Anordnung<B>zur</B> Umformung von elektrischen Strömen mittels Entladungsstrecken. Beider Reihenschaltung von Entladungs strecken für die verschiedenen Anwendungs zwecke vermeidet man, die Gefässe unmittel bar in Reihe zu schalten, weil die Gefahr besteht, dass sie in der Sperrperiode ungleich beansprucht werden, und sie infolgedessen im Hinblick auf die 1_Tberschlagssicherheit nicht voll ausgenutzt werden können.
Es ist daher üblich, in solchen Fällen die Sekun- dä.rwicklung des Stromrichterumspauners in mehrere Einzelwicklungen zu unterteilen und die Gefässe .einzeln oder zu wenigen in Reihe geschaltet mit je einer dieser Wicklungen zu verbinden, so dass :die Gesamtspannung gleichmässig abgestuft und zwangläufig auf die in Reihe ,geschalteten Gefässe oder Gefäss- gr^uppen ;gleichmässig verteilt wird.
Die Abb. 1 zeigt eine derartige iSehaltung für einen Einphasen-Vollweg-Gleichrichter mit drei sekundären Teilwicklungen und drei je Phase in Reihe geschalteten Gefässen. Diese @Schaltun,g bietet insbesondere bei hohen Spannungen gewisse Nachteile. Einmal er fordert sie ausschliesslich einanodige Gefässe.
Ferner können, wie ohne weiteres in .der Abb. 1 zu erkennen .ist, eowohl zwischen den Gefässen wie zwischen den Teilwicklungen ,der beiden Phasen bei Störungen, z. B. Rück zündung eines Gefässes, @Spannungsunter- schiede auftreten, die von Stufe zu Stufe steigen und in der letzten Stufe G,#, Tnc sogar der Gesamtspannung des @lechricki'rs ent sprechen.
Um ,diese Nachteile zu vermeiden", bevorzugt man für Reihenanordnung die Schaltung nach Abb. 2. Hierbei sind die Ka thoden der zur gleichen Spannungsstufe ge hörigen Gefässe der beiden Phasen zusam mengeschlossen, und dementsprechend auch die zugehörigen Anschlüsse der Umspanner- teilwicklun;gen zu einem Punkt verkettet.
Damit wird erreicht, dass für jede Span nungsstufe mehranodige (entsprechend der Phasenzahl) Gefässe benutzt werden können, und dass .bei. @Störungen der hQ:
cliste @Span- nun.gsunterschied zwischen den Entladungs- strecken der Phasen nicht mehr als der Spa.nnungsuntersehied einer .Stufe, also nach dem in der Abb. 2 veranschaulichten Beispiel nicht mehr als '/3 der Gesamtspannun be trägt, wenn bleichmässige Spannungsstufen vorausgesetzt werden, was in der Regel der Fall sein wird.
Ähnliche Vorteile bietet auch die Schal tung nach Abb. 3, bei der je Phase je zwei in Reihe geschaltete Gefässe zu einer "Brückenschaltung" zusammengefasst sind. Hierbei besitzt nur die Hälfte der in Reihe liegenden Gefässe mit den gleichstufigen der andern Phasen bleiches Kathodenpotential, so da.ss die halbe Zahl der Gefässe einanodib ausgeführt werden muss.
Dafür bietet Schal tung nach Abb. 3 gegenüber der in @bb.2 dargestellten Schaltung den Vorteil, dass die Sekundä-riv-icklung des Umspanners bei glei eher Zahl der in Reihe beschalteten Gefässe nur halb so viel unterteilt zu werden braucht, dass sie also wesentlich besser ausgenutzt wird, und infoalgedessen die Typenleistung des Umspanners wesentlich kleiner ausfällt.
Die Schaltungen nach Abb. ? und Abb. 3 besitzen aber trotz der geschilderten Vorzüge einen grundsätzlichen Nachteil gegenüber der Schaltung nach Abb. 1, der insbesondere dann schwer ins Gewicht fällt, wenn es sich um Höchstspannungen handelt und grosse Be triebssicherheit verlangt wird, wie es bei spielsweise bei der Fernübertragung mit hochgespanntem Gleichstrom der Fall ist. Bekanntlich muss trotz der ausserordentlichen Vervollkommnung der Gefässe mit gelegent licher Rückzündung der Gefässe gerechnet werden.
