DE810526C

DE810526C - Converter

Info

Publication number: DE810526C
Application number: DEP52935A
Authority: DE
Inventors: Richard Klaus Dr-Ing Jovy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-08-25
Filing date: 1949-08-25
Publication date: 1951-08-13

Description

Umrichter Der Anschluß von einphasigen Verbrauchern großer Leistung an ein vorhandenes Drehstromnetz durch ruhende Umformer ist eine dringende Forderung, die insbesondere von seiten der SchweiCmaschinenindustrie immer wieder gestellt wird. Bekanntlich benötigt man zum Punkt-, Naht- und auch Stumpfschweißen relativ große Leistungen, die ohne Zwischenschaltung eines rotierenden Umformers mit entsprechenden Schwungmassen nicht an das vorhandene Drehstromnetz angeschlossen werden können. Die bei Schweißmaschinen auftretenden Stoßbelastungen, die bei rein transformatorischem Anschluß an zwei Phasen des Drehstromnetzes auftreten, sind sowohl in den allgemeinen Versorgungsnetzen als auch speziell in den Fabriknetzen ungern gesehen, da sie die Symmetrie des Drehstromnetzes stark gefährden. Schon bei Lichtbogenschweißtransformatoren versucht man deswegen, durch Kunstschaltungen einen Anschluß an drei Phasen zu erreichen, aber auch hierbei erzielt man nur eine Belastung der Phasen im Verhältnis 1:2:1. Bei Lichtbogenschweißgleichrichtern sind die Verhältnisse insofern einfach, als man einen dreiphasigen Umspanner wählen kann und auf der Sekundärseite des Transformators einen Gleichrichter für eine mehrphasige Gleichrichtung vorsehen kann. Bei Punkt- und Nahtschweißmaschinen geht man neuerdings ähnliche Wege, wobei es allerdings sehr schwierig ist, die Gleichrichtersätze, die für zo ooo Amp. und mehr ausgelegt werden müssen, zu bauen.Inverter The connection of single-phase consumers with high power an existing three-phase network with static converters is an urgent requirement, which is repeatedly asked, especially by the welding machine industry will. As is well known, one needs relative to spot, seam and butt welding great performance without the interposition of a rotating converter with corresponding Inertia masses cannot be connected to the existing three-phase network. The shock loads that occur with welding machines, those with purely transformer Connection to two phases of the three-phase network occur, both in the general Supply networks and especially in the factory networks are reluctant to see, as they are the Severely endanger the symmetry of the three-phase network. Even with arc welding transformers one therefore tries to achieve a connection to three phases by means of artificial circuits, but even here one only achieves a loading of the phases in a ratio of 1: 2: 1. In the case of arc welding rectifiers, the relationships are simple in that one can choose a three-phase transformer and on the secondary side of the transformer can provide a rectifier for polyphase rectification. At point and seam welding machines one has recently been going on similar paths, although it is It is very difficult to find the rectifier sets, which are designed for zo ooo amps. and more will need to build.

Selbst wenn mit der Zeit eine Vervollkommnung der Trockenplattengleichrichter für diese enorm hohen Stromstärken möglich sein wird, ist immer noch eine weitere Forderung für die Schweißmaschinen nicht gelöst, nämlich die Regulierung der Schweißstromstärke selbst und das Schalten von Schweißimpulsen. Hierzu verwendet man bekanntlich Stromrichtergefäße, die, in den bisherigen Ausführungen antiparallel geschaltet, die Schweißmaschinen an ein Einphasennetz anzuschließen gestatten.Even if the dry plate rectifier is improved over time for these enormously high Amperages will be possible is always Another requirement for the welding machines not resolved, namely regulation the welding current itself and the switching of welding pulses. Used for this it is well known that converter vessels, which, in the previous versions, are antiparallel switched to allow the welding machines to be connected to a single-phase network.

Grundsätzlich ist eine Lösung des angeschnittenen Problems, die Schweißmaschinen aus dem Drehstromnetz bei symmetrischer Belastung aller Phasen zu speisen, nur mit dem Umrichter möglich, welcher eine höhere Frequenz als das Einphasennetz liefert. Es wurden von dem Erfinder) bereits derartige Umrichterschaltungen eingehend untersucht, und es ist ohne weiteres möglich, unter Verwendung eines Umrichters eine Schweißmaschine mit beispielsweise iSo Hz bei symmetrischer Belastung des Drehstromnetzes von 5o Hz zu betreiben. Die Steuerspannung kann wie bei einem normalen gittergesteuerten Gleichrichter dem Drehstromnetz von 50 IIz entnommen werden. Allerdings ist der Aufwand dadurch besonders groß, da für die Stromrichteranlage ein besonderer Stromrichtertransformator mit einem Typenleistungsfaktor vom -1,48fachen Wert der Schweißleistung in sechsphasiger Sekundärausführung benötigt wird und außerdem eine Kondensatorenbatterie, deren Ladeleistung etwa das 1,25 fache der Schweißleistung beträgt, zur sicheren Kommutierung der Stromrichteranlage erforderlich ist.In principle, a solution to the problem mentioned of feeding the welding machines from the three-phase network with symmetrical load on all phases is only possible with the converter, which supplies a higher frequency than the single-phase network. Such converter circuits have already been investigated in detail by the inventor, and it is easily possible to operate a welding machine with, for example, 50 Hz using a converter with a symmetrical load of 50 Hz on the three-phase network. As with a normal grid-controlled rectifier, the control voltage can be taken from the three-phase network of 50 IIz. However, the effort is particularly high because the converter system requires a special converter transformer with a type power factor of -1.48 times the welding power in a six-phase secondary version and also a capacitor battery with a charging power of around 1.25 times the welding power for safe operation Commutation of the converter system is required.

Die Erfindung wählt deshalb einen neuen Weg, indem sie für den Anschluß der Schweißmaschine die Frequenz. von 75 Hz, also das 1,5 fache der Netzfrequenz, vorsieht. Bei dieser Ausführung können die beiden Stromrichtergefäße direkt an das Drehstromnetz mit vollbelastbarem Nulleiter angeschlossen werden, so daß der große Stromrichtertransformator gespart wird. Ferner ist die Kondensatorenbatterie nicht mehr erforderlich, da eine natürliche Kcimmutierung der Anodenströme bei einer in der Phasenlage entsprechend günstigen Brennzeit des Anodenstroms gewährleistet ist. Darüber hinaus werden die Anoden bei einem Betrieb mit 75 Hz mit 120' Brennzeit gegenüber 6o' Brennzeit bei 15o Hz belastet, so daß das Stromrichtergefäß ebenfalls günstiger beansprucht ist und somit kleiner gewählt werden kann.The invention therefore chooses a new way of making for the connection the frequency of the welding machine. of 75 Hz, i.e. 1.5 times the mains frequency, provides. In this version, the two converter vessels can be connected directly to the Three-phase network can be connected with a fully loadable neutral conductor, so that the large Converter transformer is saved. Furthermore, the capacitor battery is not more necessary, since a natural Kcimmutierung of the anode currents with an in the phase position is ensured in accordance with the favorable burning time of the anode current. In addition, when operating at 75 Hz, the anodes will burn with 120 'burn time compared to 6o 'burning time at 15o Hz, so that the converter vessel also is more favorably claimed and can therefore be chosen to be smaller.

Will man die Spannung eines derartigen Umrichters durch Gittersteuerung mittels Zündverzögerung stufenlos regulieren, so benötigt man für die Steuerung eine Frequenz, für welche folgende Gesetzmäßigkeit besteht Ist Fp -- Frequenz des speisenden Primärnetzes, F8 = Frequenz des zu speisenden Sekundärnetzes und F,t = Steuerfrequenz für die Gitter, dann muß erfindungsgemäß F, = 1,5 - Fp sein und F" = 0,5 - Fp oder F" = 0,33 - F8 sein, d. h. die Steuerfrequenz beträgt F" = 25 Hz bei F, = 5o Hz und F, = 75 Hz.If you want to regulate the voltage of such a converter steplessly by grid control by means of ignition delay, you need a frequency for the control, for which the following law exists: Ist Fp - frequency of the feeding primary network, F8 = frequency of the secondary network to be fed and F, t = control frequency for the grids, then, according to the invention, F 1 = 1.5 - Fp and F " = 0.5 - Fp or F" = 0.33 - F8, ie the control frequency is F "= 25 Hz at F, = 50 Hz and F, = 75 Hz.

