DE534702C

DE534702C - Einrichtung zur Umformung von Wechselstrom in hochgespannten Gleichstrom, die aus mehreren gleichartigen, zusammengeschalteten, Einzelgleichrichter bildenden Gliedern besteht

Info

Publication number: DE534702C
Application number: DED43452D
Authority: DE
Original assignee: MAX BRENZINGER DIPL ING; EGON LORENZ DR
Current assignee: MAX BRENZINGER DIPL ING; EGON LORENZ DR
Priority date: 1923-04-01
Filing date: 1923-04-01
Publication date: 1931-10-01

Description

Es sind bereits mehrere Verfahren bekannt, um aus Wechselstrom hochgespannten Gleichstrom zu gewinnen, z. B. nach D e 1 ο η , Pfannkuch, Schenkel, Grei-η a c h e r und der französischen Patentschrift 543 281. Die Verfahren von Greinacher und Schenkel begrenzen die erzeugbare Sekundärenergie dadurch, daß ,die am Punkte höchster Spannung entnommene Gleichstromenergie vorher durch alle tiefer angeordneten Kapazitäten in .Reihe mit dem Transformator hindurch muß. Außerdem benötigen sie eine große Anzahl von Kapazitäten, da die Energie, die in der letzten Kapazität bei höchster Spannung abgenommen wird, durch jede vorhergegangene Spannungslage hindurch muß. Die französische Patentschrift beschreibt einen Hochspannungsapparat für radiologische Zwecke, welcher aus Kapazität, Transformator und Glühkathodenröhren in der Delon-Schaltung besteht. Es ist darin gezeigt, daß man mehrere Gruppen in Reibe schalten kann. Die Glühkathodenröhren sind in der Figur durch Batterien geheizt. Die Transformatoren müssen bei einem solchen Verfahren nicht für die Spannung einer Gruppe, sondern für die Gesamtspannung gegen Erde isoliert werden.

Die Erfindung verwendet ebenfalls Kapazitäten, Glühkathodenröhren und Transformatoren und benutzt auch wie die Einrichtung nach der französischen Patentschrift eine Mehrheit von diesen Apparaten zur Er.zeugung der Gesamtspannung. Der wesentliche ■— Unterschied gegenüber dieser bekannten An-Ordnung· besteht aber darin, daß die EinzelgHeder zu Elementen oder Zellen, also zu baulichen Einheiten, vereinigt werden, der-, artig, daß man diese Einheiten beliebig untereinander wie die Zellen einer Batterie schalten kann, also in Reihe oder parallel oder reihenparallel, daß die Einheiten ohne weiteres austauschbar sind und, da sie untereinander gleich sind, auch ihre Bestandteile unter- ' einander ausgewechselt werden können. Die Erfindung zielt auf eine wirtschaftliche Fertigung und auf eine besondere Wirtschaftlichkeit für Störungfälle hin, für die" man der Gleichartigkeit aller Einzelglieder wegen nur wenige Ersatzteile braucht Sie zielt ferner darauf ab, eine solche Hochspannungsanlage zu allen möglichen Verwendungsarten zu befähigen, also sowohl zu großen Stromentnahmen bei !geringen Spannungen als auch geringen Stromentnahmen bed hohen Spannungen,'ganz ähnlich wie das etwa bei Akkumulatorenzellen möglich ist.

Der Gedanke, Einrichtungen zur Umformung von Wechselstrom in hochgespannten Gleichstrom aus mehreren gleichartigen, Ein-

j zelgleichrichter bildenden Gliedern zusammenzusetzen, die in Reihe, parallel oder reihenparallel geschaltet sind, wird jedoch nicht als selbständiger Erfindungsgedanke angesehen.

Damit das aber erfüllbar ist, ist es notwendig, daß die Heizungen der Glühventile in jedem Einzelglied nicht etwa von besonderen Stromquellen erregt werden, sondern aus dem ίο jeweiligen Einzelglied selber kommen,- also von der gleichen primären Energie, und zwar von dem gleichen Transformator, der die Hochspannung der Zelle für die Ladung der Kapazitäten liefert. Es dürfen also nicht etwa besondere Batterien zur Speisung herangezogen werden, sondern die beiden Heizstrpmquellen für die beiden Glühventile sind in die Einheit selbst sowohl elektrisch wie media? nisch mit eingebaut, und zwar zweckmäßigerweise als Zusatzwicklungen des Hochspannungstransfoxmators. Auf diese Weise werden' jegliche besondere Leitungen für die Heizung gespart. . V

Baim Zusammenbau wird zweckmäßig jede einzelne Zelle so eingebaut, daß sie· die nächstfolgende Zelle tragen kann und dabei .diese ' Zelle entsprechend der steigenden Spannung isoliert. Man kann aber auch die Anordnung so treffen, daß man die einzelnen Zellen auf Rahmen stellt, deren Potential ge-_ steuert wird.

•Da nun die Potentialdifferenz zwischen den Gliedern höheren Potentials und der primären Stromquelle größer werden kann als die Isolationsbelastungsfähigkeit des einzelnen Transformators, so würde bei den höheren Gliedern ein Durchschlag erfolgen. Dies kann dadurch verhindert werden, daß der Primärspule der höheren Glieder die Energie der Stromquelle über Zwischenglieder zugeführt wind, deren Potential stufenweise von dem Punkte höchsten Potentials nach der Stromquelle zu abnimmt.

Der neue Gleichstrom-Hochspannurigsapparat ist in Abb. 1 der Zeichnung in der Gesamtanordnung beispielsweise dargestellt. Abb. 2, 4 und 5 zeigen eine besondere

■ Form eines Einzelelementes.

Abb. 3 zeigt eine Einrichtung, um die ein- !50 zelnen Elemente kurzzuschließen.

■ . In Abb. ι ist A das unterste Umwand- ; lungsglied, welchem die Wechselstromenergie

unmittelbar vom Netz zugeführt wird. Es besteht aus der Primärspule 1, dem Eisen-.55 kern und den beiden gleichen Sekundärspu- ! lenhälften 2, 2'. Von der Sekundärspule des Transformators T geht die Hochspannung über die Ventilzellen 3, 3' zu den in Reihe geschalteten Kapazitäten 4, 4', deren Mitte durch die Leitung 6 an die Verbindungs-. stelle S der Wicklungshälften 2, 2' angeschlossen ist, welche durch die Leitung 9 mit dem Eisenkern und der Primärspule 1 verbunden ist.

•Erzeugt beispielsweise jede Wicklungshälfte 2 und 2' des Transformators eine sekundäre Scheitelspannung von 25 kV, so besteht zwischen den Punkten 5, 5' eine Gleich-' Spannungsdifferenz von 50 kV. Man kann also beispielsweise mit einem Transformator, dessen Sekundärspule zweimal 17,8 kV Effektiv- bzw. 25 kV Scheitelspannung, also insgesamt nach der Gleichrichtung 50 kV gibt, den Kondensator auf diese letztgenannte Spannung aufladen. Dasselbe Resultat läßt sich natürlich auch mit irgendeiner der anderen bekannten Umwandlungsglieder erreichen, beispielsweise auch mit dem in Fig. 2 dargestellten... -' ■'>- .'■·-.'■

Wird das Glied A mit einem zweiten gleichen Glied B in Reihe geschaltet, so hat dessen Hochspannungsseite vom Netz einen größeren Potentialabstand, als das beim ersten Glied der Fall ist. Diese höhere Spannungsdifferenz kann durch bessere Isolation des Transformators T₁ oder durch Verschaltung⁷ eines geeigneten Transformators nach Art. von Wandlern oder auf beliebige " andere Weise aufgenommen werden.

Das dritte Glied C ist genau so ausgeführt wie die vorausgehenden Glieder A und B. Es erzeugt wieder eine Gleichspannung von 50 kV, so daß an dem Pol P ein Potential von — 125 kV Gleichspannung herrscht. Die Glieder D und B sind .gleich den Gliedern A, B, C gebaut. Zwischen dien Polpunkten P und P₁ der fünf Glieder besteht also bei der ₍ angenommenen Ausführung eine gleichgerichtete Spannung von 250 kV. Die Übertragung der Energie von dem Netz in die Primärspule des Gliedes C und ebenso in die Primärspule D und E kann.in der bei dem Glieds _: erwähnten Weise erfolgen.

Nach Abb. 2 werden durch vier Ventile v_v 'v,_lt ν_Ά, V₄ nach Art der Graetzschen Schaltung die Serienkapazitäten k_± und k₂ aufgeladen. Die Verbindung dieser Teilkapazitäten wird zweckmäßig im Punkte 14 mit der Mitte der Hochspannungswicklunig 15 verbunden. Diese Stelle kann ebenfalls mit dem Eisenkern und der Primärspule 16 anif gleiches Potential gebracht werden.

Bei den Gliedern A, B, C, D, E der Abb. 1 ist es möglich, den Heizstrom für je eine der Gleichrichterkathoden unmittelbar an dem Ende der Sekundärspule durch eine Zusatzwicklung abzunehmen, weil die Potentiale gleich sind. Diese Zusatzw.icklungen sind mit ζ bezeichnet. Es wird durch diese Anordnung für jedes Glied je ein .besonderer hochisolierter Heiztranzformator gespart. Bei der Anordnung nach Abb. 2 können durch

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Anbringen der Heizstromspulen s._z sogar zwei besondere Heiztransformatoren gespart werden.

Jedes Glied mit höherem Potential kann auf dem vorausgehenden Glied als Isolator aufgebaut werden ader auf einem Träger,

' dessen Potential von dem vorausgehenden Glied bestimmt wird.

Überschläge der aufgeladenen Kapazitäten auf den menschlichen Körper werden unangenehm empfunden. Es wird deshalb .in jedem Glied eine an sich bekannte Vorrichtung angebracht, welche die freien Enden der Kapazitäten jeden einzelnen Gliedes kurzschließt, solange die Hochspannungstransformatoren nicht erregt sind. Einfe derartige Vorrichtung ist in Abb. 3 dargestellt. Sie besteht aus dem Kurzschlußbügel 17 mit Eisenanker 18. Wird der Primärstrom bei irgendeinem der Glieder ausgeschaltet, so wird durch Niederfallen des Bügels 17, welcher von dem Elektromagneten. 18 nicht mehr festgehalten wird, die Kapazität selbsttätig kurzgeschlossen. Der Kurzschlußbügel kann natürlich in beliebiger Weise von irgendeiner geeigneten Stelle aus betätigt werden. ■

Die Abb. 4 und 5 zeigen eine besonders zweckmäßige Ausführung eines Hochspannungsgliedes, welches beispielsweise 40 000 Volt Gleichspannung liefert. Es besteht aus einem Transformator, dessen Primärspule p in zwei Teile zerlegt und unmittelbar auf dem Eisenkern angebracht ist. Über jedem Teil der Primärspule ist eine Sekundärspule ^ angeordnet. Das Charakteristische der neuen Anordnung ist, daß die beiden Sekundärspulen wechselstromseitig selbständig und voneinander unabhängig und nur gleichstromseitig miteinander verbunden sind. Es ist eine zweifache Anwendung der gebräuchlichen Pfannkuch-Schaltung. Die Enden e_t und e₂ der Sekundärspule sind lediglich durch die Kapazitäten c_x und C₂ voneinander getrennt. Auf diese Weise -ist es möglich, mit einem

einzigen Transformator mit zwei selbständigen Sekundärspulen für je 20 000 Volt Scheitelspannung 40 000 Volt Gleichspannung zu erzielen. Wenn man überdies den beiden Sekundärspulen nicht den gleichen, sondern entgegengesetzten Wicklungssinn erteilt und dadurch die Sekundärspannung und Ströme um ' iSo° zueinander versetzt, so sind die auftretenden Potentialuntenschiede zwischen den Anfängen m_x und m₂ der Sekundärspule offenbar auf die Hälfte herabgesetzt. Zwischen denjenigen Lagen der beiden Sekundärwicklungen, die zu der Primärspule und zu dem Eisenkern die größte Potentialdifferenz, nämlich 20 000 Volt, aufweisen, besteht dann nicht mehr die Potentialdifferenz 40 000 Volt untereinander, sondern nur noch 20 000 Volt.

Es ist von besonderer Wichtigkeit für die verschiedenen beschriebenen Anordnungen, daß die Heizströme der einzelnen Glühventile berÄnderung der Belastung nicht verschieden beeinflußt werden. Diese Gefahr ist offenbar vorhanden, denn wenn beispielsweise eine Heizstromwicklung, die Erdpotential hat, unmittelbar auf dem Eisenkern angebracht ist, und eine andere, welche das Potential des Endes einer Sekundärspule hat, mit ihr vereinigt ist, so würde eine Erhöhung der Stromentnahme wegen der sehr verschiedenen Stärke der Streufelder an beiden Stellen erhebliche Unterschiede im iGlutzustand zur Folge haben, und zwar würde bei einer höheren Belastung die am Ende der Sekundärspule angeordnete Heizwicklung viel größeren Spannungsabfall zeigen als die auf dem Eisenkern angebrachte.

Die Erfindung benutzt zur Vermeidung dieses Übelstandes Heizstromwicklungen, die so angeordnet sind, daß Belastungsveränderungen auf ,sie möglichst gleich wirken, Das wird beispielsweise dadurch herbeigeführt, daß die unmittelbar auf dem Eisenkern lie- gende Wicklung schmal and in Form einer Scheibe, die am Ende einer Sekundärspule angeordnete und mit ihrem Ende leitend verbundene im Verhältnis der stärkeren Streu- go un|g breit ausgebildet wird, die erste also sozusagen den Charakter einer Scheibenwicklung, die zweite einer Zylinderwicklung hat. Auch andere Mittel, wie die Anordnung einer besonderen ,Schubspule unter der im Streufeld liegenden oder eines besonders großen Wkidiungsdurchmessers der auf dem Potential des Eisenkerns liegenden Heizspule usw., können dafür verwandt werden.

Claims

Patentansprüche:

i. Einrichtung zur Umformung von Wechselstrom in hochgespannten Gleichstrom, die aus mehreren gleichartigen, zusammengeschalteten, Einzelgleichrichter bildenden Gliedern mit selbständig gespeisten Transformatoren, Glühkathodenröhren und Kondensatoren besteht, und bei der die sekundären Potentiale der Glieder von den Nachbargliedern durch die Schaltung bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Glieder einschließlich der von dem zugehörigen Transformator induktiv ,gespeisten Heizung der Ventilglühfäden als in sich geschlossene, selbständige bauliche Einheiten ausgebildet und nach Maßgabe der auf der Hochspannungsseite jeweils benötigten Strom- oder Spannungsgröße in Reihe, parallel oder reihenparallel. geschaltet sind.
2. Äusführungsform nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Glied höheren Potentials auf dem vorausgehenden Glied als Isolator oder auf einem Träger mit dem Potential des Vorglieds aufgebaut ist.
3. Auisführungsform nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, · daß die Transformatoren der Glieder höheren Potentials

ίο ihre Energie nicht unmittelbar aus dem Netz, sondern in anderweitig bekannter Weise durch isolierende Zwischentransforinatoren erhalten.
4. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Einzelgleichrichtersatz die Sekundärwicklung· des Hochspannungstransformators aus zwei gleichen, an einer Seite miteinander verbundenen Teilen besteht und die freien Enden jie über eine Glühkathodenröhre abwechselnd eine geteilte Kapazität laden, deren Mitte an die Verbindungsstelle der Wicklungshälften angeschlossen ist.
5. Ausführungsform nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung von Einzelgleichrichterii, bei welchen ein Transformator nach Art der Graetzschen Schaltung über vier Glühkathodenröhren eine geteilte Kapazität oder zwei Serienkapazitäten lädt, deren Mitte mit der Mitte der Transformatorsekundärspule verbunden sein kann.
6. Ausführungsform nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung von Einzelgleichrichtern, bei denen der Transformator zwei unabhängige und getrennte Primärwicklungen und zwei Sekundärwicklungen trägt, die insofern selbständig sind, als sie einseitig nur durch Kondensatoren verbunden, auf der anderen Seite durch Gleichrichter getrennt sind. '
7. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Transformatoren, Glühkathodenröhren und Kondensatoren eines jeden Einzelgleichrichters nach Art der bekannten Delon- oder Pfannkuch-Schaltung geschaltet sind.
8. Ausführungsform nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kurzschlußbügel oder eine diesem ähnliche Kurzschlußvorrichtunig für die Kondensatoren jeden Gliedes, die durch Einschalten des TransformatorstrOimes oder eines besonderen Sicherheits'stromkreises mittels eines Elektromagneten o. dgl. von den Klemmen der Kondensatoren abgehoben wird.
9. Ausführungsform nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Zusatzwicklungen So an den Enden der Hochspannungswicklung;des Transformators eines jeden Gliedes, welche in an sich bekannter Weise den Strom zur Heizung der Gleichrichterkathoden gleichen Potentials liefern.
10. Ausführungsform nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß' die .zusätzlichen Heizstromwicklungen verschiedener Potentiallage so in ihrer Gestalt und in ihrer Lage zum Feld aufeinander abgeglichen sind, daß Belastungsveränderun-(gen und andere Schwankungen auf die. verschiedenen Heizkreise möglichst gleich einwirken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen