Elektrischer Umformer. Das Hauptpatent betrifft einen elektri- sehen Umformer, bei dem die Stromumfor mung mittels magnetischer Schalter unter Verwendung von mindestens einer Sehaltdros- .sel und eineiii Ventil bewirkt wird.
Nach dein Patentansprueli des Hauptpatentes sind in Reihe mit der Sehaltdrossel und parallel zum Ventil ein oder niehrere inagnetiseh betätigte Schalter angeordnet, wobei die Einschaltung kurz nach Einsetzen des Vorwärtsstromes in den parallel liegenden Ventilkreis, die Aus schaltung hingegen innerhalb der durch die Schaltdrossel erzeugten stronisehwaehen Stufe erfolgt.
Im Hauptpatent wurde angegeben, wie eine derartige Anordnung aueh für regelbare Gleiehriehter durch Teilaussteuerung und als Wechsel- und Uinriehter benützt werden kann, indem beispielsweise in Reihe mit den Ven tilen eine regelbare Spannungsquelle einge schaltet wird, deren innerer Widerstand höeb- stens von der Grössenordnung des Ventilwider standes hi Vorwärtsrielitung ist, Wirkt diese Spannurn, der treibenden Spannung entgegen, so verspätet sieh die Einsehaltung;
die Anord nung arbeitet als (' leiebriebter mit kleinerer mittlerer (41eielispannung. Wirkt jedoch diese Spannung im gleichen Sinne wie die treibende Spannung, so ei-folgt die Einsehaltung ver früht, deis S#,steni kann in dieser Anordnung, insbesondere bei mehrphasiger Ausführung, als netzgestettertei- Weeliselriehter betrieben werden.
Eine andere, im Hauptpatent erwähnte Steuerungsmöglichkeit erhält man dadurch, dass die magnetischen Schalter mit einer züi- sätzlichen Einsehaltspule versehen werden, welehe voll StromimPulsen gespeist wird, die aber vor Einsetzen der stromsehwachen Stufe wieder abgeklungen sein müssen.
Wirken diese Stromimpulse der magnetisierenden Wirkung, hervorgerufen durch den Vorwärtsstroin der Ventile, entgegen, so verspätet sieh die Ein- sehaltung; im umgekehrten Fall tritt sie vor dem Moment der Spannungsgleiehheit ein, so dass die Anordnung ebenfalls wieder als Weeh- selrichter verwendet werden kann.
Da für eine funkenfreie Kommutation die Spannung an den Sehaltkontakten während der Unterbreehung unterhalb etwa 10V gehal ten werden musste, landen als Ventile mit be- sonderein Vorteil Troekengleiehriehter wegen ihres kleinen Spannungsabfalles Verwendung.
Es hat sieh inzwischen gezeigt, dass ein be friedigender Betrieb mit Troekengleichriehter wohl mÖglieh ist, bei Sperrspannungen bis züi etwa<B>100</B> V, dass dagegenbei höheren Sperrspan- nun gen, insbesondere einigen<B>1000</B> V, verschie dene -Nachteile auftreten.
Eine derart hohe Sperrspannung bedingt die Reihensehaltung, einer grösseren Anzahl von Gleiehrichterplat- ten, wodurch nicht, nur der Spannungsabfall bei Vorwärtsstrom, sondern auch die Induk- tivität und Kapazität des Ventilkreises in einem hinsiehtlieh der gewünsehten funken- i freien Kommutation unzulässigen -Masse er- höht wird. Ausserdem sind Troekengleichrich- ter für hohe Sperrspannungen teuer und be nötigen viel Platz.
Die vorliegende Erfindung stützt sieh so wohl auf den heutigen Stand der Technik im Gebiete der Metalldampfgleichriehterröhren als auch auf inzwischen entwickelte Schal tungsanordnungen zur Kompensation der Spannung an den Schaltkontakten (siehe Schweizer Patent Nr. <B>282520).</B>
Das Kennzeichen der Erfindung besteht darin, dass bei einem Umformer gemäss Patent anspruch des Hauptpatentes als Ventil eine ffleichrichterröhre verwendet ist, deren Sperr wirkung mindestens beim Ausschalten des ma- etischen Schalters durch Erhöhung des An odenpotentials aufgehoben wird.
Die moderne Röhrentechnik hat Gleich- richterröhren geschaffen, welche sieh für den vorliegenden Zweck in besonderem Masse eig nen. Sie zeichnen sieh aus durch kleine Zünd- und Brennspannung, hohe Sperrspannung und lange Lebensdauer.
Die kleine Brenn spannung solcher Röhren ermöglicht die Kom mutation des am Kontakt aufgerissenen Stro mes auf den Ventilkreis mit genügend klei ner Kontaktwanderung, sofern eine vormagne tisierte Schaltdrossel mit möglichst reehteck- förmiger Hysteresissehleife verwendet wird, welche den Stufenstroin genügend klein hält (beispielsweise -unter 0,2<B>A).</B> Eine Anodenbat terie ist nicht notwendig.
Zu diesem Zwecke eignen sieh vorzugs weise Gleichrichterröhren mit Metalldampf- 5 füllung, deren Zündspannung höchstens<B>10</B> V beträgt. Insbesondere haben sich Glühkatho- denröhren mit Alkalidampffüllung, und zwar sowohl solche mit Oxyd- als auch solche mit Adsorbtionskathode, sehrt gut, bewährt.
Die <B>9</B> niedrigsten Züncl- und Brennspannungen wer den mit eaesiumdampfgefüllten Glühkatho- denröhren mit Adsorbtionskathoden erreicht. Bei solchen Röhren kann die Zündspannung kleiner als 4 V, die Brennspannung kleiner als <B>5</B> 2 V gehalten werden, bei einer Sperrspannung von mehr als<B>1000</B> V.
Durch Anwendung einer Schaltungsanord nung mir Kompensation der Spannung an den Sehaltkontakten, die darin bestehen kann, dass eine von der Sehaltdrossel abgeleitete Hilfs spannung in den Ventilstromkreis eingeführt und während des Sehaltvorg-anges <B>so</B> gerichtet ist, dass die Spannung an den Sehaltkontakten herabgesetzt ist, wird es möglich, als Ventil auch Gleiehrieliterröhren mit einer Zün.d- und Brennspannung von über<B>10</B> V zu verwenden.
Denn die Hilfsspannang kann so gewählt wer den, dass die Spannung an den Sehaltkontak- ten in den Sehaltmomenten unabhängig von der Spannung am Ventil genügend klein ge n halten werden kann. Ausser den oben genann ten Gleiehriehterröhrensind mit dieser Schal tungsanordnung auch Elektronenröhren, ins besondere solche mit einer Sättigungsstrorn- stärke von mindestens<B>1 A</B> brauchbar.
Für hohe Sperrspannungen eignen sieh ausserdem Quecksilberdampfröhren mit Flüssigkeits- oder Glühkathode. Mit der genannten Kompensationssehal- tung kann ferner erreicht -werden, dass der Strom in den Sehaltkontakten während der stromschwachen Stufe unabhängig von dem durch die Sehaltdrossel gegebenen Stufen strom derart klein ist, dass die Kontaktwan derung in zulässigen Grenzen bleibt.
Es lassen sieh demzufolge geseherte Sehaltdrosseln oder vormagnetisierte Sehaltdrosseln mit weniger hochwertigen Materialien verwenden.
Derartige Gleiehriehterröhren können auch mit Steuergitter versehen sein, so dass sieh neben den eingangs erwähnten Sehaltungs- anordnungen zur Spannungssteuerung des Umformers weitere -.#ilögliehl,-eiten zu diesem Zwecke durch Anwendtuig einer geeigneten Crittersteuerung ergeben.
In der beiliegenden Zeichnung ist beispiels weise ein elektriseher Umformer schematisch dargestellt, bei dem das den Sehaltkontakten parallel liegende Ventil eine gittergesteuerte Gleichriehterröhre ist, deren Zündung beim Einschalten durch Ansteigen des Gitterpoten tials und beim Ausschalten durch Erhöhung des Anodenpotentials erfolgt. Fig. <B>1</B> zeigt diE Schaltung und Fi--e. 2 den zeitlichen Verlauf der wichtigsten Betriebsgrössen.
Mit<B>1</B> ist die Wechselstromquelle mit der Spannung e bezeichnet. 2 ist eine Sehaltdros- sel, deren magnetischer Kreis einen Luftspalt 21 aufweist.<B>3</B> ist der magnetische Schalter mit dem Magnetkreis<B>31,</B> bestehend aus zwei durch die Luftspalte<B>32</B> und<B>33</B> gegeneinander elektrisch isolierten Schenkel 34a und 34b und den zugleich die feststehenden elektrischen Kontakte bildenden Polen 35a und<B>35b. 36</B> ist ein prismatiseh ausgebildetes Schaltelement mit dreieckförmigein Querschnitt, das zugleich als Schaltbrücke dient und an der Feder<B>37</B> befestigt und durch diese in der Öffnungsstel lung gehalten ist.
Die Feder<B>37</B> ist ihrerseits zwischen Isolierstücken<B>38</B> an den Schenkeln 34a und 24b starr befestigt. 38a ist ein An- sehlag für das Sehaltelement. Mit,<B>39</B> ist die vom zu schaltenden Strom gespeiste Erreger spule bezeichnet. Als, Gleiehriehterröhre dient eine den feststehenden Schalterkontakten 35a und<B>35b</B> parallel geschaltete Triode 4. Die Be lastung ist mit<B>5</B> bezeichnet. Die Spannungs steuerung des Umformers erfolgt in bekannter Weise durch Wahl des Zündeinsatzes der Tri ode 4.
Zu diesem Zwecke ist ein an der Wech selspannung e liegender Pliasensehieber <B>6</B> vor gesehen, dessen Sekundärspannung über eine Batterie<B>7</B> an das Gitter und die Kathode der Triode 4 geführt ist. Das Gitter wird durch die Batterie positiv vorgespannt. Zur Erleieh- terung der Kommutation beim Öffnen der Schaltkontakte ist in den Ventilkreis eine von der Sekundärwieklung 22 der Sehaltdrossel 2 erzeugten Hilfsspannung über das Hilfsventil <B>8</B> und den Begrenzungswiderstand<B>9</B> einge führt.
Uni die schädliche Wirkung der Induk- tivität der Sekundärwicklung 22 auszusehal- ten, ist sie durch den Kondensator<B>10</B> über- brüekt. Zur zusätzlichen Erleichterung der Kommutation ist den feststehenden Kontakten 35a und<B>35b</B> in bekannter Weise ein Konden sator<B>11</B> parallel geschaltet.
Die Wirkungsweise dieses Umformers wird an Hand der Fig. 2 wie folgt erklärt: Am Ende der Sperrphase ist das Anoden potential bereits derart hoch, dass die Röhre 4 beim Ansteigen des Gitterpotentials in der Ge gend des Potentialnulldurchganges (Zeitpunkt <B>0</B> tj) zündet.
Es beginnt nun ein Strom zu flie ssen von der Weehselstromquelle <B>1</B> über die Belastung<B>5,</B> die Röhre 4, das Hilfsventil<B>8,</B> den Schenkel 34a des Magnetkreises, die Er regerspule<B>39</B> und die Schaltdrossel 2 zurück zur Wechselstromquelle <B>1.</B> Die Schaltdrossel 2 bewirkt zunächst eine stronisehwaehe Stufe bis zum Zeitpunkt t2, innerhalb welcher der An- spreehwert des Schalters<B>3</B> liegt.
Beim Errei chen dieses Stromwertes überwiegt die durch die Erregerspule<B>38</B> erzeugte magnetische Kraft jene der Feder<B>3-7</B> und das Schaltele ment<B>36</B> überbrüekt die feststehende Kon takte 35a und<B>35b.</B> Dabei wird die Röhre 4 über das Hilfsventil<B>8</B> kurzgesehlossen, und ihre Entladung wird unterbrochen.
Durch geeignete Wahl der Batteriespannung eB wird erreicht, dass die Gitterspannung e, der Röhre 4 während des Aussehaltvorganges immer noch positiv, ist. Der Strom i tritt zu nächst in die stromsehwaehe Stufe zum Zeit punkt t3 und erreicht innerhalb derselben den Abfallwert des Schalters<B>3.</B> Während der stromschwaehen Stufe wird in der Sekundär- wieklung 22 der Sehaltdrossel 2 eine Span nung induziert, welche an)- Hilfsventil<B>8</B> die Hilfsspannung eh erzeugt.
Die Hilfspannung ei, ist dabei so gerichtet, dass sie eine Erhöhung des Anodenpotentials und damit die Zündung der Röhre 4 herbeiführt. Von diesem Moment an fliesst ein Kompensationsstrom iK über die Sehaltkontakte entgegen dem abklingenden Stufenstrom. Der resultierende Strom in den Sehaltkontakten ist daher beim öffnen dersel ben (Zeitpunkt t4) so klein, dass schädliche Kontaktwanderung vermieden wird. Der Strom i wird auf diese Weise vom Schalter auf die Röhre 4 kommutiert und unterhält eine Entladung bis angenähert zu seinem Nulldurchgang im.
Zeitpunkt t5, Bei einem elektrischen Umformer ohne Spannungssteuerung wird als Ventil vornehm lich eine Diode zur Anwendung gelangen, deren Sperrwirkung dann sowohl beim Ein- als auch beim Ausschalten des magnetischen Schalters durch Erhöhung des Anodenpoten tials aufgehoben wird. Ferner kann auch ins besondere bei einem dreiphasigen Umformer, bei dem die Stromflussdauer weniger als<B>180"</B> beträgt, im Betrieb ohne Aussteuerung die Zündung des Ventils beim Einschalten des magnetischen Schalters durch Erhöhung des Anodenpotentials statt durch Ansteigen des Gitterpotentials erfolgen.
Electrical converter. The main patent relates to an electrical converter, in which the conversion of current is effected by means of magnetic switches using at least one holding throttle and one valve.
According to your patent claim of the main patent, one or more magnetically operated switches are arranged in series with the holding throttle and parallel to the valve, with the switching on shortly after the onset of the forward current in the parallel valve circuit, while the switching off takes place within the stronisehwaehen stage generated by the switching throttle .
In the main patent it was indicated how such an arrangement can also be used for adjustable slide bars through partial control and as a reversible and U-shaped belt, for example by switching on an adjustable voltage source in series with the valves, the internal resistance of which is at the highest of the order of magnitude of the Valve resistance is forward direction, if this tension works against the driving tension, the delay is seen;
The arrangement works as a (le operated as a network-controlled part-Weeliselriehter.
Another control option mentioned in the main patent is obtained in that the magnetic switches are provided with an additional switch-on coil, which is fed with full current impulses, but which must have decayed again before the current-weak level starts.
If these current impulses counteract the magnetizing effect, caused by the forward flow of the valves, then the observance is belated; in the opposite case, it occurs before the moment when the voltage equality occurs, so that the arrangement can also be used again as an inverter.
Since the voltage at the hold contacts during the interruption had to be kept below about 10V for spark-free commutation, they are used as valves with a particular advantage due to their small voltage drop.
In the meantime it has shown that a satisfactory operation with dry alignment is probably possible, with blocking voltages up to about <B> 100 </B> V, on the other hand that with higher blocking voltages, in particular some <B> 1000 </B> V, various disadvantages occur.
Such a high reverse voltage requires a larger number of rectifier plates to be connected in series, whereby not only the voltage drop in the case of forward current, but also the inductance and capacitance of the valve circuit in terms of the desired spark-free commutation, which is impermissible, is raised. In addition, dry rectifiers for high reverse voltages are expensive and take up a lot of space.
The present invention is based on the current state of the art in the field of metal vapor alignment tubes as well as on circuit arrangements developed in the meantime to compensate for the voltage at the switching contacts (see Swiss patent no. 282520). </B>
The characteristic of the invention is that in a converter according to the patent claim of the main patent, a rectifier tube is used as the valve, the blocking effect of which is canceled by increasing the anode potential at least when the mechanical switch is turned off.
Modern tube technology has created rectifier tubes which are particularly suitable for the present purpose. They are characterized by their low ignition and operating voltage, high reverse voltage and long service life.
The low burning voltage of such tubes enables the current torn open at the contact to be communicated to the valve circuit with sufficiently small contact migration, provided that a pre-magnetized switching throttle with a rectangular hysteresis loop is used, which keeps the step flow sufficiently small (for example below 0 , 2 <B> A). </B> An anode battery is not necessary.
For this purpose, rectifier tubes with a metal vapor filling whose ignition voltage is at most <B> 10 </B> V are suitable. In particular, hot cathode tubes filled with alkali vapor, both those with an oxide cathode and those with an adsorption cathode, have proven to be very effective.
The <B> 9 </B> lowest ignition and burning voltages are achieved with eaesium vapor-filled hot cathode tubes with adsorption cathodes. With such tubes, the ignition voltage can be kept below 4 V, the operating voltage below <B> 5 </B> 2 V, with a blocking voltage of more than <B> 1000 </B> V.
By using a circuit arrangement with compensation of the voltage at the holding contacts, which can consist in an auxiliary voltage derived from the holding throttle being introduced into the valve circuit and directed during the holding process in such a way that the voltage is reduced at the stop contacts, it is also possible to use sliding rail tubes with an ignition and burning voltage of over 10 V as a valve.
This is because the auxiliary voltage can be selected in such a way that the voltage at the holding contacts in the holding moments can be kept sufficiently small regardless of the voltage on the valve. In addition to the above-mentioned linear tubes, electron tubes, in particular those with a saturation current strength of at least 1 A, can also be used with this circuit arrangement.
Mercury vapor tubes with liquid or hot cathodes are also suitable for high blocking voltages. With the compensation setting mentioned, it can also be achieved that the current in the holding contacts during the low-current stage is so small, regardless of the stage current given by the holding throttle, that the contact change remains within permissible limits.
