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Einrichtung zur Kupplung eines Drehstromnetzes von annähernd fester
Frequenz mit einem Einphasennetz von geringerer, aber ebenfalls annähernd fester
Frequenz Die Speisung von Bahnanlagen mit einer Frequenz von 162/S Hz erfolgt häufig
aus dem Drehstromnetz der allgemeinen Landesversorgung, was zur Verwendung von Frequenzumformern
zwingt. Als solche werden überwiegend rotierende Umformer in- Form von ,Motorgeneratoren
verwendet. Derartige Umformer sind aber sehr teuer, da sie wegen der niedrigen Sekundärfrequenz
an eine gleichfalls niedrige Drehzahl gebunden sind. Die höchstmögliche Drehzahl
ist iooo Uml./min, so daß sich sehr große Maschinenabmessungen ergeben. Es kommt
hinzu, daß der Preis von Einphasengeneratoren an sich schon verhältnismäßig hoch
oder jedenfalls höher ist als der gleich großer Drehstrommaschinen.
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Neuerdings verwendet man an Stelle der rotierenden Umformer auch ruhende
Frequenzwandler, sogenannte Umrichter, die mit steuerbarenQuecksilberdampfentladungsstrekken
arbeiten. Ein Nachteil dieser Umrichter besteht jedoch darin, daß sie eine unmittelbare
elektrische Kupplung des Drehstromnetzes mit dem Einphasennetz darstellen. Das hat
zur Folge, daß Belastungsstöße, die in dem Einphasennetz auftreten, ungedämpft auf
das Drehstromnetz zurfickwirken, was bei den hohen Belastungswerten, um die es sich
hier handelt, und dem stoßweisen Bahnbetrieb eine starke Beunruhigung ,des Drehstromnetzes
mit sich bringt. Vor allem aber ruft der Umrichter in dem Drehstromnetz starke Ober-
und Unterwellen hervor, die man nur durch schwere und teure Siebmittel unterdrücken
kann. Dabei wird das Drehströinnetz mit pulsierender Leistung beansprucht, da ja
die Leistungsaufnahme des Einphasennetzes ebenfalls im Takte der doppelten .Frequenz
de.s Einphasennetzes zwischen einem positiven Höchstwert und Null bzw. einem positiven
Höchstwert und einem negativen Wert schwankt.
Die Erfindung schafft
eine Einrichtung zur Umformung voll Drelistroin in I?iniihasenstrom _ geringerer
Frequenz, die sowohl die oben geschilderten \acliteile des @lotorgenerators als
auch die Nachteile des Umrichters beseitigt. Geinäl.l der I?rfindung besteht die
Umformungseinrichtung aus einer Vereinigung von rotierendem Uniformer und Umrichter,
und zwar wird alt den für die Frequenz des Drehatroinnetzes oder eine höhere Frequenz
ausgelegten synchronen Generatorteil eines aus dem Drelistronitietz gespeisten rotierenden
Umformers ein Umrichter angeschlossen, der die Generatorfreduenz in die gewünschte
Sekundärfrequenz umwandelt. Gegenüber dein reinen Umrichter ergibt die Einrichtung
gemäß) der Erfindung zunächst denVorteil. daß keineunmittelbareelektrische Kupplung
mehr zwischen den beiden Netzen vorhanden ist, sondern daß wiederum ein rotierender
Umformer niit seiner Fähigkeit zur Speicherung von Energie dazwischengeschaltet
ist. Damit können die zum Betrieb des Umrichters auf der Drehstromseite erforderlichen
Ober- und Unterwellen sich nicht mehr in dein Drehstromnetz bemerkbar machen. Die
Spannung auf der Einpliasenseite kann in aufierordentlich einfacher Weise dadurch
geregelt werden, daß der Erregerstrom des Generatorteiles des rotierenden Umforiners
entsprechend beeinflußt wird. Man braucht also nicht mehr in die Steuerung der Umrichterventile
einzugreifen, was beim reinen Urnrichter eine fühlbare Erhöhung des Aufwandes in
der Steuerapparatur bedeutet. Der ebenfalls wegen seiner Sonderausführung ziemlich
teure Unirichtertransforinator kann fortfallen, da es möglich ist, die Umrichterventile
oder, renn es sich um einen Kontaktumrichter handelt, die Umrichterkontakte unmittelbar
an die Wicklung des Generators altzuschließen. Hier ist insbesondere die Verwendung
der Gra.etzschaltung für den Unirichter vorteilhaft, da dann die Generator Wicklung
keinen N u1 lpunkt zu besitzen braucht. Die Generatorwicklung kann so bemessen werden,
daß die Umrichtercentile unmittelbar die richtige Spannung für das Einpliasennetz
liefern, so daß auch der sonst übliche zweite Transformator zwischen Ulirichtercentilen
und Einphasemietz erspart werden kann.
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Durch diese Vereinfachung des Unirichterteiles werden die durch das
Hinzukommen des rotierenden Urreformers bedingten Kosten mehr als ausgeglichen.
Der Preis des rotierenden Teiles der Einrichtung kann nämlich ganz wesentlich niedriger
gehalten werden als der eines das Einphasennetz unmittelbar speisenden rotierenden
11otorgenerators. Man ist in der Wahl der Drehzahl für den rotierenden "feil völlig
frei und kann ihn somit @lin e weiteres für eine Drehzahl von i 3oo oder
3000 Unll.,niin auslegen. Dadurch wird (!er rotierende Teil gegenüber dein
Dreh-; .troin-Iinpliasentumforiner, der unmittelbar i()=i, Hz erzeugt, erheblich
kleiner und damit ` billiger. Mit der Frequenz des Generators kann inan sehr hoch
gelten. beispielsweise auf too oder Zoo Hz. Eilte holte Frequenz wirkt sich für
die Kurvenform der erzeugten rirtphasenapannung äußerst günstig aus. Es
kommt
dabei noch hinzu, daß nian den Generatorteil als Drehstromgenerator ausbilden kann,
was eilte weitere Iderabsetzurig <fier Kosten bedingt. Es sei jedoch bemerkt,
daß3 auch die einphasige Ausbildung des Generatorteiles unter Umständen von Vorteil
sein kann.
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Bei niehrpliasiger Ausführung des Generatorteiles wird dessen Pliasenza'hl
zweckntäi)ig höher gewählt als die: des speisenden Drehstroninetzes. Man kann zti
diesem Zweck den tleiierator finit zwei oder mehreren gegeneinander versetzten Teilgeneratoren
anordnen. In bezug auf das Drehstromnetz kann bei j edem Betriebszustand ein guter
Leistungsfaktor innegehalten werden, sofern inan den Motorteil des rotierenden Umformers
ebenfalls als Svnclironinaschine ausbildet. Es ist hier jedoch auch die Verwendung
eines Asvnchromnotors möglich.
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Der Urnrichter kann in üblicher Weise aus Gas- oder Datnpfentladungsstrecken
aufgebaut werden, wobei sich die Anwendung einanodi- ! ger Ventile besonders günstig
gestaltet. Sehr vorteilhaft wegen des wesentlich geringeren Spaünungsabfalles ist
jedoch die Verwendung eines Kontaktumformers mit Schaltdrosseln, wie er neuerdings
entwickelt worden ist. Die Schaltdrnsseln. das sind finit den Kontakten in Reihe
geschaltete Drosseln, die bei normaler Belastung völlig gesättigt sind und bei Unterschreitung
einer sehr niedrigen Stromgrenze plötzlich ihren entsättigenden Zustand erreichen,
sorgen dabei dafür; daß an den Uinformerkontakten selbst bei größten Belastungen
keine Funkenbildung auftritt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Da: Drelistroinrietz i speist den Motorteil 2 eines rotierenden Umformers, der als
Synchronmotor ausgebildet sein möge. Mit diesem -Motorteil gekuppelt ist eilt Drehstromgenerator
3, der für die Frequenz des Drelisiroinnetzes i oder eine noch höhere Frequenz ausgelegt
ist. Die: Ständerwicklung dieses Generators 3 enthält zwei Wicklungsgruppen j und
8, von denen die eine in Dreieck, die andere in Stern geschaltet ist. Beide liefern
Spannungssysteme, die Uli' 30° gegeneinander in der Phase verschoben sind.
Der Urnrichterteil bestellt aus
den beiden an die Wicklungen 7 bzw.
8 angeschlossenen, nur schematisch angedeuteten Ventilgruppen 9 und io, die zusammen
einen @_Tmrichter in Gräetzscber Schaltung ergeben. Die Ausgangspunkte der Ventilanordnung
speisen das Einpliasennetz i i. Die Erreger -wvicklungen der beiden Synchronmaschinen
des rotierenden Teiles a und 3 werden aus dem Gleichstroinhilfsnetz 6 gespeist,
wobei die Erregerströme durch Regelwiderstände bzw. 5 regelbar sind. Durch Regelung
des Erregerstromes des Motors z läßt sich der Blindstrom dieses Motors in weiten
Grenzen beeinflussen, so daß man stets mit einem oder sogar mit voreilendem Leistungsfaktor
arbeiten kann. Der Widerstand 5 vor der Erregerwicklung des Generators 3 kann dazu
benutzt «-erden, um - gegebenenfalls in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Anordnung
-die notwendige Spannungsregelung für die Einphasenseite durchzuführen. Wie schon
er--,vähnt, können an die Stelle der Ventilgruppen 9 und io auch die Schaltkontakte
eines Kontaktumformers treten, wobei für diese ein besonderer Antriebsmotor vorgesehen
werden muß, sofern man nicht den Antrieb über ein Untersetzungsgetriebe von dem
Motorgenerator 2, 3 her vornehmen will.