DE1259452B - Anordnung zur Speisung eines Gleichstromverbrauchers - Google Patents

Description

• Anordnung zur Speisung eines Gleichstromverbrauchers Hohe Gleichspannungen, die beispielsweise in Beschleunigungsmaschinen für kernphysikalische Zwecke benötigt werden, können bekanntlich mittels Kaskadenschaltung von Gleichrichtern und Kondensatoren erzeugt werden. Eine bekannte Anordnung enthält eine Kaskadenschaltung von Einweggleichrichtern, die über Kondensatoren miteinander verbunden sind. Die Kondensatoren bilden zwei Reihenschaltungen, eine aus sogenannten Schubkondensatoren und die zweite aus Glättungskondensatoren. Die Schubkondensatoren geben die erforderliche Ladung an die Glättungskondensatoren ab, während die letzteren die Ladung an den Verbraucher abgeben und auch noch Ladung an die in der Reihenschaltung folgenden Kondensatoren weitergeben. Diese Anordnung hat wegen der Umladungsvorgänge zwischen den Schub- und Glättungskondensatoren den Nachteil eines hohen Spannungsabfalls mit steigender Belastung. Eine Kompensierung des Spannungsabfalls erfordert verhältnismäßig große Kondensatoren. Eine Weiterentwicklung dieser Anordnung enthält wenig. stens zwei Doppelweggleichrichter in Kaskade. Die Doppelweggleichrichter und eine Reihenschaltung von Glättungskondensatoren, von denen jeweils einer an die Diagonale eines der Doppelweggleichrichter angeschlossen ist, sind mit dem geerdeten Mittelpunkt einer Transformatorsekundärwicklung verbunden. Die Wechselstromklemmen dieser Anordnungen sind über Schubkondensatoren miteinander und zuletzt mit den Wechselstromspeiseklemmen verbunden. Die Schub- und Glättungskondensatoren sowie die Gleichrichter sind in symmetrischer Schaltung angeordnet. Diese symmetrische Anordnung bewirkt eine Verminderung des Spannungsabfalls. Die Anordnung benötigt jedoch annähernd die doppelte Anzahl von Ventilen und auch eine größere Anzahl von Kondensatoren. Alle Kondensatoren werden angenähert im gleichen Moment, und zwar zu Beginn jeder Periode, aufgeladen. Der aufladende Kondensator muß somit eine um die Welligkeit höhere Gleichspannung als der aufzuladende Kondensator haben, damit dessen Ladungsdefizit ausgeglichen werden kann. Es entsteht somit an jedem Kondensator ein Spannungsverlust, der um so größer ist, je höher die Stufenzahl des Kondensators in der Kaskade ist. Der gesamte Spannungsverlust nimmt mit der dritten Potenz der Stufenzahl zu. Da ferner jede Kaskadenstufe mindestens einen Kondensator enthält, sinkt bei hoher Strombelastung die Spannung auf den Wert Null.
• Dieser Spannungsverlust kann nach einem früheren Vorschlag mit einer Anordnung vermindert werden, die eine Kaskadenschaltung von Einphasenbrückenschaltungen enthält. Von den Brückenschaltungen ist eine mit einer Wechselspannungsquelle verbunden und die Wechselstromzuleitungen der weiteren Brückenschaltungen sind jeweils über mindestens einen Kondensator mit den Wechselstromanschlüssen der benachbarten Brückenschaltung verbunden. Die an die Wechselstromquelle angeschlossene Brücke enthält keine Kondensatoren, infolgedessen ist der Spannungsverlust dieser Gleichrichteranordnung geringer als bei den bekannten Schaltungen. Bei gewissen Verbrauchern, beispielsweise Kabelprüfanlagen, kann eine einseitige Erdung des Verbrauchers zweckmäßig sein. Zur Speisung einer Einphasenbrückenkaskade ist auch in diesem Falle eine zweipolig isolierte Transformatorsekundärwicklung erforderlich. Da die Sekundärspannung unter Umständen bis zu mehreren hundert kV betragen kann, erfordert eine derartige Isolierung einen beträchtlichen Aufwand. Mit der Erfindung können diese Nachteile weitgehend vermieden werden.
• Demgemäß betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Speisung eines Gleichstromverbrauchers, der über eine gleichstromseitige Kaskadenschaltung von Gleichrichteranordnungen an eine Transformatorsekundärwicklung in Mittelpunktsschaltung angeschlossen ist. Erfindungsgemäß ist an die freien Wicklungsenden je eine Reihenschaltung von Gleichrichterventilen angeschlossen, bei denen eine Elektrode eines der Ventile jeweils über einen Kondensator mit der gleichen Elektrode eines in der Reihenschaltung folgenden Ventils der anderen Reihenschaltung verbunden ist. Die Anordnung hat den Vorteil einer geringen Welligkeit des Verbraucherstromes, und sie benötigt eine geringe Anzahl von Ventilen.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfmdung ist in der Zeichnung veranschaulicht: Die Figur zeigt einen Verbraucher 2, der beispielsweise eine Beschleunigungsmaschine für Elektronen oder Ionen sein kann, mit einer Spannung von beispielsweise 1000 kV bei einem Strom "von 30 Milliampere. Ein Pol des Verbrauchers 2 ist an den Mittelpunkt einer Transformatorsekundärwicklung mit den Teilwicklungen 8 und 11 und der andere Pol ist an die Ventile 5 a der Endstufe einer größeren Anzahl, beispielsweise fünf, Kaskadenstufen mit ungesteuerten Gleichrichterventilen 5 in Doppelwegschaltung angeschlossen. Die Ventile 5 können beispielsweise Halbleitergleichrichter für 580 kV Sperrspannung oder auch Glühkathodengleichrichter sein. Die erste Stufe ist an die Teilwicklungen 8 und 11 mit einer Spannung von beispielsweise je 100 kV direkt angeschlossen, die zweckmäßig die Sekundärwicklungen zweier Transformatoren 7 und 1® sein können, während die übrigen Stufen an je einen Kondensator 6 mit einer Spannung von beispielsweise 290 kV und einer Kapazität von beispielsweise 30 nF' angeschlossen sind. Der direkte Anschluß der Grundstufe an die Transformatorwicklungen 8 und 11 bringt den Vorteil, daß bei höherer Strombelastung die Verbraucherspannung nicht unter den Spannungsabfall einer Doppelweggleichrichterschaltung sinkt. Somit wird auch der Spannungsverlust der Kaskade mit zunehmender Belastung entsprechend vermindert. Von den in Reihe geschalteten Kondensatoren 6 dient jeweils einer als Spannungsquelle für die entsprechende Kaskadenstufe. Die Verbindungsleitung der Sekundärwicklungen 8 und 11 und damit der Minuspol des Verbrauchers 2 kann vorteilhaft geerdet sein. Diese Wicklungen brauchen somit nur einseitig isoliert zu sein. Die Primärwicklungen 9 und 12 mit einer Spannung von beispielsweise je 380 V und 50Hz sind parallel geschaltet und über einen Schalter 13 an ein Wechselstromnetz mit den Phasen R und S angeschlossen. Für einen Verbraucher mit einem oberwellenarmen .Strom kann vorteilhaft als Glättungseinrichtung zusätzlich eine Reihenschaltung von beispielsweise fünf Kondensatoren mit einer Spannung von je 250 kV und einer Kapazität von je 50 uF vorgesehen sein. Ferner können an Stelle der Reihenschaltung der Kondensatoren 14 auch Glättungsdrosseln in Reihe mit dem Verbraucher vorgesehen sein.
• Im Ausführungsbeispiel wurde eine Gleichrichteranordnung mit ungesteuerten Ventilen gewählt. Die Anordnung kann jedoch beispielsweise zur Steuerung der Verbraucherspannung auch mit gesteuerten Ventilen versehen sein.

Claims (1)

1. Patentanspruch: Anordnung zur Speisung eines Gleichstromverbrauchers, der über eine gleichstromseitige Kaskadenschaltung von Gleichrichteranordnungen an eine Transformatorsekundärwicklung in Mittelpunktsschaltung angeschlossen ist, d a d u r c h gekennzeichnet, daß an die freien Wicklungsenden der Teilwicklungen (8, 11) je eine Reihenschaltung von Gleichrichterventilen (5, 5 a) angeschlossen ist, deren eine Elektrode jeweils über einen Kondensator (6) mit der gleichen Elektrode eines in der Reihenschaltung folgenden Ventils (5, 5a) der anderen Reihenschaltung verbunden ist.