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Anordnung zur Frequenzumformung von Wechselströmen Es ist bereits
bekannt, Wechselströme bestimmter Frequenz in solche anderer Frequenz mit Hilfe
von Transformatoren und gittergesteuerten Entladungsstriecken umzuformen.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine An-Grdnung zur Frequenzumformung
von Wechselströmen mit Hilfe steuerbarer Entladungsstrecken, bei der ein besonderer
Transformator nicht mehr erforderlich ist.
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Erfindungsgemäß steht bei einer An#ordnung zur Frequenzumformung von
Wechselströrnen jeder Phasenleiter des Primärnetzes mit jedem Pliasenleiter des
Sekundärnetzes über steuerbare Entladungsstrecken, vorzugsweise Gas- oder Dampfentladungsstre-cken,
mit Durchlaßrichtung vom Primär- zum Sekundärnetz in Verbindung. Ferner besteht
entweder eine gleiche Verbindung unter Benutzung von steuerbaren Entladungsstrecken
mit Durchlaßrichtung vom Sekundär- zum Primärnetz, oder ies sind Stromteiler mit
ihren Wicklungsendpunkten an die Phasenleiter des Prüllärnetzes und mit ihren Wicklungsmittelpunkten
an die entsprechenden Phasenleiter des Sekundärnetzes angeschlossen.
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In der Zeichnung sind zwei Frequenzumformer als Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Bei dem in Fig. i dargestellten Frequenzumforrner sind
mit io und ii die Leiter des Primärnetzes bezeichnet, welches eine bestimmte Frequenz/'
besitzt; 12 und 13 sind die Leiter des Sekundärnetzes, in dem eine von der Frequenz/'
abweichende Frequenz/2 erzeugt werden soll, An dieses Sekundärnetz sind mit
55 bezeichnete Stromabnehmer angeschlossen.
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Mit 16 und 17 sind zwei Entladungsgefäße bezeichnet, deren Anoden
2 2, 2 3, 2 4, 2 5
wechselweise an die beiden Phasenleiter ic
und ii des Primärnetzes angeschlossen sind. Die Kathoden 36, 37 der Entladungsgefäße
sind an die beiden Phasenleiter 12, 13 des Seikundärnetzes angeschlossen.
Die Entladungsgefäße16 und 17 besitzen Steuergitter3o bis 33, die an Wechselspannungen
regelbarer Frequenz angeschlossen werden. 14 und 15 sind zwei weitere Entladungsgefäße,
die der Rückleitung des Stromes aus dem Sekundärnetz in das Primärnetz dienen. Die
Anoden 18, 19
sowie 20,21 der beiden Entladungsgefäße 14, 15 sind abwechselnd
an die Phasenleitier 12, 13 des Sekundärnetzes angeschlossen, während die Kathode
34 des Entladungsgefäßes 14 mit dem Phasenleiter i i, die Kathode 3 5
des
Entladungsgefäßes 15 mit dem Phasenleiter io des Primärnetzes verbunden ist. Die
Steuergitter 26 bis 29 dieser Entladungs-
"efäße u werden
ebenfalls an Wechselspannungen der gleichen Frequenz angeschlossen wie die Steuergitter
der Entladungsgefäße 16, 17.
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In allen Entladungsgefäßen 14 bis 17 ist noch eine Hilfsanode38 vorgesehen,
eine sog. Erregeranode, die dazu dient, bei schwachen Belastungen den Lichtbo#gen
in den Entladungsgefäßen aufrechtzuerhalten. Bei dem Ausführungsbeispiel sind Entladungsgefäße
mit Quecksilberkathoden vorgesehen. Naturgemäß 'können auch andere Entladungsgefäße,beispielsweise
Glühkathodenentladungsstrecken, für den Frequenzwandler benutzt werden.
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Zur Erzeugung einer Wechselspannung be-
liebiger Frequenz ist
für die Steuergitter ein Kontaktapparat 68 vorgesehen, der zwei zu den Steuergittern
führende Leitungen 39, 4o abwechselnd an die verschiedenen Pole ein-er Sammlerbatterie49
anlegt. Dieser Kontaktapparat besteht aus einer mit leitenden, durch Isoli,erstücke42
voneinander getrennten Belägen versehenen Walze41, an der mit den Steuergittern
durch Zuleitungen 39, 40 verbundene Bürsten 45, 46 schleifen. je zwei einander
gegenüberliegende Bcläge dieses Kontaktapparates sind durch Drähte 43, 44 miteinander
verbunden; Bürsten 47, 48 dienen zur jeweiligen Verbindung der Beläge mit der. Polen
einer Sammlerbatterle49. Die Walze des Kontaktapparates wird durch einen Antriebsm,otor
5o angetrieben, dessen Geschwindigkeit konstant gehalten Moder aber auch b#eliebig
verändert werden kann, je nachdem ob das Übersetzungsverhältnis der Frequenzen
der beiden gekuppelten Netze ein konstantcs .oder ein variables sein soll. Es ist
übrigens erwünscht, daß die Gitter beim Umsteuern erst ein positives Potential erhalten,
wenn die Prim.ärspannung durch Null gegangen ist, weil andernfalls die Entladung
beim Umsteuern nicht mit Sicherheit unterbrochen wird. Um dieses Ziel zu erreichen,
sind breite isolierende Zwischenlagen zwischen den leitenden Kontaktbelägen der
Walze des Kontaktapparates vorhanden. Die Breite der isolierenden Zwischenlagen
soll so groß sein, daß wenigstens eine halbe Periode im Primärnetz für den Umsteuervorgang
benötigt wird.
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Im folgenden soll die Wirkungsweise des neuen Frequenzwandlersterläutert
werden. Sobald, wie in der Figur ersichtlich ist, die Steuergitter der Entladungsgefäße
16, 17 an die Sammlerbatterie angeschlossen sind, fließt, beispielsweise wenn eine
positive Halbwelle durch den Phasenleiter io des Primärnetzes fließt,
je nach der Polarität der Gitter 30,32 Wechselstrom von 51 oder
52
zu dem Entladungsgefäß 16 oder 17. Steht z. B. die Kontaktwalze 4 1 so,
daß das Steuergitter30 Positiv ist, so geht Strom über den Leiter 53, die
Anode 22, Kathode 36, den Leiter 54 zu dem Phasenleiter 13 des Sekundärnetzes.
und durch den Verbraucher 55 zum Leiter 12. Da auch das Steuergitter27 des
für die Rückleitung vorgesehenen Entladungsgefäßes 14 positiv erregt ist, so fließt
der Strom weiter von 12 über die Leitung 5 7
zur Anode ig, durch das Entladungsgefäß
14 zu dessen Kathode 34 und durch die Leitung 5 8 zum Phasenleiter i i des
Primärnetzes zurück. Dieser Stromverlauf ist dadurch be-
stimmt, daß der Strom
wegen der negativen Aufladung des Gitters 32 nicht von der Leitung io durch
das Entladungsgefäß 17 fließen kann. Kehrt der Strom im Primärnetz seine Richtung
um, so. verläuft nunmehr der Strom, solange die Steuergitter der Entladungsgefäße
no,ch nicht umgesteuert sind, das Gitter31 also, wie das Gitter30 Positiv geladen
ist, vom Netzleiter i i über den Leiter 63, die Anode 23 durch das
Entladungsgefäß 16 zu dessen Kathode 3 6, den Leiter 5 4 und
die Leitung 13 zum Stromverbraucher 5 5.
Die Rückleitung erfolgt über
die Leitungen 12, 64, die Anode 21, die Kathode«35 des Entladungsgefäßes 15 und
die Leitung 65 zum Phasenleiter io des Primärnetzes.
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Sobald niin infolge der Drehung der Kontaktwalze41 die bisher an den
positiven Pol der Sammlerbatterie angeschlossenen Steuergitter --7, 29, 30, 3
1 an den negativen Pol der Sammlerbatterie angeschlossen werden, erhalten die vorher
negativ aufgeladenen Steuergitter26,28,32,33 positives Potential, und nun wird der
Strom in der umgekehrten Richtung dem Sekundärnetz zugeleitet. jetzt fließt der
Strom über das Entladungsgefäß 17. EY wird bei positiver Halbwelle
im Phasenleiter io des Primärnetzes über den Leiter 59 zur Anode 24
im Entladungsgefäß 17, zur Kathode 37, durch die Leitung 6o und den
Phasenleiter 12 des Sekundärnetz#es zum Stromverbraucher55 geleitet. Die Rückleitung
erfolgt über die Leitung 13 und 61 zur An-.ode 18 des Entladungsgefäßes 14,
durch dessen Entladungsbahn zur Kathode34, durch die Leitung 58 zum Leiter
ii des Primärnetzes. Kehrt der Strom im Primärnetz seine Richtung um, so wird der
Strom von dem Phasenleiter i i übdr die zweite Anode 2 5
und die Kathode37
des Entladungsgefäßes 17, die Leitung 6o dem Phasenleiter 12 des Sekundärnetzes
und dem Verbraucher 55 zugeleitet, von dem die Rückleitung über die i Leiter13,67,
die Ano#de20 und Kathode35 sowie den, Leiter 6 5 zur Phasenleitung i o des
Primärnetzes erfolgt.
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Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist kann in beliebiger Weise
durch Änderung der i Frequenz der an die Steuergitterzuleitungen 39 und 40
angeschlossenen Wechselspannung
die Frequenz des Sekundärnetzes
bestimmt und höher oder niedriger als die Primärfrequenz gewählt werden. Soll
das Übersetzungsverhältnis zwischen den Frequenzen/' und /2 des Primärnetzes
und des Sekundärn-etz#es konstant sein, so wird auch die Drehzahl des Kontaktapparates
konstant gehalten. In einfachster Weise kann dies erzielt werden dadurch, daß der
Antriebsniotor des Kontaktapparates als Synchronmotor ausgebildet und an das Primärnetz
angeschlossen wird. Soll dagegen die Frequenz /2 beliebig geregelt werden, so muß
der Antriebsmot-or 5o des Kontaktapparates beliebig in seiner Drehzahl re-elbar
sein, Bei dem in Fig. 2 vo-rgesehenen Ausführungsbeispiel sind nur zwei Entladungsgefäße
70 und 71 vorgesehen, die Hochvakuum-, Gas- vder Dampfentladungsröhren mit
Glüh-.oder Que#cksilberkathode sein können. je eine Anode der Entladungsgefäße ist
an den einen und die andere Anode an den anderen der Phasenleiter 72 und
77 des Priniärnetzes an-#. sc .e hlossen-, nämlich die Anoden 74 und
76
durch Leitungen73,75 an den Primärleitex 72 und die Anoden79,81
durch Leitungen 78,8o an den Prim,ärleiter77. Die Kathode 82 des Entladungsgefäßes
70 ist an den Leiter 83 des Sekundärnetzes über eine Leitung84 und
die Kathode 8 5 des Entladungsgefäßes 7 1 an den Leiter86 des Sekundärnetzes
über eine Leitung87 angeschlossen. Mit i oo ist ein an die beiden Phasenleiter
83, 86 d - es Sekundärnetzes angeschlossener Stromverbraucher bezeichnet.
Ein Kontaktapparat88 steuert die Botentiale der Steuergitter89,go, gi,
9-- in beiden Entladungsgefäßen 70,71. Zur Rückleitung des Stromes von dem
Sekundärnetz in das Primärnetz dienen die Leiter 9 5
und 97, die an
die Mittelpunkte von Stromteilern93 und 96 angeschlossen sind. Diese sind
zwischen die beiden Ano,denzuleitungen bzw. Phasenleiter des Primärnetzes eingeschaltet.
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Die Wirkungsweise des in Fig. 2 dargest#ellten Umformers ist die gleiche
wie. bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i, abgesehen von dem Unterschied, daß
die Stromrückleitung nicht über Entladungsstrecken, son,-dern über die Stromteiler
93 1.md 96 erfolgt.
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Wenn die Gitter 9 1 und 92 des Entladungs-,ge und auch der
Leiter 72 P-OSitiV , fäßes 71
sind, so. geht der Strom durch
die Verbindung 7 5, Anode 7 6 und durch die Entladungsbahn des Entladungsgefäßes
7 1 zur Kathode 85. Von letzterer fließt er durch die Leitung
87 in die Leitung 86 des gespeisten Netz-es und durch - die
Last ioo nach dem zweiten Leiter 83 desselben Netzes. Von dort gelangt er
durch die Leitung 97 zum neutralen Punkt 98 des automatischen Transformators
96 und durch dessen rechte Seite über die Leitung 8o zu dem speisenden Netz
77 zurück.
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Zwischen dem speisenden und dem ge-
speisten Netz liegt ein
Schwingungskreis, der sich von der Anzapfung 98 des Trans,-formators
96 über dessen linke Seite, die An-#ode 76, den Leiter 87,
die Last ioo und den Leiter 97 zurück nach 98 schließt. Ein solcher
Schwingungskreis wird jedoch den Durchgang des Stromes von einem Leiter des speisenden
Netz-es durch die Belastung und zurück nach der anderen Seite dieses Netzes nicht
stören.
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Die neuen Frequenzumformer sind geeignet zur Umformung der Energie,
die von einem einphasigen W#chselstromnetz auf ein zweites Wechselstromnetz anderer
Frequenz übertragen wird. Wie ohne weitere überlegungen klar ist, kann das Primärnetz
auch ein Drehstromnetz sein. In diesem Falle wäre es nur erforderlich, die Entladungsgefäße
16, 17, 70,
7 1 mit drei Anoden zu versehen, die an die Dreiphasenleiter
des Drehstromnetzes anzuschließen wären. Es sei noch erwähnt, daß an Stelle des
K#ontaktapparates auch beliebige andere Vorrichtungen zur Erzeugung einer Wechselspannung
für die Steuergitter verwendet werden können.