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Hochspannungs strom richter
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungsstromrichter, der einen Transformator und meh- rere Ionenventile enthält sowie auch eine Mehrzahl von ersten Verbindungsgliedern, die den Transformator elektrisch mit Ionenventilen verbinden, eine Mehrzahl von zweiten Verbindungsgliedern, die mehrere mit der ausgehenden positiven Leitung verbundene Anoden miteinander verbinden, eine Mehrzahl von dritten Verbindungsgliedern, die mehrere mit der ausgehenden negativen Leitung verbundene Kathoden miteinander elektrisch verbinden, und eine Mehrzahl von vierten Verbindungsgliedern, die Kathoden mit Anoden paarweise verbinden.
Anordnungen zur Verringerung von radiofrequentei. Störungen, die von elektrischen Maschinen und Apparaten ausgehen, beruhen oft auf dem Prinzip, die Störung direkt nach Erde abzuleiten. Der störende Apparat wird dabei als eine EMK mit einer gewissen Impedanz aufgefasst. An seine Aussenklemmen wird eine andere, geringere Impedanz, gewöhnlich eine rein kapazitive Impedanz, gelegt. Hiedurcherhält man ein anderes und wesentlich niedriges Niveau der radiofrequenten Störung, die in das an den Apparat angeschlossene Netz austritt. Es ist auch bekannt, dass man Drosselspulen zwischen die Aussenklemmen des störenden Apparates und das angeschlossene Netz schaltet.. Wenn die Reaktanz dieser Drosselspulen in dem in Frage stehenden Frequenzbereich hinreichend gross ist, wird hiedurch die ausgehende Störung verringert.
Ein anderes bekanntes Verfahren zur Verringerung der radiofrequenten Störungen besteht darin, dass man einen dämpfenden Widerstand in Reihe mit dem störenden Apparat schaltet. Solche Anordnungen sind z. B. im Zusammenhang mit dem Zündsystem von Benzinmotoren bekannt, wo man einen ohmschen Widerstand in das Zündsystem einsetzt.
Bei Stromrichteranlagen ist der störende Apparat der Stromrichter. Störungen entstehen dadurch, dass radio frequente, Schwingungen bei jeder Zündung der Ventile einsetzen. Vom Standpunktderradiofrequen- ten Störungen muss man sich vorstellen, dass der Stromrichter und auch die zugehörige Schaltanlage ein gewöhnlich ziemlich kompliziertes Maschennetz von Kapazitäten und Induktivitäten enthält. Kapazitäten sind in den Durchführungen u. dgl. vorhanden, in Leitungsteilen, oder sie haben das Kennzeichen von Streukapazitäten, d. h. Kapazitäten, die auf grössere Anlageteile lokalisiert sind.
Die Induktivitäten können konzentriert sein oder verteilt, im letzteren Fall werden sie gewöhnlichdurchLeitungsteilemit gegenseitiger Induktion oder Selbstinduktion repräsentiert.
Die Zündung irgendeiner Anode bedeutet eine rasche Verlagerung der Ladungen, die sich in den Ka- pazitäten nächst der Anode angesammelt vorfinden. Diese Umlagerung geschieht oszillatorisch durch Einwirkung der oben genannten Induktanzen, jedoch gedämpft durch die Leitungswiderstände, Stranlungswi- derstände und die elektrischen Verluste des Systems.
Würde das System als aus einem einfachen Reihen-Parallelresonanzkreis bestehend angesehen werden, so würde man eine gedämpfte Schwingung einer einzigen Frequenz erhalten. Im vorliegenden Pall, wo das schwingende System ein kompliziertes Maschennetz ist, enthalten die Schwingungen eine Anzahl Frequenzen, die je für sich in jedem Punkt des Maschennetzes vorhanden sein können, wenn auch mit verschiedenen Amplituden.
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Das gewöhnliche Verfahren, die Rundfunkstörungen durch solche Anlagen zu vermindern, ist, dass man den Hauptteil des Systems abschirmt, so dass es keine nennenswerte Energie ausstrahlt. Ausgehende LeitungenwerdendanachmitAnzapfkondensatoren oder Drosselspulen versehen, um das Störniveau in diesen Leitungen zu senken.
Die Methode mit Anzapfkondensatoren hat indess gewisse Nachteile, da ihre Kapazität meist untragbar gross wird und sie daher viel Raum einnehmen und teuer werden. Unter gewissen Umständen können sieauchalsElementeineinem Schwingungskreis auftreten, und sie tragen dann nur dazu bei, die Schwingungsfrequenz zu ändern, ohne dadurch die Amplitude der Schwingung wesentlich zu verkleinern. Auch dasVerfahrenmitDrosselspulen, diein die Ausgangsleitungen eingeschaltet sind, hat Nachteile. Die Spu- le. n werden gross, was zu Schwierigkeiten bezüglich der Kurzschlusskräfte führen kann und auch zu Schwierigkeiten, genügend gute Dämpfungswirkungen bei hohen Frequenzen zu erhalten.
EineDämpfung mit Reihenwiderständen ist im allgemeinen nicht anwendbar, weil diese vom Hauptstrom durchflossen werden würden und dadurch zu viel Leistung verbrauchen würden.
Die geschilderten Nachteile werden durch die Erfindung vermieden, die auf dem Prinzip beruht, dass man die Schwingungen im Stromrichter selbst mit Hilfe von reaktiven und ohmschen Dämpfungsorganen unterdrückt, die in diesem angeordnet sind.
Jedes Dämpfungsorgan besteht aus einem Dämpfungswiderstand, der mit einem reaktiven Element so kombiniert ist, dass der Dämpfungswiderstand nur von hohen Frequenzen aktiviert wird, was bekanntlich entweder dadurcherreichtwerden kann, dassder Widerstand in Reihe mit einem Kondensator zwischen zwei Netzpunkten eingeschaltet wird, oder dass der Widerstand, parallel mit einer Induktanz, in einem Netzzweig reihengescaaltet wird. Es nutzt jedoch nichts, solche Dämpfungsorgane an einer einzigen Stelle des Systems einzufügen. Man muss sie gewöhnlich an mehreren Stellen einsetzen, so dass die Dämpfung in jedem der schwingenden Teile des Maschennetzes erzielt wird.
DieErfindung schlägt nun bei einem Hochspannangsstromrichter der eingangs erwähnten Art vor, dass mehrere mit einem Dämpfungswiderstand versehene Dämpfungsglieder je mit einem der genannten dritten Verbindungsglieder verbunden sind, wobei die Dämpfungsglieder. als induktive, je mit einem Verbindungsglied reihengeschaltete und/oder kapazitive, je zwischen einem Verbindungsglied und Erde ver- bundeneDämpfungsglieder ausgeführt sind. Durch die erfindungsgemässe Massnahme ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die Selbstinduktion bei einer Anordnung nach der Erfindung bei Frequenzen über 1 Mhz grösser wird als bei einer entsprechenden Anordnung, bei der der Widerstand nicht in Teilwiderstände aufgeteilt ist, die mit Spulenteilen parallelgeschaltet sind.
Bei den hohen Frequenzen, die in Frage kommen, muss man die Kapazitäten zwischen den Spulenwindungen berücksichtigen. Wären diese Teilkapazitäten alle gleich, so könnte Resonanz nur bei einer bestimmten Frequenz entstehen.
Wenn dagegen, wie bei praktischen Ausführungen, die Teilkapazitätennicht alle gleich sind, z. B. wegenEndwirkungen, kann sich di-s Drosselsoule von selbst für viele verschiedene Resonanzfrequenzenabstimmen, u ; zw. dadurch, dass ein grösserer oder kleinerer Teil der Spule den Schwingungskreis ausmacht.
Mit einer Ausführung des Widerstandes nach der Erfindung wird der Teil der Drosselspule, der zu einem Schwingungskreis gehören kann, auf die maximale Länge A 1 begrenzt. Dies bedeutet, dass die Anzahl der möglichen Resonanzfrequenzen bedeutend kleiner wird als bei einer Ausführung, wo der Widerstand nicht aufgeteilt ist.
Die Erfindung soll im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung beschrieben werden. Fig. 1 zeigt einen Stromrichter, Fig. 2 denselben Stromrichter, jedoch ohne Transformator, aber mit einer erfindung- gemä ssendämpfungsanordnung versehen. die kapazitive Dämpfungsglieder enthält, Fig. 3 zeigt einen Teil des Stromrichters in Fig. 1, der mit induktiven Dämpfungsgliedern versehen ist, und Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines induktiven Dämpfungsgliedes.
In Fig. 1 bezeichnet 1 einen LeistungstransformÅator, der zusammen mit den Arbeitsventilgruppen 2 und 3 und einem Nebenwegventil 4 eine Stromrichtereinheit bildet. Der gerichtete Strom, z. B.
Gleichstrom. wird vom Stromrichter in eine Schaltanlage 5 geführt, die eine Reihe nicht dargestellter Schaltorgane, wie Drosselspulen, Hilfstransformatoren, Durchführungen, Trenn-und Leistungsschalter enthält.
In Fig. 2 sind mit die Leitungen vom Transformator bezeichnet, die über Durchführungen 7 zu den Arbeitsventilen 8 gezogen sind. Ein Teil der Streukapazität des Systems wird in der Zeichnung durchdieKondensatoren 9 versinnbildlicht, während dieDurchführungen 7 und 12 konzentrierte Kapazitäten darstellen.Ein Teil der im Stromrichter vorhandenen Leitungsinduktanzen ist durch 10 versinnbildlicht, während die konzentrierten Induktanzen durch die an die Anoden angeschlossenen Drossel-
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spulen dargestellt sind.
Wie schon erwähnt, bildet das in Fig. 2 gezeigte System bezüglich der Radiofrequenzen ein Maschennetz, das eine Mehrzahl gekuppelter schwingender Kreise enthält. Der Zündvorgang versetzt das ganze System in Schwingung in de : Art, dass mehrere verschiedene Frequenzen mit verschiedenen Amplituden gleichzeitig überall im System vorkommen.
Der Stromrichter ist gemäss der Erfindung mit einer Dämpfungsanordnung ausgerüstet, dadurch dass
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DämpfungsgliederdesDämpfungsgliedbesteht aus einem Kondensator 14, der mit einem Dämpfungswiderstand 15 rei- hengeschaltet ist. Die Dämpfungsglieder sind vorzugsweise dort eingesetzt, wo die ungedämpfte. Schwin- gung gross ist. Es hat sich gezeigt, dass dies besonders an den Kathoden der Ventile der Fall ist. Man ver- sieht daher zweckmässigerweise alle oder eine Anzahl der Kathoden mit je einem Dämpfungsglied. Auch an den Anoden kann die Schwingungsamplitude gross sein, und auch diese müssen in diesem Fall mit je einem Dämpfungsglied versehen werden.
An den Durchführungen kann die Amplitude jedoch kleiner sein, so dass hier eindämpfung-glied begrenzte Wirkung hat. Unter gewissen Umständen können jedoch auch hier Dämpfungsglieder erforderlich sein, insbesondere gilt dies, wenn die Kapazität der Durchführungen nicht wesentlich grösser ist als die verteilte Kapazität der Kathoden gegen Erde.
Wahlweise oder als Ergänzung kann man induktive Dämpfungsglieder verwenden, diemitNetzzweigen desNetzes reihengeschaltet werden, das von den zusammengeschalteten Stromrichterkomponenten gebildetwird. Fig. 3 zeigt einen Teil des in Fig. 1 dargestellten Netzes, das mit induktiven Dämpfungsgliedern 16 versehen ist. Wie in Fig. 2 sind mit 8 die Ventile, mit 11 die Drosselspulen, mit 10 die Leitungsinduktanzenundmit 9 die Streukapazitäten bezeichnet. Die induktiven Dämpfungsglieder wer- den natürlich in erster Hand an die Anlageteile eingeschaltet, in denen der oszillierende Strom stark ist.
BeiHochspannungs-Stromrichteranlagen gilt dies im wesentlichen für die von den Kathoden und Anodender Ventile abgehenden Leitungen. Jedes induktive Dämpfungsglied besteht aus einer Drosselspule 17 in Parallelschaltung mit einem Dämpfungswiderstand 18 Die Induktivität der Drosselspule mussgrösser sein als die Induktivität in dem Zweig des schwingenden Netzes, in den das Dämpfungsglied eingeschaltet ist.
Nacheiner Ausführungsform der Erfindung sind die induktiven Dämpfungsglieder gemäss Fig. 4 ausgeführt. 17 ist die Drosselspule und 19 sind reihengeschaltete Teile eines an den Enden der Drosselspule 17 angeschlossenen Dämpfungswiderstandes. Diese Teile sind jeweils mit einem Teil der Drosselspuleparallelgeschaltet. Untersuchungen haben gezeigt, dass eine solche Unterteilung eine Vergrösserung der Impedanz desDämpfungsgliedes bei hohen Frequenzen ergibt. In der Zeichnung ist jeder Widerstandsteil 19 mit zwei Windungen der Spule 17 parallelgeschaltet. Auch mit einer grösseren Anzahl Windungen je Widerstandsteil wird eine erhebliche Verbesserung der Impedanzcharakteristik des Dämp- fungsgliedes erreicht. Es ist aber vorteilhaft, so wenig Windungen je Widerstandsteil wie möglich zu verwenden.
Wie weit man aber in dieser Beziehung gehen kann, ist eine Herstellungsfrage. Aus Raum- und Montagegründen kann es vorteilhaft sein, die reihengeschalteten Teile des Dämpfungswiderstandes sowohl in Längsrichtung als auch auf dem Umfang der Spule zu verteilen.
Wie bekannt, kann eininduktivesElementmitminimalemVerbrauchvonleitendem Material konstruiert werden, wenn der magnetische Kreis mit magnetischem Material in reichlichen Mengen versehen wird. Folglich kann die induktive Komponente eines induktivenDämpfungsgliedes als ein von einem magnetischen Körper umgebener Leiter konstruiert werden. Dieser Körper muss einen hochfrequenten magnetischen Fluss leiten können und ist darum vorzugsweise aus einem gepressten, pulverförmigen Material gemacht. Ein Iamellierter magnetischer Körper kann auch verwendet werden. Der Körper kann von dem Leiter isoliert oder mit ihm in galvanischem Kontakt sein.
Da Hysterese- und Wirbelstromverluste, die von hochfrequenten Strömen durch den Leiter verursacht werden, in dem genannten Körper aus magnetischem Material auftreten, ist es oft nicht notwendig, ein induktives Dämpfungsglied mit weiteren leistungsverbrauchenden Elementen zu versehen. Das leistungs- verbrauchende Element istdann transformatorisch mit der induktiven Komponente des Dämpfungsgliedes verbunden.
Um die leistungsverbrauchenden Eigenschaften des genannten Körpers aus magnetischem Material zu vergrössern, kann man den Körper aus mehreren Ferritringen zusammenbauen. Wegen der grossen Dielektrizitätskonstanten gewisser Ferritmaterialien kann, wie bekannt, Dimensionsresonanz in einem Ferritelement auftreten. Jeder der genannten Ferritringe wird deshalb vorteilhaft mit eineT solchen axialen Abmessung ausgeführt, dass Dimensionsresonanz innerhalb des Gebietes de' : wesentlichen Radiostörun-
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< Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die axiale Abmessung eines Ferritringes b nachfol- gender Formel bestimmt :
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die relative Dielektrizitätskonstante für das Ferritmaterial ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hochspannungsstromrichter, der einen Transformator und mehrere Ionenventile enthält sowie auch eine Mehrzahl von ersten Verbindungsgliedern, die den Transformator elektrisch mit Ionenvehtilen verbinden eine Mehrzahl von zweiten Verbindungsgliedern, die mehrere mit der ausgehenden positiven Lei- .
tungverbundeneAnodenmiteinanderverbinden, eine Mehrzahl von dritten Verbindungsgliedern, die meh- rere mit der ausgehenden negativen Leitung verbundene Kathoden miteinander elektrisch verbinden, und eine Mehrzahl von vierten Verbindungsgliedern, die Kathoden mit Anoden paarweise verbinden, da- durch gekennzeichnet, dass mehrere mit einem Dämpfungswiderstand versehene Dämpfungsglieder je mit einem der genannten dritten Verbindungsglieder verbunden sind, wobei die Dämpfungsglieder als induktive, je mit einem Verbindungsglied reihengeschaltete und/oder kapazitive, je zwischen einem Verbindungsglied und Erde verbundene Dämpfungsglieder ausgeführt sind.
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