is advisable to avoid harmonics at a suitable point, inductors or choke chains, both if necessary in connection with resonance circles. In particular, the network 35, if it is fed from the network 2, freed from interfering harmonics by this means. Thus, the control grids have two superimposed, purely sinusoidal alternating voltages fed. This has the consequence that the groups of discharge paths are precisely controlled will.

Die in das auf der Kathodenseite liegende Netz 2 -abgegebenen Wechselstromspannungen sind in ihrer Höhe von dem Verhältnis der beiden Steuerspannungen abhängig. Diese Abhängigkeit kann durch Veränderung einer oder beider Steuerspannungen eingestellt werden, was im vorliegenden Fäll durch Anordnung von Anzapfstellen an dem Transformator i i erreicht wird. Die Phasenlage der über dem Transformator i i den Steuerorganen zugeführten Steuerspannungen wird im allgemeinen gegenüber der Phasenlage der Spannung der zugehörigen Anoden eine Nacheilüng aufweisen müssen, am besten von i8o°, um für von den Kathoden abgegebene Wechselströme möglichst eine reine Sinusform zu erhalten.The alternating current voltages emitted into the network 2 on the cathode side are in their height dependent on the ratio of the two control voltages. These Dependency can be set by changing one or both control voltages what in the present case by the arrangement of taps on the transformer i i is reached. The phasing of the control organs via the transformer i i applied control voltages is generally compared to the phase position of the voltage of the associated anodes must be lagging, ideally by 180 ° for alternating currents emitted by the cathodes as pure sinusoidal as possible obtain.

Für den Fall, däß das von den Kathoden gespeiste Netz 2 auch noch von einer Synchronmaschine gespeist wird, z. B. im Bahnbetrieb; kann die zum Steuern benötigte Spannung derselben Frequenz über den Transformator 15 aus dem Netz 2 unmittelbar entnommen werden, indem der Wandler 15 (Fig. 1) direkt an das Netz 2 gelegt wird, während die besondere Wechselstromquelle 35 fortfällt. Dann wird diese Steuerspannung zweckmäßig in ihrer Amplitude und Phase veränderlich gemacht, beispielsweise durch Ausführung des Transformators 15 als Phasenregler, wie in Fig. i durch einen Pfeil angedeutet ist, gegebenenfalls mit einer Hilfsphase. Durch Amplitudenänderung dieser sekundären Steuerspannung werden die in das Netz 2 der Umformeranordnung abgegebenen Blindströme nach Größe und Richtung geregelt, während durch' die Phasenänderung der sekundären Steuerspannung die an das Netz 2 abgegebene Leistung nach Größe und Richtung geregelt wird.In the event that the network 2 fed by the cathodes also still fed by a synchronous machine, e.g. B. in rail operations; can control them required voltage of the same frequency via the transformer 15 from the network 2 directly can be removed by placing the converter 15 (Fig. 1) directly on the network 2, while the special AC power source 35 is omitted. Then this control voltage expediently made variable in their amplitude and phase, for example by Implementation of the transformer 15 as a phase regulator, as in Fig. I by an arrow is indicated, possibly with an auxiliary phase. By changing the amplitude of this secondary control voltage are the output in the network 2 of the converter arrangement Reactive currents regulated by magnitude and direction, while through 'the phase change the secondary control voltage, the power delivered to the network 2 according to size and Direction is regulated.

Für den Fall, daß das von der Kathode gespeiste Netz :2 nur oder überwiegend von elektrischen Entladungsgefäßen gespeist wird, ist es vorteilhafter, die sekundäre Steuerspannung einem besonderen taktgebenden Glied, z. B. einer Wechselstromquelle 35, zu entnehmen, die eine Synchronmaschine oder irgendein Schwingungserzeuger von der gewünschten Frequenz sein kann.In the event that the network fed by the cathode: 2 only or predominantly is fed by electrical discharge vessels, it is more advantageous to use the secondary Control voltage to a special clock-generating element, e.g. B. an AC power source 35, it can be seen that a synchronous machine or any vibration generator of the desired frequency can be.

