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Umrichter mit in Brückenschaltung angeordneten Entladungsgefäßen Es
sind bereits Umrichter mit in Brückenschaltung angeordneten Entladungsgefäßen vorgeschlagen
worden, welche mit mehreren in Serie oder parallel geschalteten Umrichtersystemen
arbeiten, wobei die Spannungen der einzelnen Systeme gegeneinander phasenverschoben
sein können. Mit solchen Umrichteranordnungen ist man in der Lage, Wechselspannungen
herzustellen, die rechteckig oder trapezförmig sind, wenn die Steuerung derart aufgebaut
wird, daß am Anfang und Ende jeder Spannungshalbwelle jeweils nur die auf- oder
absteigende Spannung zur Bildung der zu erzeugenden Spannungskurve herangezogen
wird.
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Die Erfindung ermöglicht eine weitere Annäherung der erzeugten Spannung,
beispielsweise an die Sinusform, bei Umrichtern zur starren Umformung von Mehrphasenstrom
höherer Frequenz in Ein- oder Mehrphasenstrom niederer Frequenz mit in Brückenschaltung
angeordneten Entladungsgefäßen mit einem oder mehreren in Serie oder parallel geschalteten
Umrichtersystemen, wobei die Spannungen der einzelnen Systeme gegeneinander phasenverschoben
sein können und die den Entladungsstrecken zugeordnete Transformatorwicklung als
Polygonwicklung ausgebildet ist, dadurch, daß die Polygonwicklung als unregelmäßiges
Vieleck ausgebildet ist.
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Hierzu kann beispielsweise bei Verwendung von Polygonschaltungen zur
Bildung der in ihrem mittleren Teil aus den Durchmesserspannungen zusammengesetzten
Einphasenwechselspannung am Anfang und Ende jeder Halbwelle eine Sehnenspannung
des Polygons mit beliebiger, durch die Forderung nach sinusförmiger Einphasenwechselspannung
bestimmter Phasenlage herangezogen werden.
Ein Beispiel hierfür
ist in der Fig. i dargestellt. Diese zeigt einen sekundär in unregelmäßiger sechsphasiger
Polygonschaltung i bis 6 gebauten Vordertransformator T, der zwei parallel arbeitende
Umrichtersysteme U1, Z72 mit den Hauptentladungsgefäßen El bis E12 speist, deren
Einphasenhalbwellen durch die nachgeschalteten Hilfsentladungsgefäße Hl, H2, H3,
H,1 in wechselnder Richtung auf den Einphasenverbraucher E geschaltet werden. Eine
solche Einrichtung kann beispielsweise zur Umformung von Drehstrom von 5o Hz in
Einphasenwechselstrom von i62/3 Hz dadurch verwendet werden, daß man der Reihe nach
mit den folgenden in der Fig. 2 dargestellten Durchmesserspannungen arbeitet, -wodurch
man die in der Fig. 3 dargestellte Einphasenwechselspannung erzielen kann. Um hierbei
die in der Fig. 3 zu Beginn der trapezförmigen Spannungskurve dargestellte Spannung
a zu erzeugen, ist es beispielsweise erforderlich, die Systeme U1 und U2 der Anordnung
der Fig. i derart zusammenarbeiten zu lassen, däß durch Anschließen der Saugdrossel
Dl an die Anoden der Entladungsgefäße El und E2 (Fig. i) die Stern-Spannung 8 (Fig.
2) und durch Anschließen der Saugdrossel D2 an die Kathoden der Entladungsgefäße
EI" E11 die Sternspannung ii erzeugt wird. Dann liegt die Einphasenlast über die
Hilfsentladungsgefäße Hl, H4 an der Spannung ii bis 8 der Fig. 2. Sorgt man
also durch die Gitterstenerung dafür; daß während des Anstieges der zu erzeugenden
Spannung außer den genannten Hauptentladungsgefäßen E1 und E2 und EI, und
E11 und den Hilfsentladungsgefäßen Hl und H4 alle übrigen Haupt- und Hilfsentladungsgefäße
gesperrt sind, so erfolgt der Anstieg der erzeugten Einphasenwechselspannung nach
der Kurve a der Fig. 3. Vom Zeitpunkt 1l ab müßte die Spannung von einem anderen
Vektor b (Fig. 2) übernommen werden, welcher durch die Beteiligung der Entladungsgefäße
E2 und E3 für die Saugdrossel Dl und der Entladungsgefäße Elo und E11 für die Saugdrossel
D2 gebildet wird. Dann ergibt sich die Durchmesserspannung ii bis g in Fig. 2, die
gegenüber der Durchmesserspannung ii bis 8 um 30' phasenverschoben ist.
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Bei zweckmäßiger Ausbildung des Polygons kann man die Durchmesserspannungen
einander gleich groß machen. Wechselt man im Zeitpunkt 1, mit den Entladungsgefäßen
EI, und E11 über auf die Entladungsgefäße E11 und E12 für die Saugdrossel D2, so
erzeugt man eine Durchmesserspannung i2 bis g, c, von gleicher Größe, wie die Spannung
b. Die Durchmesserspannung c ist aber gegenüber der Spannung b um 30' phasenverschoben.
Bei einer weiteren zyklischen Vertauschung der Entladungsgefäße durch die Gittersteuerung
erhält man dann den weiteren Aufbau des Spannungsbildes der Fig. 3, das sich aus
dem zeitlichen Ablauf der jeweils um 30' gedrehten Durchmesserspannungen der Fig.
2 zusammensetzt.
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Gemäß der Erfindung können zur Bildung des Anfanges und des Endes
der zu erzeugenden Spannung nicht nur die oben beschriebenen Spannungen cc,
b, c
(Fig. 2), sondern auch noch andere Spannungen herangezogen werden. Hierbei
genügt im wesentlichen d Anwendung einer anderen Kombination von geöffneten Entladungsstrecken
durch die Steuerung ohne zusätzliche Transformatorenwicklungen oder Entladungsgefäße.
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Ein Beispiel hierfür ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt, an denen
gezeigt werden soll, wie mit Anwendung des Erfindungsgedankens ein abgestufter Anstieg
der zu erzeugenden Spannung hergestellt werden kann. Als erste Spannung wird der
Vektor io bis ii (s. Fig. 4) durch Zünden der Entladungsgefäße E9 und
EI, an der Saugdrossel D2 (Fig. i) und der Entladungsgefäße E4 und ES an
der Saugdrossel Dl erzeugt. Diese Spannung a arbeitet gemäß Fig. 5 während der Zeit
to bis t1. Die Spannung a (Fig. 4.) ist wesentlich kleiner als die zur Erzeugung
der Spannungskurve im mittleren Teil herangezogenen Durchmesserspannungen des Polygons.
Im Zeitpunkt t1 soll der Übergang von der Spannung a auf die Spannung b gemäß Fig.
5 erfolgen. Die Span nung b hat im Polygon der Fig. 4 das dort eingezeichnete Vektorbild
und kann durch Freigabe der Hauptentladungsgefäße E8 und E3 und El und Es als Spannung
g bis 7 erzeugt werden. Anschließend kann, wie oben bereits beschrieben, die Erzeugung
weiterer, um jeweils 3o' phasenverschobener Spannungen, z. B. c der Fig. 4 und 5,
innerhalb der Zeitpunkte t2, t3 erfolgen.
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Sofern diese Auswahl den Anforderungen an den Spannungsanstieg oder
Spannungsabfall der zu erzeugenden Spannung nicht genügen sollte, kann jede beliebige
andere in dem Polygon enthaltene Auswahl an Spannungen zur Bildung der Spannungskurve
herangezogen werden. So steht nächst der Spannung cz, die als Verbindung der Punkte
io und ii in der Fig. 4 erscheint, die Spannung zwischen den Punkten io und i2 und
io und 8 ohne zusätzlichen Aufwand an Wicklungs- oder Entladungsteilen zur Verfügung.
Darüber hinaus kann durch Anordnung von Entladungsgefäßen, welche ein Spannungssystem
kurzschließen, auch jede andere Kombination von Spannungen erzeugt werden, die in
dem Polygon der Fig.4 überhaupt vorkommen. Hierzu zeigt ein Beispiel die Fig. 6.
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Bei der Anordnung der Fig. 6 ist, wie bei der Anordnung der Fig. i,
zur Erzeugung einer Einphasen-Wechselspannung mit zwölfphasiger Charakteristik ein
Transformator T mit einer sekundären Polygonschaltung i bis 6 vorhanden. Für die
Parallelschaltung der zwei Umrichtersysteme U1 und U2 mit den Hauptgefäßen EI bis
E12 sind wieder zwei Saugdrosselspulen Dl und D2 vorgesehen. Zur Erzeugung einer
dem Spannungsvektor ca entsprechenden Spannung können das Entladungsgefäß EI. und
das Entladungsgefäß E, freigegeben werden, um über die Saugdrossel Dl den negativen
Pol für die Spannung a herzustellen. Der positive Pol wird an der Saugdrossel D2
gebildet, wobei allerdings durch Freigabe der Entladungsstrecke Es lediglich die
linke Hälfte der Saugdrossel D2 zunächst vom Strom durchflossen wird. Um in der
Saugdrossel D2 zur Verringerung ihrer Induktivität das Amperewindungsgleichgewicht
wiederherzustellen, ist es notwendig, die rechte Saugdrosselhälfte während des Brennens
der Entladungsstrecke E8 durch eine weitere gesteuerte Entladungsstrecke kurzzuschließen.
Diese Entladungsstrecke ist in der Fig. 6
mit E13 bezeichnet. Es
wird also bei dem gekennzeichneten Betrieb zur Herstellung der Spannung a in jeder
Hälfte der Saugdrossel D2 der halbe Einphasenstrom fließen. In ähnlicher Weise ist
durch andere Kombinationen die Erzeugung jeder beliebigen Spannung innerhalb des
Polygons möglich.
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Gemäß der Erfindung wird zweckmäßigerweise ferner die Auswahl der
Spannungsvektoren zur Bildung des Anfanges und des Endes der zu erzeugenden Spannungen
derart vorgenommen, daß die Entladungsstrecken eine möglichst lange Brenndauer erhalten.
Das setzt voraus, daß man bei der Auswahl der Spannungen innerhalb des Polygons
nicht beliebig von einer Spannung auf die andere springt, sondern daß man von der
zuletzt arbeitenden Spannung wenigstens einen Endpunkt beibehält und die neue Spannung
durch Drehen des Vektors um diesen Endpunkt bildet. Es darf dann die Kommutierung
nicht mehr gemäß Fig. 4 derart vorgenommen werden, daß von der Spannung io, ii,
a, auf die Spannung 9, 7, b, kommutiert wird und dadurch fast alle Entladungsstrecken
wechseln müssen, mit Ausnahme von E9. Es muß dann derart kommutiert werden, daß
in dem Polygon der Fig. 4 beispielsweise von der Spannung a auf die Spannung c unmittelbar
übergegangen wird, also der Punkt io durch Arbeiten der Entladungsstrecken E9 und
El, während der Arbeitsdauer beider Spannungen a und c beibehalten wird.
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Sofern eine solche Auswahl der Vektoren in der in der Fig. 4 dargestellten
sechsphasigen Polygon- oder einer ähnlichen Zick-Zackschaltung mit Rücksicht auf
die Anforderung an die Sinusform der zu erzeugenden Spannung nicht ausreichend oder
zweckmäßig ist, können gemäß der Erfindung auch andere Formen von Polygon- oder
Zickzackschaltungen in beliebiger Anordnung verwendet werden.
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Hierzu zeigt ein Beispiel die Fig. 7. Die Sekundär-Wicklung des Transformators
besteht hierbei aus einem zu nur einer Polygonschwerlinie symmetrischen fünfphasigen
Vieleck. Für die Bildung des mittleren Teiles der zu erzeugenden Spannung werden
wieder die Durchmesserspannungen beispielsweise in der Reihenfolge 13, 11; 14, 11;
14, 12; 15, 12 usw. verwendet. Diese Durchmesserspannungen werden wie bei den Ausführungsbeispielen
der Fig. 4 und 6 durch gleichzeitiges Arbeiten je zweier an die Eckpunkte des Polygons
angeschlossener Entladungsstrecken über eine Saugdrossel gebildet. Verwendet man
in diesem Polygon beispielsweise die Spannung 14, 15 als Anfangsspannung, so kann
man mit der Spannung 14, 12 den Aufbau der zu erzeugenden Spannungskurve fortsetzen
und dann weiter wie oben mit der Erzeugung der Spannungen 15, 12; 15, 13 usw. fortfahren.
Bei dieser Anordnung ist also ebenfalls beim Übergang von einer Teilspannung auf
die nächste jeweils nur der Spannungsvektor um einen festen Spannungspunkt des Polygons
zu drehen. Bei der Verwendung von fünfeckigen Polygonen oder anderen ungeradzahligen
Polygon- oder Zickzackschaltungen istj es praktisch einfacher, ohne Saugdrosseln
mit den unmittelbar durch die Eckpunkte gegebenen Durchmesserspannungen zu arbeiten.
Die Anwendung der Erfindung ist aber auch bei solchen Anordnungen ohne weiteres
möglich. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt. Man kann beispielsweise den Umrichter gemäß der Erfindung nicht nur
zur Umformung von Mehrphasenstrom einer beliebigen Frequenz in Einphasenstrom einer
anderen beliebigen Frequenz, sondern auch zur Umformung von Mehrphasenstrom einer
beliebigen Frequenz in Mehrphasenstrom einer anderen beliebigen Frequenz verwenden.