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Abgeschirmte Trockengleichrichteranordnung mit einer Vielzahl von
in Säulenform zusammengefaßten Gleichrichtertabletten Bei Fernsehgeräten ist es
üblich, die Beschleunigungsgleichspannung von etwa 18 kV für den Kathodenstrahl
der Bildröhre durch Gleichrichtung der Zeilenkippspannung zu erzeugen. Der Kippfrequenzgenerator
von Fernsehgeräten liefert eine Wechselspannung mit einer Frequenz von etwa 16 kHz;
da die Kippspannung stark von der Sinusform abweicht, also einen sehr hohen Oberwellenanteil
besitzt, kann für die Gleichrichtung sogar mit einer effektiven Frequenz von etwa
50 kHz gerechnet werden. Die Verwendung einer Wechselspannung mit einer derart hohen
Frequenz zur Erzeugung der Beschleunigungsspannung hat den Vorteil, daß der für
die Transformierung der Wechselspannung und die Glättung der gleichgerichteten Spannung
erforderliche Aufwand sehr gering ist. Als Hochspannungsgleichrichter für diese
Zwecke wurden bisher Röhrendioden verwendet. Bei dem Versuch, die Röhre durch einen
Trockengleichrichter zu ersetzen, zeigte sich unerwartet, daß die Gleichrichterelemente
unter Überlastungserscheinungen zerstört wurden. Nach Überlegungen, die der vorliegenden
Erfindung zugrunde liegen, sind diese Schwierigkeiten auf die Streukapazitäten der
Hochspannungs=Trockengleichrichteranordnung zurückzuführen.
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Es ist bekannt, Trockengleichrichtersäulen zur Vermeidung von Glimmerscheinungen
mit zwei Schirmen zu versehen, die jeweils mit einer der beiden Anschlußklemmen
der Säule verbunden sind und die Säule von den Enden nach der Mitte zu nahezu vollständig
umgreifen. Durch eine derartige Abschirmung lassen sich jedoch die oben geschilderten
Überlastungserscheinungen infolge von Streukapazitäten nicht beheben.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine abgeschirmte Trockengleichrichteranordnung
mit einer Vielzahl von in Säulenform zusammengefaßten Gleichrichtertabletten zur
Gleichrichtung von Wechselspannungen hohen Betrages und hoher Frequenz. Die nachteilige
Wirkung der Streukapazitäten ist gemäß der Erfindung dadurch kompensiert, daß lediglich
mit der hochspannungsseitigen Anschlußklemme ein Schirm verbunden ist und daß die
Kapazität dieses Schirmes gegenüber einem beliebigen hochspannungsseitigen Teil
der Säule zur Streukapazität des restlichen Teiles der Säule etwa im gleichen Verhältnis
steht wie die Eigenkapazitäten der betrachteten Säulenteile zueinander. Die Eigenkapazitäten
der Säule bzw. Säulenteile werden im wesentlichen durch die Sperrschichtkapazitäten
der einzelnen Gleichrichterelemente gebildet. Bei einer Säule, die aus Elementen
oder Teilsäulen gleichartiger Ausbildung mit gleichen Abständen aufgebaut ist, nimmt
die oben angegebene Regel die Form an, daß sich die erstgenannten Kapazitäten etwa
umgekehrt verhalten sollen wie die Längen der betrachteten Säulenteile.
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Der Grundgedanke der Erfindung sei an Hand der Fig. 1 bis 5 erläutert.
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Gemäß Fig. 1 ist an die Klemmen 1 und 2 einer Hochspannungswechselstromquelle
eine Trockengleichrichtersäule 3 (Anschlußklemmen 3 a und 3 b) in Reihe mit einem
Verbraucher 4 angeschlossen. Parallel zum Verbraucher 4 liegt ein Glättungskondensator
5. Der durch die Säule 3 fließende Halbwellengleichstrom läßt sich in bekannter
Weise in einen geglätteten Gleichstrom und einen Wechselstrom zerlegen. Für die
vorliegende Erfindung ist in erster Linie die Belastung der Säule durch den Wechselstromanteil
von Bedeutung.
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Für den Wechselstromanteil kann die Schaltung nach Fig. 1 durch die
Schaltung nach Fig. 2 ersetzt werden. In Fig. 2 sind an die Stelle der einzelnen
Gleichrichterelemente der Säule 3 jeweils ein ohmscher Widerstand 3 c und eine Kapazität
3 d getreten; der Widerstand 3 c entspricht dem Bahnwiderstand des Halbleiterkörpers,
beispielsweise der Selenschicht eines Selen-Gleichrichterelementes, während die
Kapazität 3 d im wesentlichen die Sperrschichtkapazität des Elementes darstellt.