Die Wechselstromquelle 35 kann auch in regelbarer Abhängigkeit von der Frequenz des anodenseitigen Netzes i gehalten werden, wie in Fig. 6 und 7 veranschaulicht ist. In Fig. 6 wird das taktgebende Glied durch zwei Synchronmaschinen 51 und 52 gebildet, durch welche die Frequenzen beider Netze in ein starres Verhältnis gesetzt werden. Bei dieser Anordnung wird die Größe der Steuerspannungen durch die vor die Batterie 5o geschalteten Regler 53 und 54 eingestellt, die im vorliegenden Fall durch Widerstände in den Erregerstromkreisen des mit der Wechselstromquelle 35 verbundenen Generators gebildet werden: Die Achsen der beiden Erregerwicklungen des Generators 51 stehen zweckmäßig aufeinander, wodurch eine gewisse Nachgiebigkeit in der Phasenlage zu erreichen ist (Drehfelderregermascliine).The alternating current source 35 can also be controlled as a function of the frequency of the anode-side network i, as illustrated in FIGS. 6 and 7 is. In FIG. 6, the clock-generating element is provided by two synchronous machines 51 and 52 formed, through which the frequencies of both networks are set in a rigid relationship will. With this arrangement, the magnitude of the control voltages is determined by the before the Battery 5o switched regulator 53 and 54 set, in the present case by resistances in the excitation circuits of the connected to the AC power source 35 Generators are formed: The axes of the two excitation windings of the generator 51 are expediently one on top of the other, whereby a certain flexibility in the phase position can be reached (rotary field exciter).

Fig. 7 zeigt als Wechselstromquelle 35 eine Asynchronmaschine 55, die durch eine Gleichstrommaschine 56 von einer Batterie 5o angetrieben wird. Dadurch kann die Abhängigkeit der Frequenz 2 von der Frequenz i geregelt werden. Die Kupplung der Frequenzen ist in diesem Falle beliebig nachgiebig. Die Größe der sekundären Steuerspannung kann beispielsweise im Ständerkreis durch regelbare Transformatoren 57 eingestellt werden.7 shows an asynchronous machine 55 as an alternating current source 35, which is driven by a direct current machine 56 from a battery 5o. As a result, the dependence of the frequency 2 on the frequency i can be regulated. In this case, the coupling of the frequencies is flexible. The size of the secondary control voltage can for example be set in the stator circuit by controllable transformers 57.

Man kann durch Ausgestaltung der Wechselstromquelle 35 die Taktgebung auch in regelbare Abhängigkeit von einer Betriebsgröße bringen, z. B. von der Durchgangsleistung der elektrischen Entladungsgefäße. Das hat den Vorteil, daß die Entladungsgefäße nicht überlastet werden können. Ferner kann die Frequenz auch in Abhängigkeit von der Durchgangsleistung an einer beliebigen anderen Stelle der beiden Netze oder in einer beliebigen zeitlichen Abhängigkeit (nach Fahrplan) oder angenähert an eine Sollfrequenz (Integralregler) geregelt werden.By designing the alternating current source 35, the timing can be set also bring in controllable dependence on a company size, z. B. the throughput of the electrical discharge vessels. This has the advantage that the discharge vessels cannot be overloaded. Furthermore, the frequency can also be a function of the throughput at any other point in the two networks or in any time dependency (according to the schedule) or approximated to one Setpoint frequency (integral controller) can be controlled.

Ein Ausführungsbeispiel für eine leistungsabhängige Regelung zeigt Fig. B. Die sekundäre Steuerspannung wird hier von einer Synchronmaschine 6o geliefert, die zwei Erregerwicklungen besitzt, deren Achsen aufeinander senkrecht stehen, und deren Drehzahl durch einen Gleichstrommotor 61 bestimmt wird. Die Drehzahl dieses Gleichstrommotors wird in folgender Weise geregelt.An exemplary embodiment for a power-dependent regulation is shown Fig. B. The secondary control voltage is supplied here by a synchronous machine 6o, which has two excitation windings, the axes of which are perpendicular to one another, and the speed of which is determined by a direct current motor 61. The speed of this DC motor is regulated in the following way.

Ein kräftig ausgeführter Wirkzähler 62 treibt eine kleine Zusatzdynamo 63 an, deren Spannung einer festen Spannung 64 zu- oder abgesetzt wird, und die zum Antreiben des Gleichstrommotors dient. Der Zähler 62 wird an den anodenseitigen oder den kathodenseitigen Stromkreis der Umformeranordnung angeschlossen oder über eine Fernmeßeinrichtung an einen beliebig fernen Punkt der Netze i oder 2 gelegt. Die Kennlinien dieser leistungsabhängigen Regelung können durch Einstellung der Regelwiderstände 65 und 66 beliebig geneigt oder parallel verschoben werden.A powerfully executed counter 62 drives a small additional dynamo 63, the voltage of which is added to or removed from a fixed voltage 64, and the is used to drive the DC motor. The counter 62 is connected to the anode-side or connected to the cathode-side circuit of the converter arrangement or via a remote measuring device is placed at any point in the network i or 2 that is remote. The characteristics of this power-dependent control can be adjusted by setting the Variable resistors 65 and 66 can be inclined at will or moved in parallel.

