DE1059102B - Umpolbarer Trockengleichrichter fuer hohe Gleichspannungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Trockengleichrichter gewinnen in Verbindung mit Hochspannungstransformatoren steigendes Interesse zur Erzeugung hoher Gleichspannungen. Da die einzelnen Gleichrichterelemente nur eine relativ kleine Sperrspannung in der Größe von etwa 25 bis 250 V besitzen, muß zur Erzeugung hoher und höchster Gleichspannungen bis zu etwa 1000 kV eine entsprechend große Zahl von einzelnen Gleichrichterelementen in Reihe geschaltet werden.

Häufig wird nun verlangt, insbesondere für Prüfanlagen, daß die Polarität der erzeugten Gleichspannungen gewechselt werden kann. Diese Umpolung bedingt dann eine Umpolung der Anschlüsse zwischen Gleichrichter, Transformator und Verbraucher. Die Umpolung selbst wurde bisher so ausgeführt, daß die Gleichrichterkette als Ganzes umgepolt wurde. Bei hohen Gleichspannungen bzw. Sperrspannungen ergab sich dann für die Umschalteinrichtung, die ja für die gesamte Spannung ausgelegt werden mußte, ein sehr großer Platzbedarf, da zwischen zwei Punkten der Schaltung, die etwa bei Erzeugung positiver Gleichspannung miteinander verbunden und daher gegeneinander spannungslos sind, bei der Erzeugung negativer Gleichspannung mindestens die volle Gleichspannung, unter Umständen sogar der doppelte Wert als Sperrspannung auftrat.

In Fig. 1 der Zeichnung ist zunächst eine Gleichrichteranlage dargestellt, wie sie in der bisher üblichen Form etwa zur Aufladung eines Stoßspannungsgenerators verwendet wird. Diese Anlage ist mit einer Verdopplungsschaltung ausgeführt; Teil 1 stellt die Hochspannungswicklung des speisenden Hochspannungstransformators dar, der über die Erregerwicklung 2 erregt wird. Der eine Pol der Hochspannungswicklung 1 ist mit der Gleichrichterkette 3 verbunden, deren freier Anschluß 5 den Minuspol der Gleichrichteranlage darstellt. Außer der Gleichrichterkette 3 ist an den gleichen Pol der Hochspannungswicklung. 1 die Gleichrichterkette 4 angeschlossen, deren zweite freie Klemme 6 den positiven Pol des Gleichrichters darstellt. Die Gleichrichterketten 3 und 4 sind dabei aus einzelnen Gleichrichterstäben, die aus der Reihenschaltung einer größeren Zahl von Gleichrichterelementen bestehen, aufgebaut.

Mit der eben beschriebenen Gleichrichteranordnung sind die beiden in Reihe geschalteten Kondensatoren 9 und 10 aufzuladen, wobei der zweite Pol der Hochspannungswicklung 1 mit dem gemeinsamen Punkt 11 der aufzuladenden Kondensatoren verbunden ist. An der Klemme 12 kann die erzeugte Gleichspannung gegen Erde 13 abgenommen werden. Verbindet man die Klemme 7, die elektrisch identisch ist mit der Klemme 12, mit dem Minuspol des Gleichrichters 5 und sinngemäß die geerdete Klemme 8 der in Reihe Umpolbarer Trockengleichrichter
für hohe Gleichspannungen

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Dr.-Ing. Willy Rabus, Stuttgart-Untertürkheim,
ist als Erfinder genannt worden

geschalteten Kondensatoren 9 und 10 mit dem positiven Pol des Gleichrichters Klemme b, dann steht an der Klemme 12 gegen Erde eine negative Gleichspannung zur Verfugung. Soll die Klemme 12 gegen Erde positiv gepolt sein, dann ist die Klemme 7 mit 6 und sinngemäß Klemme 8 mit Klemme 5 zu verbinden. Bei dieser Überkreuzschaltung besteht zwischen den Klemmen 5 und 7 und zwischen den Klemmen 6 und 8 ein Spannungsunterschied in Höhe der erzeugten Gleichspannung, d. h., die eben erwähnten Punkte müssen gegenseitig einen entsprechend großen Abstand besitzen und auch entsprechend ausgebildet sein, bei hohen Spannungen z. B. große Abschirmhauben besitzen. Außerdem muß auch noch die Klemme 6 gegen Erde, ebenso natürlich die Klemme 5 gegen Erde für die volle erzeugte Gleichspannung isoliert werden.

Um bei solchen Anlagen mit einem umpolbaren Trockengleichrichter für hohe Gleichspannungen, der zur Aufladung je eines Kondensators Gleichrichterketten enthält, deren Sperrspannung etwa gleich dem doppelten Betrag des Scheitelwerts der höchsten Betriebsspannung des Gleichrichtertransformators entspricht, den Platzbedarf ganz erheblich zu verringern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß diese Gleichrichterketten in mehrere Elementengruppen aufgelöst sind, die zum Zweck des Polaritätswechsels gruppenweise in sich umgepolt werden.

In Fig. 2 ist die Schaltung dargestellt, die sinngemäß zu Fig. 1 an der Klemme 12 eine positive Spannung nach Erde 13 ergibt. Mit 1 und 2 sind dabei wieder die Wicklungen des Hochspannungstransformators bezeichnet, mit-3 und 4 die für die Verdoppe-

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Claims (3)

lungsschaltung erforderlichen Gleichrichterketten, mit 9 und 10 die aufzuladenden Kondensatoren, mit 11 die Reiheiiverbindung dieser beiden Kondensatoren, mit 12 der Anschlußpol der-kompletten Gleichspannungsanlage, mit 13 die Erdung derselben. Jeder zweite Gleichrichterstab der Gleichrichterketten 3 und" 4 ist nun mit zwei Umschaltkontakten versehen, die zur Umpolung in der Darstellung nach Fig. 2 und 3 um je 180° geschwenkt werden," ebenso besitzt in dieser Darstellung der eine Pol der Hochspannungswicklung 1 des Hochspannungstransformators eine derartige Umschalteinrichtung. - In Fig. 2 ist der linke Arm des obersten Gleichxichterstabes der Gleichrichterkette 3 (Teil 14) auf die Klemme 15 geschaltet und der rechte Kontaktarm dieses Stabes (Teil 14) auf den darunterliegenden Gleichrichterstab. Der linke Arm der Umschalteinrichtung 17j der mit der Hochspannungswicklung 1 des Transformators verbunden ist, ist nach oben geschaltet, der rechte Arm dieser Umschalteinrichtung nach unten, und sinngemäß ist der rechte Arm der Umschalteinrichtung 18 des untersten Gleichrichterstabes der Gleichrichterkette 4 auf die geerdete Klemme 20 gelegt. Aus dem Vergleich der Fig. 2 und dee Fig. 1, bei deren Schaltung zur Erzeugung positiver Gleichspannung, ist zu ersehen, daß der Gleichrichter in beiden Fällen tatsächlich an der Klemme 12 eine positive Gleichspannung gegen Erde liefert. Zur Umpolung der Gleichspannung nach der Erfindung auf negative Polarität der Klemme 12 gegen Erde sind nur die mit den Gleichrichterstäben bzw. je einer Klemme des Hochspannungstransformators verbundenen Umschalteinrichtungen umzulegen. Nun ist der rechte Arm der Umschalteinrichtung 14 mit "der Klemme 16 verbunden, der rechte Arm der Umschalteinrichtung 17 mit dem darüberliegenden Gleichrichterstab und der linke Arm der Umschalteinrichtung 18 mit der geerdeten Klemme 19. In der so in Fig. 3 dargestellten Schaltung wird die Klemme 12 gegen Erde negativ. Diese Schaltung entspricht also der Fig. 1 für deren negative Polung. Der Vorteil der beschriebenen Schalteinrichtung besteht darin, daß die Schaltwege der erfindungsgemäß ausgebildeten Umschalteinrichtung nach Fig. 2 und 3 nur der Sperrspannung der jeweils verwendeten Gleichrichtergruppe bzw. des Gleichrichterstabes zu entsprechen hat, wobei diese Sperrspannung bei entsprechender Unterteilung nur einen kleinen Bruchteil der gesamten Gleichspannung beträgt. Außerdem ist darauf hinzuweisen, daß bei der neuen Anordnung der unterste Gleichrichterstab in Fig. 2 und 3 ·— der mit der Umschalteinrichtung 18 verbunden ist — mit einem Ende stets Erdpotential besitzt, d. h. daß die Gleichrichterkette 4 mit ihrem einen Ende gegen Erde nur für die Sperrspannung eines Gleichrichterstabes isoliert zu werden braucht. Das ergibt bei Gleichrichterstäben mit einer Sperrspannung von etwa 15 IcV einen höchsten Erdabstand an dieser Stelle von etwa 5 cm, während sonst die Abstände wesentlich größer sein müßten. Wird ein Hochspannungsgleichrichter in der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Weise aus Gleichrichterstäben aufgebaut und die Umpolung durch abschnittsweise Umpolung der Stäbe in sich vorgenommen, dann erhält man einen besonders vorteilhaften Aufbau des ganzen Gleichrichters dadurch, daß man "(He-Gleichrichterstäbe in zwei nebeneinanderliegenden, gegebenenfalls senkrechten Reihen anordnet, wobei die Stäbe der beiden Reihen gegenseitig um etwa eine halbe Teilung versetz-t^sind. Die Umpolschalter werden dabei auf den beiden Stirnseiten angeordnet und mittels je einer Schubstange auf jeder Seite gemeinsam betätigt. In-Fig.-4-und 5 ist dieser Aufbau für die Anlage 5- nach Fig-. 2 und 3 dargestellt. Fig. 4 entspricht dabei Fig. 2, d. h. der positiven Polung des Gleichrichters nach Erde. Die einzelnen Gleichrichterstäbe sind dabei mit ihrer Projektion in Richtung ihrer Achse auf der Zeichenebene dargestellt. In einer gedachten vorderen Zeichenebene befinden sich dann die Schaltarme 22 (voll ausgezogen), die mit der Isolierschubstange 21 gekuppelt sind, und verbinden die ebenfalls in der vorderen Zeichenebene befindlichen Kontakte der Gleichrichterstäbe miteinander. Das heißt aber, von den beiden parallelen Kontakten 15 und 16 ist der vordere Kontakt 15 über den obersten Schaltarm 22 mit dem Gleichrichter verbunden, während sinngemäß der erdseitige vordere Kontakt 19 frei bleibt. In der zweiten, rückwärts liegend gedachten Zeichenebene sind dann die gestrichelt gezeichneten, ebenfalls über ' eine gemeinsame Schubstange betätigten Schaltarme angeordnet. In dieser zweiten Ebene ist der Erdkontakt 20 dann mit dem Gleichrichter verbunden. Zur Umpolung werden nach Fig. 5 die Schaltarme 22 mit der Schubstange 21 nach unten, die gestrichelt gezeichneten Schaltarme mit ihrer Schubstange gemeinsam nach oben bewegt. Bei dieser Stellung ist in der ersten Zeichenebene der Erdkontakt 19, in der zweiten Zeichenebene der Abnahmekontakt 16 mit dem Gleichrichter verbunden. Die Betätigung der beiden Schubstangen erfolgt zweckmäßig durch einen gemeinsamen ferngesteuerten Antrieb. An sich ist es bekannt, Schalter zur Umpolung von Gleichrichtern bzw. Gleichrichtergruppen über Isolierstangen - miteinander zu koppeln und weiterhin diese Isolierstangeii so miteinander zu vereinigen, daß die Isolierstangen und damit die Umschalter mittels eines gemeinsamen, auf Erdpotential befindlichen Antriebs bedient, d. h. in die eine oder andere Stellung gelegt werden können. Die an Hand der Zeichnungen im Zusammenhang mit einer Verdoppelungsschaltung beschriebene Erfindung ist nicht auf eine solche Verdoppelungsschaltung beschränkt, sondern kann sowohl bei Einwegschaltungen als auch beliebigen Vervielfachungsschaltungen in sinngemäß gleicher Weise angewendet werden. . Patentansprüche:

1. Umpolbarer Trockengleichrichter für hohe Gleichspannungen, der zur Aufladung je eines Kondensators Gleichrichterketten enthält, deren Sperrspannung etwa gleich dem doppelten Betrag des Scheitelwerts der höchsten Betriebsspannung des Gleichrichtertransformators entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß diese Gleichrichterketten in mehrere Elementengruppen aufgelöst sind, die zum Zweck des Polaritätswechsels gruppenweise in sich umgepolt werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elementengruppen in Form von Gleichrichterstäben in zwei parallelen, neben-

<>s einander angeordneten Reihen angeordnet werden und die Stäbe um etwa eine halbe Teilung gegenseitig versetzt sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder der beiden Stirn-" Seiten Umschalteinrichtungen vorgesehen sind.