DE615173C - Verfahren zur Entwicklung einer Vervielfachungsschaltung zur Erzeugung einer hohen Gleichspannung aus einer Wechselspannung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 2S. JUNI 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d 2 GRUPPE 12 oi

Koch. & Sierzel Akt.-Ges. in Dresden*)

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. März 1930 ab

Es sind bereits Verfahren zur Erzeugung einer hohen Gleichspannung aus einer Wechselspannung mit einer Vervielfachungsschaltung bekanntgeworden, bei denen eine aus einem Kondensator in Reihe mit einem Stromunterbrecher, z. B. einer Ventilröhre, bestehende Gruppe an die Wechselspannung angeschlossen und die nach Aufladung des Kondensators am . Unterbrecher entstehende erhöhte Spannung

to zur Ladung eines weiteren Kondensators über einen weiteren Stromunterbrecher benutzt wird. Zwecks mehrfacher stufenweiser Steigerung der Spannung- wird das Verfahren unter Anwendung mehrerer Gruppen von Kondensatoren und Unterbrechern wiederholt denutzt.

Weiter ist bekannt ein Verfahren zur Erzeugung einer Gleichspannung aus einer oszillierenden Spannung in einem beliebigen vielfachen Betrag derselben unter Anwendung mehrerer Grundgruppen, jede bestehend aus zwei Kondensatoren und zwei in Reihe geschalteten Ventilzellen, die derart geschaltet sind, daß der eine Pol der oszillierenden Spannung über einen Kondensator mit dem Verbindungspunkt der beiden Ventilzellen und der andere Pol mit dem freien Ende der einen Ventilzelle unmittelbar, mit dem freien Ende der anderen Ventilzelle über den zweiten Kondensator verbunden ist. Alle Ventilzellen dieser Schaltung sind in Reihe, alle mit dem Verbindungspunkt zweier Ventilzellen derselben Grundgruppe verbundenen Kondensatoren ebenfalls in Reihe tihd alle mit dem Verbindungspunkt verschiedener Grundgruppen verbundenen Kondensatoren auch noch in Reihe geschaltet.

Schließlich ist noch eine dritte Vervielfachungsschaltung bekannt, bei der an die Transformatorpole zwei Gruppen, jede bestehend aus einem Ventil .und Kondensator, angeschlossen sind, von denen jeweils Kondensator und Ventil verschiedener Gruppen an dem gleichen .Transformatorpol liegen. Dies ist die sog. Verdreifachungsschaltung.

Des weiteren ist. eine einfache Verdoppelungsschaltung unter dem Namen Villardschaltung bekanntgeworden, bei der zwei an den Transformatorpolen liegende Kondensatoren und ein zwischen die Kondensatoren geschaltetes Ventil Verwendung finden. Bei dieser Schaltung werden die Kondensatoren' nur mit ¹/_i der Gesamtspannung beansprucht. Von dieser für die Beanspruchung der Kondensatoren günstigsten Schaltung geht die Erfindung aus, indem sie diese Schaltung als Grundgruppe für ein Verfahren zur Entwicklung einer Vervielfachungs-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Frits Kautssch in Leipzig.

