DE1049493B - Ruhender Frequenzwandler auf der Grundlage gleichstromvormagnetisierter Transformatoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es sind Frequenzwandler auf der Grundlage gleichstromvormagnetisierter Transformatoren bekannt, die es mit ruhenden Mitteln' ermöglichen, Wechselspannungen bestimmter Frequenz in solche von höherer Frequenz umzuwandeln. Derartige Frequenzumwandlungen sind für viele technische Zwecke vorteilhaft, beispielsweise um Drehfeldmotoren an einem normalen Netz mit erhöhter Drehzahl zu betreiben.

In Fig. 1 ist als Beispiel für einen solchen Frequenzwandler die bekannte Bauart nach Epstein-Joly im Prinzipschaltbild dargestellt. Dieser Frequenzwandler besteht aus zwei magnetisch getrennten Transformatoren 1 und 2 mit je einer Eingangswicklung 3,4, je einer Ausgangswicklung 5,6 sowie je einer Vormagnetisierungswicklung 7, 8. Wird an die Klemmen r, s der gegensinnig in Reihe geschalteten Eingangswicklungen 3 und 4 eine Wechselspannung angeschlossen, so ergibt sich bei Erregung der Vormagnetisierungswicklungen über die Klemmen 9,10 mit Gleichstrom eine Spannung doppelter Frequenz ao an den Klemmen R₁ S der Ausgangsvvicklungen. Der nur einphasig dargestellte Wandler läßt sich auch auf Mehrphasenbetrieb erweitern.

Ein besonderes Problem bei statischen Frequenzwandlern ist die Erzielung einer konstanten, lastunabhängigen Ausgangsspannung. Zu diesem Zweck ist es bereits bekannt, die Vormagnetisierung in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße des Frequenzwandlers vorzunehmen und gegebenenfalls außerdem eine kleine konstante Gleichstromvormagnetisierung vorzusehen, damit sich der gewünschte Gleichfluß mit Sicherheit ausbilden kann. Mit dieser Maßnahme erzielt man eine verhältnismäßig gute Konstanz der Ausgangsspannung ohne besondere Regeleinrichtung.

Bei näherer Untersuchung hat sich jedoch herausgestellt, daß bei Belastungen mit schwankendem Leistungsfaktor mit der bekannten Einrichtung eine Konstanz der Ausgangsspannung nicht zu erzielen war. Es ist Aufgabe der Erfindung, auch bei derartigen Betriebsverhältnissen eine konstante Spannung der höheren Frequenz zu erreichen.

Die Erfindung betrifft einen, ruhenden Frequenzwandler auf der Grundlage gleichstrornvormagnetisierter Transformatoren, insbesondere nach Art eines Epstein-Joly-Wandlers, dessen Vormagnetisierungsamperewindungen sich aus einem konstanten und einem von einer Betriebsgröße des Wandlers abhängigen Anteil zusammensetzen? Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß der abhängige Anteil selbsttätig von der VektQrsumme des Spannungsabfalls des Se-'kundärstromes an einer Drossel einerseits und — zur zusätzlichen Berücksichtigung des Leistungsfaktors — eines Teiles der Sekundärspannung andererseits bestimmt wird. Durch diese selbsttätige Anpassung der Ruhender Frequenzwandler

auf der Grundlage gleidistrom-

vormagnetisierter Transformatoren

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Wilhelm Kafka,

Turmberg bei Tennenlohe über Erlangen,

und Dipl.-Phys. Claus Keßler, Erlangen,

sind als Erfinder genannt worden

Vormagnetisierung an den Leistungsfaktor der Belastung wird eine in allen Fällen konstante Ausgangsspannung erzielt.

Im folgenden sei die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, das sich auf die Erzeugung zweier um 90° versetzter, gleich großer Ausgangsspannungen doppelter Frequenz aus einem Dreiphasennetz einfacher Frequenz bezieht. Die Grundschaltung des Wandlers· zeigt Fig. 2. Es sind drei Transformatorsysteme 11,12,13 vorgesehen, deren Eingangswicklungen, jeweils gegensinnig in Reihe geschaltet, an die Klemmen r, s, t eines Drehstromnetzes angeschlossen sind. Die Gleichstromvormagnetisierung wird über die Klemmen 9' und 10' eingeführt. Die Ausgangswicklungen des Systems 12 sind in zwei gleiche Teilwicklungen 14,15 bzw. 16, 17 aufgeteilt. Diese Teilwicklungen sind mit den Ausgangswicklungen 5' und 6' der beiden anderen Systeme derart in Reihe geschaltet, daß zwei gleichartige Stromkreise entstehen, von denen jeder die Ausgangswicklungen eines der nicht aufgeteilten Einphasensysteme und je eine Teilwicklung der zu dem aufgeteilten Einphasensystem gehörenden Transformatoren enthält. Die Windungszahlen der Teilwicklungen 14, 15, 16, 17 stehen zu denen der Wicklungen 5' und 6' im Verhältnis 1: (]/J + 1)· Die Spannung dop-

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Claims (3)

pelter Frequenz kann an den Kkmmen R und S bzw. S' und T abgenommen werden. Fig. 3 zeigt mit Hilfe von Vektoren das Zustandekommen der beiden gleich großen und um 90° versetzten Ausgangsspannungen doppelter Frequenz des Wandlers nach Fig. 2. Der Vektor 21 ist die Ausgangsspannung des Systems 11, der Vektor 23 die des Systems 13. Der Vektor 46 entspricht der Spannung der Wicklungen 14 und 16, der Vektor 57 der Spannung der Wicklungen 15 und 17. Man erhält damit die beiden Vektoren R, S und 5", T, die miteinander einen Phasenwinkel von 90° einschließen. Der gestrichelt gezeichnete Vektor 22 stellt die Spannung dar, die sich ergeben würde, wenn die Ausgangswicklungen des Systems 12 in gleicher Weise aufgebaut wären wie die der Systeme 11 und 13. Der Vektor 22 ist mit dargestellt, weil sich aus seiner Richtung die der Vektoren 46 und 57 ergibt. Fig. 4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der Frequenzwandler der Einfachheit halber als Rechteck dargestellt ist. Die Klemmenbezeichnung entspricht der nach Fig. 2. Die beiden um 90° versetzten Ausgangsspannungen, die bei R, S bzw. S', T entnommen werden, sind je einer Ventilanordnung 31 bzw. 32 in Brückenschaltung zugeführt. Die Speisung der Ventilanordnung erfolgt jeweils durch die Vektorsumme zweier Spannungen. Der eine Summand ist dem Spannungsabfall an den Drosselspulen 33 bzw. 34 proportional, der andere Summand dem Spannungsabfall an einem parallel zu den Lastklemmen 35 bzw. 36 liegenden ohmschen Widerstand 37 bzw. 38. An Stelle der Widerstände 37, 38 können je nach Art der Last und der besonderen Betriebsverhältnisse auch andere Zweipole verwendet werden. Die Ausgänge der Ventilanordnungen 31 und 32 speisen im Ausführungsbeispiel eine der Steuerwicklungen 39 bzw. 40 eines im übrigen nur schematisch dargestellten Magnetverstärkers 41, der über die Klemmen 42 gespeist wird. An den Ausgang des Magnetverstärkers ist eine als Brücke ausgeführte Ventilanordnung 43 angeschlossen, die in Parallelschaltung mit einer weiteren Ventilanordnung 44 an die Klemmen 9' und 10' des Vormagnetisierungspfades des Frequenzwandlers angeschlossen ist. Über die Ventilanordnung 44 wird der mittels eines Transformators 45 und eines Stellwiderstandes 25 gewonnene konstante Vormagnetisierungsanteil eingeführt. Die Erfindung ist auch bei Frequenzwandlern anderer Phasen- und Vervielfachungszahl verwendbar. Sie ist auch nicht auf die Verwendung bei Epstein-Joly-Wandlern 'beschränkt. Die Einspeisung des konstanten Vormagnetisierungsanteiles kann auch mittelbar durch eine entsprechende Verschiebung der Kennlinien des Magnetverstärkers 41 mit an sich bekannten Mitteln durchgeführt werden. PATENTANSFHCiCIlIi:

1. Ruhender Frequenzwandler auf der Grundlage gleichstromvormagnetisierter Transformatoren, insbesondere nach Art eines Epstein-JoIy-Wandlers, dessen Vormagnetisierungsamperewindungen sich aus einem konstanten und einem von einer Betriebsgröße des Wandlers abhängigen Anteil, zusammensetzen, dadurch gekennzeichnet, daß der abhängige Anteil selbsttätig von der Vektorspannung des Spannungsabfalls des Sekundärstromes an einer Drossel einerseits und — zur zusätzlichen Berücksichtigung des Leistungsfaktors — eines Teiles der Sekundärspannung andererseits bestimmt wird.

2. Frequenzwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Vormagnetisierungsanteile ein die Vormagnetisierungswicklungen des Frequenzwandlers speisender Magnetverstärker mit einer der Anzahl der Ausgangsphasen des Frequenzwandlers entsprechenden Anzahl von Steuerwickkingen vorgesehen ist, von denen jede üiber eine Ventilanordnung mit dem abhängigen Steueranteil versorgt wird, während die Einspeisung des konstanten Anteils entweder unmittelbar durch eine Parallelspeisung der Vormagnetisierungswicklungen des Frequenzwandlers von dessen Eingang ebenfalls über eine Ventilanordnung oder mittelbar durch eine entsprechende Verschiebung der Magnetverstärkerkennlinie mit an sich bekannten Mitteln erfolgt.

3. Frequenzwandler nach Anspruch 1 oder 2 mit einem aus drei Einphasensystemen. bestehenden Dreiphasensystem, dessen einzelne Systeme aus je zwei vormagnetisierten Transformatoren bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung zweier um 90° versetzter gleich großer Ausgangsspannungen doppelter Frequenz die Ausgangswicklungen der Transformatoren eines der Einphasensysteme in je zwei gleiche Teilwicklungen aufgeteilt sind, daß die Teil wicklungen mit den Ausgangswicklungen der anderen Einphasensysteme derart in Reihe geschaltet sind, daß zwei gleichartige Stromkreise entstehen, von denen jeder die Ausgangswickjungen eines der nicht aufgeteilten Einphasensysteme und je eine Teilwicklung der zu dem aufgeteilten Einphasensystem gehörenden Transformatoren enthält, und daß die Windungszahlen der Teilwicklungen zu denen der Ausgangswicklungen der Transformatoren der nicht aufgeteilten Systeme im Verhältnis 1: (]/3~ + 1) stehen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 671 469.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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