Die absolute Zahl der R.ückziindun- gen steigt mit der Zahl der Entladungs strecken, also insbesondere bei hohen Span nungen infolge der Reihenschaltung der Ge fässe; dies wirkt sich aber gerade in dem er wähnten Anwendungsbeispiel der Gleich stromfernübertragung besonders nachteilig aus, weil es sich hierbei in der Regel um Übertragung grosser Energiemengen und die Versorgung von Netzen mit vielen Teilneh- mern handelt, für die allergrösste Betriebs sicherheit verlangt wird.
Die Schaltung nach Abb. 1 bietet in die ser Hinsicht grosse Vorteile. Da hierbei die Gefässe und Umspannerwicklung jeder Ent ladungsstrecke in Reihe liegen und keine Querverbindungen zwischen den Entladungs strecken vorhanden sind, bedeutet die Rück zündung eines Gefässes keinen Kurzschluss, vielmehr ledi-glicb eine vorübergehende Er höhung der Sperrspannung an den übrigen in Reihe geschalteten Gefässen;
bei z anein- ander gereihtenGefässen bedeute dies eine Erhöhung von angenähert
EMI0002.0060
wenn Il .die Anodenspannung einer Phase ist.
Wer den die Gefässe mit der üblichen entsprechen den Sicherheit ausgelegt, so wird beim Ver sagen eines Gefässes praktisch überhaupt kein Rii.ckstrom zustandekommen; das Gefäss wird meist nach kurzer Zeit wieder rückzündungs- frei, und die Störung wirkt sich betrieblich überhaupt nicht aus.
Da nicht damit zu rech nen ist, dass gleichzeitig zwei oder mehr Ge fässe ihre Sperrfähigkeit verlieren, so ist die Störanfälligkeit durch Rüekziindungen bei einer Schaltung nach Abb. 1 praktisch aus geschaltet.
Im Gegensatz hierzu bedeutet die Ilüek- zündun,g eines Gefässes bei den Schaltungen Abb. 2 und 3 einen satten Kurmchluss, und zwar gilt dies nicht nur für die gezeigte Doppelweg-Einphasenschaltung, sondern auch für beliebige Vielpliasens.chaltungen. Zeigt beispielsweise das Gefäss Ga, der Phase 1 nach Abb. 2 und 3 Rückzündung,
was gleieh- bedeutend ist mit dem Verlust seiner Sperr fähigkeit, so sind die beiden Phasen der tTm- spannerwicklungen Trip hezw. Tiiaw -während der einen Halbwelle kurzgeschlossen; der Strom wird in den meisten Fällen derart ansteigen, dass beide Gefässe ihre Sperrfähig keit verlieren, und infolgedessen der Strom richter abgeschaltet werden muss, wie bei einem Betrieb ohne Reihenschaltung.
Mit der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gestellt und gelöst, auch bei Reihen schaltung mit beliebiger Querverbindung der Elektroden und Umspannerwicklungen zwi schen .den Phasen die Einrichtung .so aus zuführen"dass der Verlust der Sperrfähigkeit eines Gefässes keinen Kurzschluss zur Folge hat.
Gemäss der Erfindung wird eine Anord nung zur Umformung von elektrischen Strö- men. mittels Entladungs:strecken bei der die Sperrspannung auf mindestens zwei Ent ladungsstrecken aufgeteilt wird, in der Weise ausgeführt, Sass mindestens zwei an Wechselstromsystemen gleicher Phasenlage liegende Teilstromrichter vorgesehen sind, die sowohl gleichstromseitig :als auch wechsel- stromseitig in Reihe :
geschaltet sind. Damit wird bewirkt, dass eine (Stromänderung in einer Wicklung zwangläufig eine gleiche oder annähernd gleiche Stromänderung, unter Berüeksichtigungdes Wicklungsverhältnisses in den andern zur Phase gehörigen Wicklun gen zur Folge hat.
Bei einer Anordnung :mach der Erfindung brauchen die Gefässe nur so hoch in ihrer Sperrfähigkeit beansprucht zu werden, dass diese auch bei Ausfall eines der in Reihe :geschalteten Gefässes oder Gefäss gruppen, wenn zwei oder mehrere in Reihe zu einer Einheit zusammengefasst sind, ge nügend Sicherheit besitzen, um der dadurch bedingten Erhöhung der Klemmenspannung an den gesunden Einzelgefässen zu wider stehen.
Unter diesen Bedingungen bewirkt die Rückzündung eines Gefässes bezw. der Kurzschluss eines Teils -der .Sekundärwick lung nur eine ,geringe oder praktisch vernach- lässigbare .Stromaufnahme .der Entladungs- strecken. Er bietet gegen Rückzündungs- gefahr praktisch die gleiche Sicherheit wie der bereits erwähnte Fall nach Abb. 1.
Die Abb. 4 bis @6 zeigen :Schaltbeispiele für die erfindungsgemässe Anordnung. In Abb. 4 ist eine einphasige Doppelweg- Gleiehrichteranordnung mit zwei Gefässen je Phase in Reihe und mit einer primären Drei- ieiterspeisung vorgesehen.
An Stelle eines Umspanners mit einer Primärwicklung und einer der Zahl der in Reihe zu schaltenden Gefässe entsprechenden Zahl von @Sekundär- wioklungen nach Abb. 2 %,9t ,dQr Umspanner in eine entsprechende Zahl von Einphasenumspau- nern (Tl., TZ., Tlb, T2b <B>...</B> ) aufgeteilt;
ihre Sekundärwicklungen sind grundsätzlich, wie in der Anwendung nach Abb. 2, unterein- ander und mit den Gefässen verbunden, und ihre Primärwicklungen sind phasenweise sämtlich in Reihe geseh:
altet. Angenommen Gefäss Gla, will rückzünden, wenn Phase 2 arbeitet, dann kann sich weder unter der Phasenspannung Ulo noch unter der ver ketteten Spannung U" ein Kurzschluss aus bilden, weil das in der gleichen Phase lie gende Gefäss Glb sperrt, und daher das Auf treten von Gegen-A. W. :in der Primärwick lung Tlb und damit auch von TI.. verhindert.
In dem gleichen Sinne wirken .die in Reihe geschalteten Primärwicklungen der Umspan ner der Phase 2, .die verhindern, dass die Sekundärwicklung von T2" einen andern Strom führt als .die von T;Zb und .demnach ein Strom vom Gefäss Gza nach CTla. zurück fliesst.
Die Rückzündung idesGefässes Gla hat zur Folge, dass praktisch .die .gesamte Netzspannung von den Umspannern Tlb und TZb und dementsprechend auch von den Ge fässen Glb und GZb übernommen wird. Sind diese so ausgeführt, dass :sie die erhöhte :Span nung kurzzeitig oder dauernd aushalten, so läuft iler Betrieb unverändert weiter.
In der Regel wird sich das rüokgezündete Gefäss um so schneller erholen, als, wie gezeigt., keine nennenswerte Rückströme auftreten können. Es genügt daher, sowohl .die Gefässe wie die Umspanner für eine kurzzeitige Ülberbeawp Buchung ,der :gekennzeichneten Art auszuführen.
Die Überbeanspruchung ist ausserdem, wie bereits vorher erwähnt, um so kleiner, je grösser die Zahl der in Reihe geschalteten Gefässe ist.
Die Schaltung lässt sich aber noch da durch wesentlich vereinfachen, dass man statt<I>p .</I> z-Einphasenumspanner, wobei<I>p</I> die Phasenzahl und z die Zahl der je Phase an einander gereihten Stufen bedeutet, in jeder Stufe einen Mehrpha,senumspanner verwendet und infolgedessen mit z-1Vlehrphaeenumspan- nern auskommt.
Dabei kann man jeden Um spanner je nach Zweckmässigkeit mit und ohne magnetischen Rüekschluss ausführen, und aueh sonst jede bekannte Schaltung ver wenden, sofern dabei :durch die Kopplung der Primärwieklungen der Erfindungsgedanke gewahrt bleibt, dass bei Versagen eines Ge fässes die Ausbildung eines Kurzschlussstro- mes verhindert wird.
Die Ab@b. 5 zeigt eine derartige Anordnung für einen dreiphasigen Gleichrichter mit drei aneinandergereihten Spannungsstufen.
Eine weitere Vereinfachung und Verbilli- guag ist dadurch möglich, dass sämtliche p . z-Einphasen- oder z--,#lehrphasenumspa,n- ner zu einem Umspanner vereinigt werden können,
in dem alle zu der gleichen Phase gehörigen primären und sekundären Wick lungen in der eben gekennzeichneten Unter teilung auf einem gemeinsamen Kern bezw. bei Zickzackschaltungen entsprechend auf mehreren Kernen angebracht und die Kerne der verschiedenen Phasen an den Über g o angsstellen von einer Wicklungsstufe zur andern durch ein Querjoch überbrückt wer den.
Damit erhält jede Wicklungsgruppe ihren eigenen magnetischen Jochschluss zwi schen den Kernen ihrer Phasen von kleinem magnetischem und entsprechend grossem elektrischem Widerstand.
Ein Wieklungs- kurzschluss in einer der folgendenWicklungs- gruppen durch Riiekziindung wirkt daher ma.gnetiseh nur wenig oder gar nicht zurück auf den Fluss der übrigen Wicklungen, <B>ab-</B> gesellen von dem Flussanstieg infolge des An stieges der Klemmspannung bei Kurzsehluss in einer der 'Vicklun:gsgruppen, auf den be reits im vorstehenden hingewiesen wurde.
Ein derart gebauter Umspanner aus beispiels weise z-Wicklungs.gruppen verhält sich prak tisch wie ein Satz von z Einzelumspannern und wirkt daher auch bei Rückzündungen in der früher beschriebenen Weise.
In Abb. 6 ist schematisch eine derartige _'.ulsfiihrung mit zwei Dreiphasen-Wicklungs- gruppen in Brückenschaltung und vier pha senweise aneinandergereihten Gefässen.
Der Aufbau des Umspannerkernes ist angedeutet. Die Wicklungsgruppen T2lb und T"a be stehend aus primärer und sekundärer Wiek- Jung, sind getrennt angeordnet und durch das Querjoch q magnetisch voneinander mehr oder weniger unabhängig gemacht. Bei zu sätzlichen Wicklungsgruppen wird jede wei tere durch ein gleiches Querjoch abgeschie den. Man kann den Kern jedoch auch so aus führen, dass die Wicklungsgruppen nebenein ander liegen oder in jeder beliebigen andern Weise angeordnet sind.
Wichtig ist für die erfindungsgemässe Anordnung, dass die ein zelnen Wicklungsgruppen in der Flu:ssausbil- dun;g im wesentliehen unabhängig vonein ander sind, und durch Störungen im Fluss einer Wicklungsgruppe die iibrigen Gruppen praktisch nicht betroffen werden, abgesehen von der Flusszunahme infolge des Anstieges der Klemmenspannung, auf den bereits hin gewiesen wurde.
Als Entladungsstrecken können Queck silberdampf- oder Gasentladungsgefässe ver wendet werden. Die Abb. 4 bis 6 zeigen der Einfachheit halber Gleiehrichterschaltungen. Jedoch ist die Erfindung auf solche Schal tungen nicht beschränkt, sondern in gleicher Weise für beliebige andere Schaltungen von Entladungsstrecken anwendbar, wie bei spielsweise Wechselrichter, Umrichter usw., bei denen zur Erzielung höherer Spannungen Gefässe oder Entladungsstrecken in Reihe ge- altet sind.
<B>,</B> #3eli-
Arrangement <B> for </B> conversion of electrical currents by means of discharge paths. When discharge paths are connected in series for the various purposes, one avoids connecting the vessels directly in series, because there is a risk that they will be unevenly stressed during the blocking period and, as a result, they cannot be fully utilized with regard to protection against rollout.
It is therefore common in such cases to subdivide the secondary winding of the converter into several individual windings and to connect the vessels individually or to a few in series with one of these windings so that: the total voltage is evenly graduated and inevitably increased which are arranged in series, connected vessels or groups of vessels; is evenly distributed.
Fig. 1 shows such a position for a single-phase full wave rectifier with three secondary partial windings and three vessels connected in series for each phase. This circuit has certain disadvantages, especially at high voltages. Once he demands only single-anodized vessels.
Furthermore, as can be easily seen in .der Fig. 1, eboth between the vessels and between the partial windings, the two phases in the event of disturbances, e.g. B. back ignition of a vessel, @ voltage differences occur, which increase from step to step and in the last step G, #, Tnc even correspond to the total voltage of the @ lechricki'rs.
