DE366094C

DE366094C - Combination of a mercury vapor rectifier fed with single- and multi-phase current with mechanical circuit breakers built into the arc circuits

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Publication number: DE366094C
Application number: DEA32952D
Authority: DE
Original assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Publication date: 1922-12-28

Description

Es ist ein Verfahren zur Herabminderung der Rückschlagsgefahr bei Metalldampfgleichrichtern bekannt geworden, bei welchem für den Abschnitt einer Wechselstromperiode, wo an den jeweils inaktiven Dampf strecken der nahezu doppelte Betrag der Verbrauchsspannung herrscht, eine dieser gefährlichen Spannung entgegengesetzt gerichtete Spannung erzeugt wird. Dieses Verfahren erfordert aber zwei besondere Einrichtungen, nämlich einen besonderen Transformator oder eine äquivalente Einrichtung zur Erzeugung und Entnahme der Gegenspanhung und eine Umschalteinrichtung, welche synchron angetrieben zu den richtigen Zeiten die Gegen'spannung in den Stromkreis der gerade inaktiven Anode schaltet. Eine wesentliche Vereinfachung der Anordnung läßt sich dadurch erzielen, daß man an Stelle des besonderen Transformators in Verbindung mit der Umschalteinrichtung synchron angetriebene, in die Lichtbogenstromkreise eingebaute Unterbrecher verwendet, welche in zyklischer Weise ihre Stromkreise jeweils nach dem Erlöschen des betreffenden Anodenstromes unterbrechen. Aber hier treten Schwierigkeiten prinzipieller Art auf, die ein rationelles Arbeiten dieser Kombination in Frage stellen. Es ist nämlich zu beachten, daß die wirklich auftretenden Spannungs- und Stromkurven am Gleichrichter einen von der Sinuskurve wesentlich abweichenden Verlauf haben. Die zwischen Anode und Nullpunkt des Transformators bei Belastung herrschende Spannung setzt sich aus der Phasenspannung des Transformators und den Selbstinduktionsspannungen des Anodenstromkreises zusammen, und so lange die Anode Strom führt, behält diese resultierende Spannung positiven Sinn und nahezu gleiche Größe. Die resultierende Spannungskurve zeigt also in Wirklichkeit einen flachen Verlauf in dem Bereich, in welchem die betreffende Anode Strom führt, und erst nach Erlöschen des Stromes tritt ein sehr rascher Abfall der resultierenden Spannung ein. Da aber die Kathode, wenn man von dem relativ geringen Spannungsabfall im Gleichrichter absieht, stets das gleiche hohe positive Potential behält, so bedeutet der Spannungssturz an der Anode nach Erlöschen des Stromes bereits eine Umkehr der Spannungsrichtung am Gleichrichter, auch wenn die Richtung der Spannung zwischen Anode und Transformatornullpunkt noch nicht gewechselt hat. Nennen wir diese Spannung die Anodenspannung, so kann man sagen, daß die Anodenspannung nach Erlöschen des Stromes .sehr rasch auf Null fällt, so daß sich die Gleichrichterspannung nach Erlöschen des Stromes (für die betrachtete Phase) fast momentan auf den negativen Wert fast der vollen Gleichstromspannung einstellt. Nur wenn es gelingt, die mechanische Unterbrechung exakt im Augenblick des Stromverschwindens zu bewirken, ist die gegengerichtete Spannung am Gleichrichter klein. Schon geringe Abweichungen von diesem Zeitmoment haben große Bedeutung. Verfrühung der Zeit be-It is a method of reducing the risk of kickback in metal vapor rectifiers become known in which for the section of an alternating current period, where the stretch of the inactive steam there is almost double the amount of the consumption voltage, one of these dangerous voltages oppositely directed voltage is generated. However, this procedure requires two special devices, namely a special transformer or an equivalent Device for generating and extracting the counter-voltage and a switching device, which synchronously driven at the right times the counter-voltage in the circuit of the currently inactive Anode switches. A significant simplification of the arrangement can be achieved by that one in place of the special transformer in connection with the switching device synchronously driven interrupters built into the arc circuits are used, which are cyclically interrupt their circuits after the relevant anode current has gone out. But here there are difficulties of a principled nature that make efficient work of this Question combination. It should be noted that the actually occurring Voltage and current curves on the rectifier have a course that deviates significantly from the sine curve. The between The anode and zero point of the transformer when the voltage is present is set from the phase voltage of the transformer and the self-induction voltages of the Anode circuit together, and as long as the anode carries current, this resulting remains Tension positive sense and almost the same size. The resulting stress curve shows in reality a flat course in the area in which the relevant Anode carries current, and only after the current has gone out does a very rapid drop in the resulting voltage occur. There but the cathode, if you disregard the relatively low voltage drop in the rectifier, always retains the same high positive potential, the voltage drop at the After the current has gone out, the anode already reverses the voltage direction at the rectifier, even if the direction of the The voltage between the anode and the transformer zero point has not yet changed. Let's call this voltage the anode voltage, so one can say that the anode voltage after the current has been extinguished is very falls rapidly to zero, so that the rectifier voltage after the current is extinguished (for the considered phase) almost instantaneously to the negative value of almost the full DC voltage adjusts. Only if it is possible to bring about the mechanical interruption exactly at the moment when the current disappears, the opposite voltage at the rectifier is small. Even minor deviations from this moment of time are of great importance. Premature

deutet Stromunterbrechung, also Feuern am Kommutator. Verspätung der Zeit bedeutei Erhöhung der Gegenspannung am Gleichrichter, und zwar sehr bald auf einen der vollen Gleichstromspannung entsprechenden Wert. Die eindeutige Einstellung der Unterbrechungszeit auf den Zeitmoment für i = ο ist aber aus dem Grunde nicht möglich, weil dieser Zeitmoment sich verschiebt und sowohlindicates power interruption, i.e. firing on the commutator. Delaying the time means increasing the counter voltage at the rectifier, and very soon to a value corresponding to the full DC voltage. The unambiguous setting of the interruption time to the time moment for i = ο is not possible for the reason that this time moment is shifted and both

ίο von der Größe als auch von der Art der Belastung abhängig ist.ίο on the size as well as on the type of load is dependent.

Durch die Abb. ra, ib und ic werden die geschilderten Verhältnisse veranschaulicht. Diese Abbildungen zeigen den Spannungs- und Stromverlauf in einem Anodenstromkreis während einer Halbperiode.The above are illustrated in Figs. Ra, ib and ic Relationships illustrated. These figures show the voltage and current characteristics in an anode circuit during a half period.

E bedeutet die Anodenspannung, E means the anode voltage,

i den Anodenstrom. i the anode current.

Man erkennt, daß die Spannung £ nahezu konstant bleibt, solange der Strom i fließt. Erst nach dem Erlöschen des Stromes fällt die Anodenspannung rasch ab. Da aber das Kathodenpotential (abgesehen von dem geringen Spannungsabfall im Gleichrichter) annähernd dem Anodenpotential bei voller Spannung £ entspricht, so tritt am Gleichrichter nach Erlöschen des Stromes eine negativ gerichtete Spannung £_Ä — die Rückzündungsspannung — auf, die bereits der vollen Gleich-Stromspannung entspricht, wenn die Spannung B auf den Wert 0 gesunken ist. Die Abb. ia, ib und ic unterscheiden sich nur in der Größe des Belastungsstromes i. Man erkennt, daß mit steigender Belastung derIt can be seen that the voltage £ remains almost constant as long as the current i flows. Only after the current has gone out does the anode voltage drop rapidly. However, since the cathode potential (apart from the small voltage drop in the rectifier) corresponds approximately to the anode potential at full voltage £, a negatively directed voltage £ _Ä - the reignition voltage - occurs at the rectifier after the current has gone out, which already corresponds to the full DC voltage when the voltage B has dropped to the value 0. Figs. Ia, ib and ic differ only in the size of the load current i. It can be seen that with increasing load the

Moment des Erlöschens des Stromes ein anderer wird, und daß die Zeit t%, währendMoment of extinction of the current becomes another, and that the time t% while

welcher die Rückzündungsspannung herrscht, sich für die betrachtete Halbperiode verkürzt.which the re-ignition voltage prevails, is shortened for the half-period considered.

Scheint so eine praktische Lösung für die Brauchbarkeit der Kombination — Gleichrichter und· mechanischer Unterbrecher — fast unmöglich, so ergibt sich erfindungsgemäß ein Ausweg durch folgende Überlegung. Für das Auftreten von Rückzündungen bei Gleichrichtern kommt nicht nur die Größe der Gegenspannung, sondern auch die Zeitdauer in Betracht, während welcher sie auf den Gleichrichter einwirkt. Dem_ praktischen Verhalten des Gleichrichters ist zu entnehmen, daß eine ganz kurzzeitige Gegenspannung zur Einleitung der Rückzündung nicht ausreicht. Die Wirkung der Gegenspannung ist nämlich eine akkumulierende, und dementsprechend können Rückzündungen trotz hoher Gegenspannungen vermieden werden, wenn dafür gesorgt wird, daß ihre Zeitdauer nur einen kleinen Bruchteil einer Periode beträgt. Seems such a practical solution for the usefulness of the combination - rectifier and · mechanical breaker - almost impossible, according to the invention a way out through the following consideration. For the occurrence of reignition in rectifiers, it is not only that The size of the counter-voltage, but also the length of time during which it is taken into account acts on the rectifier. The practical behavior of the rectifier shows that that a very brief counter-voltage is not sufficient to initiate the flashback. The effect of the counter tension is namely an accumulating one, and accordingly re-ignition can be avoided despite high counter-voltages, if it is ensured that their duration is only a small fraction of a period.

Es ist nun Gegenstand vorliegender Erfindung, die Kombination eines mit Ein- oder Mehrphasenstrom gespeisten Quecksilberdampfgleichrichters mit in die Lichtbogenstromkreise eingebauten Stromunterbrechern, bei welcher jeder Unterbrecher den zugehörigen Anodenstromkreis genau oder annähernd in dem Zeitmoment unterbricht, in welchem die Spannung der die Anode dieses Stromkreises speisenden Phase den Nullwert durchschreitet. Eine derartige Bestimmung ■ des Zeitpunktes für die mechanische Unterbrechung des Stromkreises ist von außerordentlichem technischen Vorteil. Wie nämlich auch immer die Belastung des Gleichrichters erfolgt, sei es, daß es sich um kleine oder große Ströme, sei es, daß es sich um induktionsfreie oder induktive Belastung handelt, stets wird in diesem Falle, wie aus Abb. ia, ib und ic ersichtlich, der Nullwert des Stromes zeitlich vor dem Zeitpunlct der mechanischen Stromunterbrechung erreicht, so daß ein Feuern am Unterbrecher unter allen Umständen vermieden ist. Andererseits erfolgt der Spannungssturz an der Anode des zu unterbrechenden Stromkreises nur sehr kurze Zeit vor der mechanischen Unterbrechung, so daß die Gegenspannung am Gleichrichter, zwar vom Nullwert steigend, unter Umständen bis zum vollen Wert der Gleichstromspannung anwachsen kann, aber nicht Zeit genug findet, akkumulierend zu wirken und die Rückzündung zu verursachen.It is now the subject of the present invention, the combination of one with one or multiphase current fed mercury vapor rectifier into the arc circuits built-in circuit breakers, in which each breaker exactly or approximately the associated anode circuit interrupts at the moment in which the voltage of the phase feeding the anode of this circuit has zero value walks through. Such a determination of the time for the mechanical interruption of the circuit is of extraordinary technical advantage. Whatever the load on the rectifier takes place, be it that it is a question of small or large currents, be it that it is induction-free or inductive load, in this case, as shown in Fig. ia, ib and ic can be seen, the zero value of the current before the time of the mechanical Power interruption achieved, so that a fire at the breaker under all circumstances is avoided. On the other hand, the voltage drop occurs at the anode of the one to be interrupted Circuit only a very short time before the mechanical interruption, so that the counter voltage at the rectifier, although increasing from the zero value, possibly increasing to the full value of the direct current voltage can, but does not find time enough to accumulate and cause the flashback.

Zur genauen und leichteren Einstellung des Unterbrechungsmomentes ist es vorteilhaft, den Unterbrecher nach Art von rotierenden Kommutatoren auszubilden, denen der Strom durch Bürsten zugeführt und entnommen wird, wobei der Antrieb des Unterbrechers durch einen Synchronmotor passender Drehzahl erfolgt. Der Zeitmoment kann in einfacher Weise durch die Bürstenlage eingestellt und gegebenenfalls geregelt werden.For precise and easier setting of the interruption torque, it is advantageous to to design the interrupter in the manner of rotating commutators to which the current is fed and removed by brushing, the drive of the breaker by means of a synchronous motor of the appropriate speed. The moment of time can be more simple Way can be adjusted and regulated if necessary by the brush position.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist durch Abb. 2 dargestellt. Hier bedeutet T einen Dreiphasentransformator, dessen Primärwicklung P an das NetziV angeschlossen ist, während seine in Stern geschaltete zwölf phasige Sekundärwicklung Q mit den Bürsten 1 ... 12 des rotierenden Unterbrechers U verbunden sind. Der Unterbrecher U besitzt 12 Lamellen I₁, I₂ ... I₁₂, welche je ²/₃ des Umfanges des Unterbrechers bedecken, gegeneinander aber um je ^₁₂ des Umfanges versetzt sind. Zum Antrieb des Unterbrechers dient der Synchronmotor M₃ welcher über den Transformator t und den Schalter j vom Netz N gespeist wird. Seinen Schleifringen 5" wird der Gleichstromerregerstrom über den Regulierwiderstand R von dem Gleichstromnetz Ng geliefert. Außer den Bürsten 1 ... 12 ist ein zweiter Bürstensatz 1', 2', 3' ... 12' vorgesehen, welcher gegen ienen um 60 ° räumlich verstellt und mit denAn exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown in FIG. Here T means a three-phase transformer, the primary winding P of which is connected to the NetziV, while its star-connected twelve-phase secondary winding Q is connected to the brushes 1 ... 12 of the rotating breaker U. The interrupter U has 12 fins I _1, I ₂ ... I _12, each covering ^_2/3 of the circumference of the breaker, but up to today for each ^ ₁₂ of the circumference are offset. The synchronous motor M _3, which is fed from the network N via the transformer t and the switch j, is used to drive the interrupter. Its slip rings 5 "is supplied to the DC excitation current through the regulating resistance R of the DC power Ng. In addition to the brushes 1 ... 12 is a second brush set 1 ', 2', 3 '... 12' are provided, which faces ienen to 60 ° spatially displaced and with the

Anoden A₁ ... A_s ... A_1Z des Gleichrichters G verbunden ist. Die Bürsten i', 2' ... sind der Deutlichkeit halber in der Zeichnung um i8o° gegen die Bürsten 1, 2 ... versetzt dargestellt. Die Kathode K steht in Verbindung mit dem + - Leiter des Gleichstromnetzes Ng, Anodes A ₁ ... A _s ... A _{1Z of} the rectifier G is connected. For the sake of clarity, the brushes i ', 2' ... are shown offset in the drawing by 180 ° relative to the brushes 1, 2 ... The cathode K is connected to the + - conductor of the direct current network Ng,

während der Leiter mit dem Sternpunkt 0 while the conductor with the star point 0

der Sekundärwicklung Q verbunden ist. Macht der Unterbrecher U während einer Periode des ίο Wechselstromes eine volle Umdrehung, dann stellt jede Lamelle während einer Halbperiode die Verbindung zwischen einer Anode und der zugehörigen Sekundärphase her, während der anderen Halbperiode dagegen ist die Anode abgeschaltet. Der Zeitpunkt der Abschaltung ist durch die Lage des zugehörigen Bürstenpaares (1, i'; 2, 2' ...) festgelegt. Durch Änderung der Lage der gegeneinander um 6o° fest eingestellten Bürstensätze läßt sich erao reichen, daß der Moment der Unterbrechung jeweils mit demjenigen Moment zusammenfällt, in welchem die Anodenspannung den Nullwert durchschreitet. Im Moment der Abschaltung herrscht dann zwischen der betreffenden Anode und der Kathode eine Gegenspannung gleich dem vollen Betrag der Gleichstromspannung. the secondary winding Q is connected. If the interrupter U makes a full revolution during one period of the alternating current, each lamella establishes the connection between an anode and the associated secondary phase during one half period, while the anode is switched off during the other half period. The time of shutdown is determined by the position of the associated pair of brushes (1, i '; 2, 2' ...). By changing the position of the brush sets, which are fixed at 60 ° relative to one another, it can be achieved that the moment of interruption coincides with the moment in which the anode voltage passes through the zero value. At the moment of disconnection, there is a counter voltage between the relevant anode and the cathode equal to the full amount of the direct current voltage.

Wollte man ein Anwachsen der Gegenspannung bis auf den vollen Wert der Gleichstromspannung vermeiden, dann könnte der Zeitmoment der mechanischen Unterbrechung auch durch Einstellung der Zeitlage des rotierenden Systems des Synchronmotors auf mechanischem oder elektrischem Wege in Abhängigkeit von der Belastung des Gleichrichters geregelt werden. Einrichtungen für diesen Zweck sind an sich bekannt; so kann durch mechanische oder elektrische Verstellung des Läufers oder Ständers des synchronen Antriebsmotors relativ zum Unterbrecher mit Hilfe von durch den Belastungsstrom gesteuerten Einrichtungen der erstrebte Zweck erreicht werden. Ein Mittel, bei welchem mechanisch bewegte Teile gänzlich vermieden werden, und welches eine im großen Belastungsbereich richtige Unterbrecherzeit gestattet, ist durch die Verwendung von Zwischentransformatoren zwischen dem den Gleichrichter speisenden Generator und dem vor dem Gleichrichter geschalteten mechanischen Unterbrecher gegeben. Die relative Verschiebung der Stromkurve gegenüber der Spannungskurve hat nämlich einen wesentlichen Grund in der Ankerrückwirkung des Generators. Es ist dabei zu beachten, daß bei direkter Speisung des Gleichrichters vom Generator aus in jedem Zeitmoment im wesentlichen jeweils nur eine Generatorphase Strom führt, während bei Zwischenschaltung von Transformatoren die momentane Strombelastung des Generators auf mehrere Phasen verteilt ist. Wird also die beschriebene Kombination über Zwischentransformatoren gespeist, dann wird die Rückwirkung wesentlich gemildert und die Verschiebung der Zeitlage des Stromkurvenpunktes für i = 0 gegenüber dem Nullpunkt der Anodenspannung verringert. In diesem Falle kann die mechanische Unterbrechung einerseits ohne Stromunterbrechung erfolgen, anderseits ohne daß die am Gleichrichter kurzzeitig auftretende Gegenspannung den vollen Wert der Gleichstromspannung erreicht. Dies ist sehr bedeutungsvoll für Anlagen, in denen hochgespannter Wechselstrom vermittels Gleichrichter in hochgespannten Gleichstrom umgewandelt werden soll.If you wanted to avoid an increase in the counter voltage to the full value of the direct current voltage, the moment of the mechanical interruption could also be regulated by setting the timing of the rotating system of the synchronous motor mechanically or electrically depending on the load on the rectifier. Facilities for this purpose are known per se; Thus, the intended purpose can be achieved by mechanical or electrical adjustment of the rotor or stator of the synchronous drive motor relative to the interrupter with the aid of devices controlled by the load current. A means in which mechanically moving parts are completely avoided and which allows a correct breaker time in a large load range is provided by the use of intermediate transformers between the generator feeding the rectifier and the mechanical breaker connected upstream of the rectifier. The relative shift of the current curve compared to the voltage curve is essentially due to the armature reaction of the generator. It should be noted that if the rectifier is fed directly from the generator, essentially only one generator phase carries current at any given moment, while the current load on the generator is distributed over several phases when transformers are connected. If the described combination is fed via intermediate transformers, the reaction is significantly reduced and the shift in the time position of the current curve point for i = 0 with respect to the zero point of the anode voltage is reduced. In this case, the mechanical interruption can take place on the one hand without current interruption, on the other hand without the counter voltage briefly occurring at the rectifier reaching the full value of the direct current voltage. This is very important for systems in which high-voltage alternating current is to be converted into high-voltage direct current by means of a rectifier.

Claims

Patent Claims:

1. Combination of a mercury vapor rectifier fed with single and multi-phase current with mechanical circuit breakers built into the arc circuits, characterized in that that each interrupter interrupts the associated arc circuit exactly or approximately at the instant in time, in which the voltage of the phase feeding the anode of this circuit passes through the zero value.

2. Combination according to claim 1, characterized in that the mechanical Breakers are designed in the manner of rotating commutators, to which the current is supplied by brushes and is removed, the drive of the breaker -by a Synchronous motor of suitable speed takes place.

3. Combination according to claim 1, characterized in that the time instant the interruption by setting the timing of the rotating system of the synchronous motor to mechanical or electrical path, possibly depending on the load on the rectifier, is adjustable.

4. Combination according to claim i, characterized characterized in that this combination is fed via transformers, for the purpose of the timing of the zero values to make the load current as independent of the load as possible.

1 sheet of drawings.