DE671450C - Verfahren zur unmittelbaren Umformung von Wechselstroemen gegebener Frequenz in solche anderer Frequenz vermittels gesteuerter gas- oder dampfgefuellter Entladungsstrecken mit eindeutiger Durchlassrichtung - Google Patents

Verfahren zur unmittelbaren Umformung von Wechselstroemen gegebener Frequenz in solche anderer Frequenz vermittels gesteuerter gas- oder dampfgefuellter Entladungsstrecken mit eindeutiger Durchlassrichtung

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DE671450C
DE671450C DES96908D DES0096908D DE671450C DE 671450 C DE671450 C DE 671450C DE S96908 D DES96908 D DE S96908D DE S0096908 D DES0096908 D DE S0096908D DE 671450 C DE671450 C DE 671450C
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Walter Eberspaecher
Dr Phil Juergen V Issendorff
Dr-Ing E H Moritz Schenkel
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Siemens Schuckertwerke AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/005Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases using discharge tubes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Description

  • Verfahren zur unmittelbaren Umformung von Wechselströmen gegebener Frequenz in solche anderer Frequenz vermittels gesteuerter gas- oder dampfgefüllter Entladungsstrecken mit eindeutiger Durchlaßrichtung Es ist bekannt, daß Wechselstrom irgendeiner Frequenz mit Hilfe von steuerbaren elektrischen Entladungsgefäßen in Wechselstrom irgendeiner anderen Frequenz umgewandelt werden kann. Beispielsweise hat man vorgeschlagen, den Wechselstrom der gegebenen Frequenz mit Hilfe von Gleichrichtern in Gleichstrom umzuformen und diesen Gleichstrom über Wechselrichter in Wechselstrom der gewünschten Frequenz umzuwandeln. Wegen der Verwendung von Gleichstrom als Zwischenstufe kann mit diesem Umformer kein Blindstrom geliefert werden. Außerdem hat der Umformer den Nachteil großen Aufwandes an Schaltungswitteln und des doppelten Leistungsverlustes im Lichtbogen.
  • Die Erfindung bezieht sich auf Umformer, bei denen der Wechselstrom unmittelbar umgewandelt wird, ohne erst Gleichstrom als Zwischenstufe erzeugen zu müssen. Diese Umformer, die in vieler Hinsicht vorteilhafter sind, verwenden im wesentlichen zwei Gruppen von Entladungsstrecken, von denen die eine Gruppe eine Halbwelle und die andere Gruppe die andere Hä.lbwelle des sekundären Wechselstromes des Umformers liefert.
  • Bei einer bekannten nach diesem Prinzip arbeitenden Umformeranordnung sind die beiden Entladungsstreckengruppen an einen Mehrphasentransformator angeschlossen. Innerhalb einer Halbwelle des Wechselstromes vollzieht sich der Stromübergang von Ventilstrecke zu Ventilstrecke in der vom Gleichrichter her bekannten Weise. Die entstehende Wechselspannung hat jedoch im wesentlichen rechteckförmige oder trapezförmige Gestalt. Um die Kurvenform der aus bekannten Gründen erwünschten Sinusfortn anzunähern, wurde vorgeschlagen, den einzelnen Entladungsstrecken Spannungen zuzuführen, deren Amplituden der gewünschten Kurvenform entsprechend abgestuft sind. Der den Entladungsstrecken zugeordnete Transformator erhält zu dem Zweck abgestufte Windungszahlen. Durch Aneinanderreihung von Teilstücken der Spannungswellen verschie @.@ ner Amplitude entsteht eine Umgrenzung linie oder Hüllkurve, die der gewünseIQn Sinusform angenähert ist. Ein Nachteil die Er sogenannten Hüllkurvenumrichter liegt darifi; daß das Verhältnis der primärseitigen und der sekundärseitigen Frequenz der Umformeranlage starr ist.
  • Die Nachteile, welche durch die Abstufung der die einzelnen Entladungsstrecken speisenden Spannungen bedingt sind, lassen sich vermeiden, wenn die Zeitabschnitte, in denen die einzelnen Entladungsstrecken an der Stromführung teilnehmen, durch Steuerung der Entladungsstrecken in bestimmter Gesetzmäßigkeit vorgeschrieben werden. Die den einzelnen Entladungsstrecken zugeführten Spannungenkönnen dann untereinander gleichbleiben. Bei einem bekannten Umformer dieser Art werden Entladungsstrecken verwendet, die sich derart steuern lassen, daß sowohl der Beginn -als auch das Ende der Stromführung einer jeden Entladungsstrecke willkürlich durch Steuerung der Entladungsstrecke zeitlich festgelegt werden kann. Bei der bekannten Umformeranordnung werden die Entladungsstrecken mit einer Steuerspannung beaufschlagt, deren Frequenz aus der Summe oder der Differenz der Primärfrequenz und der Sekundärfrequenz des Umformers gebildet ist. Da bei diesem Umformer vorausgesetzt ist, daß sich. die Entladung einer Entladungsstrecke unabhängig von dem Augenblickswert der Spannung willkürlich löschen läßt, beschränkt sich die Anwendung praktisch auf steuerbare Hochvakuumentladungsgefäße. Der Umformer arbeitet wegen des hohen Spannungsabfalls dieser Entladungsstrecke mit sehr schlechtem Wirkungsgrad. Außerdem ist die Leistung beschränkt.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Umformer, der die Nachteile der bekannten Umformer vermeidet. Erfindungsgemäß werden gesteuerte Gas- oder Dampfentladungsstrekken mit eindeutiger Durchlaßrichtung durch ständige, mittels der Gitter innerhalb eines Phasenwinkelbereiches von höchstens i8o° bewirkte Verlegung des zeitlichen Eintritts lediglich der Zündung der einzelnen Entladungsstrecken gesteuert. Den Steuerorganen ,der zündpunktgesteuerten Entladungsstrecken werden Steuerspannungen zugeführt, die sich aus der Überlagerung von sinusförmigen Spannungen der gegebenen Frequenz und ebenfalls sinusförmigen Spannungen der anderen Frequenz ergeben.
  • Die Wirkungsweise des Verfahrens nach der Erfindung sei im folgenden an Hand der in den Fig. i bis 3 dargestellten Urnrichterschaltungen und der zu diesen Schaltungen ., gehörigen Diagramme der Fig. 4 und s näher erläutert.
  • Fig. i zeigt ein Drehstromnetz i und ein iechselstromnetz 2, die Spannungen und Ströme von verschiedener Frequenz besitzen: Für die Umformung der Frequenzen sind zwei gittergesteuerte gas- oder dampfgefüllte elektrische Entladungsgefäßgruppen 3 und .4 vorgesehen, die mit ihren Anoden an einem mit dem Netz z verbundenen Transformator 5 liegen, welcher die für eine Sechsphasenentladungsgefäßanordnung übliche Schaltung aufweist. Die Kathoden sind an die den Entladungsgefäßen zugewandte Wicklung 9 des Kathodentransformators 6 angeschlossen, und der Neutralpunkt dieser Wicklung ist mit dem Sternpunkt der den Entladungsgefäßen zugewandten Wicklung 8 des Anodentransformators 5 verbunden. Diese Schaltung ist, wie ohne weiteres zu ersehen, sehr einfach, weil die Verbindungsleitungen zwischen den Neutralpunkten der Transformatorwicklungen 8 und 9 zu einer einzigen Leitung vereinigt sind, was an sich jedoch nicht notwendig ist. Man kann aber auch, wie in Fig. 2 veranschaulicht, die Entladungsgefäße und Transformatoren so zusammenschalten, daß die Kathoden der Entladungsgefäße i9, letztere hier in einem Gefäß vereinigt, mit dem neutralen Punkt der den Entladungsgefäßen zugewendeten Wicklung2i des Kathodentransformators 2o verbunden sind, während die einzelnen Zweige dieser Wicklung mit den Sternpunkten der voneinander getrennten Sekundärwicklungen 18 des Anodentransformators 16 verbunden sind.
  • Diese Schaltung zeigt, wie erwähnt, eine Vereinfachung der Ausführung der Umrichteranordnung dergestalt, daß mehrere gesteuerte elektrische Entladungsstrecken in einem Gefäß 17 untergebracht sind.
  • Eine Anordnung, bei der das auf der Kathodenseite der Entladungsgefäße liegende Netz, also das Sekundärnetz, einphasig ist, zeigt Fig.3. Hier sind zwei Entladungsstreckengruppen 3 und q. unmittelbar mit verkehrter Parallelschaltung an das Einphasennetz 2 angeschlossen. Diese Schaltung bezeichnet man auch mit Kreuzschaltung und den von den Entladungsstreckengruppen gebildeten Stromkreis als Achterkreis. Eine solche Anordnung ist wegen des weiten Regelbereichs der Frequenz des Netzes 2 besonders vorteilhaft, welche Frequenz bis zum Wert Null, also bis zur Abgabe von Gleichstrom in dieses Netz, vermindert werden kann. Ausgleichströrne; die dabei in dein Achterkreis auftreten, können durch die Steuexelektrodenspannungen beeinflussende Schutzapparate, insbesondere solche, die auf überlagerten Gleichstrom ansprechen, unterdrückt werden.
  • Die Entladungsstrecken der in den Fig. i bis 3 dargestellten Umformeranordnung sind finit Steuerelektroden 23 und 24, vorzugsweise Steuergittern, ausgerüstet. Durch die Steuerelektroden kann, da es sich um Lichtbogenentladungsstrecken, also beispielsweise Ouecksilberdampfentladungsstrecken, handelt, nur der Zündzeitpunkt der Entladungsstrecken gesteuert werden. Es wurde bereits erwähnt, daß den Entladungsstrecken erfindungsgemäß Steuerspannungen zugeführt werden, die sich aus der Überlagerung von Spannungen der gegebenen Frequenz und Spannungen der anderen Frequenz ergeben. Bei der Schaltung nach Fig.i wird die Steuerspannung von der Frequenz des Netzes i diesem Netz über den Spannungswandler i i entnommen, durch den Phasenregler 12 hindurchgeführt und über die Gittertransformatoren 13 und 14 den Steuergittern 23 und 24 zugeleitet. Die Steuerspannung von der Frequenz des Netzes wird über den Spannungswandler 15, an dessen Stelle auch ein Reguliertransformator treten kann, aus der Wechselstromquelle 35, den Sekundärwicklungen der Gittertransformatoren 13 und 14 zugleich den Steuergittern der beiden Gleichrichter 3 und 4 zugeführt. Der Leistungsverbrauch der Steuerorgane ist stets verhältnismäßig klein, dementsprechend auch die Steuerapparatur.
  • An Hand des in Fig.4 dargestellten Diagramms sei zunächst für eine Entladungsstrecke erläutert, wie sich der Zündzeitpunkt der Entladungsstrecke ändert, wenn dieser Entladungsstrecke zwei Steuerspannungen zugeführt werden. Im oberen Teil des Diagramms ist finit e" die Anodenspannung einer der Ventilstrecken der Gleichrichter 3 und 4 in Fig. i bezeichnet, und zwar bezogen auf den Sternpunkt des Transformators 5. Im unteren Teil des Diagramms bedeutet eg die Gitterspannung, die die gleiche Frequenz wie die Anodenspannung hat, die also in Fig. i über den Transformator 12 dem Drehstromnetz i entnommen ist. v ist die zweite Steuerspannung, die als Vorspannung bezeichnet werden kann. Beide Spannungen eg und v sind auf das Potential der Kathode h bezogen. In dem Diagramm sind drei Werte für die Vorspannung eingezeichnet, und zwar vl, vjl, v@II. Die Oberlagerung mit der Spannung e. gibt dementsprechend für diese Spannung drei verschiedene Lagen egl, eg,1, eg,II. Parallel zu dem Kathodenpotential k ist die Zündspannung Ezg gezeichnet. Überschreitet die resultierende Gitterspannung diese Zündspannungsgrenze, so tritt die Zündung ein. Die Schnittpunkte der Spannungen e,1, egli und egll mit der "Zündspannung EZg sind mit Z" 7_l1 und 7.111 bezeichnet. Sie liegen um die Winkel al, all, all, gegenüber dem Beginn der Anodenspannungshalbwelle e, verzögert. Die Anode wird entsprechend zu den Zeiten I, II oder III gezündet. Die Vorspannungen vl, vil und v"1 sind in dem Diagramm als Gleichspannungen eingezeichnet. Bei der Umformeranordnung nach der Erfindung ist diese Vorspannung eine sinusförmige Spannung, die sich mit der Frequenz der Sekundärspannung des Umformers ändert. Bei der Schaltung nach Fig. i wird diese Spannung über den Transformator 15 den Steuergittern zugeführt. Aus dem Diagramm der Fig.4 ist ersichtlich, daß durch dieses Steuerverfahren der Zündzeitpunkt einer jeden Entladungsstrecke der beiden an der Umformung beteiligten Gruppen von Entladungsstrecken in dem Maße geändert wird, wie sich die Steuerspannung mit der Frequenz des Sekundärnetzes ändert. Das Diagramm zeigt auch, daß bei geeigneter Wahl der Phasenlage der Gitterspannung e, (Einstellung durch den Transformator 12 in Fig. 1) der Zündzeitpunkt der Entladungsstrecke innerhalb eines Bereiches von etwa i8o° verschoben werden kann.
  • In dein Diagramm der Fig. 5 ist gezeigt, wie mit Hilfe dieses Steuerverfahrens eine vollständige Spannungswelle gebildet wird. Die dem Transformator 5 entnommenen Phasenspannungen der Gleichrichtergruppen 3 und 4 sind in bekannter Weise als Sinuslinien dargestellt. Für einen Teil der primären Spannungshalbwellen Ei ist angegeben, wie sich der Zündverzögerungswinkel a, im Verlauf einer Halbwelle der Einphasenspannung E2 ändert bzw. wie dieser Zündverzögerungswink el, vom Maximum der Einphasenspannung an gerechnet, allmählich größer wird. Der kleinste Zündverzögerungswinkel ist ao. Dieser gilt für den Zündzeitpunkt Zo. Dem Zündzeitpunkt Z1 entspricht ein Verzögerungswinkel ao+a, Dem etwa im negativ en Maximum der Einphasenhalbwelle liegenden Zündzeitpunkt Z2 entspricht ein Zündverzögerungswinkel ao+a, Die Zunahme der Zündverzögerung zwischen den Zündpunkten ZO und Z@ beträgt somit a2 und liegt, wie in dem Diagramm angedeutet, innerhalb des Bereiches von i$o°.
  • Aus dem Diagramm der Fig. 5 ist ersichtlich, wie durch Veränderung der gemeinsamen Vorspannung aller Steuerorgane der an der Umformung beteiligten Entladungsstrecken der zeitliche Eintritt der Anodenlichtbogenzündung innerhalb eines Phasenwinkels von ißo° beliebig verlegt und wie dadurch eine Kurvenform gebildet werden kann, die der Sinusform gewünschter Frequenz angenähert ist. Bei der Schaltung nach Fig. i wird durch die dem Transformator 15 entnommene, mit der Sekundärfrequenz veränderliche '#7"orspännung in dem_Transformator 6 ein Wechselstrom erzeugt. Die beiden Gleichrichter 3 und 4 werden dabei im Gegentakt gesteuert, weil die den Gittertransformatoren 13 und 14 zugeordneten Sekundärwicklungen des Transformators 15 um 18o° phasenverschoben sind.
  • Das vorstehend erläuterte Steuerverfahren der Erfindung hat zunächst den Vorteil, daß LichtbogenentladungsgefäBe,- also beispielsweise Quecksilberdämpfentladungsgefäße, für die Umformung verwendet werden können, und daß deshalb die von dem Umformer 7u bewältigende Leistung praktisch unbegrenzt ist. Dadurch, daß bei dem Verfahren nach der Erfindung sämtlichen Entladungsstrecken Spannungen gleicher Amplitude zugeführt werden, ist der Nachteil des starren Frequenzverhältnisses eines Hüllkurvenumrichters vermieden. Primärfrequenz und Sekundärfrequenz sind voneinander unabhängig. Die Annäherung ist dabei um so größer, je größer die Phasenzahl der beiden an der Umformung beteiligten Gruppen von Entladungsstrecken ist.
  • Die in den Fig. i bis 3 dargestellten Umformerschaltungen können noch in mancher Hinsicht ergänzt und abgewandelt werden. Zur Einregulierung ist es zweckmäßig> daß bei der Schaltung nach Fig. i je eine zusätzliche Gleichspannung in die beiden Zuleitungen 25 und 26 vom Wandler 15 zu den Gittertransformatoren 13, 14 eingeführt wird, z: B. durch Einlegen von zwei Batterien 27 und 28, die bewirken, daß die von jedem einzelnen Gleichrichter abgegebenen Halbwellen eine Breite von 18o elektrischen Graden besitzen.
  • In die einzelnen Kreise wird man zweckmäßig zur Vermeidung von Oberwellen an geeigneter Stelle noch Induktivitäten oder Drosselketten, beide gegebenenfalls in Verbindung mit Resonanzkreisen, einlegen. Insbesondere wird das Netz 35, falls es aus dem Netz 2 gespeist wird, durch diese Mittel von störenden Harmonischen befreit. Somit werden den Steuergittern zwei einander überlagerte rein sinusförmige Wechselspannungen zugeführt. Dieses hat zur Folge, daß die Entladungsstreckengruppen exakt gesteuert werden.
  • Die in das auf der Kathodenseite liegende Netz 2 -abgegebenen Wechselstromspannungen sind in ihrer Höhe von dem Verhältnis der beiden Steuerspannungen abhängig. Diese Abhängigkeit kann durch Veränderung einer oder beider Steuerspannungen eingestellt werden, was im vorliegenden Fäll durch Anordnung von Anzapfstellen an dem Transformator i i erreicht wird. Die Phasenlage der über dem Transformator i i den Steuerorganen zugeführten Steuerspannungen wird im allgemeinen gegenüber der Phasenlage der Spannung der zugehörigen Anoden eine Nacheilüng aufweisen müssen, am besten von i8o°, um für von den Kathoden abgegebene Wechselströme möglichst eine reine Sinusform zu erhalten.
  • Für den Fall, däß das von den Kathoden gespeiste Netz 2 auch noch von einer Synchronmaschine gespeist wird, z. B. im Bahnbetrieb; kann die zum Steuern benötigte Spannung derselben Frequenz über den Transformator 15 aus dem Netz 2 unmittelbar entnommen werden, indem der Wandler 15 (Fig. 1) direkt an das Netz 2 gelegt wird, während die besondere Wechselstromquelle 35 fortfällt. Dann wird diese Steuerspannung zweckmäßig in ihrer Amplitude und Phase veränderlich gemacht, beispielsweise durch Ausführung des Transformators 15 als Phasenregler, wie in Fig. i durch einen Pfeil angedeutet ist, gegebenenfalls mit einer Hilfsphase. Durch Amplitudenänderung dieser sekundären Steuerspannung werden die in das Netz 2 der Umformeranordnung abgegebenen Blindströme nach Größe und Richtung geregelt, während durch' die Phasenänderung der sekundären Steuerspannung die an das Netz 2 abgegebene Leistung nach Größe und Richtung geregelt wird.
  • Für den Fall, daß das von der Kathode gespeiste Netz :2 nur oder überwiegend von elektrischen Entladungsgefäßen gespeist wird, ist es vorteilhafter, die sekundäre Steuerspannung einem besonderen taktgebenden Glied, z. B. einer Wechselstromquelle 35, zu entnehmen, die eine Synchronmaschine oder irgendein Schwingungserzeuger von der gewünschten Frequenz sein kann.
  • Die Wechselstromquelle 35 kann auch in regelbarer Abhängigkeit von der Frequenz des anodenseitigen Netzes i gehalten werden, wie in Fig. 6 und 7 veranschaulicht ist. In Fig. 6 wird das taktgebende Glied durch zwei Synchronmaschinen 51 und 52 gebildet, durch welche die Frequenzen beider Netze in ein starres Verhältnis gesetzt werden. Bei dieser Anordnung wird die Größe der Steuerspannungen durch die vor die Batterie 5o geschalteten Regler 53 und 54 eingestellt, die im vorliegenden Fall durch Widerstände in den Erregerstromkreisen des mit der Wechselstromquelle 35 verbundenen Generators gebildet werden: Die Achsen der beiden Erregerwicklungen des Generators 51 stehen zweckmäßig aufeinander, wodurch eine gewisse Nachgiebigkeit in der Phasenlage zu erreichen ist (Drehfelderregermascliine).
  • Fig. 7 zeigt als Wechselstromquelle 35 eine Asynchronmaschine 55, die durch eine Gleichstrommaschine 56 von einer Batterie 5o angetrieben wird. Dadurch kann die Abhängigkeit der Frequenz 2 von der Frequenz i geregelt werden. Die Kupplung der Frequenzen ist in diesem Falle beliebig nachgiebig. Die Größe der sekundären Steuerspannung kann beispielsweise im Ständerkreis durch regelbare Transformatoren 57 eingestellt werden.
  • Man kann durch Ausgestaltung der Wechselstromquelle 35 die Taktgebung auch in regelbare Abhängigkeit von einer Betriebsgröße bringen, z. B. von der Durchgangsleistung der elektrischen Entladungsgefäße. Das hat den Vorteil, daß die Entladungsgefäße nicht überlastet werden können. Ferner kann die Frequenz auch in Abhängigkeit von der Durchgangsleistung an einer beliebigen anderen Stelle der beiden Netze oder in einer beliebigen zeitlichen Abhängigkeit (nach Fahrplan) oder angenähert an eine Sollfrequenz (Integralregler) geregelt werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel für eine leistungsabhängige Regelung zeigt Fig. B. Die sekundäre Steuerspannung wird hier von einer Synchronmaschine 6o geliefert, die zwei Erregerwicklungen besitzt, deren Achsen aufeinander senkrecht stehen, und deren Drehzahl durch einen Gleichstrommotor 61 bestimmt wird. Die Drehzahl dieses Gleichstrommotors wird in folgender Weise geregelt.
  • Ein kräftig ausgeführter Wirkzähler 62 treibt eine kleine Zusatzdynamo 63 an, deren Spannung einer festen Spannung 64 zu- oder abgesetzt wird, und die zum Antreiben des Gleichstrommotors dient. Der Zähler 62 wird an den anodenseitigen oder den kathodenseitigen Stromkreis der Umformeranordnung angeschlossen oder über eine Fernmeßeinrichtung an einen beliebig fernen Punkt der Netze i oder 2 gelegt. Die Kennlinien dieser leistungsabhängigen Regelung können durch Einstellung der Regelwiderstände 65 und 66 beliebig geneigt oder parallel verschoben werden.
  • Das auf der Anodenseite der Entladungsgefäße liegende Netz erhält unter Umständen erhebliche Blindströme von der Entladungsgefäßanordnung oder muß solche Ströme an diese Anordnung liefern. Deshalb wird ein Phasenschieber an dieses Netz angeschlossen, der die Blindströme in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Entladungsgefäßanordnung z. B. mit Hilfe von Blindleisttingsrelais kompensiert.
  • Die Frequenzurnforrnung wird um so vollkommener, je mehr gesteuerte Spannungsimpulse der vom Netz i in Fig., i bis 3 gespeisten Anoden zum Aufbau einer Spannungshalbwelle des Netzes :2 dienen. Mit besonderem Vorteil werden daher mehr als sechs Anodenphasen für jede Entladung sstreckengruppe verwendet. Beispielsweise ist es bei. der Umformung zwischen einem 5 o-periodigeri und einem i 62/3-periodigen Netz zweckmäßig, 12 Anodenphasen zu verwenden, so daß auf eine Periode des 162j3 periodigen Netzes i2 i6°/3 = 36 gesteuerte Spannungsimpulse entfallen. Insbesondere ist die Wahl einer höheren Anodenzahl als sechs vorteilhaft, wenn das Frequenzverhältnis der Netze i und 2 kleiner als 3 oder gar kleiner als i ist.
  • Die Erfindung kann nuni in der verschiedensten Weise angewendet werden. Sie kann mit ganz besonderem Vorteil dazu verwendet !@ werden, Wechselstrommaschinen zu regeln. Beispielsweise kann man eine Synchron-' maschine mit Hilfe der durch die Erfindung gegebenen Anordnung anfahren. Die Synchronmaschine liegt dann in dem kathodenseitigen Stromkreis, und durch Regelung der Frequenz dieses Stromkreises kann die Maschine angelassen werden, und zwar unter Ausnutzung ihres vollen Drehmomentes von der Frequenz Null bis zur Betriebsfrequenz der Maschine.
  • Auch zum Regeln von Asynchronmaschinen ist die Erfindung sehr vorteilhaft zu verwenden. Hierzu werden der anodenseitige und der kathodenseitige Stromkreis der Umformeranordnung an die Primär- und die Sekundärwicklung der Asynchronmaschine angeschlossen.
  • Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigtFig. g. Die Wicklung des Ständers 32 der Asynchronniaschine 3o bildet hier den Stromkreis mit der primären Frequenz, der durch Sammelschienen 2o hervorgehoben ist, und die Wicklung des Läufers 31 den Stromkreis mit der sekundären Frequenz. Der Neutralpunkt der Läuferwicklung ist über einen zusätzlichen Schleifring 38 an die Kathoden der Entladungsgefäße 3g angeschlossen. Der Läufer 31 ersetzt also hier den kathodenseitigen Transformator. Zur Regelung dienen die gesteuerten gas- oder dampfgefüllten Entladungsgefäße 39 mit den Gittern 33 sowie der zu ihnen gehörige Transformator 36. Die Steuerspannung von der Ständerfrequenz, also der primären Frequenz, wird den Gittern 33 aus dem Netz 2o über den Transformator 34: zugeführt. Die Steuerspannung von der Frequenz des Läufers, also der sekundären Frequenz, wird in der Frequenzwandleriiiaschine ,.o öder der asynchronen Kopierina.schine 42 erzeugt und den Sekundärspannungen des Gittertransformators 34. durch Anschluß an die neutralen Sternpunkte 37 überlagert. Man kann aber auch die Maschinen 40 und 42, wie dargestellt, in Reihe schalten. Das hat den Vorteil, daß die Regelfähigkeit beträchtlich erweitert ist. Bei Verwendung i des Frequenzwandlers dient der Doppeldrehtransformator 41 zum Regeln der sekundären Steuerspannung nach Größe und Phase. Bei Verwendung der Kopiermaschine q., dient der Anzapftransformatör 43 zum Einstellen der sekundären Steuerspannung. In allen Fällen wird die sekundäre Steuerspannung von der Drehzahl der Asynchronmaschine beeinflußt. Zu diesem Zweck kann die mechanische Kupplung der Maschine 30 mit den Hilfsmaschinen 40 und q.2 auch durch eine starre elektrische Kupplung ersetzt werden. An Stelle der Hilfsmaschinen können auch geregelte Synchronmaschinen treten, welche Steuerspannungen erzeugen, die von kurzzeitigen Störungen der Spannung im Netz 2o z.. B. infolge von Kurzschlüssen unbeeinflußt sind.
  • Ist die Drehzahl der Asynchromnaschine 30 in Fig. 9 nur in kleinen Grenzen, z. B. zwischen 5 °/o übersynchroner und 5 °ro untersynchroner Drehzahl, zu regeln, so hat die beschriebene Umformeranordnung höchstens 5°/o der Maschinenleistung aufzubringen. Benutzt man dementsprechend diese Anordnung nur zur Schlupfenergiestenerung einer Asynchronmaschine, die mit . einer Synchronmaschine gekuppelt ist, so erhält man einen sehr leistungsfähigen Netzkupplüngsumformer zwischen den an diese Maschinen anzuschließenden Netzen, der mindestens das 2o-fache der durch die gesteuerten Entladungsstrecken fließenden Leistung zu übertragen vermag. Für den Fall, daß die Durchgangsleistung der beschriebenen Umformeranordnung vorübergehend hohe Werte erreicht, wird man zweckmäßig noch eine elektrische Pufferurig in wirksamer Weise durch mechanische Energiespeicher versehen. Das kann in wirksamer Weise durch den Anschluß synchroner oder asynchroner Schwungradmaschinen an dasjenige der beiden Netze geschehen, welches die größeren Frequenzschwankungen infolge der Leistungsstöße aufweist. Zum Ausgleich der periodischen Leistungsstöße, die in dem Netz der höheren Frequenz im Takt der niederen Frequenz auftreten, wird man zweckmäßig eine Synchronmaschine mit hohem synchronisierendem Moment als Pufferungsglied an dieses Netz anschließen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. erfahren zur unmittelbaren Umformurig von Wechselströmen gegebener Frequenz in solche anderer Frequenz vermittels gesteuerter gas- oder dampfgefüllter Entladungsstrecken mit eindeutiger Durchlaßrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsstrecken durch ständige, mittels der Gitter innerhalb eines Pllasenwinkelbereiches von höchstens i 8o° bewirkte Verlegung des zeitlichen Eintritts lediglich der Zündung der einzelnen Entladungsstrecken zwecks Erzielung einer in der Mittelwertskurve nach einem bestimmten Gesetz verlaufenden sekundären Umrichterspannung gesteuert werden. a. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß den Steuerorganen der zündpunktgesteuerten Entladungsstrecken Steuerspannungen zugeführt werden, die sich aus der Überlagerung von sinusförmigen Spannungen der gegebenen Frequenz und ebenfalls sinusförinigen Spannungen der anderen Frequenz ergeben, so daß - jede Entladungsstrecke jeweils einmal in jeder der gegebenen Frequenz eine Zündung erfährt. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Steuerorganen der einzeln gesteuerten, von gleich großen Phasenspannungen gespeisten Entladungsstrecken zwei einander überlagerte Steuerwechselspannungen zugeführt werden, von denen die erste dem Netz der gegebenen Frequenz entnommen und gegenüber den Speisespannungen der zugehörigen Entladungsstrecken phasenverschoben ist, während die zweite eine aus beliebiger sinusförmiger Quelle entnommene in zwei zueinander in Phasenopposition stehenden Richtungen verwendet wird. q.. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch Bekennzeichnet, daß die die einzelnen Entladungsstrecken steuernden Steuerspannungen auf ein einziges Steuerorgan wirken. 5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuerspannung dem Netz der sekundären Frequgnz selbst entnommen wird. 6. Schaltung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i zur Umforrnüng von Mehrphasenstrom gegebener Frequenz in Einphasenstrom anderer Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsstrecken in zwei Gruppen mit gleichem Kathodenpotential zusammengefaßt sind, deren zwei Kathodenleitungen in an sich bekannter Weise an je einem Wicklungsende der Primärwicklung eines Einphasentransformators angeschlossen sind, deren Mittelpunkt mit dem Sternpunkt des Meihrphasentransformators verbunden ist. 7. Schaltung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i zur Umformung von Mehrphasenstrom gegebener Frequenz in Mehrphasenstrom anderer Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß eine mindestens der Phasenzahl des Primärnetzes gleiche Anzahl von Gruppen vorhanden ist, von denen jede auf eine Primärphase eines mit der Sekundärwicklung an das Netz der sekundären Frequenz angeschlossenen Mehrphasentransformators arbeitet. B. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Steuerelektrodenspannungen beeinflussende Schutzapparate, insbesondere solche, die auf überlagerte Gleichströme ansprechen, welche Ausgleichströme in den Gleichrichterkreisen unterdrücken. 9. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung der sekundären Frequenz in der Phasenlage und in der Amplitude regelbar ist. io. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Steuerspannung durch einen taktgebenden Wechselstromerzeuger geliefert wird. i i. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromerzeuger in regelbarer Abhängigkeit von der Frequenz des primären Netzes oder von einer Leistung steht. 12. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Phasenschieber an das auf der Anodenseite liegende Netz angeschlossen sind, die zur Kompensation der in der Anordnung erzeugten oder verbrauchten Blindleistung dienen. 13. Anordnung nach Anspruch i zum Regeln von asynchronen Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß an die Sekundärseite - des Frequenzumformers die Sekundärseite einer mit der Primärseite am gleichen speisenden Netz liegenden Asynchronmaschine angeschlossen ist, wobei die Sekundärwicklung der Asynchronmaschine an die Stelle des Sekundärtransformators des Frequenzumformers tritt. 1q.. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Steuerspannung in ihrer Phasenlage und Amplitude durch regelbare Hilfsmaschinen beeinflußt wird, die mit dem Rotor der zu regelnden Asynchronmaschine gekuppelt sind. 15. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i für stoßweise belastete Wechselstromverbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Puffereng für die Umformeranordnung durch Wechselstrommaschinen großen Schwungmoments vorgesehen ist, die an den anodenseitigen oder den kathodenseitigen Stromkreis der Anordnung angeschlossen sind. 16. Anordnung nach Anspruch i zum Regeln von Synchronmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronmaschine an den kathodenseitigen Stromkreis der Umforrneranordnung angeschlossen und durch Regelung der Frequenz dieses Stromkreises die Maschine geregelt bzw. angelassen wird.
DES96908D 1931-02-21 1931-02-21 Verfahren zur unmittelbaren Umformung von Wechselstroemen gegebener Frequenz in solche anderer Frequenz vermittels gesteuerter gas- oder dampfgefuellter Entladungsstrecken mit eindeutiger Durchlassrichtung Expired DE671450C (de)

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DES96908D Expired DE671450C (de) 1931-02-21 1931-02-21 Verfahren zur unmittelbaren Umformung von Wechselstroemen gegebener Frequenz in solche anderer Frequenz vermittels gesteuerter gas- oder dampfgefuellter Entladungsstrecken mit eindeutiger Durchlassrichtung

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DE (1) DE671450C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1238094B (de) * 1961-05-10 1967-04-06 Asea Ab Steueranordnung fuer Umrichter

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DE1238094B (de) * 1961-05-10 1967-04-06 Asea Ab Steueranordnung fuer Umrichter

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