DE674926C

DE674926C - Frequency converter

Info

Publication number: DE674926C
Application number: DES125370D
Authority: DE
Inventors: Dr Erich Friedlaender
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1936-12-17
Filing date: 1936-12-17
Publication date: 1939-04-25

Description

Frequenzwandler Es ist bekannt, zur Erzeugung einer Spannung der dreifachen Frequenz aus einem Drehstromnetz drei gesättigte Einphasentransformatoren vorzusehen und ihre Primärwicklung in Stern zu schalten. An den in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen entsteht dann die gewünschte Spannung der dreifachen Frequenz. Es ist auch bekannt, zur Erzeugung einer Spannung der doppelten Frequenz aus einem Einphasennetz zwei primär in Reihe geschaltete Transformatoren vorzusehen, die mit Gleichstrom im entgegengesetzten Sinn vormagnetisiert werden, und an den im entgegengesetzten Sinn geschalteten Sekundärwicklungen die Spannung der doppelten Frequenz abzunehmen.Frequency converter It is known to generate a voltage three times that Frequency from a three-phase network to provide three saturated single-phase transformers and to connect their primary winding in star. On the secondary windings connected in series then the desired voltage of three times the frequency is created. It is also known to generate a voltage of twice the frequency from a single-phase network two primarily to provide series-connected transformers with direct current in the opposite direction Sense are pre-magnetized, and on the secondary windings connected in the opposite sense decrease the voltage of twice the frequency.

Die Erfindung zeigt einen anderen Weg, um eine Spannung einer Machen Frequenz zu erzeugen, wobei h eine gerade Zahl ist. Gemäß der Erfindung werden zwei Sätze von Transformatoren mit j e Transformatoren vorgesehen. Die Primärwicklungen dieser Transformatoren werden so geschaltet, daß der kleinste Schnittwinkel zwischen den Vektoren der Grundwellen der Transformatoren eines Satzes beträgt, während die Grund= wellen der beiden Sätze gegeneinander um versetzt sind, und daß alle Primärwicklungen einen gemeinsamen Sternpunkt besitzen, von denen nur drei Leiter zu den drei Phasen des Drehstromnetzes führen. Die Spannung der in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen jedes Satzes wird gleichgerichtet, und die gleichgerichteten Spannungen werden gegeneinandergeschaltet.The invention shows another way of generating a voltage of a rendering frequency, where h is an even number. According to the invention, there are two sets of transformers each with Transformers provided. The primary windings of these transformers are switched so that the smallest angle of intersection between the vectors of the fundamental waves of the transformers of a set while the fundamental waves of the two sentences change against each other are offset, and that all primary windings have a common star point, of which only three conductors lead to the three phases of the three-phase network. The voltage of the series-connected secondary windings of each set is rectified and the rectified voltages are switched against each other.

Es ist bereits eine Anordnung zur Frequenzwan.dlung aus einem Mehrphasensystem bekannt, bestehend aus in Stern geschalteten, eisengeschlossenen Drosseln, deren Zahl gleich der Zahl oder einem Bruchteil der Zahl des gewünschten Frequenzübersetzungsverhältnisses ist, bei der der Nutzkreis zwischen Drosselsternpunkt und Maschinennullpunkt angeschlossen ist. Infolgedessen können mit dieser bekannten Anordnung nur solche Frequenzen erzeugt werden, die gleich der Maschinenfrequenz multipliziert mit der Phasenzahl und den ungeraden Vielfachen dieser Frequenz sind. Aus einem Drehstromnetz können daher mit der bekannten Anordnung nur Spannungen der dreifachen, neunfachen usw. Frequenz erzeugt werden, nicht aber .. z. B. eine Spannung, deren Frequenz Us-" Sechsfache der Frequenz des Drehstromnete;,. beträgt; denn eine solche Spannung tritt zwi=@ schen den Sternpunkten nicht auf. Die be= kannte Anordnung ist also zur Lösung der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe nicht geeignet.It is already an arrangement for frequency conversion from a multi-phase system known, consisting of star-connected, iron-closed chokes, whose Number equal to the number or a fraction of the number of the desired frequency transmission ratio where the useful circuit is connected between the throttle star point and the machine zero point is. As a result, only such frequencies can be generated with this known arrangement equal to the machine frequency multiplied by the number of phases and the are odd multiples of this frequency. From a three-phase network can therefore with the known arrangement only voltages of three, nine times, etc. Frequency are generated, but not .. z. B. a voltage whose frequency Us- " Six times the frequency of the three-phase network;,. amounts to; because such tension does not occur between the star points. So the known arrangement is not suitable for solving the problem on which the present invention is based.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing.

Fig. i zeigt eine Anordnung, um eine Spannung der sechsfachen Frequenz zu erzeugen. Es sind zwei Sätze von Transformatoren vorgesehen, wobei jeder Satz aus drei Transformatoren 1, 2 und 3 bzw. 1', 2' und 3' besteht. Die Primärwicklungen der Transformatoren sind in Zickzack so geschaltet, daß die Grundwellen der Flüsse der beiden Transforinatorensätze gegeneinander um - also um 30° versetzt sind. Zu diesem Zweck ist die Zickzackschaltung so getroffen, daß sie eine Drehung um + bzw. -15° hervorruft. Von dem gemeinsamen Sternpunkt O gehen nur drei Leitungen zu den einzelnen Phasen U, V und W des Drehstromnetzes. Infolge der angewendeten Schaltung sind die Grundwellen der Flüsse der Transformatoren eines Satzes um i 2o° gegeneinander versetzt, d. h. mit anderen Worten, der kleinste Schnittwinkel zwischen den Vektoren der Grundwellen eines Satzes beträgt 6o°, wie aus dem Vektordiagramm in Fig. 2 hervorgeht, welches die Grundwellenflüsse der Transformatoren i, 2 und 3 und der Transformatoren 1', i und 3' zeigt, und zwar sind die Vektoren mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie die Transformatoren selbst. Werden die Transformatoren gesättigt, so entsteht in jedem Transformator je Halbwelle eine Einzelspitze von ungefähr 30° Breite. In Fig. 3 sind die Spannungen, die in der Sekundärwicklung der einzelnen Transformatoren auftreten, dargestellt und mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie die Transformatoren selbst. Erfindungsgemäß werden nun die Sekundärwickrungen eines Transformatorsatzes in Reihe geschaltet und die Spannung, die an der Reihenschaltung auftritt, über Gleichrichter io und iö gleichgerichtet. Die den beiden Gleichrichtern io und io' zugeführten Spannungen sind hinsichtlich der Grundwelle um 30°, bezogen auf die sechsfache Frequenz um i8o° versetzt. Schaltet man daher die entstehenden Gleichspannungen gegeneinander, so erhält man, wie Fig. d. zeigt, eine Spannung der sechsfachen Frequenz. Im Ausführungsbeispiel ist zu diesem Zweck ein Spartransformator 12 mit M ittelanzapfung vorgesehen. Dies hat den Vorteil, daß die Gleichstromkomponenten sowohl in. der Magnetisierung des Transformators wie auch in derAusngsspannung is, v herausfallen, so daß man ;fit Spannung an den Klemmen ü, v die in #W1- Z., 4 dargestellte Spannung erhält. Statt ;eines Spartransformators könnte auch ein Transformator mit einer Primärwicklung mit Mittelanzapfung und einer Sekundärwicklung treten.Fig. I shows an arrangement for generating a voltage of six times the frequency. Two sets of transformers are provided, each set consisting of three transformers 1, 2 and 3 and 1 ', 2' and 3 ', respectively. The primary windings of the transformers are connected in zigzag so that the fundamental waves of the fluxes of the two transformer sets are offset from one another by - i.e. by 30 °. To this The purpose of the zigzag circuit is to produce a rotation of + or -15 °. Only three lines go from the common star point O to the individual phases U, V and W of the three-phase network. As a result of the circuit used, the fundamental waves of the fluxes of the transformers of a set are offset from one another by i 2o °, in other words, the smallest intersection angle between the vectors of the fundamental waves of a set is 60 °, as can be seen from the vector diagram in FIG shows the fundamental wave fluxes of transformers i, 2 and 3 and transformers 1 ', i and 3', namely the vectors are provided with the same reference numerals as the transformers themselves of about 30 ° latitude. In Fig. 3, the voltages that occur in the secondary winding of the individual transformers are shown and provided with the same reference numerals as the transformers themselves Rectifier io and iö rectified. The voltages fed to the two rectifiers io and io 'are offset by 30 ° with respect to the fundamental wave, relative to six times the frequency by i8o °. If the resulting DC voltages are therefore switched against one another, one obtains, as in FIG. D. shows a voltage of six times the frequency. In the exemplary embodiment, an autotransformer 12 with a central tap is provided for this purpose. This has the advantage that the direct current components both in the magnetization of the transformer and in the output voltage is, v drop out, so that the voltage shown in # W1- Z., 4 is obtained at the terminals ü, v. Instead of an autotransformer, a transformer with a primary winding with a center tap and a secondary winding could also be used.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß Gleichrichter in Graetzscher Schaltung angewendet werden. Man könnte beispielsweise auch Doppelweggleichrichter vorsehen. Auch könnte man die Gleichspannungen j e einem Widerstand zuführen und die beiden Widerstände gegeneinanderschalten.It is not absolutely necessary that rectifiers in Graetzscher Circuit are applied. For example, one could also use full wave rectifiers provide. The DC voltages could also be fed to a resistor and switch the two resistors against each other.

