DE658641C - Verfahren zum Umwandeln von Mehrphasenstrom gegebener Frequenz in Einphasenstrom kleinerer Frequenz - Google Patents

Description

Zum Umwandeln von Mehrphasenströmen in Einphasenstrom geringerer Frequenz benutzt man zwei m-ph'asige Gruppen von Gleichrichtern (Gasentladungsstrecken oder anderen elektrisehen Ventilen mit Gleichrichterwirkung), von denen die eine Gruppe die eine und die andere Gruppe die andere Halbwelle des Einphasenstromes liefert. Man kann dabei den Anoden Ströme verschiedener Spitzenwerte zuführen, die z. B. mittels eines Transformators mit in der Windungszahl abgestuften Windungsphasen oder .dadurch erzeugt werden, daß durch verschiedenes Einsetzen der Gitterspannung aus den Kurven der Mehrphasenspannungen Teile verschiedener Spitzenwerte ausgeschnitten werden. Die Zusammensetzung der Halbwellen vollzieht sich zwanglos, wenn keine oder nur eine geringe Phasenverschiebung zwischen Einphasenstrom und Einphasenspannung vorhanden ist.

ao Nach der Erfindung werden zur Ermöglichung von Phasenverschiebungen bis ± 90 ° im Einphasenkreis im Gebiet der negativen Spannungshalbwelle einer jeden Gleichrichtergruppe (kurz

Gleichrichter genannt) bis zu —-———- Anoden

(m = Anzahl der Anoden einer Gleichrichtergruppe) aufeinanderfolgend zu- und abgeschaltet, mindestens aber diejenigen Anoden, welche zur vollen Ausbildimg der Stromhalbwellen erforderlich sind. Dabei wird die Zuschaltung jeder Anode kurz vor ihrem Schnittpunkt mit der Spannungskurve der vorhergehenden Anode und die Abschaltung spätestens in ihrem Schnittpunkt mit der Spannungskurve der Folgeanode vorgenommen.

Die Zeichnungen dienen zur Erläuterung des Verfahrens. Es zeigen:

Fig. ι eine der Grundschaltungen zur Umwandlung von Mehrphasenstrom in Einphasenstrom kleinerer Frequenz,

Fig. 2 und 3 als Beispiel die Entstehung eines f/3periodigen Einphasenstromes aus f-periodigem Drehstrom mittels zweier sechsphasiger Gleichrichter nach dem Hüllkurvenverfahren, und zwar bei einer sekundären Phasenverschiebung von Null Grad,

Fig. 4 und 5 die Entstehung des Einphasenstromes wie Fig. 2 und 3, aber bei einer Phasenverschiebung von 90 Grad induktiv.

In Fig. ι sind G₁ und G₂ zwei sechsphasige Gleichrichter. In die Anodenstromkreise sind Schaltvorrichtungen eingeschaltet, die an sich beliebig (z. B. als Steuergitter) ausgebildet sein können und in der Zeichnung nur schematisch durch Schalthebel S₁ bis S₆ bzw. S₁' bis S₆' dargestellt sind. Von diesen Schaltern führen die Ströme zu den Anoden.^ bis A₆ bzw. A₁ bis A _e' der Gleichrichter G₁ bzw. G₂. Die Kathoden F₁, F_s sind durch Leitungen JV₁, JV₂ mit den Nullpunkten O₂,0₁ verbunden (Kreuzschaltung).

Zwischen diesen Leitungen ist der Stromverbraucher M für den erzeugten Einphasenstrom geschaltet.

Die Spannung U₁ (Fig. 2) wird vom Gleichrichter G₁ und die Spannung U₂ vom Gleich-² richter G₂ geliefert. Die Spannungen und Ströme in den sekundären Wicklungsphasen und im Gleichrichter werden hierbei als positiv bezeichnet, wenn sie von den sekundären Trans-ίο formatorensternpunkten durch die Wicklungsphasen hindurch nach den Anoden hin gerichtet sind. Hingegen sollen im Stromverbraucher M Strom und Spannung als positiv bezeichnet werden, wenn sie von K über M nach L gerichtet sind (Fig. 1). Trotzdem jeder der beiden Gleichrichter nur eine positive Stromhalbwelle liefert (Fig. 2), wird der Stromverbraucher M von einem Strom wechselnder Richtung durchsetzt (Fig. 3), was durch die Kreuzschaltung erreicht wird. ■

Ist zunächst keine Phasenverschiebung zwischen Einphasenstrom und Emphasenspannung vorhanden (Fig. 2 und 3), so braucht jeder Gleichrichter nur während der Dauer einer Halbwelle der Einphasenspannung eingeschaltet zu bleiben. Bezeichnet man daher gemäß Fig. 1 die Schalter der einzelnen Anoden des Gleichrichters G₁ mit S₁ bis S₆ und die entsprechenden Schalter der Anoden des Gleichrichters G₂ mit S₁' bis S₆', dann werden die Schalter während der Zeit, in der der Einphasenstrom / von dem Werte N¹UE an eine Vollwelle durchläuft (Fig. 3), in nachstehender Reihenfolge, und zwar jeweils vor den Spannungsschnittpunkten a, b, c, d, e usw. (Fig. 2) geschlossen: S₁, S₂ ... S₆, S₁, S₁',

ο ς

ο / °2

Der Strom in der Anode A₁ erlischt im Zeitpunkt bzw. Schnittpunkt h der beiden Halbwellen, da die Spannung E₁ Null wird. In diesem Augenblick beginnt die Anode A₁ zu brennen, so daß der Übergang vom Gleichrichter G₁ auf den Gleichrichter G₂, d. h. die Zusammensetzung der beiden Halbwellen, vollkommen stetig und zwanglos vor sich geht.

Das Zusammenarbeiten der beiden Gleichrichter bietet jedoch Schwierigkeiten, wenn eine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung auf der Einphasenseite vorhanden ist. Eilt z. B., um gleich einen Grenzfall zu besprechen, der Strom der Spannung um go Grad nach, dann hat der Strom beim "Übergang der Spannung CJ₁ von der positiven zur negativen Halbwelle (Schnittpunkt h der Fig. 4) seinen positiven Höchstwert und versucht, über die Anode.^ zu Ende zu fließen. Es muß also zunächst einmal der Schalter S₁ über den Zeitpunkt h hinaus geschlossen bleiben. Bis zum Schnittpunkt i bzw. k zeigt sich dann nichts Besonderes. Hinter diesem Zeitpunkt jedoch entsteht ein Kurzschluß in dem Stromkreis O₂, A_ä', C, O₁, A₁, B₁ O₂. Dieser rührt daher, daß hinter dem erwähnten Zeitpunkt die Spannung E₂' größer als die Spannung E₁ ist. Um diesen unerwünschten Kurzschluß zu verhindern, wird er findungs-,'vgemäß die Spannung E₂ in den Kurzschlußkreis "eingeschaltet, indem der Schalter S₂ etwa vom ,Zeitpunkt k bis zum Zeitpunkt I geschlossen und zugleich, was noch gezeigt werden soll, dafür gesorgt wird, daß auch der Lichtbogen von der Anode A₁ auf die Anode A₂ übergeht. Die Spannung E₂ ist dann der Spannung E₂ als · gleich große Gegenspannung entgegengesetzt, so daß sich die beiden im Kurzschlußkreis wirksamen Spannungen E₂' und E₂ das Gleichgewicht halten. In gleicher Weise muß im Schnittpunkte die Gegenspannung E₃ und im Schnittpunkt m die Gegenspannung E_i eingeschaltet werden. Offenbar ist die Einfügung der Gegenspannungen schon zur Erzielung der gewünschten Kurvenform nötig.

Während also die Aneinanderreihung von Stromstücken aus dem gegebenen Mehrphasenstrom zur Bildung einer Stromhalbwelle des Einphasenstromes bei fehlender Phasenverschiebung dadurch geschieht, daß die Anoden eines Gleichrichters im Gebiet der positiven Spannungshalbwelle Strom liefern, müssen bei Phasenverschiebung noch im Gebiet der negativen Spannungshalbwelle mindestens die Anoden jedes Gleichrichters aufeinanderfolgend zu- und abgeschaltet werden, die zur vollen Ausbildung der StromhalbweHe erforderlich sind.

Für nacheilende . Phasenverschiebung von 90 ° ist die Schaltfolge für den Gleichrichter G₁, beginnend in dem Augenblick, in dem die Spannung U₁ positiv wird (Punkt α der Fig. 4): Si, S₂, S₃, S₄, S₅, S₆, S₁, S₂, S₃, S₄. Hierbei führen natürlich nur die Anoden 4, 5, 6, 1, 2, 3, 4 Strom, so daß jedenfalls grundsätzlich die Schalter S₁, S₂, S₃ nicht betätigt zu werden brauchten. Die Schaltfolge für den Gleichrichter G₂, beginnend in dem Augenblick, in dem die Spannung U₂ positiv wird (Punkt h der Fig. 4) ist: S₁', S₂', S₃', S₄', S₅', S₆', S₁', S₂', S₃', S₄'. Allgemein ist bei m Anoden je Gleich-

richter die Schaltfolge: 1,2 ... m, 1,2 ... ( \-1).

Entsprechend wird man für kapazitive Belastung so öffnen, daß schon ein um 90 Grad voreilender Strom einsetzen kann; man wird

also wie folgt schalten: (——Yx), ( 1-2) ... m,

1,2 ... m,x. Kann sowohl induktive als auch kapazitive Last in Betracht kommen, so ist z. B. bei 6 Anoden die Schaltfolge 4, 5, 6,1, 2, 3, 4, 5, 6, i, 2, 3, 4 einzuhalten, wobei die ersten drei Schaltbetätigungen 4, 5, 6 zusätzlich für kapazitive Last und die letzten drei Schaltbetätigungen 2, 3, 4 zusätzlich für induktive Last erforderlich sind; mit anderen Worten: die Schalter jedes Gleichrichters werden fortlaufend der Reihe nach betätigt.

Claims (1)

1. Solange Einphasenspannung und Einphasenstrom in ihren Augenblickswerten gleich gerichtet sind, geht der Strom in jedem Spannungsschnittpunkt oder auch kurz nachher zwanglos von einer Anode zur nächsten über, wenn der Schalter der folgenden Anode geschlossen wird. Sind Einphasenspannung und Einphasenstrom in ihren Augenblickswerten aber einander entgegen gerichtet, ist also die Spannung der gerade

   ίο stromliefernden Wicklungsphase negativ (Gebiet der negativen Spannungshalbwelle), so ist ein Übergang des Stromes von einer Anode zur nächsten im oder kurz nach dem Spannungsschnittpunkt (z. B. Punkt k der Fig. 4) nicht möglich, da die Spannung der Folgeanode dem Betrage nach zwar größer als die der vorhergehenden, ihr Spannungsniveau infolge der negativen Richtung der Spannung jedoch geringer ist. Der Übergang von einer Anode zur nächsten muß daher vor dem Spannungsschnittpunkt erfolgen. Außerdem muß die vorhergehende Anode im Augenblick des Spannungsschnittpunktes bereits abgeschaltet sein, da sie sonst hinter dem Schnittpunkt den Strom wieder übernehmen würde.

   Daraus ergibt sich die Forderung, daß im Gebiet der negativen Spannungshalb welle jede Anode kurz vor dem linken Spannungsschnittpunkt (Schnittpunkt mit der Spannungskurve der vorhergehenden Anode) zugeschaltet und spätestens im rechten Spannungsschnittpunkt (Schnittpunkt mit der Spannungskurve der Folgeanode), zweckmäßig kurz vor ihm, abgeschaltet sein muß.

   Die geschilderte Schaltfolge gilt nicht nur bei Verwendung von Schaltern (mechanischen Schaltern, Lichtbogenschaltern o. dgl.), sondern auch für gittergesteuerte Gleichrichter.
   Das Verfahren ist nicht nur anwendbar bei der in Fig. 1 dargestellten Grundschaltung, sondern auch bei anderen verwandten Grundschaltungen und auch für alle Verfahren zum Umwandeln von Mehrphasenstrom gegebener Frequenz in Einphasenstrom kleinerer Frequenz vermittels zweier m-phasiger Gleichrichter (Gasentladungsstrecken oder anderen elektrischen Ventilen mit Gleichrichterwirkung), von denen der eine die eine Halbwelle des Einphasenstromes und der andere Gleichrichter die andere Halbwelle liefert.

   ■ Patentanspruch:.

   Verfahren zum Umwandern von Mehrphasenstrom gegebener Frequenz in Einphasenstrom kleinerer Frequenz vermittels zweier Gleichrichtergruppen (Gasentladungsstrecken oder anderen elektrischen Ventilen mit Gleichrichterwirkung), von denen die eine Gruppe die eine Halbwelle des Einphasenstromes und die andere die andere Halbwelle liefert, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem Zu- und Abschalten der Anoden im Gebiet der positiven Spannungshalbwelle zusätzlich im Gebiet der negativen Spannungshalb welle efher jeden Gleichrichtergruppe bis zum Grenzfall der Phasenverschiebung von + 90 ° bis — 90 ° zwischen Einphasenstrom und Einphasenspannung Anoden je Gruppe (m — Anzahl

   der Anoden einer Gleichrichtergruppe) mindestens aber diejenigen Anoden dieser Gruppe aufeinanderfolgend zu- und abgeschaltet werden, die zur vollen Ausbildung der Stromhalbwelle erforderlich sind, wobei die Zuschaltung jeder Anode kurz vor ihrem Schnittpunkt mit der Spannungskurve der vorhergehenden Anode und die Abschaltung spätestens in ihrem Schnittpunkt mit der Spannungskurve der Folgeanode erfolgt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen