DE436825C

DE436825C - Einrichtung zur Umwandlung von Gleichstrom in solchen anderer Spannung

Info

Publication number: DE436825C
Application number: DEA42647D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1923-07-13
Filing date: 1924-07-13
Publication date: 1926-11-11
Also published as: US1800002A; GB219026A; FR589987A

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM U. NOVEMBER 1926

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 2Id¹ GRUPPE (A 42647

Firma Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin.

Einrichtung zur Umwandlung von Gleichstrom in solchen anderer Spannung.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. Juli 1924 ab.

Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom 2. Juni 1911 die Priorität auf Grund der Anmeldung in den Vereinigten Staaten von Amerika vom 13. Juli 1923 beansprucht.

Zur Übertragung elektrischer Energie auf große Entfernung bedient man sich gewöhnlich des Wechselstroms, weil bei diesem in vergleichsweise einfacher und billiger Weise möglich ist, den an der Erzeugungsstelle erzeugten Wechselstrom in ruhenden Stromwandlern in hochgespannten Strom umzuwandeln und letzteren an den Verbrauchsstellen wieder in Strom niedrigerer Spannung umzuwandeln. Seit dem Aufkommen der thermionischen Ventile und Schwingungserzeuger (Glühkathodenröhren) wurde auch bereits vorgeschlagen, zur Übertragung hochgespannter Ströme Gleichstrom zu be

nutzen. Hierbei wird an der Erzeugungsstelle der verhältnismäßig niedriggespannte Gleichstrom durch solche oder andere Entladungsgefäße in Wechselstrom umgeformt, der Wechselstrom auf hohe Spannung transformiert und dann wieder in den Entladungsgefäßen in hochgespannten Gleichstrom umgeformt. Der hochgespannte Gleichstrom wird nach einem entfernten Punkt geleitet und dort in ähnlicher Weise in Wechselstrom von geeigneter Spannung umgeformt und als solcher verbraucht oder unter Gleichrichtung in Gleichstrom der gewünschten Spannung umgeformt.

436S25

Sowohl bei der Umformung des Gleichstromes in Wechselstrom als umgekehrt bei der Gleichrichtung des Wechselstroms in Gleichstrom ist es wünschenswert, Schwankungen des Gleichstromes in den Zeitpunkten, in welchen der Wechselstrom durch Null hindurchgeht, zu vermeiden. Hierzu dienen gewöhnlich in die Gleichstromkreise in Reihe geschaltete Reaktanzen (Drosselspulen). ίο Diese Reaktanzen fallen, falls nicht ihre Phasenzahl vier oder mehr beträgt, infolge der Sättigung durch den sie durchfließenden Gleichstrom sehr groß aus.

Hauptzweck der Erfindung ist nun, die Größe dieser Reihenreaktanzen zu verringern. Erreicht wird dies gemäß der Erfindung dadurch, daß die Reaktanzen der primären und sekundären Gleichstromseite miteinander gekoppelt werden, so daß sie miteinander einen Transformator bilden und daß sie von den Gleichströmen in solcher Richtung durchflossen werden, daß sich die Gleichstrommagnetisierungen gegenseitig aufheben. Die Zeichnung zeigt mehrere Ausführungsbeispiele.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 1 wird Gleichstrom von den Speiseleitungen 1 und 2 über die Plattenkreise der thermionischen Ventile 3 und 4 der Primärwicklung 5 eines Transformators mit Sekundärwicklung 6 geliefert, deren Außenklemmen mit den Anoden der thermionischen Gleichrichter 7 und 8 verbunden sind. Das Übersetzungsverhältnis des Transformators 5, 6 wird passend gewählt. Die Gleichstromspeiseleitung ι ist in dem Mittelpunkt 9 der Primärwicklung 5 des Transformators über eine Reaktanz 10 verbunden, die Speiseleitung 2 mit den Glühkathoden der Ventilröhren 3 und 4. Die durch letztere gelieferten Stromimpulse durchfließen die beiden Hälften der Primärwicklung 5 in entgegengesetztem Sinne. Die Ventilröhren werden in der gewünschten Weise durch die Spannungen gesteuert, die ihnen von der Sekundärwicklung 6 aus über die Leitungen 11 und 12 zugeführt werden. Der Verbrauchskreis, welchem der gleichgerichtete Strom von den Gleichrichtern 7 und 8 geliefert wird, ist einerseits über eine Reaktanz 14 an den Mittelpunkt 13 der Sekundärwicklung 6 und anderseits an die Glühkathoden der Gleichrichter 7 und 8 angeschlossen; die Stromverbraucher sind mit 15 bezeichnet. Die Frequenz der erzeugten Schwingungen kann durch einen Kondensator 16 bestimmt werden, der parallel zur Primärwicklung 5 des Transformators liegt. Für den wirksamen und zufriedenstellenden Betrieb der beschriebenen Einrichtung ist erforderlich, daß der Strom in einem der Ventile einsetzen 1 kann, bevor er in dem zugeordneten Ventil für die andere Stromrichtung vollständig unterbrochen wird, und daß die Stromverlegung zeitlich vor jenem Punkt jeder Periode stattfindet, in welchem die Platten der Ventile 3 und 4 gleiches Potential besitzen. Da der Strom von beiden Gittern durch die Reaktanz 10 fließt und die Last im wesentlichen auf gleichem Wert erhalten wird, so fließt, wenn die Gitter auf gleiches Potential kommen, vorübergehend Strom in beiden. In einem Gitter fließt nur dann Strom, wenn es im Verhältnis zur Kathode positiv ist, so daß während der Übergangsperiode beide Ventilröhren von selbst leitend sind. Die Platten der Ventile 3 und 4 werden über Kondensatoren 17 gespeist, zu denen hohe Reaktanzen 18 im Nebenschluß liegen, die die Gleichstromkomponente des Plattenstromes führen. Der Spannungsabfall an den Kondensatoren 17 eilt dem Strom um go° nach, so daß, wenn beide Röhren leitend werden, gleichwohl eine Potentialdifferenz zwischen den Anoden in solchem Sinne vornanden ist, daß der Strom in der abzuschaltenden Ventilröhre unterbrochen wird und derjenige in der eben leitend gewordenen Röhre einsetzt.

Die Reaktanzen 10 und 14 sind miteinander gekoppelt, indem sie auf einen gemeinsamen Kern gewickelt sind. Wenn die in den Transformatorwicklungen 5 ^un(ä 6 ^er~ zeugte Spannung durch Null hindurchgeht, dann wird den Gleichtrichtern 7 und 8 keine Spannung geliefert und anderseits den Ventilröhren 3 und 4 keine Gegen-EMK geliefert. Unter diesen Umständen hat der Strom in der Verbrauchsleitung das Bestreben zu sinken, dagegen derjenige in der Speiselei- ioo tung das Bestreben zu steigen. Diese beiden Bestrebungen wirken infolge der Vereinigung der Reaktanzen 10 und 14 zu einem Transformator einander entgegen. Dieser Transformator soll dasselbe Übersetzungsverhältnis haben wie der Haupttransformator 5, 6. Auf diese Weise wird in diesem Zeitpunkt die fehlende Spannung oder Gegen-EMK des Haupttransformators durch die im Transformator 10, 14 induzierten Spannungen ausgeglichen. Dabei üben die Gleichströme, welche in den beiden Wicklungen 10 und 14 fließen, auf den Kern entgegengesetzte Magnetisierungen aus, so daß die Sättigung durch Gleichstrom fortfällt und der Transformator 10, 14 verhältnismäßig klein und handlich gebaut werden kann. Während der anderen Teile der Periode treten entsprechende Spannungswirkungen ein. Wenn beispielsweise die Spannungen im Transformator 5, 6 sich auf ihrem Scheitehvert befinden, dann ist die Spannung

der Gleichrichter höher als diejenige, welche die Belastung erfordert, und gleichzeitig die Gegen-EMK höher als die der Primärwicklung 5 aufgedrückte Spannung. Die Spannungen in den Wicklungen io und 14 wirken im entgegengesetzten Sinne.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 2 ist der die Schwingungsfrequenz bestimmende Kondensator 16 nicht der ganzen

ίο Primärwicklung 5 parallel geschaltet, sondern nur einem Teil der letzteren. Die den Gittern der Ventilröhren 3 und 4 aufgedrückten Spannungen werden der Sekundärwicklung 6 des Transformators nicht unmittelbar entnommen, sondern über einen Hilfstransformator 9', an dessen Sekundärklemmen sie über Widerstände 10' angeschlossen sind, während der Mittelpunkt der Sekundärwicklungen über die Reaktanz 11' und einen Widerstand 12' mit den Glühkathoden der Ventilröhren verbunden ist. Zur Gleichrichtung dient an Stelle der Glühkathodengleichrichter 7 und 8 bei diesem Ausführungsbeispiel ein zweiseitig wirkender Quecksilberdampfgleichrichter 7' mit Quecksilberkathode 14'. Der Heizstrom für die Glühkathoden der Ventilröhren 3 und 4 kann der Sekundärwicklung 6 des Haupttransformators über einen weiteren Hilfstransformator 15' entnommen werden.

Bei der Inbetriebsetzung der Einrichtung wird zunächst den Glühkathoden der Ventile 3 und 4 von einer Batterie 16' über einen Schalter 17' Strom geliefert. Sodann wird der Gleichstrom an die Ventile durch einen Schalter 18' angeschlossen, der zunächst über einen Kontakt 19 geschlossen wird, um durch Reihenschaltung eines Widerstandes 20 mit der Gleichstromquelle die Ausbildung von

Überspannungen im Haupttransformator zu verhüten. Der Gleichrichter 7' kann dann gezündet werden, indem man die nötige

• Zündspannung seinen Zündelektroden über einen Schalter 21 und Transformator 22 Hefert. Sowie der Gleichrichter zu wirken beginnt, kann der Schalter 18' auf den Kontakt 23 umgeschaltet werden, wodurch der Widerstand 20 ausgeschaltet wird, und der Schalter 17' kann in die gezeichnete Lage umgelegt werden, um die Batterie 16' abzuschalten. Schließlich wird der Schalter 21 geöffnet.

Die Voreilung der den Gittern der Ventile 3 und 4 aufgedrückten Spannungen gegenüber der in der Sekundärwicklung 6 erzeugten Spannung kann durch einen Kondensator 25 bewirkt werden, welcher der Primärwicklung des Transformators 9' vorgeschaltet ist, und zwar beispielsweise über einen Transformator 26, durch welchen der »Strom für den Kondensator verringert und die Anwendung eines kleineren Kondensators ermöglicht wird.

Während die Anordnung nach Abb. ι gleich gut sowohl zur Heraufsetzung als zur Herabsetzung der Gleichstromspannung benutzt werden kann, eignet sich die der Abb. 2 infolge der Anwendung des Quecksilberdampfgleichrichters hauptsächlich zur Herabsetzung der Spannung. In beiden Fällen werden der Primärwicklung des Haupttransformators 5, 6 Stromimpulse von im wesentlichen rechteckiger Wellenform geliefert, und dasselbe gilt auch für die dem oder den Gleichrichtern gelieferten Stromimpulse und für die den Gittern der Ventilröhre aufgedrückten Spannungen. Dies gilt selbstverständlich nicht im genauen geometrischen Sinne, sondern besagt nur, daß sich die Wellenform der rechteckigen Form sehr annähert, indem die Welle schneller als eine Sinuswelle auf ihren Höchstwert ansteigt und von diesem wieder auf Null sinkt und dazwischen im wesentlichen flach verläuft. Bemerkt sei noch, daß die beschriebenen Einrichtungen nicht im gewöhnlichen Sinne Gleichstrom in Wechselstrom und umgekehrt umformen. Zwar wird an den Klemmen der Sekundärwicklung 6 des Haupttransformators eine Wechselspannung erzeugt, die Ener- _go gieübertragung erfolgt jedoch durch Strom, welcher in jeder Hälfte jeder Transformatorwicklung nur während einer halben Periode und dann im gleichen Sinne fließt. Während dieser Halbperiode fließt Strom in einer Hälfte der Primärwicklung und einer Hälfte der Sekundärwicklung, wobei sich diese beiden Ströme magnetisch entgegenwirken, und während der nächsten Halbwelle fließt Strom in der anderen Hälfte der Primärwicklung und in der anderen Hälfte der Sekundärwicklung, wobei sich diese beiden Ströme wieder entgegenwirken.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 3 ist auch für die Umformung des Gleich-Stroms in Wechselstrom an Stelle der thermionischen Ventile 3 und 4 ein Quecksilberdampfventil 29 mit Hauptanoden 30 und Hilfselektroden 31 benutzt. Letztere haben dieselbe Aufgabe wie die Gitter der thermionischen Ventile. Der Kondensator 25, welcher die Aufgabe hat, die den Hilfselektroden 31 aufgedrückte Spannung voreilend zu machen, ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit der Primärwicklung des Transformators 9 unmittelbar in Reihe geschaltet. Die Reaktanz n' im Sekundärkreis (s. Abb. 2) kann bei diesem Ausführungsbeispiel fortgelassen werden, da in diesem Falle die rechteckige Wellenform der den Hilfselektroden aufgedrückten Spannung keine so wichtige Rolle spielt; es genügt der Widerstand 12',

welcher den zu den Hilfselektroden 31 fließenden Strom begrenzt.

Abb. 4 zeigt die Anwendung der Erfindung auf ein Dreiphasensystem. Hier wird Strom von den Gleichstromhauptleitungen 1 und 2 durch die Ventile 34, 35 und 36 der Primärwicklung 5 des Haupttransformators geliefert und von der Sekundärwicklung 6 dem dreiphasigen Quecksilberdampfgleichrichter 7'. Die Sekundärwicklung liefert auch Ström einem synchronen Generator 40, der die Schwingungsfrequenz bestimmt. Der synchrone Generator liefert auch den Gitterstrom für die Ventilröhren 34, 35, 36, und zwar über einen Phasenschieber 41, durch den die gewünschte Voreilung hergestellt wird, und einen Dreiphasentransformator 42, der die Gitter der Ventile 34, 35, 36 über Widerstände 10' speist.

ao Bei der Anordnung nach Abb. 5 sind die Ventile 3 und 4 von der Magnetrontype. Diese Ventile werden bekanntlich durch das magnetische Feld des Heizstromes gesteuert. Zu diesem Zwecke werden die Glühkathoden mit Gleichstrom konstanter Stärke gespeist, welchem eine Wechselspannung solcher Größe überlagert wird, daß während der Halbwellen, während welcher die Wechselspannung die gleiche Richtung wie die Gleichspannung des Heizstromes hat, dieser den Strom durch das Ventil vollständig unterbricht, so daß der Strom nur während der anderen Halbwellen durch das Ventil fließen kann.

Während des normalen Betriebes kann der Heizstrom einem Gleichstromgenerator 45 entnommen werden, der durch einen Gleichstrommotor 46 angetrieben wird. Dieser kann über die Leitung 47 parallel zum Verbrauchskreis von der Sekundärseite der Anordnung mit Strom versorgt werden. Den Kathoden der Ventile 3 und 4 werden Steuerströme von der Sekundärwicklung 6 des Haupttransformators durch einen doppelseitig wirkenden Quecksilberdampfgleichrichter geliefert. Der Generator 45^ liefert den beiden Kathoden Heizstrom in Parallelschaltung, der dem Gleichrichter 48 entnommene Strom wird dagegen über die Transformatoren 49 und 50 beiden Kathoden in Reihenschaltung zugeführt. Daher wird während jeder Halbwelle der Heizstrom für die eine Kathode verstärkt und derjenige für die andere verringert.

Bei der Inbetriebsetzung dieser Einrichtung wird nach Anschluß an die Gleichstromhauptleitungen ι und 2 den Kathoden der Ventile 3 und 4 Heizstrom aus einer •Hilf sbatterie 52 zugeführt. Diese liefert auch Strom an den Generator 45, der dadurch als Motor anläuft und veranlaßt, daß der Motor 46 als Stromerzeuger arbeitet. Die in letzterem erzeugte Spannung wird durch die Leitung 53 und die Kontakte eines Relais 54 den Zündelektroden der beiden Qüecksilbergleichrichter 7' und 48 zugeführt. Sowie der Strom im Gleichrichter 48 einsetzt, erregt sich das Relais 54, und die Zündelektroden werden abgeschaltet; sowie Strom auf der Sekundärseite der Anordnung zu fließen beginnt, wird Strom der Maschine 46 geliefert, die nun als Motor arbeitet und die Maschine 45 antreibt, die nun als Stromerzeuger arbeitet und Strom den Glühkathoden der Ventile 3 und 4 liefert und die Batterie 52 wieder auflädt. In der Verbindungsleitung 47 kann ein einseitig wirkendes Ventil 55 vorgesehen sein, um zu verhüten, daß die Maschine 46 Strom nach der Sekundärseite liefert und daß die Batterie 42 überladen wird.

Der Gleichrichter kann unter Umständen fortgelassen werden, und die in der Sekundärwicklung des Transformators 6 erzeugten Spannungen von rechteckiger Wellenform können dann den Primärwicklungen der Transformatoren 49 und 50 unmittelbar zugeführt werden, wie in Abb. 6 angedeutet ist.

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Einrichtung zur Umwandlung von Gleichstrom in solchen anderer Spannung durch Umformung in Wechselstrom mittels Ventilröhren, auch der Magnetrontype, o. dgl. und darauffolgende Transformierung und Gleichrichtung des Wechselstromes, dadurch gekennzeichnet, daß in üblicher Weise in den primären und sekundären Gleichstromkreis geschaltete Reaktanzen (10, 14) miteinander derart gekoppelt sind, daß die die Reaktanzen« (10, 14) durchfließenden Gleichströme in ihnen entgegengesetzte, einander aufhebende Magnetisierungen hervorrufen.
2. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis des von den beiden Reaktanzen (10, 14) gebildeten Transformators gleich dem Übersetzungsverhältnis des Haupttransformators (5, 6) no ist.
3. Ausführungsform nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Steuergittern der Ventilröhren zugeführten Spannungen gegenüber der Hauptspannung voreilen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.