Das auf der Anodenseite der Entladungsgefäße liegende Netz erhält unter Umständen erhebliche Blindströme von der Entladungsgefäßanordnung oder muß solche Ströme an diese Anordnung liefern. Deshalb wird ein Phasenschieber an dieses Netz angeschlossen, der die Blindströme in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Entladungsgefäßanordnung z. B. mit Hilfe von Blindleisttingsrelais kompensiert.The network lying on the anode side of the discharge vessels receives possibly considerable reactive currents from the discharge vessel arrangement or must supply such currents to this arrangement. Therefore a phase shifter is attached to this Network connected, the reactive currents depending on the operating state the discharge vessel arrangement z. B. compensated with the help of reactive power relays.

Die Frequenzurnforrnung wird um so vollkommener, je mehr gesteuerte Spannungsimpulse der vom Netz i in Fig., i bis 3 gespeisten Anoden zum Aufbau einer Spannungshalbwelle des Netzes :2 dienen. Mit besonderem Vorteil werden daher mehr als sechs Anodenphasen für jede Entladung sstreckengruppe verwendet. Beispielsweise ist es bei. der Umformung zwischen einem 5 o-periodigeri und einem i 62/3-periodigen Netz zweckmäßig, 12 Anodenphasen zu verwenden, so daß auf eine Periode des 162j3 periodigen Netzes i2 i6°/3 = 36 gesteuerte Spannungsimpulse entfallen. Insbesondere ist die Wahl einer höheren Anodenzahl als sechs vorteilhaft, wenn das Frequenzverhältnis der Netze i und 2 kleiner als 3 oder gar kleiner als i ist.The frequency conversion becomes more perfect the more controlled Voltage pulses from the network i in Fig., I to 3 fed anodes to build a Voltage half-wave of the network: 2 are used. It is therefore particularly advantageous that more used as six anode phases for each discharge path group. For example is it at. the transformation between a 5 o-periodigeri and an i 62/3-periodigeri Network expedient to use 12 anode phases, so that on one period of the 162j3 periodic network i2 i6 ° / 3 = 36 controlled voltage pulses are omitted. In particular Choosing a number of anodes higher than six is advantageous when the frequency ratio of networks i and 2 is smaller than 3 or even smaller than i.

Die Erfindung kann nuni in der verschiedensten Weise angewendet werden. Sie kann mit ganz besonderem Vorteil dazu verwendet !@ werden, Wechselstrommaschinen zu regeln. Beispielsweise kann man eine Synchron-' maschine mit Hilfe der durch die Erfindung gegebenen Anordnung anfahren. Die Synchronmaschine liegt dann in dem kathodenseitigen Stromkreis, und durch Regelung der Frequenz dieses Stromkreises kann die Maschine angelassen werden, und zwar unter Ausnutzung ihres vollen Drehmomentes von der Frequenz Null bis zur Betriebsfrequenz der Maschine.The invention can now be used in a wide variety of ways. It can be used with particular advantage! @, AC machines to regulate. For example, you can set up a synchronous machine with the help of the approach the arrangement given in the invention. The synchronous machine is then in the cathode-side circuit, and by regulating the frequency of this circuit the machine can be started using its full torque from frequency zero to the operating frequency of the machine.

Auch zum Regeln von Asynchronmaschinen ist die Erfindung sehr vorteilhaft zu verwenden. Hierzu werden der anodenseitige und der kathodenseitige Stromkreis der Umformeranordnung an die Primär- und die Sekundärwicklung der Asynchronmaschine angeschlossen.The invention is also very advantageous for controlling asynchronous machines to use. For this purpose, the anode-side and the cathode-side circuit the converter arrangement to the primary and secondary windings of the asynchronous machine connected.

Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigtFig. g. Die Wicklung des Ständers 32 der Asynchronniaschine 3o bildet hier den Stromkreis mit der primären Frequenz, der durch Sammelschienen 2o hervorgehoben ist, und die Wicklung des Läufers 31 den Stromkreis mit der sekundären Frequenz. Der Neutralpunkt der Läuferwicklung ist über einen zusätzlichen Schleifring 38 an die Kathoden der Entladungsgefäße 3g angeschlossen. Der Läufer 31 ersetzt also hier den kathodenseitigen Transformator. Zur Regelung dienen die gesteuerten gas- oder dampfgefüllten Entladungsgefäße 39 mit den Gittern 33 sowie der zu ihnen gehörige Transformator 36. Die Steuerspannung von der Ständerfrequenz, also der primären Frequenz, wird den Gittern 33 aus dem Netz 2o über den Transformator 34: zugeführt. Die Steuerspannung von der Frequenz des Läufers, also der sekundären Frequenz, wird in der Frequenzwandleriiiaschine ,.o öder der asynchronen Kopierina.schine 42 erzeugt und den Sekundärspannungen des Gittertransformators 34. durch Anschluß an die neutralen Sternpunkte 37 überlagert. Man kann aber auch die Maschinen 40 und 42, wie dargestellt, in Reihe schalten. Das hat den Vorteil, daß die Regelfähigkeit beträchtlich erweitert ist. Bei Verwendung i des Frequenzwandlers dient der Doppeldrehtransformator 41 zum Regeln der sekundären Steuerspannung nach Größe und Phase. Bei Verwendung der Kopiermaschine q., dient der Anzapftransformatör 43 zum Einstellen der sekundären Steuerspannung. In allen Fällen wird die sekundäre Steuerspannung von der Drehzahl der Asynchronmaschine beeinflußt. Zu diesem Zweck kann die mechanische Kupplung der Maschine 30 mit den Hilfsmaschinen 40 und q.2 auch durch eine starre elektrische Kupplung ersetzt werden. An Stelle der Hilfsmaschinen können auch geregelte Synchronmaschinen treten, welche Steuerspannungen erzeugen, die von kurzzeitigen Störungen der Spannung im Netz 2o z.. B. infolge von Kurzschlüssen unbeeinflußt sind.An exemplary embodiment for this is shown in FIG. G. The winding of the stator 32 of the asynchronous machine 3o here forms the circuit with the primary frequency, which is emphasized by busbars 2o, and the winding of the rotor 31 forms the circuit with the secondary frequency. The neutral point of the rotor winding is connected to the cathodes of the discharge vessels 3g via an additional slip ring 38. The rotor 31 thus replaces the transformer on the cathode side here. The controlled gas or vapor-filled discharge vessels 39 with grids 33 and their associated transformer 36 are used for regulation. The control voltage from the stator frequency, i.e. the primary frequency, is fed to grids 33 from the network 2o via transformer 34 :. The control voltage from the frequency of the rotor, i.e. the secondary frequency, is generated in the frequency converter machine, or the asynchronous copy machine 42 and superimposed on the secondary voltages of the grid transformer 34 by connection to the neutral star points 37. But you can also connect the machines 40 and 42, as shown, in series. This has the advantage that the control capability is considerably expanded. When using the frequency converter, the double rotary transformer 41 is used to regulate the secondary control voltage according to size and phase. When using the copier q., The tap transformer 43 is used to set the secondary control voltage. In all cases, the secondary control voltage is influenced by the speed of the asynchronous machine. For this purpose, the mechanical coupling of the machine 30 with the auxiliary machines 40 and q.2 can also be replaced by a rigid electrical coupling. In place of the auxiliary machines, regulated synchronous machines can also be used, which generate control voltages that are unaffected by brief disturbances in the voltage in the network 2o, for example as a result of short circuits.

Ist die Drehzahl der Asynchromnaschine 30 in Fig. 9 nur in kleinen Grenzen, z. B. zwischen 5 °/o übersynchroner und 5 °ro untersynchroner Drehzahl, zu regeln, so hat die beschriebene Umformeranordnung höchstens 5°/o der Maschinenleistung aufzubringen. Benutzt man dementsprechend diese Anordnung nur zur Schlupfenergiestenerung einer Asynchronmaschine, die mit . einer Synchronmaschine gekuppelt ist, so erhält man einen sehr leistungsfähigen Netzkupplüngsumformer zwischen den an diese Maschinen anzuschließenden Netzen, der mindestens das 2o-fache der durch die gesteuerten Entladungsstrecken fließenden Leistung zu übertragen vermag. Für den Fall, daß die Durchgangsleistung der beschriebenen Umformeranordnung vorübergehend hohe Werte erreicht, wird man zweckmäßig noch eine elektrische Pufferurig in wirksamer Weise durch mechanische Energiespeicher versehen. Das kann in wirksamer Weise durch den Anschluß synchroner oder asynchroner Schwungradmaschinen an dasjenige der beiden Netze geschehen, welches die größeren Frequenzschwankungen infolge der Leistungsstöße aufweist. Zum Ausgleich der periodischen Leistungsstöße, die in dem Netz der höheren Frequenz im Takt der niederen Frequenz auftreten, wird man zweckmäßig eine Synchronmaschine mit hohem synchronisierendem Moment als Pufferungsglied an dieses Netz anschließen.If the speed of the asynchronous machine 30 in FIG. 9 is only small Limits, e.g. B. between 5 ° / o oversynchronous and 5 ° ro undersynchronous speed, to regulate, the converter arrangement described has a maximum of 5% of the machine output to raise. Accordingly, this arrangement is only used to control the slip energy an asynchronous machine with. a synchronous machine is coupled, so receives you have a very powerful network coupling converter between the two machines networks to be connected, which is at least 2o times the value through the controlled discharge paths able to transmit flowing power. In the event that the throughput the converter arrangement described temporarily reaches high values, one will expediently still an electrical bufferurig in an effective way by mechanical Energy storage provided. This can be done in an effective manner by making the connection more synchronous or asynchronous flywheel machines to that of the two networks happen which which has larger frequency fluctuations as a result of the power surges. To compensate the periodic power surges that occur in the network of the higher frequency at the rate of the occur at a low frequency, it is expedient to use a synchronous machine with a high Connect the synchronizing moment as a buffering element to this network.

Claims

PATENT CLAIMS: i. experienced for the direct transformation of alternating currents of a given frequency into those of other frequencies by means of controlled gas or vapor-filled discharge paths with a clear direction of flow, characterized in that the discharge paths are only the Ignition of the individual discharge paths can be controlled in order to achieve a secondary converter voltage running in the mean value curve according to a certain law. a. Method according to Claim i, characterized in that the control elements of the ignition point-controlled discharge paths are supplied with control voltages which result from the superposition of sinusoidal voltages of the given frequency and also sinusoidal voltages of the other frequency, so that - each discharge path once in each of the given frequencies experiences an ignition. 3. The method according to claim i and 2, characterized in that the control members of the individually controlled discharge paths fed by phase voltages of the same size are supplied with two superimposed alternating control voltages, the first of which is taken from the network of the given frequency and phase-shifted with respect to the supply voltages of the associated discharge paths while the second is one taken from any sinusoidal source in two directions in phase opposition. q .. Device for performing the method according to claim i, characterized in that the control voltages controlling the individual discharge paths act on a single control member. 5. The method according to claim i, characterized in that the second control voltage is taken from the network of the secondary frequency itself. 6. A circuit for performing the method according to claim i for converting polyphase current of a given frequency into single-phase current of a different frequency, characterized in that the discharge paths are combined in two groups with the same cathode potential, the two cathode lines of which in a manner known per se at each end of the winding of the primary winding of a single-phase transformer, the center point of which is connected to the neutral point of the multi-phase transformer. 7. A circuit for performing the method according to claim i for converting polyphase current of a given frequency into polyphase current of another frequency, characterized in that at least one of the number of phases of the primary network is the same number of groups, each of which on a primary phase with the secondary winding to the Network of the secondary frequency connected polyphase transformer is working. B. A device for performing the method according to claim i, characterized by protective devices influencing the control electrode voltages, in particular those which respond to superimposed direct currents which suppress equalizing currents in the rectifier circuits. 9. A device for performing the method according to claim i, characterized in that the control voltage of the secondary frequency can be regulated in terms of its phase position and its amplitude. ok Method according to Claim i, characterized in that the secondary control voltage is supplied by a clock-generating alternator. i i. Device for carrying out the method according to Claim 8, characterized in that the alternating current generator is controllable as a function of the frequency of the primary network or of a power. 12. Device for performing the method according to claim i, characterized in that phase shifters are connected to the network located on the anode side, which are used to compensate for the reactive power generated or consumed in the arrangement. 13. The arrangement according to claim i for regulating asynchronous machines, characterized in that the secondary side of an asynchronous machine with the primary side on the same feeding network is connected to the secondary side of the frequency converter, the secondary winding of the asynchronous machine taking the place of the secondary transformer of the frequency converter . 1q .. Arrangement according to claim 13, characterized in that the phase position and amplitude of the secondary control voltage is influenced by controllable auxiliary machines which are coupled to the rotor of the asynchronous machine to be controlled. 15. Arrangement for performing the method according to claim i for intermittently loaded alternating current consumers, characterized in that an electrical Puffereng for the converter arrangement is provided by alternating current machines large moment of inertia, which are connected to the anode-side or the cathode-side circuit of the arrangement. 16. The arrangement according to claim i for controlling synchronous machines, characterized in that the synchronous machine is connected to the cathode-side circuit of the converter arrangement and the machine is controlled or started by regulating the frequency of this circuit.