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Einrichtung zur Erzielung einer pulsationsfreien Drehstromleistung bei gittergesteuerten Drehstrom- Einphasenstrom-Umrichtern.
Es ist bekannt, dass man Drehstrom unmittelbar in Einphasenstrom anderer Frequenz, und umgekehrt, umformen kann, indem man gittergesteuerte Quecksilberdampfventile verwendet, und die
Gittersteuerung in an sich beliebiger und bekannter Weise so vornimmt, dass die vom Ventil abgegebene
Einphasenspannung rechteckförmige Kurvenform besitzt. Auf der an das Einphasennetz angeschlossenen
Sekundärseite des Einphasentransformators ist dabei eine Einrichtung vorgesehen, die die dem Einphasentransformator primär zugeführte rechteckförmige Spannung auf der Sekundärseite desselben in eine sinusförmige Spannung umwandelt.
Diese Einrichtung besteht aus einer Induktivität, einem Kondensator und Sperrkreisen mit Kondensator und Drosseln in Reihe, wobei letztere die Oberwellen beseitigen bzw. kurzschliessen. Bei dieser Einrichtung wird der an das Netz abgegebene Einphasenstrom sinusförmig sein. Die Rückwirkung der pulsierenden Einphasenbelastung des Umformers auf das Drehstromnetz wird unter diesen Voraussetzungen so sein, dass die vom Drehstromnetz abgegebene Leistung während einer Periode der Einphasenfrequenz zweimal durch Null geht. Daraus entsteht der Nachteil, dass das Drehstromnetz nicht konstant, sondern pulsierend belastet ist.
Zur Erzielung einer konstanten Drehstromleistung bei pulsierender Einphasenleistung hat man bereits vorgeschlagen, rotierende Maschinen zu verwenden, die die pulsierende Einphasenleistung in eine konstante umwandeln. Die Verwendung rotierender Maschinen kompliziert aber die Anlage und erhöht die Unterhaltungskosten derselben.
Gegenstand der Erfindung ist nun eine Einrichtung zum Umformen von Drehstrom in Einphasenstrom anderer Frequenz, und umgekehrt, über ein gittergesteuertes Quecksilberdampfventil, das so gesteuert ist, dass die von dem letzteren unmittelbar gelieferte Spannung Rechteckform besitzt, und dass dieses Ventil unmittelbar oder über einen Einphasentransformator an ein Einphasennetz gegebener sinusförmiger Spannung angeschlossen ist, bei der erfindungsgemäss zur Erzielung einer konstanten Drehstromleistung bei pulsierender Einphasenleistung in die Kathodenleitung des Ventils bzw.
in die Verbindungsleitungen zwischen dem Einphasentransformator und dem oder den Nullpunkten der Sekundärwicklungen des Speisetransformators für das Ventil Induktivitäten, und parallel zu den Wicklungen oder Wicklungsteilen des Einphasentransformators Kondensatoren von solcher Grösse eingeschaltet ist, dass die Induktivität die Differenz zwischen der Rechteck-und der Sinusspannung, und die Kondensatoren die Differenz zwischen dem konstanten Gleichstrom in der Kathodenleitung und dem Sinusstrom des Einphasentransfromators aufnehmen.
In der Zeichnung sind in Fig. 1-9 Ausfrihrungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.
In allen Figuren bedeutet a das Drehstromnetz, b das Einphasennetz und e das Quecksilberdampfventil mit Anoden und Kathode und den Anoden vorgelagerten Steuergittern. Das Ventil wird aus dem Drehstromnetz über den Transformator d gespeist. Mit f ist der Einphasentransformator bezeichnet. L ist die in der Kathodenleitung bzw. in den Nullpunktsverbindungen zu den Sekundärwicklungen des Speisetransformators liegende Drosselspule, und c, Ct, C2 sind die parallel zu den Wicklungen des Einphasentransformators liegenden Kondensatoren. Mit s, 8h 82 sind Sperrkreise bezeichnet, die aus einem Kondensator in Reihe mit einer Drossel bestehen.
Bei dem Ausführungsbeispiel einer Umformeranlage nach Fig. 1 liegt in der die Kathode des Ventils e mit dem Mittelpunkt der Primärwicklung des Einphasentransformators f verbindenden Leitung die Drossel L, während die Wicklungsenden zu den Nullpunkten der Sekundärwicklungen des Speise-
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transformators d geführt sind. Parallel zu den Primärwicklungshälften des Einphasentransformators liegen die Kondensatoren Cj, c. Die Art der Gittersteuerung des Ventils ist als für das Verständnis der Wirkungsweise der Erfindung überflüssig weder dargestellt, noch braucht dieselbe eingehend erörtert zu werden.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist die, dass die Drossel L den Kathodenstrom praktisch konstant hält, so dass die Ströme, die zu den beiden Nullpunkten der Sechsphasen-Sekundärwieklungen des Speisetransformators d fliessen, Rechteekform erhalten. Nach den gemachten Voraussetzungen soll aber im Einphasentransformator ein Sinusstrom fliessen. Die Differenz zwischen diesem Sinusstrom und den erwähnten Reshteckströmen fliesst durch die Kondensatoren Ci, und c. Die Spannung an den Klemmen des Einphasentransformators ist sinusförmig, denn sie wird vom Einphasennetz aus bestimmt. Zwischen der Kathode des Ventils und den beiden Nullpunkten der Sechsphasenwieklungen des Speisetransformators d ist die Spannung, wie erwähnt, rechteckförmig.
Die Differenz zwischen dieser rechteckförmigen und der sinusförmigen Einphasenspannung wird von der Drossel L aufgenommen. Es ergibt sich also, dass bei dieser Anordnung und bei sinusförmigem Einphasenstrom und sinusförmiger Einphasenspannung der Kathodenstrom des Ventils konstant ist, und dass ferner die Spannung zwischen Kathode und dem Nullpunkt des jeweils brennenden Systems ebenfalls konstant bleibt. Daraus folgt, dass das Drehstromnetz konstant so belastet wird, als wenn ein gewöhnlicher Sechsphasen-Gleichrichter Gleichstrom abgeben würde, d. h. das Drehstromnetz gibt eine kontinuierliche Leistung ab und die vom Umformer abgegebene Einphasenleistung pulsiert mit doppelter Einphasenfrequenz, wobei die Speicherung der Differenz dieser beiden Energien durch die Drossel L und die Kondensatoren Cl und C2 vollzogen wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die Kondensatoren t ;. und C2 der Fig. 1 zu einem einzigen Kondensator c vereinigt. In diesem Fall wird der konstante Kathodenstrom beim Eintritt in den Einphasentransformator f so zerlegt, dass die eine Komponente als Wirkleistung durch den einen Teil der Primärwicklung des Einphasentransformators d zum Nullpunkt des einen Seehsphasensystems des Speisetransformators d geht, und die andere Komponente über den andern Teil der Primärwicklung des Einphasentransformators d durch den Kondensator c zum erwähnten Nullpunkt desselben Sechsphasensystems fliesst.
Es wird also die Summe der beiden Teilströme einen Strom rechteckförmiger Kurve ergeben, und die Differenz der beiden Teilströme wird unter Berücksichtigung des Übersetzungverhältnisses des Einphasentransformators den sinusförmigen Einphasenstrom ergeben.
In Fig. 3 ist die letzterwähnte Schaltung dadurch ergänzt, dass zum Kondensator c noch Siebkreise 81. und 82 parallel geschaltet sind, wodurch erreicht wird, dass der Kondensator a kleiner bemessen werden kann, weil die Harmonisehen kleinerer Frequenz durch die Siebkreise und nicht durch den Kon- densator c fliessen müssen.
In der Fig. 4 ist eine weitere Schaltung angegeben, die sich von den vorigen nur dadurch unterscheidet, dass statt eines einzigen Ventils zwei Ventile eI e2 verwendet werden, deren Anoden gemeinsam aus einem Sechsphasensystem des Speisetransformators d gespeist werden.
Es ist auch möglich, den oder die Parallelkondensatoren und die Siebkreise anstatt auf der Primärwicklung des Einphasentransformators auf der Sekundärseite dieses Transformators anzuordnen, wie dies Fig. 5 zeigt. Es ist dann notwendig, dass zwischen Kondensator c, Siebkreise 81 und 82 und dem Einphasennetz eine Drossel L2 geschaltet wird, die die Oberwellen zurückhält, damit die oben erwähnten Differenzströme zwischen dem rechteckigen Strom im Einphasentransformator und dem sinusförmigen Strom des Einphasennetzes durch den Kondensator c und die Siebkreise 81 und 82 fliessen. In diesem Fall wird der Einphasentransformator einen rechteckförmigen Strom transformieren.
Es kann auch eine Anordnung entsprechend Fig. 6 gewählt werden, die sich von der Schaltung
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Einphasenspannung, sondern über eine Anzapfung P des Einphasentransformators, die auch einstellbar sein kann, angeschlossen wird. Wird nämlich der Punkt P auf der Sekundärwicklung des Einphasentransformators verschoben, so kann dadurch eine Regelung des Stromes im Kondensator c und im Siebkreis s erreicht werden, damit bei verschiedenen Belastungen des Umformers die Stärke des Oberwellenstromes im Kondensator c und Siebkreis s der Belastung angepasst werden kann.
Fig. 7 zeigt eine Einrichtung, die genau gleich wirkt wie die Anordnung nach Fig. 6, wobei die Regelung des Kondensator-und Siebkreisstromes durch eine Regulierdrossel L3 besorgt wird.
Fig. 8 zeigt ein weiteres Beispiel, das im wesentlichen mit dem Beispiel Fig. 2 sich deckt, mit dem Unterschied, dass die Drossel L der Fig. 2 nicht in die Kathodenleitung, sondern in die Zuleitung zu den Nullpunkten der beiden Sechsphasensysteme verlegt ist. Diese Drossel Lis erhält zwei Wicklungen, die so geschaltet sind, dass sie im gleichen Sinne magnetisieren. Die Wirkungsweise der ganzen Einrichtung ist dieselbe wie vorher beschrieben.
Schliesslich zeigt Fig. 9 eine Möglichkeit, zwei Ventile in Achterschaltung zu verwenden, wobei dann der Einphasentransformator weggelassen werden kann. Die Drossel L12 erfüllt den gleichen Zweck wie in Fig. 8. Der Kondensator c, Siebkreis s und Drossel L2 entsprechen der Einrichtung von Fig. 5.
Da die Kondensatoren in den erwähnten Schaltungen recht gross ausfallen, so können diese auch zur Lieferung von Blindleistung an das Einphasen-oder an das Drehstromnetz herangezogen werden.