DE331708C - Ruhender, aus magnetisch gesteuerten Quecksilberdampf-Gleichrichter- oder Sperrzellen bestehender Umformer - Google Patents

Description

Um die Frequenz eines gegebenen Wechselstromnetzes auf eine andere Frequenz zu wandeln, bediente man sich bisher rotierender, mit Kollektor und Schleifringen versehener Einankerumformer, welche entweder freilaufend oder gekuppelt mit Antriebsmotor betrieben wurden. Der Nachteil dieser Frequenzwandler liegt in der schwierigen Kommutierung und darin, daß es sich überhaupt um eine Maschine

ίο handelt, welche Bedienung und Wartung erfordert, welche in umständlicher Weise angelassen und stillgesetzt werden muß, und welche schließlich im Betrieb selbst oft die störende Erscheinung des Pendeins zeigt.

Es ist nun Gegenstand vorliegender Erfindung ein ruhender Umformer, welcher gegenüber dem rotierenden erhebliche Vorteile aufweist. Sein Aufbau ist einfach; er erfordert angelassen keine Bedienung und Wartung, arbeitet mit hohem Wirkungsgrade, besitzt keine Welle und Lager, so daß die Ölschmierung fortfällt und kein Heißlaufen in den Lagern eintreten kann; Kommutierungsschwierigkeiten, Bürstenfeuer usw. sind nicht vorhanden.

Er besteht im wesentlichen aus zwei Gruppen magnetisch gesteuerter Quecksilberdampf-Gleichrichter- oder solcher Sperrzellen nach Patent 317598, Kl. 21g, wobei die in an sich bekannter Weise in Stern geschalteten Zellen der einen Gruppe über sekundär mit Stern-, punkt versehene Transformatoren bzw. Drosselspulen an das gegebene Netz der einen Periodenzahl, die in Stern geschalteten Zellen der anderen Gruppe über sekundär mit Sternpunkt versehene Transformatoren bzw. Drosselspulen an das sekundäre Netz von gegebenenfalls der anderen Periodenzahl angeschlossen sind und ' wobei sowohl die Sternpunkte der Zellengruppen, als auch die Sternpunkte der Sekundärwicklungen bzw. Drosselspulen gegebenenfalls über eine Drosselspule miteinander leitend ver- ■ bunden sind. Die den Zellen jeder Gruppe jeweils zugehörigen Steuermagnete sind gemischt erregt, und zwar einerseits von Gleichstromspannung, als welche zweckmäßig die zwischen den beiden Sternpunktsverbindungen herrschende "Gleichstromspannung genommen wird, und andererseits von Wechselstromspannung von der Frequenz des der Gruppe zugehörigen Netzes, wobei die Wechselstromspannung bei Mehrphasensystemen denjenigen Phasenleitungen entnommen werden kann, deren Spannung senkrecht auf der Spannung der. der Zelle zugehörigen Phase steht.

Beim Anlassen wird es empfehlenswert sein, die Gleichstromerregung kurzzeitig einer Gleichstromhilfsquelle zu entnehmen. Ist die Frequenz des zweiten Netzes unbestimmt, dann kann vorteilhaft ein Taktgeber in Gestalt einer angetriebenen Synchronmaschine verwendet werden, welche auf das Sekundärnetz direkt oder auf die Wechselstromwicklung der Steuermagnete der

dem Sekundärnetz zugehörigen Zellengruppe geschaltet ist. Die Regelung der Sekundärnetzspannung geschieht dann durch Regelung der den Zellengruppen über Regeltransformatoren zugeführten oder über Regeltransformatoren entnommenen Spannung, die Regelung der Sekundärfrequenz dagegen durch Regelung der Umdrehungszahl des Taktgebers.

In Fig. ι ist der Gegenstand der Erfindung ίο an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es bedeutet N₁ das Primärnetz, T₁ den Primärtransformator mit der an N₁ angeschlossenen Primärwicklung Pr₁ und der regelbaren sechsphasigen Sekundärwicklung Se₁. Diese ist in Stern geschaltet und die sechs Phasen sind über Kontakte K mit den Zellen S₁ der Primärgruppe verbunden.

Auch diese Zellen sind in Stern geschaltet und haben den gemeinsamen Sternpunkt P. Von den sechs Steuermagneten ist nur ein Steuermagnet M₁ mit seinen Wicklungen G₁ und W₁ angedeutet und der Anschluß der Wicklungen ist aus der Figur ersichtlich.

Die Sekundärseite des Umformers ist ganz ,analog aufgebaut wie die Primärseite. N₂ ist das Sekundärnetz, das die gleiche oder eine andere Periodenzahl als das Primärnetz N₁ besitzen kann, T₂ der Sekundärtransformaför, dessen Primärwicklung Pr₂ durch die Kontakte K, K, K regelbar ist, während seine sechsphasige Sekundärwicklung mit deh Zellen S₂ der sekundären Gruppe verbunden ist. Auch diese Zellen sind in Stern geschaltet und haben j den gemeinsamen Sternpunkt Q. Von den ^: 35' sechs Steuermagneten ist wieder nur ein Steuer- j magnet M₂ mit seinen Wicklungen G₂ und W₂ j angedeutet, deren Anschluß aus der Figur er- ! sichtlich ist. Die Sternpunkte Q und P sind ; durch die Leitung O, die Transformatorstern- ' punkte U und V durch die Leitung L verbun- ■ den. In diese Leitung ist ferner die Drossel- i spule D eingeschaltet. Z stellt den Taktgeber j für das Sekundärnetz dar. j

Die Spannung des Primärnetzes wird durch j die primäre Zellengruppe in eine Gleichstrom- ; spannung umgeformt, welche zwischen den Leitungen O und L herrscht, diese Gleichstromspannung aber wieder durch die sekundäre^ Zellengruppe in eine Drehstromspannung solcher Frequenz, wie sie durch den Taktgeber , bestimmt wird. Die Umformung des Dreh- ; stromes der einen Frequenz in den Dreh- ' strom der anderen Frequenz geschieht also über '. die Umformung in Gleichstrom. Zur Unterdrückung der Oberwellen dieses Gleichstromes dient die Drosselspule D^-. '■

Eine Anwendung dieses ruhenden und regel- i baren Umformers bietet sich für die Regelung von Induktionsmotoren, wie es Fig. 2 zeigt. Die j βο Primärseite des Umformers ist in gleicher Weise ' wie in Fig. 1 angeordnet, aber als Sekundärseite ist hier die in Stern geschaltete und mit der sekundären Zellengruppe verbundene dreiphasige Läuferwicklung R des Motors / dargestellt, dessen Statorwicklung Sf auch am primären Netz Λ^τ liegen kann. Es gibt eine vorteilhaftere Anordnung, wenn der Läufer für diese Zwecke sechsphasig ausgeführt wird, er muß dann außer den sechs Schleifringen für die sechs Phasen auch einen Schleifring für die Nullpunktverbindung haben, also im ganzen mit sieben Schleifringen ausgerüstet sein. Die Regelung der Motortourenzahl kann nun z. B. durch Regelung der Spannung an der Sekundärwicklung Se des Transformators T ser- 75 " folgen. Diese Spannung steht zur Gleichstromspannung zwischen den Verbindungsleitern O und L in konstantem Verhältnis. In gleicher Beziehung zur Gleichstromspannung steht aber auch die Läuferspannung des Motors, so daß jeder Änderung der Spannung in Se eine äquivalente Spannungsänderung an der Läuferwicklung entspricht. Läuft der Motor nun mit einer bestimmten Tourenzahl, so entspricht seine Läuferspannung diesem Wert der Schlüpfung. Wird dem Läufer nun aber vom Uformmer eine andere Spannung aufgedrückt, so \ fließt ein Ausgleichsstrom in den Motor, der ihn beschleunigt oder verzögert, bis die im Läufer ! induzierte Spannung gleich der zugeführten ! Spannung ist. Der Motor ändert demnach seine , Tourenzahl, wenn man die Kontakte Ji der Sekundärwicklung Se verschiebt. Rücken die Kontakte K zum Sternpunkt U hin, dann läuft der Motor / schneller und durchschreitet den Synchronismus, wenn die Kontakte den Sternpunkt durchschritten haben. Es ist also auch ein Durchschreiten des Synchronismus und ein unter- und übersynchroner Betrieb des Motors möglich. Je nachdem man nun untersynchronen oder übersynchronen Betrieb wünscht, kann die sekundäre oder die primäre Gleichstrom abgebende Zellengruppe durch eine ge- · wohnliche, nicht magnetisch gesteuerte Gleichrichtergruppe ersetzt werden, die andere, Gleichstrom aufnehmende Gruppe muß jedoch stets magnetisch gesteuert, sein. Man kann dem in dieser Weise betriebenen Induktionsmotor dadurch synchronen Charakter geben, daß man parallel zu seiner Läuferwicklung ein Hilfsnetz oder eine Hilfsmaschine als Taktgeber an die sekundäre Zellengruppe anschließt.

Es ist natürlich auch zulässig, die Phasenzahl der Primär- und Sekundärwicklung beliebig zu wählen, aber es ist vorteilhaft, daß für jede Phase auch eine um 180 ° verschobene Phase vorhanden ist, da dann die Transformatoren die geringste Streuung zeigen. Die Amperewindungen der beiden um 180° verschobenen Phasen kompensieren den Wechselstrom der J20

Zugehörigen, auf dem gleichen Kern sitzenden Primärphase vollkommen, während, wenn z. B. eine ungerade Phasenzahl gewählt ist, die Amperewindungen jeder Primärphase teilweise durch" auf anderen Kernen des Transformators aufgewickelte Phasen kompensiert werden. Die Streuung wird dadurch erheblich größer sein als im ersten Falle.
Der beschriebene ruhende und regelbare Umformer kann natürlich auch für andere Regelungszwecke Verwendung finden, z. B. für direkte Speisung von Induktionsmotoren mit Drehstrom regelbarer Frequenz (Anlassen von Fördermotoren, Betrieb· von Walzenstraßen usw.).

Die Zellen jeder Gruppe können auch in einem gemeinsamen Gehäuse bzw. Vakuumgefäß untergebracht sein, wobei die mit dem Sternpunkt verbundenen Elektroden durch eine einzige ersetzt werden können..

Wird durch einen oder durch beide verwendete Transformatoren Niederspannung in Hochspannung umgeformt, dann ist es zweckmäßig, die Steuermagnete von der Niederspannung aus zu speisen. Auch die Gleichstromerregung wird besser einem besonderen Niederspannungshilfsnetz entnommen, wenn die Sternpunktsverbindungen O und L Hochspannungsgleichstrom führen.

Der beschriebene ruhende Umformer kann für Ein- oder Mehrphasenwechselstrom verwendet werden, auch kann er Strom einer gegebenen Phasenzahl ^n solchen einer anderen Phasenzahl bei gleicher oder verschiedener Spannung und Frequenz umformen.

Claims (10)

Patent-Ansprüche:

1. Ruhender, aus magnetisch gesteuerten Quecksilberdampf-Gleichrichter- oder Sperrzellen nach Patent 317598, Kl. 21g, bestehender Umformer, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gruppen von Sperrzellen Verwendung finden, wobei die in Stern -geschalteten Zellen der einen Gruppe über sekundäre, mit Sternpunkt versehene Transformatoren bzw. Drosselspulen an das gegebene Netz der einen Periodenzahl, die ebenfalls in Stern geschalteten Zellen der anderen Gruppe über sekundäre, mit Sternpunkt versehene Transformatoren bzw. Drosselspulen an das sekundäre Netz von gegebenenfalls anderer Periodenzahl angeschlossen sind, und wobei sowohl die Sternpunkte der Zellengruppen, als auch dieSternpunkte der Sekundärwicklungen bzw. der Drosselspulen gegebenenfalls über induktiven Widerstand miteinander leitend verbunden sind.

2. Ruhender Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromerregung der mit Gleichstrom und Wechselstrom gemischt erregten Steuermagnete jeder Zellengruppe von dem dieser Zellengruppe zugehörigen Wechselstromnetz, die Gleichstromerregung dag'egen von dem gemeinsamen Gleichstromnetz entnommen wird.

3. Ruhender Umformer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromerregung der Magnete beim Anlassen einem Hilfsnetz entnommen wird.

4. Ruhender Umformer nach Ansprüchen ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenzahl des den Zellengruppen zugeführten und entnommenen Drehstromes eine gerade Zahl ist.

5. Ruhender Umformer nach Ansprüchen ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Festlegung der sekundären Frequenz ein Hilfsnetz oder eine Hilfsmaschine verwendet wird, welche die Wechselstromerregung der Steuermagnete der sekundären Zellengruppe liefert.

6. Verfahren zur Regelung der sekundären Frequenz und Spannung des ruhenden Umformers nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Frequenz durch Regelung der Frequenz des die sekundären Steuermagnete speisenden Hilfsnetzes oder der Hilfsmaschine, die sekundäre Spannung dagegen durch Regelung des Übersetzungsverhältnisses der gegebenenfalls verwendeten Transformatoren oder durch Regelung der Spannung des Primärnetzes geregelt wird.

7. Verfahren zur kontinuierlich untersynchronen und übersynchronen Regelung von Induktionsmotoren durch ruhende Umformer nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Zellengruppe an die'Schleifringe der in Stern geschalteten Läuferwicklung des Induktionsmotors angeschlossen ist, wobei der Sternpunkt der Läuferwicklung mit dem Sternpunkt der Sekundärwicklung des Transformators auf der Primärseite des Umformers leitend verbunden ist, und wobei die Regelung der Motortourenzahl durch Regelung der der primären Zellengruppe zugeführten Spannung bewirkt wird. "

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei nur untersynchronem oder nur übersynchronem Betrieb des Induktionsmotors die eine der beiden Zellengruppen durch gewöhnliche, magnetisch nicht gesteuerte Quecksilberdampf-Gleichrichterzellen ersetzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Induktionsmotor synchroner Charakter dadurch iao

gegeben wird, daß parallel mit seiner ^: ruhende Umformer nach Ansprüchen I Läuferwicklung an die sekundäre Zellen- bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die

gruppe ein Taktgeber angeschlossen wird. Wechselstrommotoren__r an das nach An-

10. Verfahren zur kontinuierlichen Reg - sprach"6 geregelte Sekundärnetz angeschlos-

lung von Wechselstrommotoren durc'i sen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

N. nEBMJCKT in der reicusdruckergi.