schaltung zur Erzeugung einer hohen Gleichspannung aus -einer. Wechselspannung wählt. Erfindungsgemäß werden dabei zu einer oder zwei Grundgrüppen zwei oder mehr Zusatzgruppen geschaltet, deren jede aus Ventil und Kondensator besteht und die jeweils zwischen Kondensator und Ventil der vorangehenden Gruppe und dem Gegenpol des Transformators unmittelbar oder mittelbar ίο über den an diesem Transformatorpol angeschlossenen Kondensator der anderen Grundgruppe bzw. der vorangehenden Zusatzgruppe so angeschlossen werden, daß die sich über eine Halbperiode der zugeführten Transformatorspannung erstreckenden Stromführungszeiten der Grundgruppe bzw. Grundgruppen und mindestens der auf jede Grundgruppe folgenden Zusatzgruppen nicht zuzusammenfallen. Zwischen Kondensator und Ventil der Zusatzgruppen werden sodann die vervielfachten Gleichspannungen abgenommen. Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß gegenüber der zu zweit genannten vorbekannten Schaltung eine Steuerung der Kondensatoren der Zusatzgruppe durch einen Transfortnatorpol erfolgt. Die Potentialverteilung für, die Zusatzkondensatoren ist somit eindeutig festgelegt. Weiterhin ermöglicht diese Schaltung die wechselweise Aufladung der Zusatzkondensatoren in jedem Wechsel, während bei der zu zweit genannten vorbekannten Schaltungsanordnung die Aufladung der Zusatzkondensatoren nur alle zwei Wechsel gleichzeitig erfoigt. Durch die Art der Aufladung nach der Erfindung verringert sich aber der Spannungsabfall in der Gleichspannungskurve infolge einer verkleinerten Fluktuationsamplitude, was insbesondere beim Betrieb von Kathodenstrahlröhren insofern von Vorteil ist, als die Austrittsgeschwindigkeit der Elektronen nur bei weitgehend verringerter Fluktuation gleichbleibt und auch nur dann die mit den Elektronenstrahlen erhaltenen Beugungsbilder scharf werden. Auch wird der Transformator in jedem Wechsel gleichmäßig belastet, während in der vorbekannten Schaltung der Transformator stoßweise mit dem doppelten Ladestrom beansprucht wird, was wieder einen größeren Zusamnienbruoh der Transformatorspannung herbeiführt. Jeder Kondensator der Zusatzgruppe kann daher kleiner bemessen werden als der Kondensator der Zusatzgruppe der vorbekannten Schaltung bei gleicher Fluktuation. Dadurch wird die Wirtschaftlichkeit der Anlage erhöht. Auch hat die Schaltung insofern noch einen Vorteil aufzuweisen, als die zur Beheizung der Glühkathodenventile dienenden Heizwandler geringer beansprucht werden als die in den bekannten Schaltungen verwendeten Heizwandler, wenn man dabei den Umstand berücksichtigt, daß die mit Wechselspannung beanspruchten Heizwandler ungefähr die vierfache Beanspruchung mit pulsierender Gleichspannung auszuhalten imstände sind.

Verwendet man diese Schaltung bei einseitig geerdetem Transformator, so erhält man eine symmetrische Spannungsverteilung gegen Erde, während bei der vorbekannten Schaltung gerade durch diese Erdung eine unsymmetrische Spannungsverteilung zustande kommen würde. Bei einer Schaltung der Zusatzgruppen in der Reihenfolge: Kondensator, Ventil, Gegenpol des Transformators werden sämtliche Kondensatoren bei Verdreifachung mit je ¹Jg und die Ventile der Grund- und Zusatzgruppen mit je ²J₃ der Gesamtspannung beansprucht.

Sind die Zusatzgruppen jedoch in der Reihenfolge: Ventil, Kondensator, Gegenpol des Transformators geschaltet, so erreicht man bei einer Vervierfachung der Transformatorspannung die günstigste Beanspruchung von je ¹Z₈ für die Kondensatoren der Grundgruppe, je ³/₈ für die Kondensatoren der Zusatzgruppe und je ¹^ der Gesamtspannung für sämtliche Ventile.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in Anwendung auf Drehstrom derartig ausgebildet, daß die Grundgruppe an zwei Anschlußpunkte des Drehstromtransformators gelegt ist und der dritte Anschlußpunkt den Gegenpol darstellt.

In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele für das Verfahren gemäß der Erfindung gezeigt.

Die bei den verschiedenen Wechseln der Spannung auftretenden Potentiale sind an den betreffenden interessierenden Punkten angeschrieben. Dem ersten Wechsel entspricht die ohne besondere Kennzeichen angeschriebene Zahl, dem zweiten Wechsel entsprechen die in Klammern gesetzten Zahlen, die Potentiale des dritten Wechsels sind durch Unterstreichen und die des vierten Wechsels durch Klammern und Unterstreichen kenntlich gemacht. Die in allen Abbildungen durch dickere Strichstärke herausgehobene Grundgruppe besteht aus zwei an die Pole des Transformators 11 bzw. 43 einseitig angeschlossenen Kondensatoren, deren andere Seiten über das Ventil miteinander verbunden sind.

Bei der in Abb. r dargestellten erfindungsgemäßen Schaltung liegt die aus den Kon densatoren α und b sowie dem Ventil c bestehende Grundgruppe an den Enden der Sekundärwicklung des Transformators 11; die Enden der Sekundärwicklung sind ferner über Kreuz mit je einem Kondensator 21 bzw. 22 verbunden. (Die Ventile sind für die Stromrichtung von Platte zur Spitze durchlässig

gedacht.) Zwischen dem Verbindungspunkt des Kondensators α mit dem Ventil c einerseits und dem Punkt d andererseits liegt ein Ventil 23 und entsprechend zwischen b und e ein Ventil 24. Die Punkte d und e sind die Pole, an denen die zu erzeugende Gleichspannung abgenommen wird. Zwischen diesen Punkten erhält man eine wellenförmige Gleichspannung, deren Höhe das vierfache der Transfortnatorspannung beträgt. Die Kondensatoren α und b der Grundigruppe werden mit ¹Z₈, diejenigen der Zusatzgruppe 21 und 22 je mit ³/s der Gesamtspannung und sämtliche Ventile mit */₂ der Gesamtspannung beansprucht.

Abb. 2 zeigt die an sich schon vorgeschlagene Maßnahme, die nach Abb. 1 an den Hochspannungsleitungen liegende wellenförmige vervielfachte Gleichspannung über ein in die eine Hochspannungsleitung eingeschaltetes

ao Ventil 25 und zwischen die Hochspannungsleitungen gelegte Kondensatoren 26 in eine konstante Gleichspannung umzuwandeln bei Erdung der einen Hochspannungsleitung.
Nach Abb. 3 werden zwei Grundgruppen parallel zum Transformator 11 geschaltet. Die Ventile 19,20 der Grundgruppen sind dabei in entgegengesetzter Polarität über die Kondensatoren an die Transformatorpole angeschlossen. In dieser Schaltung werden die Kondensatoren der Grundgruppen mit je ¹Z₆ und die Kondensatoren der Züsatzgruppen mit der Hälfte der Gesamtspannung beansprucht, während die Ventile der Grund- und Zusatzgruppen gleichmäßig mit je ²Z₃ der Gesamtspannung belastet werden. An den Hochspannungsleitungen steht nunmehr die dreifache konstante Gleichspannung, bezogen auf die Transformatorspannung, zur Verfugung. In der Schaltung nach Abb. 4 wird der eine Transformatorpol geerdet, während die Beanspruchung der einzelnen Teile genau die gleiche bleibt wie nach Abb. 3. Der Unterschied dieser Schaltung gegenüber der nach Abb. 3 besteht lediglich darin, daß an den Hochspannungsleitungen nicht mehr gegen Erde wechselnde Potentiale vorhanden sind, sondern gegen Erde symmetrische und gleichbleibende Potentialdifferenzen bestehen.
Schließlich gibt Abb. 5 bei Verwendung zweier zum Transformator parallel geschalteter Grundgruppen mit Ventilen 27, 28 von umgekehrter Polarität ein Beispiel dafür, daß die Zusatzgruppen, bestehend aus Ventil 29, Kondensator 30 und Ventil 31, Kondensator 32, nicht unmittelbar an den Gegenpol 33 des Transformators gelegt werden müssen, sondern mittelbar über den an diesen Transformatorpol angeschlossenen Kondensator 34 der Grundgruppe I und den entsprechenden Kondensator 35 der Grundgruppe II an den Gegenpol geschaltet werden können. Zwischen Kondensator und Ventil der Zusatzgruppen i, 2 kann an den Punkten 40 und 41 die vervielfachte Gleichspannung von 6 V angenommen werden. Die nächsten Zusatzgruppen 3, 4, bestehend aus Ventil 36, Kondensator 37 und Ventil 38, Kondensator 39, sind einerseits an die Punkte 40, 41 der Zusatzgruppen 1 und 2 und andererseits über die Kondensatoren 12 und 13 an den Gegenpol 42 des Transformators angelegt. Zwischen den Punkten 14, 16 erhält man die fünffache konstante Gleichspannung, bezogen- auf die Transformatorspanmmg, nämlich 10 V. Die nunmehr folgenden Zusatzgruppen 5, 6, bestehend aus Ventil 17, Kondensator 18 und Ventil 53, Kondensator 54» sind einerseits an die Punkte 14, 16 der Zusatzgruppen 3, 4 und andererseits über den Kondensator 30 der Zusatzgruppe 1 an die Grundgruppe I und über den Kondensator 32 der Zusatzgruppe 2 an die Grundgruppe II gelegt. An den Punkten 55, 56 wird die vervielfachte Gleichspannung von 14 V abgenommen. Dabei liegen jeweils zwischen Kondensator und Ventil die Punkte 40, 41 und 14, 16 der Zusatzgruppen. Zwischen einem dieser Punkte und dem an den Gegenpol des Transformators angeschlossenen Kondensator der anderen Grundgruppe bzw. der voran-' gehenden Zusatzgruppe werden also die fol- _go genden Zusatzgruppen abwechselnd angeschlossen und die vervielfachte Gleichspannung zwischen ihren Kondensatoren und Ventilen abgenommen.

Die Abb. 6 bis 8 zeigen Schaltungen nach der Erfindung in Anwendung auf Drehstromtransformatoren. Der Drehstromtransformator 43 besitzt wie jeder normale Drehstromtransformator drei Anschlußpunkte 44, 45, 46. Die Grundgruppe wird an die Anschlußpunkte 44 und 46 des Drehstromtransformators 43 gelegt und zwischen den Punkten 47 und 48 je eine Zusatzgruppe derart angeschaltet, daß der für beide Züsatzgruppen gemeinsame Gegenpol durch den dritten Anschlußpunkt 45 des Drehstromtransformators 43 gebildet wird. An den Hochspannungsleitungen erhält man das 4,76fache der Schenkelspannung des Transformators in Form eines wellenförmigen Gleichstromes. Wird diese wellenförmige ver- no vielfachte Gleichspannung nach dieser Schaltung über in die Leitungen eingeschaltete Ventile 49, 50 geführt und werden zwischen die Hochspannungsleitungen Glättungskondensatoren 51, 52 nach Abb. 7 geschaltet, so u₅ erhält man die 4,76fache Schenkelspamnung des Transformators an diesen Leitungen als konstante Gleichspannung.

Vertauscht man wieder, wie bereits oben ausgeführt, die Kondensatoren der Zusatzgruppen mit ihren dazugehörigen Ventilen, so wie dies Abb. 8 zeigt, so erhalt man ohne

Verwendung weiterer Ventile 49,50 und Kondensatoren 51, 52 an den Hochspannungsleitungen die 4,76fache Schenkelspannung in Form einer konstanten Gleichspannung.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Entwicklung einer Vervielfachungsschaltung zur Erzeugung einer hohen Gleichspannung aus einer Wechselspannung, deren Grundgruppe aus zwei an den Transformatorpolen liegenden Kondensatoren und 'einem zwischen die Kondensatoren geschalteten Ventil besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zu einer oder zwei Grundgruppfeti zwei oder mehr Zusatzgruppen geschaltet werden, deren jede aus Ventil und Kondensator besteht, und die jeweils zwischen Kondensator und Ventil der vorangehenden Gruppe und dem Gegenpol des Transformators unmittelbar oder mittelbar über den an diesem Transformatorpol angeschlossenen Kondensator der anderen Grundgruppe bzw. der vorangehenden Zusatzgruppe so angeschlossen werden, daß die sich über eine Halbperiode der zugeführten Transformatorspannung erstreckenden Stromzuf ührungszeiten der Grundgruppe bzw. Grundgruppen und mindestens der auf jede Grundgruppe folgenden Zusatzgruppe nicht zusammenfallen, und daß zwischen Kondensator und Ventil der Zusatzgruppen die vervielfachten Gleichspannungen abgenommen werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zusatzgruppe in der Reihenfolge: Ventil, Kondensator, Gegenpol des Transformators angeordnet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 in .Anwendung auf Drehstrom, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundgruppe an zwei Anschlußpunkte eines Drehstromtransformators gelegt wird und der dritte Anschlußpunkt den Gegenpol bildet.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wellenförmige, vervielfachte Gleichspannung über in die Hochspannungsleitungen eingeschaltete Ventile und zwischen die Leitungen gelegte Kondensatoren in konstante Gleichspannung umgewandelt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen