DE546269C - Einrichtung zum Umwandeln von Wechselstrom in Gleichstrom mittels gleichstromvormagnetisierter Drosselspulen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Umwandeln von Wechselstrom in Gleichstrom. Es ist bekannt, mittels einer gleichstrommagnetisierten Drossel die Kurvenform eines Wechselstromes in hohem Maße zu verzerren. Um jedoch einen Gleichstromeffekt zu erhalten, ist es erforderlich, eine Entladungsstrecke ohne Gleichrichterwicklung in den Stromkreis, zu schalten, die derartig beschaffen ist, daß sie erst von einem bestimmten Momentanwert der Spannung an den Strom leitet.

Eine solche Einrichtung ist nur bei verhältnismäßig hohen Spannungen möglich und nur für verhältnismäßig geringe Ströme.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Umwandlung von ein- oder mehrphasigem Wechselstrom in Gleichstrom Selbstinduktionsspulen mit polarisiertem Eisenkern zu verwenden. Dabei sollte die verschiedene magnetische Durchlässigkeit für die beiden Stromwechsel allein schon eine Gleichrichtung, d. h. Drosselung, der einen Stromrichtung und ungehinderten Durchgang der anderen Stromrichtung bewirken. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß diese Einrichtung praktisch nicht durchführbar ist, da lediglich eine Stromverzerrung, aber keine Gleichrichtung eintritt.

Gemäß der Erfindung wird die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom mittels in den Wechselstrom eingeschalteter gleichstrommagnetisierter Drosselspule dadurch erreicht, daß mit der Drosselspule ein für beide Wellenhälften des Wechselstromes dauernd leitender, aber mit der Stärke des hindurchfließenden Stromes bzw. der angelegten Spannung in seiner Leitfähigkeit gleichsinnig sich ändernder Leiter in Reihe geschaltet ist.

Die Erfindung ist an Hand der beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht; es stellt dar:

Fig. ι die sinusförmige Stromkurve eines gewöhnlichen Wechselstromes (Spannungskurve oder die davon abhängige Stromstärkenkurve),

Fig. 2 eine verzerrte Spannungs- oder Stromstärkenkurve des Wechselstromes nach Fig. i,

Fig. 3 eine Charakteristik eines Widerstandes, der sich mit der angelegten Spannung oder dem ihn durchfließenden Strom ändert,

Fig. 4 eine verzerrte Spannungs- oder Stromstärkenkurve ähnlich wie Fig. 2, aber mit stark überwiegendem Teil in einer Richtung,

Fig. S eine Magnetisierungskurve für einen Weicheisenkern,

Fig. 6 eine Charakteristik einer Entladung des elektrischen Stromes in verdünnten Gasen,

Fig. 7 eine Charakteristik der Entladung des elektrischen Stromes unter Atmosphärendruck und hoher Spannung.

Für Fig. i, 2 und 4 Abszissen: Zeit t, Ordinaten: Spannung £ oder Stromstärke/; für Fig. 3 Abszisse: Spannung E oder Stromstärke/, Ordinate: WiderstandR;

für Fig. 5 Abszisse: Magnetisieren de Kraft AW'cm, Ordinate: KraftlinienfLuß M; · für Fig. 6 Abszisse: Stromstärke I₁ Ordinate: Spannung B;

für Fig. 7 Abszisse: Spannung E₁ Ordinate: Stromstärke /.

Fig. 8 ist ein Schaltungsschema zur Um-Wandlung von Wechselstrom in Gleichstrom nach der Erfindung.

Fig. 9 ein Schaltungsschema nach der Erfindung in etwas anderer Ausführungsform (beide Halbwellen ausgenutzt) zum Laden so einer Batterie verwendet,

Fig. 10 ein Schaltungsschema nach der Erfindung für den gleichen Zweck wie der - - Gegenstand der Fig. 9 in etwas anderer Ausführung (Graetzschaltung), Fig. 11 ein Schaltungsschema zur Umformung von Drehstrom in Gleichstrom,

Fig. 12 ein Schaltungsschema nach der Erfindung für eine Vorrichtung zur Staubreinigung,

Fig. 13 ein Schaltungsschema nach der Erfindung, wobei eine Erregung durch permanenten Magneten vorgesehen ist.

Bei der Einrichtung nach der Erfindung wird durch irgendein Mittel zunächst in bekannter Weise die Strom- oder Spannungskurve des Wechselstromes verzerrt. Fig. 1 zeigt die reine sinusförmige Wechselstromkurve, Fig. 2 die Strom- oder Spannungskurve nach der Verzerrung gemäß der Erfindung. Die Kurve zeigt, daß hier noch kein Gleichstrom, sondern noch vollständiger Wechselstrom vorliegt. Dargestellt wird dies dadurch, daß die Fläche A der einen Halbwelle W₁ gleich der Flache B der anderen Halbwelle w„ ist. Es fließt also dieselbe Elektrizitätsmenge in der Zeiteinheit zurück, die im vorhergehenden Intervall hingeflossen ist. Die Verzerrung der Kurve kann nun verschieden erfolgen. In bekannter Weise kann hierfür eine Drosselspule benutzt werden, die durch Gleichstrom vormagnetisiert ist. Dieser Gleichstrom kann seinerseits von dem erzeugten Gleichstrom abgezweigt wer-'den oder aus einer besonderen Gleichstromquelle stammen. Zur Verzerrung der Stromkurve können auch in bekannter Weise zwei gekuppelte Dynamomaschinen verwendet werden, von denen die eine die doppelte Periodenzahl der anderen hat. Erfindungsgemäß wird nun ein derart verzerrter Strom durch einen mit der Stärke des hindurchfließenden Stromes bzw. der angelegten Spannung in seiner Leitfähigkeit gleichsinnig sich ändernden Leiter geschickt. In diesem Fall wird der Widerstand des Leiters im Mittel während des ersten Zeitabschnittes t₁ (erste Halbperiode, Welle ZW₃) geringer sein als während des Zeitabschnittes i„ (zweite Halbperiode, Welle W₄), mithin " Fläche OD. Es wird also in der Zeit i_x mehr Strom fließen als in der Zeit t„ (vgl. Fig. 4), d. h. es entstehen einzelne Gleichstromstöße. Dabei ist zu berücksichtigen, daß durch das Auftreten einer großen Gleichstromspitze in der Stromkurve w_s der Widerstand bei Stromverlauf in der Richtung des entstehenden Gleichstromes noch weiter herabgedrückt wird, so daß durch -diese unterstützende Wirkung sich wiederum ein noch größerer Gleichstrom ausbilden kann.

Den noch verbleibenden Rest an Wechselstrom kann man durch Drosselspulen und Kondensatoren und extreme Wahl der Leiter sehr stark unterdrücken. Für die beschriebene Einrichtung eignen sich Leiter, welche nicht dem Ohmschen Gesetz folgen. Hierzu gehören z. B. spannungsempfindliche Leiter in Form von Mischungen aus leitendem Material (Metalle, Kohle, Siliciumcarbid) und aus Nichtleitern (z. 1$. keramische Massen, Glas, Oxyde von Metallen, gummiartige Massen), go deren Charakteristik in Fig. 3 beispielsweise nach Kurve K verläuft. Als spannungsempfindliche Leiter kommen ferner Gasstrecken in Frage, bei welchen durch dauernde Ionisierung evtl. Fremdionisierung ein in jeder Stromrichtung durchlässiger Leiter geschaffen ist.

Fig. 6 zeigt z. B. die Charakteristik einer Gasentladung. Steigt die Spannung bis höchstens zum Punkt b, so tritt eine lichtlose, stille Entladung ein, wobei ganz wenig Strom fließt. Wird der Punkt b von der Spannung überschritten, was für beide Richtungen erfindungsgemäß Bedingung ist, so tritt bis zum Punkt c Glimmentladung ein. Es fließt ein erheblicher Strom, obwohl die Spannung gleichzeitig absinkt. Ist die Stromquelle ergiebig genug, so geht die Entladung von c bis d schließlich in einen Lichtbogen über. Wählt man nun die Werte der Kennlinie in Fig. 2 derart, daß im Kurventeil W₂ nur eine Glimmentladung eintritt, die entsprechend Fig. 6 bis zum Punkte c der Charakteristik stattfinden könnte, dagegen im Kurventeil W₁ eine Lichtbogenentladung, die das Kurvenstück C₁ d der Fig. 6 durchlaufen würde, so tritt eine weitgehende Gleichrichtung ein, weil die Lichtbogenentladung einen weit stärkeren Strom in der einen Richtung zur Folge hat als die schwache Glimmentladung in der anderen Richtung.

Man kann auch andere veränderliche

Widerstände als hierfür geeignete Leiter verwenden. Z. B. ist der Übergangswiderstand unter Kohlebürsten mit dem übergehenden Strom veränderlich, solange der Kollektor sich bewegt. Also könnte man eine Einrichtung dieser Art zu Hilfe nehmen. Die Veränderlichkeit des Leiters beruht hierbei nach einer bekannten Theorie auf der Temperaturempfindlichkeit der Übergangsschicht.

ίο Die wichtigste Anwendung dürften jedoch die Kombinationen von Drosseln und Leitern ergeben, bei denen keine Hilfsmittel weiter nötig sind. Da gewissermaßen der verzerrte Strom als Steuerung dient und der Leiter dann als Ventil, werden möglichst extreme Verhältnisse gewählt, um eine möglichst vollkommene Gleichrichtung zu erzielen. Die Drossel muß dazu aus einem Blech hergestellt sein, dessen Magnetisierungskurve einen möglichst scharfen Knick aufweist, z. B. Knick α der Kurve m in Fig. 5. Solche Materialien sind bekannt. Man könnte jedoch auch durch Anheizen des Bleches künstlich die Magnetisierungskurve in dieser Weise nach bekannten Verfahren verändern. Man erzielt so eine Spitze der Kurve W₁ gegen Kurve w_s (Fig. 2). (Großer Amplitudenunterschied.) Der Leiter muß sodann so gewählt werden, daß er in sehr weitem Maße von der Spannung abhängt.

In Fig. 7 ist in Kurve 0 der Verlauf einer Glimmentladung bei Atmosphärendruck gezeigt. Richtet man nun die Apparatur so ein, daß die Höchstwerte der Kurve w„ (Fig. 2) noch unter dem sogenannten kritischen Punkt p (Fig. 7) bleiben, die Werte der Kurve W₁ (Fig. 2) diesen jedoch erheblich überschreiten, so kann man erreichen, daß im Entladungsraum fast nur Gleichstrom in Richtung der «^-Kurve fließt.

An Schaltungszusammenstellungen: kommen die verschiedensten für Gleichrichter bekannt gewordenen Schaltungen in Betracht.

Fig. 8 zeigt eine beispielsweise Schaltung zur Ausnutzung einer Halbwelle des Wechselstromes. Mit i, 2 ist die gleichstromvormagnetisierte Drossel bezeichnet, mit 3 einer der vorerwähnten Leiter.

Die Schaltungen werden zweckmäßig so gewählt, daß beide Wechselstromwellenhälften ausgenutzt werden können bzw. mit Drehstrom oder Mehrphasenstrom gearbeitet werden kann. Hierbei ergibt sich dann, daß die Pause zwischen den Wellenhälften W₃ (Fig. 4) durch die gleichgerichtete zweite Hälfte des Wechselstromes ausgenutzt wird, wodurch auch der kleine Rückstrom ή/₄ (Fig. 4) unterdrückt wird. Bei Mehrphasenstrom überschneiden sich die einzelnen Spitzen der WeI-len W₃. Hierdurch wird bekanntlich der Wirkungsgrad sehr gesteigert.

Bei der Schaltung nach Fig. 9 werden ähnliche Teile wie beim Gegenstand der Fig. 8 verwendet, um eine Batterie 7 aufzuladen. Hier ist die Erregung aber nicht wie bei Fig. 4 eine Fremderregung, sondern die Erregerwicklungen sind von dem Gleichstromnetz bei 8 und 9 abgezweigt, und es werden beide Halbwellen des Wechselstromes ausgenutzt (sogenannteTransformatorenschaltung).

Fig. 10 zeigt eine Vorrichtung nach der Erfindung in der bekannten Graetzschaltung, Fig. 11 die Verwendung von Drehstrom mit den drei Phasen 10, 11, 12. Der erzeugte Gleichstrom geht in ein Gleichstromnetz 13.· 14·

Die einzelnen Drosseln 5 in diesen Schaltungen lassen sich auch jeweils so kombinieren, daß sie sich gegenseitig in ihrer Wirkung unterstützend auf einem gemeinsamen Eisengestell untergebracht sind, ähnlich wie. das für Hochfrequenzsteuerdrosseln, Frequenzverdoppler und ähnliches bekannt geworden ist.

Fig. 12 zeigt noch eine besondere Ausführungsform der Erfindung. Hierbei ist der zumeist für einen Gleichrichter benötigte Transformator 2 mit der Drossel gewissermaßen dadurch verschmolzen, daß direkt auf das Transformatorengestell die Erregerwicklung4 go aufgebracht ist, so daß direkt der vom Transformator gelieferte Strom verzerrt wird. 17 und 19 bedeuten die Elektroden einer Gasreinigungsvorrichtung, bei welcher die zwischen den Elektroden befindliche dauernd ionisierte Luft den Leiter darstellt.

Für manche Zwecke wäre eine noch größere Vereinfachung denkbar. Da nämlich der in der zweiten Wicklung des Transformators 2 (Fig. 12) fließende Strom Gleichstrom ist (bzw. zum größten Teil), so wirkt dieser seinerseits auf den Eisenkern genau so wie die Erregerwicklung. Diese könnte also nach Einleitung des Vorganges abgeschaltet werden. Die Gleichrichterwirkung wird dann allerdings etwas zurückgehen.

An Stelle einer besonderen Erregerwicklung zur Vormagnetisierung könnte man die Vormagnetisierung auch durch einen permanenten Magneten 21 bewirken, wie Fig. 13 zeigt.

Als Leiter, welcher sich gleichmäßig ändert, kann auch ein elektrisches Ventil mit richtungsempfindlichem Übergangswiderstand, z. B. ein Metalloxydgleichrichter, dienen.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zum Umwandeln von Wechselstrom in Gleichstrom mittels gleichstromvormagnetisierter Drosselspulen, dadurch gekennzeichnet, daß mit der

   Drosselspule ein für beide Wellenhälften des Wechselstromes dauernd leitender, aber mit der Stärke des hindurchfließenden Stromes bzw. der angelegten Spannung in seiner Leitfähigkeit gleichsinnig sich ändernder Leiter in Reihe geschaltet ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet! daß bei induktiver Kopplung· des den verschieden durchlässigen Leiter und die Drosselvorrichtung enthaltenden Stromkreises mit der Wechselstromquelle alle Wicklungen (Primär- und Sekundärwicklung eines Transformators sowie auch eine Erregerwicklung) auf ¹S einem gemeinsamen Eisenkern derart angeordnet sind, daß die Sekundärwicklung des Transformators gleichzeitig als Drosselvorrichtung dient, um mit kurvenverzerrter Spannung zu arbeiten.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als ein mit der Stärke des hindurchfließenden Stromes bzw. der angelegten Spannung in seiner Leitfähigkeit gleichsinnig sich ändernder Leiter ein elektrisches Ventil mit richtungsempfindlichem Übergangswiderstand, z. B. ein Metalloxydgleichrichter, dient.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen