DE416770C

DE416770C - Arrangement for generating high-voltage direct current from alternating current or pulsating direct current or vice versa

Info

Publication number: DE416770C
Application number: DEF47611D
Authority: DE
Inventors: Dr Carl Mueller
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Priority date: 1920-09-05
Filing date: 1920-09-05
Publication date: 1925-10-29

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBENAM 29.0KT0BER1925ISSUED 29.0KT0BER1925

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 21g GRUPPE 20CLASS 21g GROUP 20

(F4₇6ii V(F4 ₇ 6ii V

Firma Siemens-Schuckertwerke G. m. b. H. in Berlin-Siemensstadt*).Siemens-Schuckertwerke G. m. B. H. in Berlin-Siemensstadt *).

Anordnung zur Erzeugung hochgespannten Gleichstroms aus Wechselstrom oder pulsierendem Gleichstrom oder umgekehrt.Arrangement for generating high-voltage direct current from alternating current or pulsating direct current or vice versa.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 5. September 1920 ab.Patented in the German Empire on September 5, 1920.

Für die Erzeugung hochgespannten Gleich- ' Geht man bei der Ausführung derartiger Anstroms aus Wechselstrom sind zahlreiche Ver- Ordnungen zu sehr hohen Spannungen über, so fahren bekannt, die auf dem Zusammenwirken entstehen große Schwierigkeiten. Die hohe von Gleichrichtern verschiedenster Art mit j Spannung führenden Leiterteile zeigen starkes Kondensatoren und Drosselspulen beruhen, ι Sprühen, wodurch beträchtliche Elektrizitäts-For the generation of high-tension equal- 'one goes to the execution of such an inflow from alternating current are numerous ordinances about very high voltages, so drive known, the great difficulties arise on the interaction. The height of rectifiers of various types with j live conductor parts show strong Capacitors and reactors are based on ι spraying, which generates considerable electricity

*! Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*! The patent seeker stated as the inventor:

Dr. Carl Müller in Charlottenbiirg.Dr. Carl Müller in Charlottenbiirg.

Verluste auftreten und sehr leicht Überschläge stattfinden können. Es entsteht auf diese Weise eine große Gefahr für die Bedienung, und bei der geringen Stromleistung der Apparatur treten empfindliche Spannungsverminderungen und Schwankungen auf.Losses occur and flashovers can very easily occur. It arises on this Way a great danger for the operator, and with the low power output of the apparatus sensitive voltage reductions and fluctuations occur.

Die Erfindung vermeidet diesen Übelstand dadurch, daß die an der Umformung beteiligten und hohe Spannung führenden Teile und ίο Leitungen innerhalb des elektrostatischen Schutzes von Kondensatorladungen ähnlichen Potentials angebracht werden. Es ist wohl bekannt, in Isolationsschichten um Leiter oder Wicklungen metallische Zwischenschichten, die Kondensatorwirkungen erzeugen, einzufügen, so z. B. bei dem Durchführungsisolator von Nagel und der Isolierung von Transformatoren und elektrischen Maschinen nach Patent 193522. Dort handelt es sich aber um bessere Ausnutzung einer festen Isolierschicht im erstgenannten Falle um die bessere Ausnutzung der Isolierschicht von Hochspannungsdurchführungen, im zweiten Falle um die günstigere Beanspruchung der Isolier schichten. Die vorliegende Erfindung hingegen löst die neue Aufgabe, eine ganze komplizierte Einrichtung, z. B. eine Gleichrichterapparatur mit bewegten oder ruhenden Teilen einschließlich Verbrauchsapparate, wie einer Röntgenröhre, so zu schützen, daß die übliche umständliche, an dem Verbindungsteil sehr schwierige Einzelisolierung der hoch gelade- . nen Teile wegfällt, daß ferner insbesondere auch bewegte Teile und Funkenstrecken gegen Ausstrahlungen geschützt liegen und endlich eine bequeme Zugänglichkeit und Auswechselbarkeit der Einzelteile bewährt bleibt.The invention avoids this disadvantage in that those involved in the deformation and high voltage parts and ίο lines within the electrostatic Protection against capacitor charges of similar potential. It is well known, metallic intermediate layers in insulation layers around conductors or windings, generate the capacitor effects, insert, so z. B. in the bushing insulator von Nagel and the insulation of transformers and electrical machines according to patent 193522. There it is about better utilization of a solid insulating layer in the first-mentioned case for better utilization the insulating layer of high-voltage bushings, in the second case about the more favorable stress on the insulating layers. The present invention, however, solves the new problem, a very complicated one Facility, e.g. B. a rectifier apparatus with moving or stationary parts including consumables, such as an X-ray tube, to protect the usual cumbersome, very difficult individual isolation of the highly charged at the connecting part. NEN parts are omitted, that also in particular moving parts and spark gaps against Radiations are protected and finally convenient accessibility and interchangeability the individual parts remain proven.

Zur näheren Erläuterung der Anordnung nach der Erfindung dienen die Abb. ia und ib. Abb. ia zeigt eine bekannte Schaltung zur Herstellung hoher Gleichspannung aus einer in der Transformatorwicldung T erzeugten Wechselspannung unter Anwendung von drei Glühventilen 1, 2, 3 und von drei Kondensatoren C₁, C₂, C₃. In Abb. 1 ist unter Anwendung derselben Bezeichnung im schematischen Längsschnitt eine Zusammenstellung derselben Apparate dargestellt, wie sie gemäß der Erfindung angeordnet werden können, um den gewünschten Schvitz zu erreichen. Die Kon- ! densatoren C sind Papierkondensatoren in Zy- j linderform und umgeben die übrigen Teile der j Anordnung. Aus der Abb. 1 geht ohne weiteres hervor, daß alle unter Hochspannung stehenden Verbindungsleitungen zwischen den Glühventilelektroden und den. Kondensatorbelägen im elektrostatischen Schutz des angeschlossenen Belages liegen und auch Heizakkumulatoren für die Glühkatoden geschützt untergebracht werden können. Die Ventilelektroden selbst liegen zwar auf der Grenze ' zweier Kondensatorschirmfelder, doch werdeii . sie durch das Vakuum der Röhren gegen Aus-¹ Strahlungen genügend geschützt, da an einem j Kondensatorrand immer nur niedere Poten-For a more detailed explanation of the arrangement according to the invention, Fig serve. Ia and Ib. Figure IA shows a known circuit for producing a high DC voltage from a generated in the Transformatorwicldung T AC voltage using three Glühventilen 1, 2, 3, and three capacitors C. ₁ , C ₂ , C ₃ . In Fig. 1, using the same designation, a combination of the same apparatus is shown in a schematic longitudinal section, as they can be arranged according to the invention in order to achieve the desired Schvitz. The con-! capacitors C are paper capacitors in cylinder shape and surround the remaining parts of the j arrangement. From Fig. 1 it is readily apparent that all high-voltage connecting lines between the glow valve electrodes and the. Capacitor coatings are in the electrostatic protection of the connected coating and heating accumulators for the hot cathodes can also be protected. The valve electrodes themselves lie on the border of two capacitor shield fields, but they are. they sufficiently protected by the vacuum of the tubes against education ¹ radiations, because only on a lower edge j capacitor po-

tialsprünge im einfachen Betrage der erzeu- \ genden Wechselspannung auftreten. Der durch die gewählte Anordnung zu erreichende einfache und gedrängte Aufbau ist augenfällig. i Die Innenteile können leicht innerhalb I der Kondensatoren befestigt werden.. Die j freie Öffnung des letzten Kondensators, an die sich unmittelbar ein Hochspannungsapparat (ζ. Β. Röntgenröhre) anschließen läßt, i wird zweckmäßig durch einen Deckel aus Iso-ι liermaterial, gegebenenfalls mit angeschlos-' sener Metalleinlage, abgeschlossen. i Die Anordnung der Kondensatoren kann ' I natürlich auch anders als in der dargestellten I Art gewählt werden. Der den höchsten Spanj nungsunterschied führende Kondensator : braucht sich nicht über die ganze Länge des j Aufbaues zu erstrecken, man kann auch die verschiedenen Kondensatoren abwechselnd eng und weit gestalten und auf diese Weise nur kurze Strecken übereinandergreifen lassen oder auch Querwände einfügen oder Kondensatoren gleicher Weite nebeneinander stellen. Nur muß man durch entsprechend lange Isolationswege oder Isolierverbindungen dafür Sorge tragen, daß keine Überschläge zwischen Belegungen mit erheblichen Potentialunterschieden eintreten können. Auch kann man mehrere oder sämtliche Kondensatoren nebeneinander in einem Rohr unterbringen und dabei für jede Belegung mehrere Schichten einführen. Eine Ausführungsform gemäß Abb. 2 bei der die zusammengehörigen Belegschichten an den Rändern durch Metallspiralbänder m, welche in das Isolierpapier eingewickelt sind, verbunden sind, ergibt an den Lücken Z zwischen zwei Hochspannungsbelägen Jb₁, b„ verminderte Isolationsbeanspruchungen. Ein lückenloses Umschließen der zu umschirmenden Leiter ist, wie das Beispiel des Faradayschen Käfigs zeigt, nicht erforderlich. Schwach leitendes Isoliermaterial nimmt zudem auch neben den Belägen statische Ladungen auf und ergibt auf diese Weise erweiterten Schutz. Gegebenenfalls kann man innerhalb des Isoliermaterials durchsichtige Fenster zur Beobachtung des Innenraumes unterbringen.tialsprünge occur in simple amounts of erzeu- \ constricting AC voltage. The simple and compact structure that can be achieved through the chosen arrangement is obvious. i The inner parts can easily be attached inside the capacitors. The j free opening of the last capacitor, to which a high-voltage apparatus (ζ with attached metal insert, completed. The arrangement of the capacitors can of course also be chosen differently from the type shown. The capacitor with the greatest difference in voltage: does not need to extend over the entire length of the structure; the various capacitors can also be designed alternately narrow and wide and in this way only allow short stretches to overlap or also insert transverse walls or capacitors of the same width next to each other place. It is only necessary to ensure by means of long insulation paths or insulation connections that no flashovers can occur between assignments with significant potential differences. It is also possible to place several or all of the capacitors next to one another in a pipe and introduce several layers for each occupancy. An embodiment according to Fig. 2 in which the associated covering layers are connected at the edges by metal spiral bands m, which are wrapped in the insulating paper, results in reduced insulation stresses at the gaps Z between two high-voltage coverings Jb ₁ , b. As the example of the Faraday cage shows, it is not necessary to completely enclose the conductors to be shielded. Weakly conductive insulation material also absorbs static charges next to the coverings and in this way provides extended protection. If necessary, you can accommodate transparent windows within the insulating material for observing the interior.

Statt durch Zylinderkondensatoren läßt sich natürlich auch der elektrostatische Schutz durch geeigneten Aufbau von Plattenkondensatoren oder durch käfigartiges Zusammenstellen mehrerer Kondensatoren erzielen.Instead of using cylindrical capacitors, electrostatic protection can of course also be used by suitable construction of plate capacitors or by assembling them in a cage-like manner multiple capacitors.