Statt diePrimärwicklungen derTransforiliatoren 1, 2, 3 und i', 2', 3' beide in Zickzack zu schalten, könnte man auch die Primärwicklungen des einen Satzes in Stern und die des anderen in 3o° drehendem Zickzack schalten.Instead of the primary windings of transformers 1, 2, 3 and i ', 2', 3 'to switch both in zigzag, you could also use the primary windings of one Set in a star and those of the other in 3o ° rotating zigzag.

Es ist auch möglich, geradzahlige hrequenzen zu erzeugen, die nicht durch sechs teilbar sind. Z. B. ist -in Fig. 5 eine Anordnung dargestellt, um eine Spannung der zehnfachen Frequenz zu erzeugen. Zu diesem Zweck erhält jeder Transformatorsatz also fünf Transformatoren, die mit 1, 2, 3, -a. und 5 bzw. 1', 2', 3', q.' und $' bezeichnet sind. Die Primärwicklungen der Transformatoren sind in Zickzack geschaltet, und zwar derart, daß die Grundwellen der Flüsse der beiden Trans-80, gegeneinander um, i$ö@ , das sind 18°, versetzt sind, während der kleinste Schnittwinkel zwischen den Vektoren der Grundwellenflüsse eines Transformatorsatzes gleich 36° beträgt. In Fig.6 ist das Vektordiagramm dargestellt, und zwar sind die Vektoren mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie die Transformatoren selbst. Man sieht aus dem Vektordiagramm, daß der kleinste Schnittwinkel zwischen den Vektoren eines Transformatorsatzes 36° beträgt. Diesen kleinsten Winkel erhält man, wenn man die Vektoren über den Mittelpunkt hinaus verlängert. In Fig. 6 ist auch gleichzeitig angegeben, wie sich die resultierenden Amperewindungen jedes Transformators aus den Amperewindungen, die die Richtung U, T% oder W haben, zusammensetzen. Z. B. setzen sich die resultierenden Amperewindungen des Transformators i zusammen aus Amperewindungen von der Richtung + U und -h. Zu diesem Zweck besitzt der Transformator i zwei Wicklungen a und b, von denen die erste zwischen der Spannung U und dem gemeinsamen Sternpunkt 0 in positiver Schaltrichtung, die zweite b in negativer Schaltrichtung zwischen der Phase V und dem Sternpunkt 0 liegt. Die Amperewindungen des Transformators 2 setzen sich zusammen aus Amperewindungen der Richtung - W und + 1l. Infolgedessen wird die Wicklung a zwischen der Phase W und dein Sternpunkt 0 in negativer Schaltrichtung angeschlossen, während die Wicklung b zwischen der Phase V und dem Sternpunkt 0 in positiver Schaltrichtung angeschlossen wird. Als positiv ist dabei die Schaltrichtung angenommen worden, wenn die Wicklung von rechts nach links von einer Phasenleitung zum geineinsainen Sternpunkt durchlaufen wird. Für die anderen Transformatoren ergibt sich ebenso aus dem Vektordiagrarnin die Zusamrnensetzung der resultierenden Amperewindungen, so daß diese nicht ausführlich erläutert zu werden braucht. Die Größe der Windungsr-hl ergibt sich auf Grund bekannter Rechnungen. In der folgenden Tabelle sind die Windunösverhältnisziffern für die Windungszahlen der Wicklungen a und b angegeben: Transformator 1 3 5 7 9 2 io 8 G .I a o,895 o,966 o,815 o,628 o,726 b 0,181 0,o60 0,299 0,52.1. 