Anordnung zur unmittelbaren Umformung von Wechselstrom einer Frequenz in solchen anderer Frequenz. Es ist bereits eine Anordnung zur un mittelbaren Umformung von Wechselstrom einer Frequenz in solchen anderer Frequenz, insbesondere zur Umformung von Drehstrom der Frequenz f in Einphasenstrom der Fre quenz<B>f13,</B> mittels zweier wechselweise strom führender Gruppen von gesteuerten Ent ladungsstrecken mit eindeutiger Stromdurch- lassrichtung, vorzugsweise gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken mit im wesentlichen lichtbogenförmiger Entladung, vorgeschlagen worden, bei der die Sekundär spannung sich aus mindestens zwei Spannun gen zusammensetzt,
und zwar wird jede der Spannungen mittels besonderer, an ein eigenes, vom Primärnetz abgeleitetes Span nungssystem angeschlossener Entladungs strecken hinsichtlich der Phasenlage frei wählbar erzeugt. Diese Ausbildung der ein zelnen Spannungen kann nach den verschie denartigsten Gesichtspunkten erfolgen. So ist es möglich, dass eine Spannung eine im wesentlichen trapezförmige Grundspannung, eine andere Spannung eine Frequenz hat, die ein Vielfaches der Frequenz der Grundspan nung ist. Es ist aber auch möglich, dass mindestens zwei Spannungen gleiche Fre quenz haben. Bei der vorgeschlagenen An ordnung erfolgt nun das Zusammensetzen der einzelnen Spannungen, aus denen die Sekundärspannung aufgebaut wird, durch Reihenschaltung in den Entladungsstrom kreisen selbst.
Eine solche Anordnung weist im Betrieb Nachteile auf, weil beispielsweise die Entladungsstrecken nicht zu einem mehr- anodigen Entladungsgefäss mit gemeinsamer Kathode zusammengefasst werden können, und weil auch Steuerungsschwierigkeiten entstehen können, wenn nämlich für eine der Spannungen nur eine während jeder Halb welle der Sekundärspannung arbeitende Gruppe von Entladungsstrecken vorgesehen ist.
Die Erfindung ermöglicht es nun, die Schwierigkeiten zu vermeiden, die bei der artigen Umformern auftreten können. Erfin- dungsgemäss erfolgt die Zusammensetzung der einzelnen Spannungen, von denen minde stens zwei je mittels besonderer, an ein eigenes vom Primärnetz abgeleitetes Span nungssystem angeschlossener Entladungs strecken hinsichtlieh der Phasenlage frei wählbar erzeugt werden, nicht in den Ent ladungsstromkreisen, sondern transformato- risch auf der Seite des Sekundärnetzes.
Vor teilhaft ist es für elastische Umformung, wenn zwei gleichartige Schaldingen vorge sehen sind, die gleichfrequente Grundspan nung liefern, von denen die eine eine im wesentlichen trapezförmige Grundspannung, die andere eine Spannung derartiger Kur venform liefert, dass während vorbestimmter Zeitteilchen am Anfang und Ende jeder Halbwelle der erzeugten Spannung die Kurve den Wert Null hat. Durch die Gleichartig keit erreicht man, dass die beiden Schaltun gen sich in ihrer Arbeitsweise ablösen kön nen. Bei starrer Umformung ist es jedoch nicht erforderlich, die Gleichartigkeit so vollkommen wie möglich zu gestalten.
Es genügt dann, dass nur eine der beiden Schal tungen Sternpunktsentladungsstrecken auf weist. In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ausfüh rungsbeispiel der Anordnung dargestellt, das sich auf den Fall einer unmittelbaren Frequenzumformung im Verhältnis 3 : 1, also beispielsweise 50 Hz : 16 2/3 Hz, be zieht, und bei dem drei Spannungen, die je durch gesteuerte Entladungsstrecken mit ein- deutiger.Stromdurchlassrichtung erzeugt wer den, auftreten. Zunächst sind zwei gleich artige Schaltungen vorhanden, die gleich- frequente Spannungen liefern.
Die eine Schaltung A enthält den dem Sekundärnetz zugeordneten Transformator T.,, ferner die beiden dreiphasigen Sternwicklungen 1, 3, 5 und 1', .3', 5' des dem höherfrequenten Drehstromnetz zugeordneten Transformators T, dessen Primärwicklung als Dreieckwick- lung ausgebildet und an das Primärnetz an geschlossen sein möge. An diese beiden Stern wicklungen sind eine Anzahl Anoden eines mehranodigen Entladungsgefässes G heran- geführt. Diese Schaltung und ihre Arbeits- veise ist für sich allein hinreichend bekannt.
Die .Steuerung der Gitter der Dampfentla- dungsstrecken erfolgt nach einer der zahl reichen Steuerungen, wie sie für unmittelbare Frequenzumformungen bereits angegeben sind, und ist nicht dargestellt. Die Schaltung B enthält analog den dem Sekundärnetz zu geordneten Transformator Tb, die beiden Sternwicklungen 2, 4, 6 und 2', 4', 6' und eine Anzahl gittergesteuerter Dampfentla- dungsstrecken. Es ist zu beachten, dass beide Schaltungen grundsätzlich gleichartig auf gebaut sind.
Hinsichtlich der Schaltung l:c- steht jedoch der Unterschied, dass die einan der entsprechenden ,Sternwicklungen der bei den Schaltungen-also beispielsweise 1, 3, 5 und 2, 4, 6 - verschiedenartige Phasenlage aufweisen. Bezüglich der Arbeitsweise ergibt sich der Unterschied, dass die eine Schaltung die im wesentlichen trapezförmige Grund spannung liefert, die andere Schaltung eine gleichfrequente Teilspannung, an deren Er zeugung auch die Sternpunktsentladungs- strecken beteiligt sind.
Die sechsphasigen Sternwicklungen 11 bis 16 und 11' bis 16' der Schaltung C liefern mit den zugehörigen Entladungsstrecken und dem Transformator T" zusammen eine Spannung dreifacher Fre quenz, die zur Kompensation der dritten Harmonischen in der erzeugten Spannung dient.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Er findung ist in Fig. 2 der Zeichnung darge stellt und bezieht sich auf eine starre Fre- quenzumformung. In diesem Falle liefert die Schaltung A dauernd die trapezförmige Grundspannung, die Schaltung ss eine gleich- frequente Teilspannung unter Beteiligung der beiden Sternpunktsentladungsstrecken. Die dritte Harmonische kann man in diesem Falle in bekannter Weise transformatorisch dem Primärnetz entnehmen.
Die Art der Zusammensetzung der drei Spannungen soll anhand der Fig. 5 der Zeichnung erläutert werden, und zwar zu nächst für eine Halbwelle bei einer starren Umformung mit einer Frequenzuntersetzung . 1 gemäss Fig. .'. Die Schaltung A liefert unter Beteiligung der Phasenspannungen 1, 3 und 5 eine trapezförmige Grundspannung I1', die :
Schaltung ss -unter Beteiligung der Pha senspannungen 2, 4 und 6 eine gleich- frequente Teilspannung U", die am Anfang und Ende jeder Halbwelle ein gewisses Stück gleich Null ist. Während dieser Zeit führen die an den\ Sternpunkt 0 angeschlossenen Entladungsstrecken, die sogenannten Stern- ptznktsentladungsstrecken, den Strom.
Die besondere Wicklung 10 des an das Primär netz angeschlossenen Transformators T, lie fert eine Spannung U<B>,</B> deren Amplitude etwa gleich 0,4 der Amplitude der Phasen spannungen der vier Sternwicklungen ist, und zwar unter der Voraussetzung, dass T;, und Tb ein Übersetzungsverhältnis von 1 : 1 aufweisen. Die dem Sekundärnetz zugeführte Summenspannung ist Ures. Bei elastischen Umformern gemäss Fig. 1 erfolgt die Bil dung der Teilspannungen U' und U" zu nächst in der gleichen Weise wie eben be schrieben.
An Stelle von U', tritt die Span nung U" die von der Schaltung C geliefert wird, und zwar führt bei der für U' und U" gezeichneten Phasenlage die Phasenspannung 1-1 während der ganzen Halbwelle von L1,", den Strom. Ist es nun notwendig, dass Ures in der Phase rückverlegt wird, so wird nun mehr zunächst U' unter Beteiligung der Pha senspannungen 2, 4 und 6 in der Reihen folge 2, 4, 6, 2 gebildet, entsprechend U" unter Beteiligung der Phasenspannungen 1, 3, 5 in der Reihenfolge 3, 5, 1. U, wird dann während der ganzen Halbwelle von Ur.. durch die Phasenspannung 15 gebildet.
Ist eine weitere Rückverlegung der Phase von Urs erforderlich, so wird U' wieder von den Phasenspannungen 1, 3 und 5, und zwar diesmal in der Reihenfolge 3, 5, 1, 3 gebil det. Für U" kommen wieder diePhasenspan- nungen 2, 4 und 6, und zwar in der Reihen folge 4, 6, 2 in Frage. U, wird während der ganzen Halbwelle von U", durch die Phasen spannung 16 gebildet. Man erkennt also, dass die beiden Schaltungen A und ss sich in ihrer Arbeitsweise ablösen.
Beim Vergleich der Umformung gemäss Fig. 1 und 2 mit der bekannten starren Um formung, bei der transformatorisch eine Kompensationsspannung dreifacher Frequenz eingeführt wird, zeigt sich, dass die Ampli tude der Kompensationsspannung U" bezw. Ulo im vorliegenden Falle kleiner ist als bei dem bekannten Umrichter, und zwar beträgt sie nur etwa 70 %. Eine Analyse der .Span nungskurve zeigt ferner, dass auch die höhe ren Harmonischen erheblich kleinere Werte annehmen.
So beträgt die Amplitude der fünften Harmonischen nur etwa 1 lo der Amplitude der Einphasenspannung; Die ge schilderte Zusammensetzung unter Verwen dung von dreiphasigen Sternwicklungen hat weiterhin den Vorteil, dass die Brenndauer der Entladungsstrecken länger ist als bei sechsphasigen Sternwicklungen. Somit sind Entladungsstrecken und. Transformatorwick- lungen günstig ausgenutzt.
Bemerkt wird noch, dass man bezüglich der Transformatoren T., und Tb in Fig. 2 konstruktive Vereinfachungen durchfilhren kann. So kann man beispielsweise (vergleiche Fig. 6) die Wicklungen auf einem gemein samen Kern mit freiem magnetischen Rück schluss anordnen. Dieselbe Schaltungsweise kann man auch bei einer Umformungsein richtung gemäss Fig. 1 durchführen.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung soll anhand der Fig..3 der Zeichnung er läutert werden. Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf den Fall einer unmittel baren Frequenzumformung im Verhältnis 3 : 1, also beispielsweise 50 Hz: 16 2/3 Hz, und zwar werden zwei gleichfrequente Span nungen verschiedenartiger Kurvenform, die je durch gesteuerte Entladungsstrecken mit eindeutiger Stromdurchlassrichtung erzeugt werden, zusammengesetzt.
Für die eine Teil spannung sind die beiden dreiphasigen Stern wicklungen 1, 3, 5 und 1', 3', 5' des dem höherfrequenten Drehstromnetz zugeordneten Transformators TP, dessen Primärwicklung als Dreieckwicklung ausgebildet und an das Primärnetz angeschlossen sein möge, ferner der dem Sekundärnetz zugeordnete Transfor- mator T" und die beiden Gruppen von ge steuerten Entladungsstrecken, die zu einem mehranodigen Entladungsgefäss G., mit ge meinsamer Kathode zusammengefasst sind, vorgesehen.
Entsprechend benötigt man für die zweite Teilspannung die beiden Stern wicklungen 2, 4, 6, und 2', 4' G', den Trans formator Tb und das mehranodige Gefäss Gb. Die Transformatoren T" und Tb können wie bei den früheren Ausführungsbeispielen kon struktiv miteinander vereinigt sein.
Für die Erläuterung der Arbeitsweise möge eine starre Frequenzumformung gemäss Fig. 4 der Zeichnung zugrunde gelegt wer den. Die iSchaltung < 1 liefert (vergleiche Fig.7) eine Teilspannung U', bei der die Phasenspannungen 3 und 5 grösser sind als die von 1; die Schaltung B liefert unter Be teiligung der Sternpunktsentladungsstrecken eine Teilspannung U", bei der die Phasen spannungen 2 und 5 kleiner als die Phasen spannung 4 sind. Die aus<I>U'</I> und<I>U" zu-</I> sammengesetzte Spannung ist Ures.
Bei elastischer Umformung erfolgt die Zusam mensetzung der Teilspannungen in gleicher Weise, wobei einerseits entsprechend dem Frequenzschlupf innerhalb jeder Teilspan nung die Phasen, anderseits die Schaltungen <I>A</I> und<I>B</I> ihre Rollen vertauschen.
Bemerkt wird noch, dass es bei unmittel baren Frequenzumformungen bereits bekannt ist, abgestufte Phasenspannungen dem Pri märnetz zu entnehmen. Gegenüber den be kannten Schaltungen besteht aber der Vor teil, dass auch bei elastischer Umformung ,je primäre Phase nur zwei Spannungswerte er forderlich sind.
Rechnungen und Versuche haben gezeigt, dass bei Wahl eines Verhält nisses von etwa 0,61 zwischen dem kleineren und dem grösseren Spannungswert die er zeugte Spannung Ures nur ganz verschwin dend kleine Oberwellen enthält. Gegenüber den mit den Schaltungen nach Fig. 1 und 2 erzeugten Spannungen ergibt sich praktisch kein Unterschied hinsichtlich der Oberwel len, dafür aber der Vorteil einer besseren Ausnutzung der Entladungsstrecken und des aktiven Materials der Transformatoren. Bezüglich. der genauen Lage der Entla dungsstrecken ist bisher nichts gesagt wor den.
Wie die Beispiele zeigen, kann man die Entladungsstrecken in verschiedenartiger Weise zusammenfassen. tSo kann man sämt liche Entladungsstrecken zu einem mehr- anodigen Gefäss mit gemeinsamer Kathode zusammenfassen (vergleiche Fig.l). Man Bann aber auch an Stelle eines mehranodigen Gefässes zwei mehranodige Gefässe mit der halben Anodenzahl verwenden (vergleiche Fig. 2, 5 und 6).
Bekanntlich bestehen zwi schen zwei beispielsweise sechsanodigen Ge fässen und einem zwölfanodigen Gefäss keine erheblichen Preisunterschiede. Betrieblich unterscheiden sich jedoch sämtliche ange führten -Schaltungen nicht, denn es befinden sich stets in jedem Gefäss solche Anoden, die gerade auf positive Sperrspannung bean sprucht werden, und solche Anoden, die ge rade auf negative Sperrspannung bean sprucht werden. Das bedeutet aber, dass wenigstens in einzelnen Zeitabschnitten der niederfrequenten Periode die doppelte Sperr spannung zwischen zwei Anoden liegt. Die Entladungsgefässe müssen also für sehr grosse Sperrspannungen bemessen werden, was aus wirtschaftlichen Gründen unerwünscht ist.
Die Anordnung kann derart ausgeführt -erden, dass für die Entladungsstrecken eines Entladungsgefässes die normalen Sperrspau- nungsverhältnisse gelten, und zwar werden nur stets gleichartig arbeitende Entladungs strecken zu einem mehranodigen Gefäss zu sammengefasst. Im einfachsten Falle, das heisst bei Anordnungen mit zwei Teilspan nungen gleicher Frequenz, aber verschieden artiger Kurvenform, ergeben sich also zwei mehranodige Gefässe, von denen das eine die eine Halbwelle des niederfrequenten Stromes, das andere die andere Halbwelle des nieder frequenten Stromes bildet.
In F'ig. 8 der Zeichnung ist die Schal tung eines elastisch arbeitenden Umrichters dargestellt, wobei wie früher T" und Tb die am niederfrequenten Netz liegenden Trans formatoren, die die Zusammensetzung der beiden Teilspannungen bewirken, sind. Die Umformung wird mittels der mehranodigen Gefässe G' und G" durchgeführt, von denen G' während der einen Halbwelle die von der dreiphasigen Sternwicklung 1, 3, 5 geliefer ten 'Peilstücke' dem Transformator TR, die.
von der dreiphasigen Sternwicklung 2, 4, G gelieferten Teilstücke dem Transformator Tu und G" während der nächsten Halbwelle die von der dreiphasigen Sternwicklung 1', 3', 5' dem Transformator T", die von der drei phasigen Sternwicklung 2' 4', G' dern '1.'ransformator Tb zuführt.
Die vier mit Zif fern versehenen Sternwicklungen gehören zu dem dem Drehstromnetz zugeordneten Trans formator T, Bezüglich der Strombelastung der Ano den ergibt sich kein Unterschied gegenüber den bereits vorgeschlagenen Schaltungen, be züglich der Belastung der Kathode ergibt sich eine kleine Erhöhung, die baulich keine Rolle spielt, da die Kathodenzuführung ohnehin reichlich bemessen wird. Hinsicht lich der Sperrspannungsverhältnisse ergibt sich aber eine erhebliche Verbesserung, näm lich eine Verminderung auf rund den halben Wert.
Anderseits behält die Schaltung den Vorteil, dass man sämtliche Gefässe an Erd- potential legen kann, wodurch die Bedienung wesentlich vereinfacht wird.