Ferner ist in Fig.2 die Streukapazität der Säule durch Teilkapazitäten 6a bis 6e
symbolisiert.
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Man erkennt aus Fig. 2, daß die Streukapazitäten 6a bis 6e wechselstrommäßig
Nebenschlüsse zu den
niederspannungsseitigen Gleichrichterelementen
bilden, so daß die jeweils links liegenden Gleichrichterelemente 3 c/3 d höher belastet
sind als die rechts liegenden Elemente. Infolgedessen kann es vorkommen, daß die
Bahnwiderstände 3c der hochspannungsseitigen Gleichrichterelemente überlastet werden,
so daß ein thermischer Durchschlag der Gleichrichterelemente eintritt.
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In Fig. 3 ist das Wechselpotential LU~ der Massenpunkte der Säule
als Funktion der Säulenteillänge x aufgetragen. Im Interesse einer gleichmäßigen
Belastung sämtlicher Elemente wäre ein Potentialverlauf gemäß der gestrichelten
Linie U' erwünscht; tatsächlich entspricht jedoch der Potentialverlauf infolge der
Streukapazitäten 6a bis 6e der ausgezogenen Kurve U. Für das Verständnis der Kurven
nach Fig. 3 ist zu berücksichtigen, daß der Glättungskondensator 5 in Fig. 2 für
den Wechselstromanteil der Säule praktisch einen Kurzschluß darstellt, so daß sich
also die niederspannungsseitige Anschlußklemme 3 b auf dem Potential der Klemme
2 befindet, das in Fig. 3 gleich Null gesetzt ist.
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In Fig. 4 ist die Schaltung nach Fig. 2 dadurch weiter vereinfacht,
daß die Säule 3 in nur zwei Teilsäulen 3 A und 3 B gegliedert gedacht ist. Ferner
sind in Fig. 4 die ohmschen Widerstände der Teilsäulen 3,A und 3 B weggelassen,
da sie auch bei den hier betrachteten hohen Frequenzen gegenüber den kapazitiven
Widerständen vernachlässigbar klein sind. Die Teilsäule 3A ist durch die Streukapazität
6 der Teilsäule 3B zusätzlich belastet; infolgedessen ergibt sich eine Potentialverteilung
der Säule gemäß Fig. 5 (Kurve U). Nach dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung
kann nun das Potential des Punktes 7 (Fig. 4) dadurch angehoben werden, daß parallel
zur Teilsäule 3A eine weitere Kapazität 8 geschaltet wird. Bemißt man die Kapazität
8 derart, daß sie zu der Kapazität 6 im gleichen Verhältnis steht wie die Eigenkapazitäten
der Teilsäulen 3A und 3B, so wird das Potential des Punktes 7 von U7 auf den Wert
U7' (Fig. 5) gehoben, der einer linearen Potentialverteilung der Säule entspricht.
Dies ergibt sich ohne weiteres daraus, daß bei der angegebenen Bemessung der Kapazität
8 die Kapazitäten 3.4, 3 B, 8 und 6 eine abgeglichene Brückenschaltung mit der stromlosen
Diagonalen 7/7' bilden.
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Die Erfindung läßt sich, wie in Fig. 1 angedeutet, grundsätzlich bereits
durch ein gekrümmtes Blech 10 verwirklichen, das mit der hochspannungsseitigen Klemme
3a der Säule 3 verbunden ist und dessen Abstand von den Elementen der Säule um so
größer ist, je näher sich diese Elemente an der niederspannungsseitigen Klemme 3
b befinden.
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Zur Vermeidung eines thermischen Durchschlages der Gleichrichtersäule
infolge von kapazitiven Streuströmen genügt im allgemeinen bereits eine recht grobe
Annäherung an die obengenannte Regel. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann beispielsweise der Schirm die Form einer Kappe haben, die auf mindestens
etwa ein Zehntel der Säulenlänge übergreift und in Richtung auf den niederspannungsseitigen
Anschluß aufgeweitet ist. Durch eine derartige Form des Schirmes werden in erster
Linie die Trockengleichrichterelemente, die in der Nähe des hochspannungsseitigen
Anschlußpunktes liegen und, wie aus Fig. 3 hervorgeht, besonders gefährdet sind,
geschützt. Zur Erzielung einer gedrängten Bauform der Anordnung mit einer an sich
bereits geringen Streukapazität kann man die Gleichrichtersäule in Teilsäulen gliedern,
die mit etwa paralleler Lage ihrer Achsen in einer oder mehreren geureinsamen und
zueinander parallelen Ebenen nebeneinander angeordnet sind. Hierzu kann man beispielsweise
die Teilsäulen in beiderseits offenen Kanälen eines Kunststoffkörpers anordnen und
durch an den Seiten des Kunststoffkörpers aufgelegte Kontaktorgane miteinander verbinden.
Der mit der Säule kapazitiv zusammenwirkende Schirm kann ganz aus Metall bestehen;
es kann aber auch vorteilhaft sein, den Schirm als metallischen Belag eines Grundkörpers
aus Isoliermaterial auszubilden. Man kann z. B. auf einen geeignet geformten Isolierkörper
eine Folie aufkleben oder auf galvanischem Wege, durch Aufspritzen oder Aufstäuben,
einen Metallbelag aufbringen. Es kann ferner vorteilhaft sein, den Schirm derart
auszubilden, daß er auch nach seiner Befestigung an der Trockengleichrichtersäule
noch verformt werden kann, falls es erforderlich ist, die Kapazität des Schirmes
gegenüber der Säule zu ändern. Dies läßt sich beispielsweise dadurch erreichen,
daß der Rand des Schirmes mit Schlitzen versehen ist, so daß es möglich ist, Teile
des Schirmes in einer gewünschten Richtung abzubiegen.
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Die Fig. 6 und 7 bzw. 8 bis 10 zeigen zwei Ausführungsbeispiele der
Erfindung.
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Bei der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Trockengleichrichteranordnung
sind die Gleichrichtertabletten in Teilsäulen angeordnet, die mit parallelen Achsen
in einer gemeinsamen Ebene nebeneinanderliegen, so daß sich eine flache Bauform
ergibt. Die Figuren sind zwei einander entsprechende Risse, wobei die Anordnung
in beiden Figuren teilweise im Schnitt dargestellt ist. Mit 12 ist ein Körper aus
Isoliermaterial bezeichnet, der an seinem unteren Ende mit einem Befestigungsbolzen
13 versehen ist. Der Bolzen 13 bildet mit dem Körper 12 vorzugsweise eine Einheit,
die z. B. durch einen Preß- oder Gießvorgang hergestellt wird. Der Körper 12 ist
mit zueinander parallelen, beiderseits offenen Kanälen 14 versehen, in die jeweils
eine Vielzahl von Gleichrichtertabletten 15 und eine Druckfeder 16 eingefüllt sind.
Zur Verbindung der einzelnen Teilsäulen untereinander sind Kontaktorgane in Form
von U-förmigen Metallbügeln 17 vorgesehen, deren Schenkel jeweils auf dem linken
Ende eines Kanals 14 und dem rechten Ende des nächsthöheren Kanals aufliegen, so
daß sich eine Reihenschaltung der einzelnen Teilsäulen ergibt. Die Schenkel der
Bügel 17 dienen also gleichzeitig zum Abschluß der Kanalöffnungen. An den
Enden der letzten Teilsäulen sind auf den Isolierkörper 12 ebenfalls U-förmige Endbügel
18 bzw.19 aufgeschoben, die in einem frei ausladenden Teil 18a bzw. 19a enden.
Die Teile 18a bzw. 19a entsprechen den Punkten 3 a bzw. 3 b der Fig
1. An den Leiter 19 a ist ein Anschlußleiter 20 angelötet.
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Nachdem die Kanäle 14 mit den Gleichrichtertabletten 15 und den Druckfedern
16 gefüllt und durch Aufschieben der Bügel 17, 18 und 19 abgeschlossen sind,
wird die so erhaltene Anordnung in eine geeignete Form gebracht und zusätzlich mit
einem Isolierstoffmantel 21 umpreßt oder umgossen, z. B. mit einem Gießharz. Aus
dem Mantel 21 treten nur noch der Leiter 18a und der Anschlußleiter 20 heraus. Der
Isolierstoffmantel 21 bildet am oberen Ende der Anordnung ein beispielsweise zylindrisches
Teil 22. Auf dieses Teil 22 wird eine Metallkappe 23 aufgeschoben, deren Boden mit
dem Anschlußleiter 18a verlötet wird. Auf die Kappe 23 wird mit Passung ein glockenartiger
Körper 24 aufgeschoben, der aus einem metallischen Schirm 25 mit einer isolierenden
Auflage 26 besteht. Der metallische Schirm 25 hat die Aufgabe.
durch
sein kapazitives Zusammenwirken mit der Säule die Streukapazitäten der Säule zu
kompensieren. Wie aus der Figur ersichtlich ist, greift der Schirm 25 auf etwa die
Hälfte der Säulenlänge über; ferner ist er in Richtung auf den niederspannungsseitigen
Anschlußpunkt 20 der Säule aufgeweitet. Der Rand des Schirmes 25 ist mit Schlitzen
25 b versehen, so daß es möglich ist, durch Verbiegen der Randteile die Kapazität
des Schirmes gegenüber der Säule zu ändern. Der hochspannungsseitige Anschlußpunkt
der Säule wird durch den Leiter 27 gebildet, der mit einem aus dem zentralen Teil
des Schirmes 25 herausgestanzten Lappen 25 a verlötet ist. Der Isoliermantel des
Anschlußleiters 27 liegt in passenden Aussparungen der Isolierstoffauflage 26 und
einer ebenfalls aus Isolierstoff bestehenden Abschlußkappe 28. Die Teile 26, 27
und 28 sind fest miteinander verbunden, beispielsweise durch eine Verklebung, so
daß die Verlötung bei 25a zugentlastet ist.
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Raumbedarf und Streukapazität der Anordnung können dadurch weiter
verringert werden, daß die Teilsäulen nicht nur in einer gemeinsamen Ebene, wie
in den Fig. 6 und 7, sondern in mehreren parallelen Ebenen nebeneinander angeordnet
werden. Eine derartige Ausführungsform zeigen die Fig. 8 bis 10. Fig. 9 zeigt den
Isolierkörper 12' mit den Kanälen 14' in einem Schnitt längs der Linie IX-IX der
Fig. 10. Die Fig. 8 und 10 zeigen die rechte bzw. linke Seitenansicht der Anordnung
nach Fig. 9. Wie aus den Figuren hervorgeht, liegen in dem Isolierkörper 12' senkrecht
zur Ebene der Fig. 9 jeweils zwei Kanäle 14' hintereinander. Nachdem die Kanäle
mit Gleichrichtertabletten 15' und Druckfedern 16' gefüllt sind, werden sie durch
elektrische Kontaktorgane verschlossen, die in Fig. 10 (linke Seite) mit 17a, in
Fig. 8 (rechte Seite) mit 17 b bezeichnet sind. Während also die Kontaktstücke 17a
auf der linken Seite jeweils zwei horizontal nebeneinanderliegende Kanäle miteinander
verbinden, stellen die Kontaktorgane 17b auf der rechten Seite jeweils die Verbindung
zwischen zwei übereinanderliegenden Kanälen her. Es ergibt sich auf diese Weise
wieder eine Reihenschaltung der einzelnen Teilsäulen. Die Kontaktorgane 17 a bzw.
17 b werden vorzugsweise bereits vor dem Zusammenbau der Anordnung mit einer gemeinsamen,
isolierenden Grundplatte 35a bzw. 35b verbunden; man kann sie beispielsweise auch
durch Aufspritzen oder Aufdrucken eines Metallbelages auf eine isolierende Grundplatte
herstellen. Am unteren Ende der Säule ist ein Ausgangsanschluß 20' vorgesehen. Das
obere (hochspannungsseitige) Ende der Säule ist wieder mit einem übergreifenden,
kappenartigen Schirm 25' versehen, der seinerseits mit einer isolierenden Haube
26', z. B. aus Weichgummi, bedeckt ist. Das letzte hochspannungsseitige Kontaktorgan
17 b ist in nicht dargestellter Weise mit einem Ausgangsanschluß 27' verbunden.
Die Anordnung weist ferner einen plattenförmigen Fuß 29 mit Bohrungen 30 und 31
auf, durch welche zur Befestigung der Anordnung an einem Gerät Verbindungsglieder,
wie Schrauben, Lappen oder Niete, hindurchgeführt werden können.
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Bei allen Ausführungsformen der vorliegenden Anordnung kann es zur
Vermeidung von Sprühentladungen vorteilhaft sein, den Rand des Schirmes, beispielsweise
durch Umbördeln, abzurunden.