0,414 Die Transformatoren werden gesättigt. Die in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen der Transformatoren i bis 5 speisen die Gleichrichteranordnung io. Die in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen der Transformatoren i' bis 5' speisen die Gleichrichteranordnung io'. Die entstehenden Gleichspannungen sind wieder gegeneinander geschaltet unter Vermittlung des Transformators 12. An den Klemmen .tt und v entsteht somit eine Spannung der zehnfachen Frequenz.It is also possible to generate even-numbered frequencies that are not divisible by six. For example, FIG. 5 shows an arrangement for generating a voltage of ten times the frequency. For this purpose each transformer set is given so five transformers starting with 1, 2, 3, -a. and 5 or 1 ', 2', 3 ', q.' and $ 'are designated. The primary windings of the transformers are connected in zigzag in such a way that the fundamental waves of the fluxes of the two Trans-80s are offset from one another by, i $ ö @, that is 18 °, while the smallest angle of intersection between the vectors of the fundamental wave fluxes is a Transformer set equals 36 °. The vector diagram is shown in FIG. 6, namely the vectors are provided with the same reference numerals as the transformers themselves. It can be seen from the vector diagram that the smallest angle of intersection between the vectors of a transformer set is 36 °. This smallest angle is obtained by extending the vectors beyond the center point. In FIG. 6 it is also indicated at the same time how the resulting ampere-turns of each transformer are composed of the ampere-turns which have the direction U, T% or W. For example, the resulting ampere turns of the transformer i are composed of ampere turns from the direction + U and -h. For this purpose, the transformer i has two windings a and b, of which the first is between the voltage U and the common neutral point 0 in the positive switching direction, the second b in the negative switching direction between the phase V and the neutral point 0. The ampere turns of the transformer 2 are composed of ampere turns of the direction - W and + 1l. As a result, the winding a is connected between the phase W and the neutral point 0 in the negative switching direction, while the winding b between the phase V and the neutral point 0 is connected in the positive switching direction. The switching direction is assumed to be positive if the winding is passed through from right to left by a phase line to the common star point. For the other transformers, the composition of the resulting ampere-turns also results from the vector diagram, so that this does not need to be explained in detail. The size of the coil is based on known calculations. The following table shows the wind ratio numbers for the number of turns of windings a and b: Transformer 1 3 5 7 9 2 io 8 G .I ao, 895o, 966o, 815o, 628o, 726 b 0 , 181 0, o60 0.299 0.52.1. 0.414 The transformers are saturated. The series-connected secondary windings of the transformers i to 5 feed the rectifier arrangement io. The series-connected secondary windings of the transformers i 'to 5' feed the rectifier arrangement io '. The resulting DC voltages are again switched against each other through the intermediary of the transformer 12. A voltage of ten times the frequency thus arises at the terminals .tt and v.

Die Primärwicklungen könnten auch anders geschaltet werden. Beispielsweise könnte man die Schaltung so treffen, daß sich die resultierenden Amperewindungen für jeden Transformator. nur aus Amperewindungen in Richtung U und W bzw. - U und - W zusaminensetzen. Es müßte dann vom gemeinsamen Sternpunkt 0 eine Leitung unmittelbar zur Phase TI führen. Wesentlich ist nur, daß vom Sternpunkt nur drei Leiter zu den einzelnen Phasen U, h und W führen und daß die oben angegebene Winkelbedingung eingehalten wird.The primary windings could also be switched differently. For example, one could make the circuit so that the resulting ampere-turns for each transformer. only put together from ampere turns in the direction U and W or - U and - W. A line would then have to lead directly from the common star point 0 to phase TI. It is only essential that only three conductors lead from the star point to the individual phases U, h and W and that the angle condition given above is observed.

Statt die Versetzung der Grundwellen eines Transformatorsatzes durch die Angabe festzulegen, daß der kleinste Schnittwinkel zwischen den Vektoren betrage, könnte man auch sagen, der Winkel zwischen den Vektoren beträgt + n # 18o° (n=1, 2, 3 usw.).Instead of specifying the offset of the fundamental waves of a transformer set by specifying that the smallest intersection angle between the vectors is, one could also say the angle between the vectors + n # 18o ° (n = 1, 2, 3, etc.).

Die angegebenen Schaltungen können sinngemäß zur Erzeugung beliebig geradzahliger Frequenzen angewendet werden.The specified circuits can be used to generate any Even frequencies are used.

Die angegebenen Schaltungen liefern Einphasenspannungen. Um z. B. Drehstromspannungen der k-fachen Frequenz zu erhalten, könnte man drei solche Anordnungen anwenden, wie in den Ausführungsbeispielen dargestellt, wobei man dann die Phasenversetzung der drei Anordnungen so wählt, daß die drei erzeugten Spannungen der k-fachen Frequenz i2o° Phasenverschiebung gegeneinander besitzen, so daß also die Grundwellenflüsse um den k-ten Teil, d. h. um gegeneinander zu versetzen sind. Man könnte aber auch bloß zwei Anordnungen anwenden, die um versetzt sind, und aus- dem so entstehenden Zweiphasensystem der k-fachen Frequenz mittels Scottscher Schaltung ein Dreipliasensystem bilden.The specified circuits provide single-phase voltages. To z. B. to obtain three-phase voltages of k times the frequency, one could use three such arrangements, as shown in the exemplary embodiments, in which case the phase shift of the three arrangements is selected so that the three voltages generated at k times the frequency have i2o ° phase shift from one another so that the fundamental wave fluxes around the k-th part, ie around are to be offset against each other. But one could also use just two arrangements that lead to are offset, and form a three-phase system from the resulting two-phase system of k times the frequency by means of Scott's circuit.

Claims

PATENT CLAIMS: i .. Frequency converter for generating N times the frequency from a three-phase network, where k is an even number, characterized in that two sets of each Transformers are provided whose primary windings are connected so that the smallest angle of intersection between the vectors of the fundamental wave of a set is, while the vectors of the fundamental waves of both sets are around are offset from one another, and that all primary windings have a common star point, of which only three conductors lead to the three phases of the three-phase network, and that the voltage of the series-connected secondary windings of each set are rectified and the rectified voltages are connected to one another.

2. Arrangement according to claim i, characterized in that a transformer (12) with a central tap is provided, one half of which is rectified and the other half Half the other rectified voltage is connected.