DE310356C

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Publication number: DE310356C
Application number: DENDAT310356D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Umformung einer Wechselspannung in eine Gleichspannung von hoher Voltzahl. Zur Verwendung kommen Kondensatoren, von denen jeder mit einem Stromunterbrecher in Reihe geschaltet ist, der den Stromdurchgang in der einen Richtung verhindert und ihn nur in der anderen Richtung gestattet. Von den so gebildeten Gruppen wird ι die erste an die Wechselspannung gelegt, die zweite an der Verbindungsleitung zwischen Kondensator und Unterbrecher der ersten Gruppe einerseits und an denjenigen Pol der Wechselspannung andererseits angeschlossen, der mit dem Unterbrecher der ersten Gruppe unmittelbar verbunden ist. Die dritte Gruppe wird in der gleichen Weise an die vorangehende einerseits und mit ihrem zweiten Ende an den anderen Pol der Wechselspannung andererseits angeschlossen und so fort die vierte Gruppe und fünfte Gruppe stets von der vorhergehenden abgezweigt und abwechselnd an die Pole der Wechselspannung angeschlossen.

In der Figur ist ein Beispiel der Schaltung angegeben, wobei als Unterbrecher Vakuumventilröhren 10, 11, 12, 13, 14 usw. dienen, 20, 21, 22, 23, 24 sind die entsprechenden Kondensatoren, von denen jeder mit der zugehörigen Ventilröhre für alle Gruppen gleichartig in Reihe geschaltet ist. Die erste dieser so gebildeten Gruppen 10, 20 ist an die Wechselspannung ι, 2 angeschlossen, die durch eine Transformatorwicklung 3 erzeugt werden möge. Die zweite Gruppe 11, 21 ist mit der Ventilseite an der Verbindungslinie 30 zwischen Kondensator 20 und Ventilröhre 10 der ersten Gruppe abgezweigt. Der zugehörige Kondensator 21 ist an die Leitung 2 der Wechselspannung 2 angeschlossen. Ebenso ^ ist die dritte Gruppe 12, 22 mit der Ventilseite an der Zwischenleitung 31 der vorangehenden Gruppe abgezweigt und mit der Kondensatorleitung an die andere Leitung 1 der Wechselspannung angeschlossen, desgleichen ist die folgende Gruppe 13, 23 wieder an die Verbindungsleitung 32 und abwechselnd an die Leitung 2 der Wechselspannung usw. angeschlossen. Zur. Erläuterung der Figur sei gleich bemerkt, daß mit 5 die Anode, mit 6 die Kathode der Vakuumapparate bezeichnet ist, und zwar dient als Kathode beispielsweise eine Glühkathode, der der Heiistrom durch die Stromzuführungen 7 und 8 zugeführt wird. Diese letzten Bezeichnungen finden sich nur an der ersten Ventilröhre, gelten aber entsprechend auch für die folgenden. Ventilröhren dieser Art gestatten Stromdurchgang bekanntlich nur in' der Richtung von der Anode zur Kathode.

Die Wirkung der Schaltung ist die folgende: Bezeichnet man mit ν den Scheitelwert der Wechselspannung der Wicklung 3 in Volt, so wird bei der Stromrichtung, die die Elektrode 5 der ersten Ventilröhre positiv lädt, der Strom ungehindert durch die Ventilröhre hindurchgehen und, solange die Spannung wächst, den Kondensator 20 bis zur Spannung von ν Volt laden, d. i. während der ersten Viertelperiode

der Wechselspannung. In der folgenden Dreiviertelperiode der Wechselpannung, bei sinkender Spannung bzw. umgekehrter Richtung derselben, verhindert das Ventilrohr io durch seine jetzt einsetzende Ventilwirkung die Entladung des Kondensators 20. Dieser behält vielmehr die Spannung von υ Volt, dfe sich nun während der zweiten Hälfte der Periode zu der jetzt in ihrer Richtung umgekehrten Wechselspannung der Wicklung 3 addiert, so daß in der dritten Viertelperiode der folgende Kondensator 21 mit der Summe beider Spannungen, d.h. mit ν + ν = 2 ν Volt aufgeladen wird. Ebenso wird der folgende Kondensator 22 mit wiederum um ν Volt erhöhter Spannung aufgeladen, also mit 2 υ + ν = 3 ν Volt, und so fort für jeden folgenden Kondensator. Der Kondensator der jeweils nächsten Gruppe wird mit der so erhöhten Ladespannung des vorangehenden Kondensators aufgeladen, und nachdem dies geschehen ist und die Wechselspannung wieder ihren Wert umkehrt, wird diese Wechselspannung wieder zu der Kondensatorspannung addiert zur Aufladung des folgenden Kondensators. Jeder folgende Kondensator wird also an die vorangehende Gruppe über eine Ventilröhre angeschlossen und stets mit einer um den Scheitelwert der Wechselspannung höheren Spannung geladen als der vorangehende Kondensator. Dabei hindert die Ventilröhre die Entladung des Kondensators in die Kreise der niedrigeren Spannungen während der Periode, in der seine Spannung sich zu der Wechselspannung addiert.

Durch Anordnung einer genügend großen Anzahl von Gruppen ergeben sich Gleichspannungen, die ein Vielfaches vom Scheitelwert der Wechselspannung sind. Ist die Wicklung 3 beispielsweise für eine Effektivspannung von 15 000 Volt gewickelt, so beträgt unter Voraussetzung eines sinusförmigen Verlaufes ihr Scheitelwert ]/ 2 · 15 000 = 21 200 Volt. Der fünfte Kondensator, in der Figur mit 24 bezeichnet, wird demnach mit einer Spannung von 5x21200 = 106000 Volt geladen. Dies ist die zur Verfügung stehende Gleichspannung, in welche die Wechselspannung umgeformt ist.

Denkt man sich die Wicklung 3 abgeschaltet,

während die Kondensatoren noch geladen sind, so werden sie das Bestreben haben, sich durch die Ventilröhren zu entladen. Wie aus der Schaltung hervorgeht, liegen für den hierbei auftretenden Entladestrom ebensoviel Ventilröhren in Reihe als Kondensatoren vorhanden sind. Infolgedessen entfällt auf jede Ventilröhre nur der ihr zukommende Bruchteil der Spannung. Die gesamte Gleichspannung wird also durch die Reihe der Ventilröhren mit Sicherheit abgesperrt. Zu beachten ist jedoch, daß das Potential der einzelnen Ventilröhren gegeneinander und gegen Erde ein sehr verschiedenes ist. Wird beispielsweise die Leitung 2 geerdet, so wird das Potential gegen Erde um so höher, je höher die betreffende Ventilröhre in der Reihe hinauf angeordnet ist. Die Röhre 14 hat demnach das höchste Potential gegen Erde, was für ihre Isolation bei der Aufstellung zu beachten ist.

Die in der Figur aufgezeichnete Schaltungsanordnung kann für jede Phase eines Mehr- phasennetzes wiederholt werden, und es können diese Phasen auch an einem Punkte, beispielsweise an der einen Leitung 2, zu einer Nullleitung zusammengeschlossen oder zu einem Sternpunkt vereinigt werden. Die Anzahl der Phasen ist hierbei gleichgültig. Die nächstliegende Anordnung sind zwei Phasen mit Spannungen, die um i8o° verschoben sind und drei Phasen mit Spannungen, die um 120° verschoben sind, Anordnungen, die kurz als Zweiphasen-oder Dreiphasennetze bezeichnet werden. Aber jede andere Anzahl von Phasen ist ebenso möglich.

Es mag noch darauf hingewiesen werden, daß in der Schaltung die Ventilröhren ohne weiteres sämtlich mit vertauschter Polarität in umgekehrtem Sinne eingeschaltet werden können, so daß die Anode mit der Kondensatorleitung verbunden wird. An der Wirkung der Schaltung ändert diese Abänderung nichts, nur vertauschen sich die Pole der Gleichspannung. Es kommt lediglich darauf an, daß sämtliche Ventilröhren im gleichen Sinne geschaltet sind.

Für die Bemessung der Kondensatoren ist folgendes zu beachten: Wird einem Kondensator, z. B. dem letzten, Strom entnommen, so wird dieser Strom augenblicklich wiederum durch die Wicklung 3 ersetzt. Da dies mit Hilfe der vorhergehenden Kondensatoren geschieht, so muß die Kapazität der einzelnen Kondensatoren verschieden groß sein, derart, daß jeder in der Reihe vorangehende Kondensator größer ist wie der folgende. Je höher die Spannung, desto kleiner also der Kondensator; der der Wicklung 3 zunächst angeschlossene Kondensator, der dieselbe Spannung hat wie die Wicklung, wird demnach die größte Kapazität haben müssen.

In der Figur ist angenommen, daß als Ventilröhren Hochvakuumröhren verwendet werden, deren Kathode 6 durch äußere bei 7 und 8 angeschlossene Stromkreise geheizt werden. Es können auch irgendwelche anderen Vakuümapparate mit Ventilwirkung oder Ventilapparate anderen Systems Verwendung finden. Auch mechanische Unterbrecher, die synchron angetrieben werden, sind verwendbar. Der Aufbau derartiger Unterbrecher ist allgemein bekannt, beispielsweise aus den Patentschriften 225399, 237234 und 237235 und braucht deshalb nicht weiter erörtert werden. Das in

den angegebenen Patentschriften beschriebene Verfahren der Kabelprüfung ist mit Hilfe der ' neuen Kondensatorschaltung besonders einfach auszuführen, da die Wicklung 3 lediglich für niedere Spannung ausgeführt werden braucht und geerdet werden kann, während die hohen Spannungen lediglich an dem Kondensator auftreten.

Die Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann im übrigen vorteilhaft verwendet werden für alle Zwecke, bei denen man. eine Gleichstromhochspannurig mit verhältnismäßig geringem Stromverbrauch benötigt, also z. B. für Meßzwecke oder für Rauchniederschlagsanlagen.

Claims

Patent-An Sprüche:

i. Verfahren zur Erzeugung hoher Gleichspannung aus einer Wechselspannung, daao durch gekennzeichnet, daß. eine aus einem Kondensator in Reihe mit einem Stromunterbrecher (z. B. einer Ventilröhre) bestehende Gruppe an die Wechselspannung angeschlossen und die nach Aufladung des Kondensators am Unterbrecher entstehende erhöhte Spannung zur Ladung eines weiteren Kondensators über einen weiteren Stromunterbrecher benutzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks mehrfacher, stufenweiser Steigerung der Spannung das Verfahren nach Anspruch 1 unter Anwendung mehrerer Gruppen von Kondensatoren und Unterbrechern wiederholt angewendet wird.
3. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, wobei je ein Kondensator und ein Unterbrecher in Serie geschaltet sind und die erste dieser Gruppen an der Wechselspannung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gruppe und die folgenden stets an der Verbindungsleitung des Kondensators mit dem Stromunterbrecher abgezweigt und andererseits abwechselnd mit den beiden Leitungen der Wechselspannung verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.