Abb. 3 bringt eine für die Erzeugung des Heizstromes für die Glühventile sehr vorteilhafte Anordnung zur Darstellung. Als Heizstromquelle ist ein Transformator gewählt,Fig. 3 shows one that is very advantageous for generating the heating current for the glow valves Arrangement for representation. A transformer is selected as the heating current source,

von dessen beiden Wicklungen sich eine (₁ außerhalb und eine (w₂) innerhalb des Kondensators befindet. Die äußere Wicklung W₁ wird mit Strom aus einer Wechselstromquelle versorgt, die sich annähernd auf dem niedrigen Potential des Außenbelages des Kondensators befindet. Dadurch wird in der inneren Spule W₂, die mit dem inneren Hochspannungsbelag und der Glühkathode verbunden ist, ein Wechselstrom erzeugt, der zur Heizung des Glühventils dient. Das Isolationsmaterial des Kondensators dient also auch zur Isolierung der Heiztransformatorwicklungen. Verstärkter magnetischer Kraftfluß kann in bekannter Weise durch Umkleidung der Wicklungen mit unterteilten Eisen erzielt werden oder durch Benutzung von magnetischem Material für die Verbindungsspiralen m der Abb. 2. Durch derartige Transformatoren erzeugte Ströme kann man natürlich auch zur Heizung einer Röntgenglühkathode oder zu motorischen und Steuerzwecken benutzen. _One of its two windings ( 1 outside and one (w ₂ ) inside the capacitor) is located. The external winding W ₁ is supplied with current from an alternating current source which is approximately at the low potential of the external coating of the capacitor inner coil W ₂ , which is connected to the inner high-voltage coating and the hot cathode, generates an alternating current which is used to heat the glow valve. The insulation material of the capacitor also serves to insulate the heating transformer windings be achieved with the divided iron or through the use of magnetic material for the compound spirals of Fig m. 2. generated by such transformers currents can of course also for heating a Röntgenglühkathode or motor using control purposes.

Sollen statt der Glühventile umlaufende Schalter verwendet werden, so ergeben sich gleichfalls vorteilhafte Anordnungen. Ein Beispiel zeigt Abb. 4. Die einzelnen konzentrisch angeordneten Zylinderkondensatoren sind hier zum Teil übereinandergeschoben. In ihrer geometrischen Achse befindet sich eine Welle W, auf der, voneinander isoliert, leitende Hülsen h mit Kontaktarmen k sitzen, die an passend angebrachten festen Kontakten t der Kondensatorinnenbelegungen vorbeilaufen. Die Kontaktarme benachbarter Metallhülsen sind um 90 ° versetzt und verbinden jede Innenbelegung abwechselnd mit den benachbarten in der richtigen Phase, wenn von einem mit dem gleichzurichtenden Strom synchron laufenden Motor die Welle in Umdrehung versetzt wird. Um die Ansammlung stark ozonisierten Gases innerhalb der Kondensatoren und die damit verbundenen Übelstände zu vermeiden, kann man leicht an der Welle selbst einen Ventilator anordnen oder von dem Kontaktarme durch geeignete Formgebung die Luft hindurchtreiben lassen. Statt die Gleichrichterwelle mit ihren Armen umlaufen zu lassen, kann man natürlich auch go einen Teil der Kondensatoren um ihre Achse kufen lassen und durch passende Kontakte an den gegeneinanderlaufenden Kondensatoren die notwendigen Verbindungen erzeugen. Bei diesem Verfahren ist es nicht nötig, daß die einzelnen Kondensatorzylinder nebeneinander angeordnet sind, sie können ebenso ineinander aufgestellt werden; auch können Flachkondensatoren nebeneinander gestellt werden, und endlich kann allen elektrostatisch geschützten Anordnungen noch eine Anzahl Glieder niederer Spannung in beliebigem Aufbau vorgeschaltet sein.If revolving switches are to be used instead of the glow valves, this also results in advantageous arrangements. An example is shown in Fig. 4. The individual concentrically arranged cylinder capacitors are partially pushed one on top of the other. In its geometrical axis there is a shaft W on which, insulated from one another, conductive sleeves h with contact arms k sit, which run past suitably attached fixed contacts t of the internal capacitor assignments. The contact arms of neighboring metal sleeves are offset by 90 ° and alternately connect each internal occupancy with the neighboring ones in the correct phase when the shaft is set in rotation by a motor running synchronously with the current to be rectified. In order to avoid the accumulation of strongly ozonized gas within the condensers and the associated inconveniences, a fan can easily be arranged on the shaft itself or the air can be driven through by the contact arm by means of a suitable shape. Instead of letting the rectifier shaft rotate with its arms, you can, of course, also let part of the capacitors run around their axis and create the necessary connections by means of suitable contacts on the opposing capacitors. With this method it is not necessary for the individual condenser cylinders to be arranged next to one another, they can also be placed one inside the other; Flat capacitors can also be placed next to one another, and finally all electrostatically protected arrangements can be preceded by a number of low-voltage links in any structure.

In Abb. 5a, 5b, 5c ist dargestellt, wie die Grundsätze der Erfindung auch auf andere Schaltungen als die bisher betrachtete angewandt werden können. Abb. 5a stellt eine bekannte Schaltung zur Herstellung von praktisch vollkommen konstanten Gleichströmen aus Wechselströmen dar. In 5b ist angedeutet, wie sich die zu diesem Zwecke notwendigen Glühventile V und Selbstinduktionen s im Schütze von Kondensatoren anordnen lassen. Dabei ist eine bei der Anwendung von sehr hohen Spannungen vorteilhafte Teilung der Kondensatoren c und C in je zwei hintereinander geschaltete Kapazitäten C₁, c₂ und C₁, C₂ vorgesehen. In 5c ist eine weitere Ausführungsart derselben Schaltung dargestellt, in der die Kondensatorhälften räumlich getrennt sind und die Hochspannungsbeläge in'nen liegen. Außerdem sind jeder Hälfte C₁ und c„ zwei Ventilröhren V in Serie vorgeschaltet. Diese i\nordnung erlaubt eine bequeme Abführung der Gleichstromhochspannung von innen und die in Abb. 3 dargestellte Transformatorheizung der Glühkathoden. In Fig. 5a, 5b, 5c it is shown how the principles of the invention can also be applied to circuits other than that previously considered. Fig. 5a shows a known circuit for producing practically completely constant direct currents from alternating currents. In 5b it is indicated how the glow valves V and self-induction s necessary for this purpose can be arranged in the contactor of capacitors. In this case, a division of the capacitors c and C into two series-connected capacitors C ₁ , C ₂ and C ₁ , C _{2 is} provided, which is advantageous when using very high voltages. Another embodiment of the same circuit is shown in FIG. 5c, in which the capacitor halves are spatially separated and the high-voltage layers are inside. In addition, two valve tubes V are connected in series upstream of each half C ₁ and c ". This arrangement allows the direct current high voltage to be conveniently discharged from the inside and the transformer heating of the hot cathodes shown in Fig. 3.

Der Erfindungsgedanke kann weiter für Anordnungen mit Mehrphasenstrom sowie solchen mit pulsierendem Gleichstrom verwendet werden, z. B. bei Anordnungen, bei denen durch Hintereinanderschalten von parallel geladenen Kondensatoren höhere Spannungen erzeugt werden.The idea of the invention can also be used for arrangements with multi-phase current as well those with pulsating direct current can be used, e.g. B. in arrangements which higher voltages are generated by connecting parallel charged capacitors in series.

Endlich ist natürlich das Prinzip auch für die umgekehrte Aufgabe, der Rückformung hochgespannten Gleichstroms in Wechselstrom usw., verwendbar.Finally, of course, the principle is also available for the reverse task, reshaping high voltage direct current in alternating current etc., usable.

Claims

Patent Claims:

1. Arrangement for generating high-voltage direct current from alternating current or pulsating direct current or vice versa, characterized in that the Parts and lines involved in the forming and carrying high voltage within the electrostatic protection of capacitor charges of similar potential are attached.

2. Arrangement according to claim 1, da- n ₀ characterized in that the insulating layer of the capacitors is used at the same time to isolate auxiliary transformer windings.

1 sheet of drawings.