Ist diese Gesetzmäßigkeit gegeben, dann kann die *) Dissertation an der Technischen Hochschule Aachen mit dem Thema »Umrichter zur Umformung von Ein- oder Mehrphasenstrom gegebener Frequenz in solche höherer Frequenv< aus dem Jahre 1937. Umrichterspannung stufenlos von Null bis zum Maximum geregelt werden, wenn die Steuerspannung von 25 Hz beispielsweise durch einen Drehregler in ihrer Phasenlage gegenüber der Anodenspannung verschoben wird.If this is the case, the *) dissertation can start of the Technical University of Aachen with the topic »Converters for converting input or multiphase current of a given frequency into those of higher frequencies v <from the year 1937. Inverter voltage can be regulated continuously from zero to maximum, if the control voltage of 25 Hz, for example by means of a rotary control in its phase position is shifted compared to the anode voltage.

Der Gedanke sei an Hand eines Ausführungsbeispiels noch einmal näher erläutert. Abb. i zeigt eine Umrichterschaltung, welcher gegenüber den anderen bekannten Umrichterschaltungen dadurch der Vorzug gehört, daß sie einen direkten Anschluß der Stromrichtergefäße an das vorhandene Drehstromnetz gestattet. Der dreiphasige Transformator mit der Frequenz F, = 5o Hz speist zwei dreianodige Stromrichtergefäße mit den Anoden 1, 2, 3 bzw. l', 2', 3'. An jede Phase des Drehstromnetzes ist von jedem Gefäß eine Anode angeschlossen. Die Kathoden der Stromrichtergefäße führen zu dem Sekundärtransformator für die Frequenz Ff = 75 Hz, an welchem die einphasige Leistung abgenommen wird. Zur Gittersteuerung ist für jedes Stromrichtergefäß ein dreiphasiger Steuertransformator vorgesehen, der in bekannter Weise angeschlossen ist. Primär werden die beiden Steuertransformatoren über einen Drehregler gespeist. Die Frequenz muß entsprechend der erfindungsgemäß angegebenen Lehre 25 Hz sein. Die Wirkungsweise der Anordnung offenbaren die Abb. 2, 3 und 4. In der Abb. 2 sind zunächst die drei Spannungen des Drehstromsystems aufgetragen. Die Brennzeiten der Anoden sind schraffiert. Der maximale Zündverzögerungswinkel beträgt 30°. Die Anoden brennen in folgender Reihenfolge: i - 2' - 3 - I' - 2 - 3' - i usw. Abb. 3 zeigt die Steuerimpulse, die bei einer Frequenz von 25 Hz an der Anode i liegen. Die Steuerimpulse für die Anoden 2 und 3 sind entsprechend dem dreiphasigen Steuersystern um 12o ° versetzt wirksam. Abb. 4 zeigt die Zusammensetzung der neugewonnenen Spannung von 75 Hz aus der Abb. 2. Sinngemäß liefern die positiven Halbwellen der neugewonnenen Umrichterspannung von 75 Hz die An= oden 1, 3, 2, während die negativen Halbwellen von den Anoden 2', 1', 3' geliefert werden. Der Zündverzögerungswinkel kann durch Verändern der Phasenlage der in Abb. 3 gezeigten Steuerspannung vergrößert werden, so daß die Umrichterspannung stufenlos von Null bis zum Maximum geregelt werden kann. Ferner ist es möglich, anfallende Blindströme der Sekundärseite zu übertragen, sofern der Steuerwinkel entsprechend der Größe des Blindstroms eingestellt wird.The idea will be explained in more detail using an exemplary embodiment explained. Fig. I shows a converter circuit, which compared to the other known Inverter circuits are preferred because they have a direct connection the converter vessels to the existing three-phase network. The three-phase Transformer with frequency F, = 50 Hz feeds two three-anodic converter vessels with the anodes 1, 2, 3 or 1 ', 2', 3 '. Each phase of the three-phase network is from an anode is connected to each vessel. The cathodes of the converter vessels lead to the secondary transformer for the frequency Ff = 75 Hz, at which the single-phase Performance is accepted. There is one for each converter vessel for grid control three-phase control transformer provided, which is connected in a known manner is. The two control transformers are primarily fed via a rotary control. According to the teaching given according to the invention, the frequency must be 25 Hz. The mode of operation of the arrangement is shown in Figs. 2, 3 and 4. In Fig. 2 are first the three voltages of the three-phase system are plotted. The burning times of the Anodes are hatched. The maximum ignition delay angle is 30 °. The anodes burn in the following order: i - 2 '- 3 - I' - 2 - 3 '- i etc. Fig. 3 shows the control pulses which are applied to the anode i at a frequency of 25 Hz. The control impulses for the anodes 2 and 3 are according to the three-phase control system around 12o ° offset effectively. Fig. 4 shows the composition of the newly acquired voltage of 75 Hz from Fig. 2. The positive half-waves of the newly acquired Inverter voltage of 75 Hz the anodes 1, 3, 2, while the negative half-waves from the anodes 2 ', 1', 3 '. The ignition delay angle can by Changing the phase position of the control voltage shown in Fig. 3 can be increased, so that the converter voltage can be regulated continuously from zero to maximum can. It is also possible to transfer reactive currents that occur on the secondary side, provided that the control angle is set according to the size of the reactive current.

Zum Schluß sei erwähnt, daß die durch die Erfindung angegebene Lehre nicht nur auf das in der Abb. i niedergelegte Schaltbild beschränkt ist, sondern es können alle anderen Umrichterschaltungen ebenso verwendet werden. Der Unterschied gegenüber der beschriebenen Schaltung besteht nur darin, daß dann der Transformator entweder in zwei Dreiphasensysteme und ein sechsanodiges Gefäß aufgeteilt wird oder ein Dreiphasensystem und ein sechsanodiges Gefäß und ein mehrfach aufgeteilter Sekundärtransformator oder ein einfacher Sekundärtransformator und ein Seehsphasensystem mit sechs einanodigen Gefäßen erforderlich sind. Diese Möglichkeiten sind an Hand der hier niedergelegten Lehre und der bereits bekannten Umrichterschaltungen leicht zusammenzustellen. Genau so ist es möglich, den niedergelegten Gedanken für zwei-, drei- und mehrphasige Sekundärnetze auszubauen.Finally it should be mentioned that the teaching given by the invention is not limited to the circuit diagram shown in Fig. i, but all other converter circuits can also be used. The difference compared to the circuit described is only that then the transformer is either divided into two three-phase systems and a six-anodic vessel or a three-phase system and a six-anode vessel and a multi-split secondary transformer or a simple secondary transformer and a sea phase system with six single anode Vessels are required. These possibilities are based on the ones laid down here Teaching and the already known converter circuits easy to put together. Exactly so it is possible for the laid down thought for two three- and expand multi-phase secondary networks.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Converters for the connection of single-phase AC consumers to a two-, three- or three-phase network with symmetrical loading of all phases, characterized in that the secondary frequency supplied to the consumer is 1.5 times the value of the feeding primary frequency and the control frequency is 0.5 times the value of the primary frequency Has.

2. Arrangement according to claim i, characterized geken that for stepless regulation of the converter output voltage the Control voltage can be changed in phase.

3. Arrangement according to claim i and 2, characterized in that the arrangement is preferably for the connection of electric welding devices is provided to a three-phase network.