DE674926C - Frequenzwandler - Google Patents

Description

• Frequenzwandler Es ist bekannt, zur Erzeugung einer Spannung der dreifachen Frequenz aus einem Drehstromnetz drei gesättigte Einphasentransformatoren vorzusehen und ihre Primärwicklung in Stern zu schalten. An den in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen entsteht dann die gewünschte Spannung der dreifachen Frequenz. Es ist auch bekannt, zur Erzeugung einer Spannung der doppelten Frequenz aus einem Einphasennetz zwei primär in Reihe geschaltete Transformatoren vorzusehen, die mit Gleichstrom im entgegengesetzten Sinn vormagnetisiert werden, und an den im entgegengesetzten Sinn geschalteten Sekundärwicklungen die Spannung der doppelten Frequenz abzunehmen.
• Die Erfindung zeigt einen anderen Weg, um eine Spannung einer Machen Frequenz zu erzeugen, wobei h eine gerade Zahl ist. Gemäß der Erfindung werden zwei Sätze von Transformatoren mit j e Transformatoren vorgesehen. Die Primärwicklungen dieser Transformatoren werden so geschaltet, daß der kleinste Schnittwinkel zwischen den Vektoren der Grundwellen der Transformatoren eines Satzes beträgt, während die Grund= wellen der beiden Sätze gegeneinander um versetzt sind, und daß alle Primärwicklungen einen gemeinsamen Sternpunkt besitzen, von denen nur drei Leiter zu den drei Phasen des Drehstromnetzes führen. Die Spannung der in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen jedes Satzes wird gleichgerichtet, und die gleichgerichteten Spannungen werden gegeneinandergeschaltet.
• Es ist bereits eine Anordnung zur Frequenzwan.dlung aus einem Mehrphasensystem bekannt, bestehend aus in Stern geschalteten, eisengeschlossenen Drosseln, deren Zahl gleich der Zahl oder einem Bruchteil der Zahl des gewünschten Frequenzübersetzungsverhältnisses ist, bei der der Nutzkreis zwischen Drosselsternpunkt und Maschinennullpunkt angeschlossen ist. Infolgedessen können mit dieser bekannten Anordnung nur solche Frequenzen erzeugt werden, die gleich der Maschinenfrequenz multipliziert mit der Phasenzahl und den ungeraden Vielfachen dieser Frequenz sind. Aus einem Drehstromnetz können daher mit der bekannten Anordnung nur Spannungen der dreifachen, neunfachen usw. Frequenz erzeugt werden, nicht aber .. z. B. eine Spannung, deren Frequenz Us-" Sechsfache der Frequenz des Drehstromnete;,. beträgt; denn eine solche Spannung tritt zwi=@ schen den Sternpunkten nicht auf. Die be= kannte Anordnung ist also zur Lösung der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe nicht geeignet.
• In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
• Fig. i zeigt eine Anordnung, um eine Spannung der sechsfachen Frequenz zu erzeugen. Es sind zwei Sätze von Transformatoren vorgesehen, wobei jeder Satz aus drei Transformatoren 1, 2 und 3 bzw. 1', 2' und 3' besteht. Die Primärwicklungen der Transformatoren sind in Zickzack so geschaltet, daß die Grundwellen der Flüsse der beiden Transforinatorensätze gegeneinander um - also um 30° versetzt sind. Zu diesem Zweck ist die Zickzackschaltung so getroffen, daß sie eine Drehung um + bzw. -15° hervorruft. Von dem gemeinsamen Sternpunkt O gehen nur drei Leitungen zu den einzelnen Phasen U, V und W des Drehstromnetzes. Infolge der angewendeten Schaltung sind die Grundwellen der Flüsse der Transformatoren eines Satzes um i 2o° gegeneinander versetzt, d. h. mit anderen Worten, der kleinste Schnittwinkel zwischen den Vektoren der Grundwellen eines Satzes beträgt 6o°, wie aus dem Vektordiagramm in Fig. 2 hervorgeht, welches die Grundwellenflüsse der Transformatoren i, 2 und 3 und der Transformatoren 1', i und 3' zeigt, und zwar sind die Vektoren mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie die Transformatoren selbst. Werden die Transformatoren gesättigt, so entsteht in jedem Transformator je Halbwelle eine Einzelspitze von ungefähr 30° Breite. In Fig. 3 sind die Spannungen, die in der Sekundärwicklung der einzelnen Transformatoren auftreten, dargestellt und mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie die Transformatoren selbst. Erfindungsgemäß werden nun die Sekundärwickrungen eines Transformatorsatzes in Reihe geschaltet und die Spannung, die an der Reihenschaltung auftritt, über Gleichrichter io und iö gleichgerichtet. Die den beiden Gleichrichtern io und io' zugeführten Spannungen sind hinsichtlich der Grundwelle um 30°, bezogen auf die sechsfache Frequenz um i8o° versetzt. Schaltet man daher die entstehenden Gleichspannungen gegeneinander, so erhält man, wie Fig. d. zeigt, eine Spannung der sechsfachen Frequenz. Im Ausführungsbeispiel ist zu diesem Zweck ein Spartransformator 12 mit M ittelanzapfung vorgesehen. Dies hat den Vorteil, daß die Gleichstromkomponenten sowohl in. der Magnetisierung des Transformators wie auch in derAusngsspannung is, v herausfallen, so daß man ;fit Spannung an den Klemmen ü, v die in #W1- Z., 4 dargestellte Spannung erhält. Statt ;eines Spartransformators könnte auch ein Transformator mit einer Primärwicklung mit Mittelanzapfung und einer Sekundärwicklung treten.
• Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß Gleichrichter in Graetzscher Schaltung angewendet werden. Man könnte beispielsweise auch Doppelweggleichrichter vorsehen. Auch könnte man die Gleichspannungen j e einem Widerstand zuführen und die beiden Widerstände gegeneinanderschalten.
• Statt diePrimärwicklungen derTransforiliatoren 1, 2, 3 und i', 2', 3' beide in Zickzack zu schalten, könnte man auch die Primärwicklungen des einen Satzes in Stern und die des anderen in 3o° drehendem Zickzack schalten.
• Es ist auch möglich, geradzahlige hrequenzen zu erzeugen, die nicht durch sechs teilbar sind. Z. B. ist -in Fig. 5 eine Anordnung dargestellt, um eine Spannung der zehnfachen Frequenz zu erzeugen. Zu diesem Zweck erhält jeder Transformatorsatz also fünf Transformatoren, die mit 1, 2, 3, -a. und 5 bzw. 1', 2', 3', q.' und $' bezeichnet sind. Die Primärwicklungen der Transformatoren sind in Zickzack geschaltet, und zwar derart, daß die Grundwellen der Flüsse der beiden Trans-80, gegeneinander um, i$ö@ , das sind 18°, versetzt sind, während der kleinste Schnittwinkel zwischen den Vektoren der Grundwellenflüsse eines Transformatorsatzes gleich 36° beträgt. In Fig.6 ist das Vektordiagramm dargestellt, und zwar sind die Vektoren mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie die Transformatoren selbst. Man sieht aus dem Vektordiagramm, daß der kleinste Schnittwinkel zwischen den Vektoren eines Transformatorsatzes 36° beträgt. Diesen kleinsten Winkel erhält man, wenn man die Vektoren über den Mittelpunkt hinaus verlängert. In Fig. 6 ist auch gleichzeitig angegeben, wie sich die resultierenden Amperewindungen jedes Transformators aus den Amperewindungen, die die Richtung U, T% oder W haben, zusammensetzen. Z. B. setzen sich die resultierenden Amperewindungen des Transformators i zusammen aus Amperewindungen von der Richtung + U und -h. Zu diesem Zweck besitzt der Transformator i zwei Wicklungen a und b, von denen die erste zwischen der Spannung U und dem gemeinsamen Sternpunkt 0 in positiver Schaltrichtung, die zweite b in negativer Schaltrichtung zwischen der Phase V und dem Sternpunkt 0 liegt. Die Amperewindungen des Transformators 2 setzen sich zusammen aus Amperewindungen der Richtung - W und + 1l. Infolgedessen wird die Wicklung a zwischen der Phase W und dein Sternpunkt 0 in negativer Schaltrichtung angeschlossen, während die Wicklung b zwischen der Phase V und dem Sternpunkt 0 in positiver Schaltrichtung angeschlossen wird. Als positiv ist dabei die Schaltrichtung angenommen worden, wenn die Wicklung von rechts nach links von einer Phasenleitung zum geineinsainen Sternpunkt durchlaufen wird. Für die anderen Transformatoren ergibt sich ebenso aus dem Vektordiagrarnin die Zusamrnensetzung der resultierenden Amperewindungen, so daß diese nicht ausführlich erläutert zu werden braucht. Die Größe der Windungsr-hl ergibt sich auf Grund bekannter Rechnungen. In der folgenden Tabelle sind die Windunösverhältnisziffern für die Windungszahlen der Wicklungen a und b angegeben:

  Transformator 1 3 5 7 9

  2 io 8 G .I

  a o,895 o,966 o,815 o,628 o,726

  b 0,181 0,o60 0,299 0,52.1. 0,414

  Die Transformatoren werden gesättigt. Die in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen der Transformatoren i bis 5 speisen die Gleichrichteranordnung io. Die in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen der Transformatoren i' bis 5' speisen die Gleichrichteranordnung io'. Die entstehenden Gleichspannungen sind wieder gegeneinander geschaltet unter Vermittlung des Transformators 12. An den Klemmen .tt und v entsteht somit eine Spannung der zehnfachen Frequenz.
• Die Primärwicklungen könnten auch anders geschaltet werden. Beispielsweise könnte man die Schaltung so treffen, daß sich die resultierenden Amperewindungen für jeden Transformator. nur aus Amperewindungen in Richtung U und W bzw. - U und - W zusaminensetzen. Es müßte dann vom gemeinsamen Sternpunkt 0 eine Leitung unmittelbar zur Phase TI führen. Wesentlich ist nur, daß vom Sternpunkt nur drei Leiter zu den einzelnen Phasen U, h und W führen und daß die oben angegebene Winkelbedingung eingehalten wird.
• Statt die Versetzung der Grundwellen eines Transformatorsatzes durch die Angabe festzulegen, daß der kleinste Schnittwinkel zwischen den Vektoren betrage, könnte man auch sagen, der Winkel zwischen den Vektoren beträgt + n # 18o° (n=1, 2, 3 usw.).
• Die angegebenen Schaltungen können sinngemäß zur Erzeugung beliebig geradzahliger Frequenzen angewendet werden.
• Die angegebenen Schaltungen liefern Einphasenspannungen. Um z. B. Drehstromspannungen der k-fachen Frequenz zu erhalten, könnte man drei solche Anordnungen anwenden, wie in den Ausführungsbeispielen dargestellt, wobei man dann die Phasenversetzung der drei Anordnungen so wählt, daß die drei erzeugten Spannungen der k-fachen Frequenz i2o° Phasenverschiebung gegeneinander besitzen, so daß also die Grundwellenflüsse um den k-ten Teil, d. h. um gegeneinander zu versetzen sind. Man könnte aber auch bloß zwei Anordnungen anwenden, die um versetzt sind, und aus- dem so entstehenden Zweiphasensystem der k-fachen Frequenz mittels Scottscher Schaltung ein Dreipliasensystem bilden.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i.. Frequenzwandler zur Erzeugung der N-fachen Frequenz aus einem Drehstromnetz, worin k eine gerade Zahl ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sätze von je Transformatoren vorgesehen sind, deren Primärwicklungen so geschaltet sind, daß der kleinste Schnittwinkel zwischen den Vektoren der Grundwelle eines Satzes beträgt, während die Vektoren der Grundwellen beider Sätze um gegeneinander versetzt sind, und daß alle Primärwicklungen einen gemeinsamen Sternpunkt besitzen, von denen nur drei Leiter zu den drei Phasen des Drehstromnetzes führen, und daß die Spannung der in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen jedes Satzes gleichgerichtet und die gleichgerichteten Spannungen gegeneinander geschaltet sind.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transformator (12) mit Mittelanzapfung vorgesehen ist, an dessen eine Hälfte die eine gleichgerichtete und an dessen andere Hälfte die andere gleichgerichtete Spannung angeschlossen ist.