DE406663C

DE406663C - Mechanically driven high voltage rectifier for multiphase electricity

Info

Publication number: DE406663C
Application number: DEM73164D
Authority: DE
Original assignee: Metallbank und Metallurgische Gesellschaft AG
Current assignee: Metallbank und Metallurgische Gesellschaft AG
Publication date: 1924-12-05

Description

Die Erfindung betrifft einen mechanisch angetriebenen Hochspannungsgleichrichter für Mehrphasenstrom zum Betriebe von Stromverbrauchern, welche mit Hochspannung geringer Energie arbeiten, wie elektrischen Gasreinigern, Röntgenröhren u. dgl.The invention relates to a mechanically driven high voltage rectifier for Multi-phase electricity for the operation of electricity consumers, which are lower with high voltage Energy work, such as electric gas cleaners, X-ray tubes and the like.

Um nicht hochgespannte mehrphasige Wechselströme mittels Stromwendern gleichzurichten, ist es bekannt, die einzelnen Thasen synchron auf einen Zweileiterkreis derart zu schalten, daß in diesem angenähert der Effektivwert der verketteten Mehrphasenspannung als nahezu konstante Gleichspannung zur Geltung kommt.In order to rectify non-high voltage multiphase alternating currents by means of commutators, it is known that the individual Thasen synchronously on a two-wire circuit in such a way to switch that in this approximately the rms value of the concatenated polyphase voltage as an almost constant DC voltage.

Die Anwendung dieser Schaltung bei mechanischen Hochspannungsgleichrichtern für Mehrphasenstrom hat man bisher deshalb für aussichtslos angesehen, weil es äußerst gefährlich erschien, zwei Pole beispielsweise eines Drehstromtransformators bei Hochspannung auch nur vorübergehend, selbst wenn beide annähernd das gleiche Potential besitzen, miteinander zu verbinden.The application of this circuit to mechanical high-voltage rectifiers For multi-phase current, one has hitherto seen it as hopeless because it appeared extremely dangerous, for example two poles a three-phase transformer at high voltage even only temporarily, even if both are approximately the same potential own to connect with each other.

Sogar bei den verhältnismäßig niedrig gespannten Strömen hat man zur Verhinde,-rung der Funkenbildung am Stromwender periodisch einzuschaltende Widerstände für notwendig gehalten.Even with the relatively low-tension currents one has to prevent them the spark formation at the commutator, resistors to be switched on periodically are necessary held.

Demgegenüber beruht die Erfindung auf der Beobachtung, daß bei mechanischen Hochspannungsgleichrichtern für Mehrphasenstrom zur Umwandlung einer nicht allzu großen Energie zwei Faktoren den Kurzschluß zweier Phasen in den Bereich der Möglichkeit rücken. Der eine Faktor ist die bei Hochspannungsgleichrichtern bekannte Art der Stromübertragung durch Funken und der dadurch erreichte Energieausgleich, und der zweite Faktor ist der beim Kurzschluß zweier Phasen immer noch vorhandene Funken- oder Bürstenwiderstand, der die Stromstärke so weit begrenzt, daß sie nur noch nach Milliampere zählen kann. Es hat sich gezeigt, daß man das Stromwenderprinzip für mechanische Hochspannungsgleichrichter ohne weiteres anwenden kann, und daß überraschenderweise auch bei bedeutender Energiezufuhr noch ein tadelloses Arbeiten eines solchen mechanischen Gleichrichters möglich ist. Man kann sich dies so erklären, daß die an den Zuführungsstellen des hochgespannten Mehrphasenstromes entstehenden Funken eine gewisse Regelung der Spannungsschwankungen bewirken und bei richtiger Einstellung das gefürchtete Rundfeuer sowie das Auftreten von gefährlichen Ausgleichströmen verhindern.In contrast, the invention is based on the observation that when mechanical High voltage rectifiers for polyphase electricity to convert a not too large energy two factors move the short circuit of two phases into the realm of possibility. The one factor is the type of current transmission by sparks and known from high-voltage rectifiers the energy balance achieved thereby, and the second factor is that of the short circuit two phases still present spark or brush resistance, which the current strength so limited that it can only count in milliamperes. It has been shown that one can use the commutator principle for mechanical high-voltage rectifier can easily apply, and that surprisingly Such a mechanical rectifier can still work perfectly even with a significant supply of energy is. One can explain this in such a way that the at the feed points of the high tensioned The sparks produced by the multiphase current provide a certain regulation of the voltage fluctuations cause and with the correct setting the dreaded round fire as well as the occurrence of dangerous equalizing currents impede.

Im nachstehenden ist eine einfache Anordnung des Erfindungsgegenstandes beispielsweise beschrieben, die natürlich in keiner Weise die Möglichkeiten erschöpft, die für die praktische Ausführung in Frage kommen können.The following is a simple arrangement of the subject matter of the invention, for example described, which of course in no way exhausts the possibilities that come into question for the practical implementation can.