In order to avoid these disadvantages, the circuit according to Fig. 2 is preferred for series arrangement. Here, the cathodes of the vessels belonging to the same voltage level of the two phases are combined, and accordingly the associated connections of the transformer partial windings are closed concatenated to a point.
This ensures that multi-anodic (according to the number of phases) vessels can be used for each voltage level, and that. @ Disturbances of the hQ:
Cliste @ voltage difference between the discharge paths of the phases is no more than the voltage difference of one level, i.e., according to the example illustrated in Fig. 2, not more than 1/3 of the total voltage, provided that the voltage levels are uniform which will usually be the case.
The circuit according to Fig. 3 also offers similar advantages, in which two vessels connected in series are combined into a "bridge circuit" for each phase. Here only half of the vessels lying in a row with the same level as the other phases have a pale cathode potential, so that half the number of vessels must be anodib.
The circuit according to Fig. 3 has the advantage over the circuit shown in @ bb.2 that the secondary winding of the transformer only needs to be subdivided half as much with the same number of vessels connected in series is used much better, and, in fact, the type output of the transformer is much smaller.
The circuits according to Fig. and Fig. 3 have a fundamental disadvantage compared to the circuit according to Fig. 1, despite the advantages described, which is particularly significant when it comes to maximum voltages and great operational reliability is required, as is the case with remote transmission, for example high-voltage direct current is the case. As is well known, despite the extraordinary perfection of the vessels, occasional re-ignition of the vessels must be expected.
The absolute number of recoil increases with the number of discharge paths, ie especially with high voltages due to the series connection of the vessels; However, this has a particularly disadvantageous effect in the aforementioned application example of direct current long-distance transmission, because this usually involves the transmission of large amounts of energy and the supply of networks with many participants, for which the greatest operational reliability is required.
The circuit according to Fig. 1 offers great advantages in this regard. Since the vessels and transformer winding of each discharge line are in series and there are no cross-connections between the discharge lines, the re-ignition of a vessel does not mean a short circuit, but merely a temporary increase in the reverse voltage on the other vessels connected in series;
with z vessels lined up next to each other, this means an increase of approx
EMI0002.0060
if Il. is the anode voltage of a phase.
If the vessels are designed with the usual corresponding safety, there will be practically no return flow at all if one vessel fails; the vessel is usually free of flashback again after a short time, and the malfunction has no operational impact at all.
Since it is not to be expected that two or more vessels will lose their blocking ability at the same time, the susceptibility to interference due to reverse connections is practically eliminated in a circuit as shown in Fig. 1.
In contrast to this, the Ilüek ignition, g of a vessel in the circuits in Fig. 2 and 3 means a full circuit closure, and this applies not only to the shown two-way single-phase circuit, but also to any multi-phase circuits. If, for example, the vessel Ga, phase 1 according to Fig. 2 and 3 shows flashback,
which is equivalent to the loss of its blocking capability, the two phases of the tTm tensioner windings Trip hezw. Tiiaw - short-circuited during one half-wave; In most cases, the current will increase to such an extent that both vessels lose their blocking capability, and consequently the converter has to be switched off, as in operation without a series connection.
With the present invention, the object is set and achieved, even in the case of a series circuit with any cross connection of the electrodes and transformer windings between the phases. The device. "Run" so that the loss of the blocking capability of a vessel does not result in a short circuit.
According to the invention, an arrangement is provided for converting electrical currents. By means of discharge: sections in which the reverse voltage is divided into at least two discharge sections, designed in such a way that at least two partial converters are provided which are connected to AC systems with the same phase position and which are both on the DC side: and on the AC side in series:
are switched. This has the effect that a (current change in one winding inevitably results in an identical or approximately the same change in current, taking into account the winding ratio in the other windings belonging to the phase.
In an arrangement: according to the invention, the receptacles only need to be stressed so highly in terms of their blocking capacity that they are sufficient even if one of the receptacles or receptacle groups connected in series fails, if two or more are combined in series to form a unit Have security in order to withstand the resulting increase in the terminal tension on the healthy individual vessels.
Under these conditions, the re-ignition of a vessel or the short circuit of part of the .secondary winding only a, low or practically negligible .current consumption .the discharge path. It offers practically the same level of security against the risk of re-ignition as the case already mentioned in Fig. 1.
