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Die Erfindung betrifft einen mechanisch angetriebenen Hoehspanuungsgleichrichter für Mehr- phasenstrom zum Betriebe von mit Hochspannung geringer Energie arbeitenden Stromverbrauchern, wie elektrischen Gasreiniger, Röntgenröhren u. dgl.
Die mechanische Gleichrichtung von hochgespannten Wechselströmen und auch von Drehstrom ist an sich bekannt. So finden sich in der Literatur Angaben z. B. über einen rotierenden mechanischen Hoehspannungsgleichrichter für Dreiphasenstrom, bei dem durch eine eigenartige Schaltung die Drehstrompole, in Zeitzwisehenräumen aussetzend, mit den Gleichstromabnehmerpolen verbunden werden.
Der so erhaltene Gleichstrom ist nicht nur pulsierend, sondern auch intermittierend, also von ähnlicher Art wie der gewöhnliche durch mechanische Gleichrichtung aus einem einphasigen Wechselstrom erhaltene Gleichstrom. Solehe Ströme haben aber für manche Anwendungsgebiete schwerwiegende Mängel, besondersfürdieZweckederelektrischen Gasreinigung. Hier ist nicht der Maximalwert der durch Gleichrichtung erzeugten pulsierenden bzw. intermittierenden Spannung für die Grössenbemessung der zur Reinigung des Gases dienenden Niederschlagsvorrichtung massgebend.
und wenn man mit einem solchen Apparat bei sonst gleichen Verhältnissen eine grössere Reinigung erzielen will, so ist dies nur dadurch möglich, dass man nicht die Maximalamplitude der Spannung erhöht, sondern die übrigen Momentanwerte der Spannung zu vergrössern trachtet, d. h. mit andern Worten : Der Effektivwert der Spannungskurve im Gleichrichter muss bei gleichem Maximalwert erhöht werden. Wenn man das Verhältnis des Effektivwertes des gleichgerichteten Stromes zum Maximalwert den Völligkeitsgrad des Gleichrichters nennt, so kann man zusammenfassend sagen, dass diejenige Vorrichtung für den gedachten Zweck die beste ist, die den grössten Völligkeitsgrad ergibt. Dasselbe gilt auch für andere Anwendungsformen, z. B. für die Erzeugung von Röntgenstrahlen.
Bei den bekannten Hochspannungsgleichrichtern der genannten Art ist dieser Völligkeitsgrad verhältnismässig gering, weil intermittierender Strom während der Unterbreehungspause keinen Beitrag zu dem quadratischen Mittelwert des erhaltenen Stromes liefert.
Es gibt zwar nichtmechanische Hochspannungsgleichrichter, die von diesem Ubelstand frei sind.
So ist man z. B. mit Hilfe von sechs Ventilröhren oder sechs andern auf dem Prinzip der Ventilwirkung beruhenden Vorrichtungen imstande, einen nur pulsierenden und nicht intermittierenden Gleichstrom zu erzeugen. Diese Apparate leiden aber an dem für die Praxis sehr unangenehmen Übelstand, dass sie
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haben und nicht jene Unempfindlichkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen aufweisen, wie sie im Betriebe verlangt wird.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, hochgespannte Mehrphasenströme, insbesondere Drehstrom mit einem Völligkeitsgrad mechanisch gleichzurichten, der denjenigen der Ventilröhrenanordnungen erreicht. Zu diesem Zweck werden der Erfindung gemäss bei dem mechanischen Hochspannungsgleichrichter die stromleitenden Verbindungen in der bei Stromwendern an sich bekannten Art synchron mit der Periodenzahl des Mehrphasenstromes so hergestellt, dass die einzelnen Phasen vorübergehend miteinander verbunden und auf einen Zweileiterkreis geschaltet werden, derart, dass in diesem
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angenähert der Effektivwert der verketteten Mehrphasenspannung als nahezu konstante Gleichspannung wirksam ist.
Die Anwendung der Schaltung nach dem Stromwenderprinzip bei einem mechanischen Hoch- spannungsgleichrichter für Mehrphasenstrom hat man bisher deshalb für aussichtslos angesehen, weil es äusserst gefährlich erschien, zwei Pole z. B. eines Drehstromtransformators auch nur vorübergehend. während beide gleichzeitig annähernd das gleiche Potential besitzen, miteinander zu verbinden. Selbst bei den verhältnismässig niedrig gespannten Strömen der Stromwender hat man zur Verhinderung der Funkenbildung periodisch einzuschaltende Widerstände für notwendig gehalten. Demgegenüber beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass bei mechanischen Hoehspannungsgleichriehtern für Mehrphasen-
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eines solchen mechanischen Gleichrichters möglich ist.
Man kann sich dies so erklären, dass die an den Zuführungsstellen des hochgespannten Mehrphasenstromes entstehenden Funken eine gewisse Regulierung der Spannungsschwankungen bewirken und bei richtiger Einstellung das gefürchtete Rundfeuer sowie das Auftreten von gefährlichen Ausgleichströmen verhindern.
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In Fig. 1 ist a eine isolierende Scheibe, die synchron zu dem gleichzurichtenden hochgespannten Mehrphasenstrom, z. B. Drehstrom, einen Umlauf in jeder Periode vollführt. An ihr sind zwei diametral
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geht der Strom in Form eines Funkens zu den Sektoren b1, b2 über.
Die Wirkungsweise ergibt sich aus Fig. 2, in der der Drehstrom in der üblichen Weise dargestellt ist. I bedeutet die erste, II die zweite, III die dritte Phase. Die in Fig. 1 gezeigte Stellung soll dem Zeitmoment 1-1 entsprechen. Die Phase II hat hier ihren positiven Maximalwert, während die Phasen/ und III kleinere, aber gleiche negative Potentialwerte besitzen. Es ist daher ohne weiteres gestattet, die letzten beiden Phasen kurz zu schliessen. Dies geschieht in der Tat durch den Sektor b1, der also ein
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wird der Sektor b1 von dem Kontakt c, also von der Phase III getrennt. Es entsteht zwischen beiden eine zunächst kleine Spannungsdifferenz, die aber mit zunehmender Entfernung grosser wird.
Diese Abstände sind so bemessen, dass sie grösser sind als die durch die Funkenspannung bedingten. Der Sektor b1 liegt
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der an dem Pol e1, also an der Phase II befindliche Sektor b2 anehmende positive Potentialwerte erhält. Dies dauert solange, bis der Pol 1'3 in der Mitte des Sektors b1 liegt und der Sektor b2 die Pole c1 und c2 miteinander verbindet, die nunmehr gleiche, positive Potentiale der Phasen II und III führen. In ähn- licher Weise geht das Spiel weiter und man sieht, dass auf diese Weise lediglich die Zickzacklinie
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erhält, die durch die in Fig. 2 schraffiert gezeichnete Fläche dargestellt werden können.
In Fig. 3 sind die Amplituden der so erhaltenen Gleichstromspannung aus Fig. 3 übertragen und es ist ersichtlich, dass man einen nicht intermittierenden Gleichstrom mit sechs Pulsationen für jede Periode erhält.
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weise eine oszillierende ersetzen, sofern man nur durch eine mechanische Synchronvorrichtung dafür sorgt, dass die bei dem beschriebenen Beispiel genannte Schaltung in eben derselben Weise vorgenommen
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dass die in der Reihenfolge ihrer Phasenverschiebung aufeinanderfolgenden n-Mehrphasenpole zeitlich nacheinander mit dem positiven Abnehmer elektrisch leitend verbunden werden, u. zw. einerseits jedesmaf über einen Zeitraum, der dem n-ten Teil der vollen Periode entspricht, und anderseits jedesmal gerade während derjenigen gleichen Zeitspannen l und n (Fig.
2), in denen der betreffende Mehrphasenpol sieh seinem Potentialmaximum bzw. -minimum genähert und von ihm wieder entfernt hat, und dass die erwähnte Vorrichtung gleichzeitig auch den negativen Abnehmer in der gleichen Weise mit den Mehrphasenpolen nacheinander verbindet. Dabei müssen aber in einem und demselben Moment für den positiven bzw. negativen Abnehmer immer ganz bestimmte Mehrphasenpole in Kontakt mit den Sektoren
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kommen. Welche das sind, ergibt sich einfach durch Betrachtung einer geometrischen Figur, die z. B. für Sechsphasenstrom in Fig. 4, für Fünfphasenstrom in Fig. 5 dargestellt ist. Die Mehrphasenpole sind in zyklisch gleichmässiger Anordnung aufgetragen. Die gesuchten korrespondierenden Pole sind immer die einander gegenüberstehenden, so z.
B. steht in Fig. 4 dem Pol a der Pol gegenüber, in Fig. 5 dem Pol a die Pole c, d.
Natürlich ist es auch möglich, konstruktiv von der beschriebenen Anordnung den Anforderungen der Praxis entsprechend abzuweichen. So kann es sich z. B. empfehlen, bei Verwendung von Sektoren mit einem Öffnungswinkel von 120 0 diese etwas länger oder kürzer zu machen, als es dem theoretischen Werte entspricht. Ebenso kann die gegenseitige Entfernung der Mehrphasenpole, wenn es sich z. B. um unsymmetrische Belastung handelt, verstellbar sein, wie auch die Abnahmessektoren gegenseitig verstellbar sein können. Die Kontakte können sich in bekannter Weise in einem Mittel mit hoher Dielektrizitäts-
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bindungen durch synchron bewegte Quecksilberstrahlen u. dgl. herstellen, wie an sich bekannt.
Fig. 6 zeigt schematisch die Stromabnahme von den Sektoren b1, b2. Der Sektor b2 ist mit der Welle des Synchronmotor s und damit mit der Erde verbunden, während der Sektor b1 eine bewegliche Leitung o mitnimmt, die an die isolierte Klemme/ führt. Die Kontakte Ci, e Cg der Fig. 1 sind in der Darstellung der Fig. 6 weggelassen.
Statt die umlaufende Gleichrichterscheibe mit zwei gegenüberliegenden Segmenten nach Fig. 1 zu versehen, von denen das eine mit der Erde und das andere durch eine bewegliche Leitung gemäss Fig. 6 mit der Stromabnehmervorriehtung verbunden ist, kann man am Scheibenumfange auch vier stromleitende Segmente vorsehen. Zwei gegenüberliegende Segmente werden dann miteinander und mit der Erde verbunden, während die beiden andern Segmente in'gegenseitiger Verbindung und in Verbindung mit der Stromabnahmevorriehtung stehen. Eine umlaufende Isolierscheibe dieser Art ist in Fig. 7 dargestellt. Diese Isolierscheibe 1 nach Fig. 7 ist am Umfange mit vier leitenden Segmenten 2, 21 und 3, 3t versehen.
Die Segmente 2, 2'sind miteinander und mit der Erde leitend verbunden, während die Segmente J'f ausser miteinander noch mit der Stromabnahmevorrichtung in Verbindung stehen.
Der gegenseitige Abstand zwischen zwei Nachbarsegmenten ist durch die oben beschriebene Wirkungsweise und durch den Scheibendurchmesser bestimmt. Würde man die Form der Segmente so wählen, wie sie bisher üblich war, so besteht die Gefahr, dass an der Isolierseheibe Kriechentladungen zwischen den einzelnen Segmenten eintreten. Um solche Entladungen zu vermeiden, sind die Segmente erfindungs. gemäss in der aus Fig. 7 ersichtlichen Weise hörnerartig ausgebildet. Dadurch wird der Kriechweg am Scheibenumfang vergrössert und zugleich der Vorteil erzielt, dass der Scheibendurchmesser kleiner als bisher gewählt werden kann. Je kleiner aber der Scheibendurchmesser ist, umso weniger wird die Fliehkraft irgendwie störende Wirkungen ausüben können.
Wie ohne weiteres ersichtlich, wird man solche Gleichrichterscheiben mit der halben Umdrehungszahl der in Fig. 1 dargestellten Scheibe laufen lassen können.
Wie in Fig. 6 angegeben, muss die Verbindung zwischen dem ortsfesten Stromabnehmer und der umlaufenden Gleichrichterseheibe beweglich sein. Am besten lässt sich diese Beweglichkeit erzielen, wenn man als Stromabnahmevorrichtung ein Kugellager benutzt, dessen umlaufende Mittelachse die leitende und mechanische Verbindung mit dem oder den stromführenden Segmenten der umlaufenden Gleichrichterscheibe herstellt, wie in Fig. 8 veranschaulicht.
Die Stromabnahmevorrichtung besteht aus einem Kugellager 4, dessen umlaufende Welle 5 durch Stahldrähte, Bänder oder sonstige möglichst biegsame Leiter 6 mit den stromführenden Segmenten 3, 3'der Scheibe 1 mechanisch und leitend verbunden ist. Selbstverständlich kann die Verbindung der beiden Sektoren 3, 3'auch aus einem einzigen Leiter bestehen, der an die umlaufende Welle 5 des Kugellagers angeschlossen ist. Diese Stromabnahmevorrichtung ist selbstverständlich auch für Gleichrichterscheiben mit zwei Segmenten nach Fig. 1 anwendbar.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Mechanisch angetriebener Hochspannungsgleichrichter für Mehrphasenstrom zum Betriebe von Stromverbrauehern, welche mit Hochspannung geringer Energie arbeiten, wie elektrischen Gasreinigern, Röntgenröhren u. dgl., dadurch gekennzeichnet, dass die für Nichthochspannung an sich bekannte Art des Stromwendens, nämlich Synchronsehaltung der einzelnen Phasen auf einen Zweileiterkreis für Hochspannung dadurch ermöglicht ist, dass der dabei erfolgende Phasenkurzschluss durch die an den Kontakten auftretenden Übergangswiderstände unschädlich gemacht wird.