In Abb. ι ist a eine isolierende Scheibe, die synchron zu dem gleichzurichtenden hochgespannten Mehrphasenstrom, z. B. Drehstrom, einen Umlauf in jeder ganzen Periode vollführt. An ihr sind zwei diametral gegenüberliegende, elektrisch leitende Sektoren b¹, b- befestigt, jeder mit einem Öffnungswinkel von 120°. Der Sektor b² wird mit der positiven Abnehmerklemme f¹ und der Sektor b¹ mit der negativen Abnehmerklemme/² durch Schleifringe d^L und d² und Abnehmerbürsten e^x und e² in leitende Verbindung gebracht. Durch drei feststehende, mit den Hochspannungspolen einer Drehstromquelle g, z. B. eines Transformators, verbundene Kon-In Fig. Ι a is an insulating disk that synchronously with the rectified high-voltage multiphase current, z. B. three-phase current, completes one cycle in each entire period. Two diametrically opposite, electrically conductive sectors b ¹ , b- are attached to it, each with an opening angle of 120 °. The sector b ² is brought into conductive connection with the positive collector terminal f ¹ and the sector b ¹ with the negative collector terminal / ² by slip rings d ^L and d ² and collector brushes e ^x and e ^2. By three fixed, with the high voltage poles of a three-phase power source g, z. B. a transformer, connected con-

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker indicated the following as the inventors:

Wilhelm Hoß und Walther Deutsch in Frankfurt a. M.Wilhelm Hoß and Walther Deutsch in Frankfurt a. M.

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taktstücke c¹, c², c³, die z. B. die Form von Spitzen, Kugeln o. dgl. haben können, geht der Strom in Form eines Funkens zu den Sektoren b¹, b² über.bars c ¹ , c ² , c ³ , the z. B. the shape of points, balls o. The like. The current goes in the form of a spark to the sectors b ¹ , b ² .

Die Wirkungsweise ergibt sich aus Abb. 2, in der der Drehstrom in der üblichen Weise dargestellt ist. I bedeutet die erste, II die zweite, III die dritte Phase. Die in Abb. ι gezeigte Stellung soll dem Zeitmoment i-iThe mode of operation is shown in Fig. 2, in which the three-phase current in the usual way is shown. I means the first, II the second, III the third phase. The in Fig. Ι The position shown is to the time moment i-i

ίο entsprechen. Die Phase II hat hier ihren positiven Maximalwert, während die Phasen I und III einen etwas kleineren, aber gleichen negativen Potentialwert besitzen. Es ist daher ohne weiteres gestattet, die letzten beiden Phasen kurzzuschließen. Dies geschieht in der Tat durch den Sektor b¹, der also ein Potential von der Amplitude mm¹ erhält. Bei Drehung der Gleichrichterscheibe α im Sinne der Abb. 1 wird der Sektor b¹ von dem Kontakt c², also von der Phase III, getrennt. Es entsteht zwischen beiden eine zunächst kleine Spannungsdifferenz, die aber mit zunehmender Entfernung größer wird. Diese Abstände sind so bemessen, daß sie größer sind als die durch die Funkenspannung bedingten. Der Sektor b¹ liegt schließlich nur noch an der Phase I (Kontakt c³) und erhält zunehmende negative Potentialwerte, während der an dem Pol c¹, also an der Phase II befindliche Sektor b'² abnehmende positive Potentialwerte erhält. Dies dauert so lange, bis der Pol c³ in der Mitte des· Sektors b¹ liegt und der Sektor b² die Pole c¹ und c² miteinander verbindet, die nunmehr gleich positive Potentiale der Phasen II und III führen. In ähnlicher Weise geht das Spiel weiter, und man sieht, daß auf diese Weise lediglich die Zickzacklinie h-i-k-l-tn-n-o in Abb. .2 in Fortfall kommt und der erhaltene Gleichstrom Amplitüdenwerte erhält, die durch die in Abb. 2 schraffiert gezeichnete Fläche dargestellt werden können.ίο correspond. Phase II has its positive maximum value here, while phases I and III have a slightly smaller, but the same negative potential value. It is therefore easily permitted to short-circuit the last two phases. This is in fact done through sector b ¹ , which thus receives a potential of amplitude mm ^1. When the rectifier disk α is rotated in the sense of FIG. 1, the sector b ^{1 is separated} from the contact c ² , that is to say from phase III. There is initially a small voltage difference between the two, but it increases with increasing distance. These distances are dimensioned so that they are greater than those caused by the spark voltage. The sector b ¹ is finally only on the phase I (contact c ³ ) and receives increasing negative potential values, while the sector b ' ² located at the pole c ¹ , that is to say on the phase II, receives decreasing positive potential values. This lasts until the pole c ³ lies in the middle of the sector b ¹ and the sector b ² connects the poles c ¹ and c ² with one another, which now have the same positive potentials of phases II and III. The game continues in a similar way, and it can be seen that in this way only the zigzag line hikl-tn-no in Fig can be.

In Abb. 3 sind die Amplituden der so erhaltenen Gleichstromspannung aus Abb. 2 übertragen, und es ist ersichtlich, daß man einen nicht intermittierenden Gleichstrom mit sechs Pulsationen für jede Periode erhält.Fig. 3 shows the amplitudes of the direct current voltage obtained in this way from Fig. 2 transmitted, and it can be seen that one is using a non-intermittent direct current receives six pulsations for each period.

Selbstverständlich kann man die Drehbewegung durch jede andere Synchronbewegung, beispielsweise eine oszillierende, ersetzen, sofern man nur durch eine mechanische Synchronvorrichtung dafür sorgt, daß die bei dem beschriebenen Beispiel genannte Schaltung in eben derselben Weise vorgenommen wird. Diese Schaltung läßt sich auch für eine Stromart von mehr als drei Phasen in der Weise anwenden, daß 1. die in der Reihenfolge ihrer Phasenverschiebung aufeinanderfolgenden n-Mehrphasenpole zeitlich nacheinander mit dem positiven Abnehmer elektrisch leitend verbunden werden, und zwar einerseits jedesmal über einen Zeitraum, der dem n-ten Teil der vollen Periode entspricht, und andererseits jedesmal gerade während derjenigen gleichen Zeitspannen t¹ und t^a (Abb. 2), in denen der betreffende Mehrphasenpol sich seinem Potentialmaximum bzw. -minimum genähert und wieder entfernt hat, und daß 2. die erwähnte Vorrichtung gleichzeitig auch den negativen Abnehmer in der gleichen Weise mit den Mehrphasenpolen nacheinander verbindet. Dabei müssen aber in einem und demselben Moment für den positiven bzw. negativen Abnehmer immer ganz bestimmte Mehrphasenpole in Kontakt mit den Sektoren kommen. Welche das sind, ergibt sich einfach durch Betrachtung einer geometrischen Abbildung, die z. B. für Sechsphasenstrom in Abb. 4, für Fünfphasenstrom in Abb. 5 dargestellt ist. Die Mehrphasenpole sind in zyklisch gleichmäßiger Anordnung aufgetragen. Die gesuchten korrespondierenden Pole sind immer die einander gegenüberstehenden, so z. B. steht in Abb. 4 dem Pol α der Pol b gegenüber, in Abb. 5 dem Pol α die Pole c, d. Of course, the rotary movement can be replaced by any other synchronous movement, for example an oscillating one, provided that a mechanical synchronous device is used to ensure that the circuit mentioned in the example described is carried out in exactly the same way. This circuit can also be used for a current type of more than three phases in such a way that 1. the n-polyphase poles that follow one another in the order of their phase shift are electrically connected to the positive consumer one after the other, on the one hand each time over a period of time, which corresponds to the nth part of the full period, and on the other hand, each time precisely during those same time periods t ¹ and t ^a (Fig. 2) in which the polyphase pole in question has approached its potential maximum or minimum and then moved away again, and that 2. the device mentioned at the same time also connects the negative consumer in the same way with the polyphase poles one after the other. At the same time, however, very specific multi-phase poles always have to come into contact with the sectors for the positive or negative consumer. Which these are can be seen simply by looking at a geometrical figure that z. B. for six-phase current is shown in Fig. 4, for five-phase current in Fig. 5. The multiphase poles are applied in a cyclically uniform arrangement. The corresponding poles sought are always those opposite one another, e.g. B. in Fig. 4 the pole α is opposite the pole b , in Fig. 5 the pole α is the pole c, d.

Abb. 6 zeigt schematisch die Stromabnahme von den Sektoren b¹, b~. Der -{--Sektor bist mit der Welle des Synchronmotors s und go damit mit der Erde verbunden, während der —Sektor b¹ eine bewegliche Leitung ν mitnimmt, die an die isolierte Klemme f^l führt. Die Kontakte c¹, c'², c^s der Abb. 1 sind in der Darstellung der Abb. 6 weggelassen.Fig. 6 shows schematically the current consumption from sectors b ¹ , b ~. The - {sector b is connected to the shaft of the synchronous motor s and go with it to earth, while the sector b ¹ carries along a movable line ν which leads to the isolated terminal f ^l. The contacts c ¹ , c ' ² , c ^s of Fig. 1 are omitted in the illustration of Fig. 6.

Claims

Patent claim:

Mechanically driven high voltage rectifier for multiphase electricity for the operation of electricity consumers, welehe with high voltage and low energy work, such as electric gas cleaners, X-ray tubes and the like, characterized in that that the type of current reversal, known per se for non-high voltage, namely synchronous switching of the individual Phases on a two-wire circuit using only two circumferential contact segments and three fixed contact pieces, for High voltage is made possible by the fact that the phase short circuit taking place at the rectifier is caused by the short circuit at the contacts occurring transition resistances is rendered harmless.

1 sheet of drawings.