As a result, you can use conventional chokes or premagnetized chokes with less high-quality materials.
Such linear guide tubes can also be provided with control grids, so that, in addition to the above-mentioned support arrangements for voltage control of the converter, further -. # Ilögliehl, - results for this purpose by using a suitable critter control.
In the accompanying drawing, for example, an electrical converter is shown schematically, in which the valve lying parallel to the Sehaltkontakten is a grid-controlled aligning tube whose ignition when switched on by increasing the grid potential and when switched off by increasing the anode potential. Fig. 1 shows the circuit and Fig. E. 2 the chronological sequence of the most important company parameters.
The alternating current source with the voltage e is designated with <B> 1 </B>. 2 is a holding throttle, the magnetic circuit of which has an air gap 21. <B> 3 </B> is the magnetic switch with the magnetic circuit <B> 31, </B> consisting of two through the air gaps <B> 32 < / B> and <B> 33 </B> legs 34a and 34b, which are electrically insulated from one another, and poles 35a and 35b, which at the same time form the stationary electrical contacts. 36 </B> is a prismatic switching element with a triangular cross-section, which also serves as a switching bridge and is attached to the spring 37 and held in the open position by this.
The spring <B> 37 </B> is for its part rigidly fastened between insulating pieces <B> 38 </B> on the legs 34a and 24b. 38a is an indicator for the holding element. The exciter coil fed by the current to be switched is designated with, <B> 39 </B>. A triode 4 connected in parallel to the stationary switch contacts 35a and <B> 35b </B> serves as the linear tube. The load is denoted by <B> 5 </B>. The voltage control of the converter takes place in a known manner by selecting the ignition insert of the Tri ode 4.
For this purpose, a pliasing slide <B> 6 </B> located at the alternating voltage e is provided, the secondary voltage of which is fed to the grid and the cathode of the triode 4 via a battery <B> 7 </B>. The grid is positively biased by the battery. To make the commutation easier when the switching contacts open, an auxiliary voltage generated by the secondary voltage 22 of the holding throttle 2 is introduced into the valve circuit via the auxiliary valve 8 and the limiting resistor 9.
In order to withstand the harmful effect of the inductance of the secondary winding 22, it is bridged by the capacitor <B> 10 </B>. To make commutation even easier, a capacitor 11 is connected in parallel to the stationary contacts 35a and 35b in a known manner.
The mode of operation of this converter is explained with reference to FIG. 2 as follows: At the end of the blocking phase, the anode potential is already so high that the tube 4 when the grid potential rises in the region of the potential zero crossing (time <B> 0 </ B > tj) ignites.
A current now begins to flow from the alternating current source <B> 1 </B> via the load <B> 5, </B> the tube 4, the auxiliary valve <B> 8, </B> the leg 34a of the Magnetic circuit, the excitation coil <B> 39 </B> and the switching inductor 2 back to the alternating current source <B> 1. </B> The switching inductor 2 initially causes a current level step up to time t2, within which the response value of the switch <B> 3 </B> lies.
When this current value is reached, the magnetic force generated by the excitation coil <B> 38 </B> outweighs that of the spring <B> 3-7 </B> and the switching element <B> 36 </B> bridges the fixed con cycles 35a and <B> 35b. </B> The tube 4 is short-circuited via the auxiliary valve <B> 8 </B>, and its discharge is interrupted.
A suitable choice of the battery voltage eB ensures that the grid voltage e of the tube 4 is still positive during the switching off process. The current i first enters the low-current stage at time t3 and within this reaches the drop-off value of switch <B> 3. </B> During the low-current stage, a voltage is induced in the secondary voltage 22 of the holding throttle 2, which on) - auxiliary valve <B> 8 </B> generates the auxiliary voltage anyway.
The auxiliary voltage ei is directed so that it brings about an increase in the anode potential and thus the ignition of the tube 4. From this moment on, a compensation current iK flows across the hold contacts against the decaying step current. The resulting current in the hold contacts is therefore so small when opening the same (time t4) that harmful contact migration is avoided. The current i is commutated in this way from the switch to the tube 4 and maintains a discharge until it reaches approximately its zero crossing im.
Time t5, in the case of an electrical converter without voltage control, a diode is used as the valve, the blocking effect of which is then canceled by increasing the anode potential both when the magnetic switch is switched on and when it is switched off. Furthermore, especially in the case of a three-phase converter in which the current flow duration is less than 180 ", the valve can be ignited when the magnetic switch is switched on by increasing the anode potential instead of by increasing the grid potential .