Fig. 4 to @ 6 show: Examples of circuits for the arrangement according to the invention. In Fig. 4, a single-phase double-way rectifier arrangement with two vessels per phase in series and with a primary three-wire feed is provided.
Instead of a transformer with a primary winding and a number of secondary windings corresponding to the number of vessels to be connected in series according to Fig. 2%, 9t, the transformer in a corresponding number of single-phase transformers (Tl., TZ., Tlb , T2b <B> ... </B>) split;
As in the application according to Fig. 2, their secondary windings are basically connected to each other and to the vessels, and their primary windings are all seen in series in phases:
ages. Assuming Vessel Gla wants to re-ignite when phase 2 is working, then neither under the phase voltage Ulo nor under the linked voltage U "can a short circuit form because the vessel Glb in the same phase blocks, and therefore the occurrence from Gegen-AW: in the primary winding Tlb and thus also from TI .. prevented.
The series-connected primary windings of the transformer of phase 2 act in the same way, which prevent the secondary winding of T2 from carrying a different current than that of T; Zb and, accordingly, a current from the vessel Gza to CTla. flows back.
The reignition of the Gla vessel means that practically the entire line voltage is taken over by the transformers Tlb and TZb and, accordingly, also by the vessels Glb and GZb. If these are designed in such a way that: They can withstand the increased voltage for a short time or permanently, ile operation continues unchanged.
As a rule, the inflamed vessel will recover faster as, as shown, no noteworthy return currents can occur. It is therefore sufficient to carry out both the vessels and the transformer for a short-term overbeawp booking of the type indicated.
In addition, as already mentioned, the greater the number of vessels connected in series, the less the overuse.
The circuit can, however, be considerably simplified by using z single-phase transformers instead of <I> p. </I>, where <I> p </I> means the number of phases and z the number of stages in a row for each phase , a multi-phase senum spanner is used in each level and consequently needs z-1 teaching-phase spanners.
Each transformer can be designed with or without a magnetic return circuit, depending on the expediency, and any other known circuit can be used, provided that: by coupling the primary vibrations, the concept of the invention is preserved that if a vessel fails, a short-circuit current will develop is prevented.
The Ab @ b. 5 shows an arrangement of this type for a three-phase rectifier with three voltage stages in a row.
A further simplification and cheaper is possible in that all p. z-single-phase or z-, # lehrphasenumspa, n- ner can be combined into one transformer,
in which all primary and secondary windings belonging to the same phase in the subdivision just identified on a common core BEZW. in the case of zigzag circuits, accordingly attached to several cores and the cores of the different phases at the transition points from one winding stage to the other bridged by a cross yoke.
This means that each winding group has its own magnetic yoke connection between the cores of their phases of low magnetic and correspondingly high electrical resistance.
A load short-circuit in one of the following winding groups due to reverse winding therefore has little or no magnetic back on the flux of the other windings, contributing to the increase in flux as a result of the increase in the terminal voltage Short description in one of the Vicklun: gs groups referred to above.
A transformer constructed in this way from, for example, z-winding groups behaves practically like a set of z individual transformer and therefore also works in the manner described earlier in the event of reignition.
Fig. 6 shows a schematic of such a pulse circuit with two three-phase winding groups in a bridge circuit and four vessels lined up in phases.
The structure of the transformer core is indicated. The winding groups T2lb and T "a consisting of the primary and secondary Wiek-Jung, are arranged separately and are made more or less magnetically independent of one another by the cross yoke q. With additional winding groups, each additional group is separated by an identical cross yoke however, also run the core in such a way that the winding groups lie next to one another or are arranged in any other desired manner.
It is important for the arrangement according to the invention that the individual winding groups in the flux formation are essentially independent of one another and that the other groups are practically not affected by disturbances in the flux of a winding group, apart from the increase in flux due to the rise the terminal voltage that has already been referred to.
Mercury vapor or gas discharge vessels can be used as discharge paths. Figs. 4 to 6 show rectifier circuits for the sake of simplicity. However, the invention is not limited to such circuits, but can be used in the same way for any other circuits of discharge paths, such as inverters, converters, etc., in which vessels or discharge paths are used in series to achieve higher voltages.
<B>, </B> # 3eli-