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Umrichter für starre Frequenzuntersetzung Umrichter dienen zur Umformung
von Wechselstrom einer Frequenz in solchen anderer Frequenz. In erster Linie kommen
sie für die Umformung von Drehstrom von 5o Hz in Einphasenstrom von 16z/3 Hz in
Betracht, wobei die starre Frequenzuntersetzung erhöhte Bedeutung hat. Nachdem in
den letzten Jahren erreicht worden ist, Dampfoder Gasentladungsgefäße für' hohe
Spannungen zubauen, empfiehlt es sich, solche Umrichterschaltungen zu verwenden,
bei denen auf der niederfrequenten Seite kein Transformator erforderlich ist. Die
Erfindung bezieht sich auf derartige Umrichter und will eine wirtschaftliche Gestaltung
des Drehstromtransformators und eine verbesserte Spannungskurve auf der Niederfrequenzseite
erreichen. Erfindungsgemäß läßt sich dies bei Umrichtern, bei denen die Entladungsstrecken
in Brückenschaltung angeordnet sind, dadurch erreichen, daß die den Entladungsstrecken
zugeordnete Wicklung des höherfrequenten 1lehrphasentransformators in Vieleck geschaltet
und mit Anzapfungen versehen ist.
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In Fig.i der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
das sich auf eine starre Umformung von Drehstrom von 5o Hz in Einphasenstrom von
162/s Hz bezieht. Der Drehstromtransformator 1o enthält eine an das Drehstromnetz
11 angeschlossene Dreieckwicklung mit für eine Phasenschwenkung von 15' dienenden
verlängerten Wicklungen und eine den Entladungsstrecken zugeordnete Dreieckwicklung
mit einer Mittelanzapfung 11'1 der Phasenwicklung UW. Jeder der vier Punkte
M, U, h und W ist rüber Paare 13 bis 20 gegensinnig parallel geschalteter
gesteuerter Entladungsstrecken, vorzugsweise gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsstrecken,
mit beiden Leitern des niederfrequenten Netzes 12 verbunden. Bezüglich der Wirkungsweise
ergibt sich unter Hinzuziehung der Fig.2 folgendes: Zu Beginn der
positiven
Spannungshalbwelle sei das zwischenM und W befindliche Wicklungsstück eingeschaltet
(i). Anschließend kommt VW (2) und V U (3), anschließend
W U (4) sowie W h (5) und schließlich UV (6) an die
Reihe. Die letzte Spannungskuppe dieser Halbwelle, die mit der mit i bezeichneten,
bezogen auf 5o Hz, gleichphasig und mit 7 bezeichnet ist, wird nun folgerichtig
von dem Wicklungsstück UM erzeugt. Es muß nun, da zu Beginn der neuen Halbwelle
wieder MW eingeschaltet sein muß, ein Übergang von UM auf
MW
erfolgen. Dieser Übergang ist in der Weise denkbar, daß kurzzeitig die
Einphasenspannu:ng über die Entladungsstrecken 17 und 18 kurzgeschlossen ist, diese
also als Nullanoden wirken. Wenn also in der positiven Halbwelle von 12 der obere
Leiter von 12 positiv ist, werden gegen Ende dieser Halbwelle die Paare 16 und 17
den Strom führen. Nimmt man an, daß der Umrichter induktiv belastet ist, so herrscht
gegen Ende der positiven Halbwelle Gleichrichterbetrieb. Vor dem Spannungsnulldurchgang
wird der Strom vom Paar 17 auf Paarig übergeleitet. Nach dem Spannungsnulldurchgangherrscht
dann Wechselrichterbetrieb, und nunmehr wird der Strom vom Paar 16 auf Paar i8 iwbergeleitet.
Ist aber der Umrichter kapazitiv belastet, so :herrscht gegen Ende der positiven
Halbwelle Wechselrichterbetrieb.In diesemFalle erfolgt derStromübergang vor dem
Spannungsnulldurchgang von Paar 16 auf Paar 18 undnachdem Spannungsnulldurch gang
von Paar 17 auf Paar i9. Die Spannungskurve in Fig. 2 zeigt deutlich, welche Verbesserung
der Kurvenform gegenüber der Trapezkurvenform erzielbar ist. Gestrichelt und schraffiert
sind die Spannungsbeiträge am Anfang und am Ende der Halbwelle, die durch die beschriebene
Schaltung unterdrückt werden. Strichpunktiert ist die Grundwelle der erzeugten Einphasenspannung
bezeichnet. Man erkennt, daß die gemäß der Erfindung erzeugte Einphasenspannung
wesentlich weniger von der Sinusform abweicht als die Trapezkurvenspannung.
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Sollen nun in einem Unterwerk mehrere Umrichter parallel arbeiten,
dann wird es zweckmäßig sein, diese in der Phasenlage gegeneinander zu versetzen.
Das ist im vorliegenden Falle in der Weise ermöglicht, daß die Primärseite des 5o-Hz-Transformators
eine Schwenkung der Phasenspannung um 15' gegenüber der Phasenlage der Netzspannungen
ergibt. Wird nun ein zweiter Umrichter mit gleichartigem Transformator an das Drehstromnetz
mit umgekehrtem Drehsinn angeschlossen, ergibt sich diese Phasenschwenkung im umgekehrten
Sinne, so daß beiäe gegeneinander um 30° verschoben sind. Es ist damit aus dem sechsphasigen
ein zwölfphasiger Umrichterbetrieb entstanden. Eine solche Möglichkeit ist dann
zu empfehlen, wenn ein dritter Umrichter als Reserve für beide aufgestellt werden
soll.
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Eine Erweiterung der eben entwickelten Gedanken auf höherphasigen
Betrieb ist in Fig. 3 gezeichnet. Dort ist die Sekundärseite des 5o-Hz-Transformators
als Vieleck Uli U2, Tll, Y2, W1, W2 derart geschaltet, daß sich ,an dieses
zwei um 30°, bezogen auf 50 Hz, versetzte Umrichter mit den Ven tilpaaren
13 bis 20 und 23 bis 3o anschließen lassen Diese beiden Umrichter ergeben also zusammen
eir Zwölfphasensystem und arbeiten über Spannungsteiler 8 und 9 auf das Netz 12.
Führt man nun die Primärwicklung mit einer Phasenschwenkung von 7,5' aus,
dann wird bei Anschluß eines weiteren gleichartigen Umrichters mit umgekehrter Phasenfolge
das ganze System 24phasig arbeiten.
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Die Besonderheiten, die sich aus der dargestellten Anordnung ergeben,
seien im folgenden kurz unter Hinzuziehung von Fig.4 erläutert: Der Teilumrichter
i bildet die Einphasenspannung aus dem Spannungsdreieck U1, V1, W1. Es würde sich
nun die gleiche Spannungskurve wie in Fig.2 ergeben, wenn der zugehörige Punkt Ml
auf der Mitte der Verbindung von U1, W1 läge. Das könnte man im vorliegenden Falle
nur unter Benutzung zusätzlicher Wicklungen erreichen. Ordnet man nun den Punkt
Ml auf der Wicklung U1, W2 an passender Stelle derartig an, daß U1, M1 der Größe
nach gleich Ml, W1 ist, dann ergibt sich die Spannungskurve nach Fig. 4. Diese unterscheidet
sich von der in Fig.2 dargestellten nur dadurch, daß das von Ml, W1 gelieferte Teilstück
i um 15°, bezogen auf 5o Hz, vorverschoben ist, während das von U1, Ml
gelieferte
Teilstück 7 um 15° nach hinten verlagert ist. Der Übergang von Phase 7 auf Phase
i muß also ähnlich wie hei Fig. i unter Einschaltung eines Zwischenstückes erfolgen.
Sprunglos kann man den Übergang von Up Ml (7) auf Ml, W1 (i) in der
Weise erreichen, daß' am Schnittpunkt von U1, Ml
mit Uli W1 der Stromübergang
auf U1, W1 und nach dem Nulldurchgang der niederfrequenten Spannung am Schnittpunkt
von U1, W1 mit Ml, W1 der Stromübergang von U1, W1 auf Ml, W1 erfolgt. Entsprechendes
gilt für den dem anderen Umrichter zugeordneten Punkt M2. Die übrigen Bezugszeichen
der Fig. 3 und 4 entsprechen denen der Fig. i und 2.
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Es wird im allgemeinen erforderlich sein, die Größe der erzeugten
Wechselspannung zu regeln. Bei Umrichtern mit niederfrequentem Trans form.ator geschieht
das in der Weise, daß dieser Transformator entsprechende Regelanzapfungen erhält.
Da die der Erfindung zugrunde liegenden Umrichter keinen derartigen Transformator
besitzen, scheidet diese Möglichkeit von vornherein aus. Man muß also die Regelanzapfungen
drehstromseitig anordnen, und zwar zweckmäßig in der Weisse, daß den parallel arbeitenden
Umrichtern eines Umrichterwerkes ein besonderer Regeltransformator vorgeschaltet
ist. Hierbei ist nun noch folgendes zu beachten: Die Umschaltung von einer Spannungsstufe
auf eine andere geschieht unter Zwischenschaltung eines Ohmschen- oder induktiven
Widerstandes, der also, wenn auch kurzzeitig, eine Erhöhung des Netzwiderstandes
bewirkt. Diese Erhöhung kann so groß sein, daß sowohl eine unzulässige Verschiebung
der Spannungsvektoren eintritt als auch die Größe des im Kommutierungskreis liegenden
Scheinwiderstandes zu sehr ansteigt. Es kann also vorkommen, daß beim Überschalten
des Regeltransformators
die Wechselrichterkommutierung des Umrichters
nicht mehr sicher arbeitet. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird nun während
der Betätigung des Stufenschalters der Umrichter mit Hilfe der Gittersteuerung gesperrt.
Da es sich hier um sehr kurze Zeiten handelt, die, bezogen auf die niedere Frequenz,
nur wenige Perioden ausmachest, dürfte diese :Maßnahme betrieblich zulässig und
unbedenklich sein.