DE640445C - Mit Hilfe von Kondensatoren arbeitende Einrichtung zur Umwandlung von Gleichstrom in solchen von anderer Spannung - Google Patents

Description

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Gleichstrom in solchen anderer Spannung mit Hilfe einer Einrichtung mit einem aus Teilkondensatoren mit mehr als drei Belägen bestehenden Vielfachkondensator umzuwandeln, bei der die Teilkondensatoren und gleichzeitig die Kondensatorelemente der Teilkondensatoren bei einem w-fachen Übersetzungsverhältnis in η Phasen mit Hilfe einer mit mechanischen Kontakten arbeitenden Schalteinrichtung mit der Primärspannung geladen und mit der Sekundär spannung entladen werden. Da nun die Ladezeit der Kondensatoren klein gewählt werden muß, ■ damit die Kapazität der Kondensatoren nicht zu groß wird, und daher die Kontakte mit großer Geschwindigkeit arbeiten müssen, ist diese Kontaktvorrichtung einem großen Verschleiß unterworfen. Die Kontakte nutzen sich ab, die Kontaktgebung wird schlechter, ■ und durch Funken- und Lichtbogenbildung -werden die Kontakte zerstört. Bei größeren Strömen und Spannungen entsteht selbst bei Arbeiten der. Kontakte unter öl ein unerwünschter Abbrand, der die Schalteinrichtung allmählich arbeitsunfähig macht. Die . Beseitigung dieser Mängel der Schalteinrichtung von Gleichstrom-Gleichstromumfdrmern der eingangs erwähnten Art soll im folgenden

30- dargelegt werden.

Erfindungsgemäß wird die mechanische Kontaktgebung ersetzt durch die Lichtbogenkontaktgebung unter Verwendung der Elektrizitätsleitung durch hochgradig verdünnte Gase oder Metalldämpfe, beispielsweise von Quecksilberdampf im Vakuum. Mit -dieser Einrichtung sind bedeutende Vorteile gegenüber der mechanischen, mit rotierenden Kontakten arbeitenden Schalteinrichtung verbunden. Erstens fallen jegliche beweglichen Teile der Schalteinrichtung für den Arbeitsstrom fort, und zweitens wird bei der Einrichtung nach der Erfindung jegliche Wartung während des Betriebes entbehrlich. Da die Lichtbogenschalteinrichtung praktisch keinem Verschleiß unterworfen ist, so besitzt sie außerdem, ebenso wie der Quecksilberdampfgleichrichter, eine sehr große Lebensdauer.

Die Benutzung ,von Dampfentladungsgefäßen als Schaltelement zur Fortleitung großer Ströme und die Ausnutzung ihrer Eigenschaft als Ventil, das den Strom nur in einer Richtung durchläßt, nicht aber in der entgegengesetzten Richtung, ist an sich bekannt, z. B. als Gleichrichter zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom. Auch ist die Verwendung von Dampfentladungsgefäßen als Schalter beim Aufladen einzelner Kondensatoren schon vorgeschlagen worden.

Der Metalldampflichtbogen entsteht bekanntlich, sobald die Spannung zwischen Anode und Kathode größer als die Zündspannung ist und im übrigen kein Hindernis, beispielsweise ein Gitter, der Zündung des Lichtbogens im Wege steht. Die Sperrung

der Entladungsstrecke kann auch dadurch erfolgen, daß in "bekannter Weise ein Isolationskörper zwischen Anode und Kathode angeordnet wird, so daß die Elektronen trotz der anziehenden Wirkung durch das Feld der Anode nicht von der Kathode zur Anode gelangen können. Wird aber der Isolationskörper fortgenommen, so daß die Entladungsbahn zwischen Anode und Kathode wieder ίο frei ist, dann tritt die Zündung des Lichtbogens ein.

Bei dem Gleichstrom-Gleichstromumformer der eingangs erwähnten Art müssen nun alle Kondensatorelemente und Teilkondensatoren des Vielfachkondensators einzeln und nacheinander geladen bzw. entladen werden. Den Belägen,des Vielfachkondensators ist daher eine entsprechende Zahl von Elektroden der Metalldampfvakuumschalteinrichtung zugezo ordnet. Die einzelnen Elektroden werden mit einem Gitter versehen, deren Potential mit Hilfe einer mechanischen Kontaktvorrichtung so gesteuert wird, daß der Lichtbogen einzeln und nacheinander in der-Reihenfolge, wie die Kondensatoren geladen bzw. entladen werden sollen, an den entsprechend angeordneten Elektroden zündet und erlöscht, also von Elektrode zu Elektrode wandert. Durch Ausnutzung der Steuerungseigenschaften der Schalteinrichtung kann dabei die Lade- bzw. Entladefrequenz des Vielfachkondensators eingestellt werden, indem der' Zeitpunkt der Lichtbogenzündung bzw. des Lichtbogenüberganges von einer Elektrode zur anderen durch die die Gitterspannung steuernde Schalteinrichtung bestimmt wird.. Aus der Natur der Lade- bzw. Entladeströme von Kondensatoren sowie der Lade- bzw. Entladespahnungen ergibt sich, daß der Übergang momentan und daher praktisch ohne eine Überlappung der Elektrodenströme vor sich geht. Bei der Zündung der neuen Elektrode und dem Entstehen des neuen Lichtbogenkontaktes reißt der Lichtbogen. unter +5 der alten Elektrode infolge des induktions-•freien Kurzschlusses zwischen zwei Kondensatoren über die dazwischenliegenden Gasentladungsstrecken sofort ab, so daß er nur noch in der neuen Entladungsstrecke weiterbrennen kann. Bei Gleichrichtern kann dagegen der Übergang des Lichtbogens von einer Elektrode zur anderen nicht momentan vor sich gehen, weil die in dem Kurzschlußkreis zweier Lichtbogenkontakte liegende Induktivität des Gleichrichtertransformators plötzliche Stromänderungen nicht zuläßt, weshalb die Elektrodenströme sich überlappen.

Naturgemäß entsteht an den erlöschenden Elektroden eine Rückzündungsspannung, die das Bestreben hat, den Lichtbogenstrom in umgekehrter Richtung zum Zünden zu bringen. Die Ventilwirkung der Metalldampfentladungsstrecke (kalte Anode — ! heiße Kathode) verhindert indessen diese ' Rückzündung.

Die Ausführung der Lichtbogenschalteinrichtung in Verbindung mit dem Vielfachkondensator des Gleichstromumformers ist in der Fig. 1 für das Übersetzungsverhältnis 3:1 schematisch dargestellt. Der Vielfichkondensator A besteht aus drei Teilkondensatoren a, b, c, von denen jeder entsprechend dem Übersetzungsverhältnis dreifach unterteilt ist. Die Lichtbogenschalteinrichtung B, ein Quecksilberdampfvakuumgefäß, enthält zwei Hochspannungspolklemmen H₁ und H₂, die mit der Hochspannungsanode A₁ und der Hochspannung'skathode A"j verbunden sind, und zwei Niederspannungspolklemmen TV₁ und TV₂, die mit der Niederspannungskathode K₂ und der Niederspannungsanode A₂ verbunden sind. An die Hochspannungspolklemmen wird die Primärspannung U₁ angelegt, und von den Niederspannungspolklemmen wird die Sekundärspannung U₂ abgenommen. Diesen vier Polklemmen oder Polen sind die Elektroden zugeordnet, die ihrerseits mit den Belägen des Vielfachkondensators verbunden sind. Es werden durch die Lichtbögen L₁ mit der Primärspannung U₁ über die Anode A₁ und die Kathode K₁ die Kondensatorbeläge 11 bis 14, d. h. der Teilkondensator a, die Kondensatorbeläge 21 bis 24, d. h. der Teilkondensator b und die Kondensatorbeläge 31 bis 34, d. h. der Teilkondensator c, geladen. Zwischen den Elektroden sind die Gitter G₁ angeordnet, die die Elektroden periodisch absperren und deren Potential gesteuert wird, so daß die Lichtbögen L₁ mit einer bestimmten, Frequenz von Elektrode zu Elektrode wandern und die Kondensatoren a, b und c mit dieser Frequenz einzeln und nacheinander geladen werden.

Gleichzeitig werden durch die Lichtbögen L₂ die Kondensatorelemente der Teilkondensatoren über die Kathode K₂ und die Anode A₂ mit der Spannung U₂ entladen. Es brennen dabei jedesmal gleichzeitig drei Lichtbögen L₂ über je drei zugeordneten Elektroden, beispielsweise, wie in der Figur eingezeichnet, über den Elektroden 12, 21 und 33 einerseits und 13, 22 und 34 anderseits. Es werden also in derselben Zeit, in der beispielsweise der ■ Teilkondensator α primärseitig geladen wird, die Kondensatorelemente a_ss, b_is und C₃₄ sekundärseitig entladen. Es werden dabei je drei in derselben Art und Weise zusammengehörige Elektroden durch die Gitter G₂ zusammengefaßt, die die Lichtbögen L₂ steuern, wo so daß sie mit derselben Frequenz wie die Lichtbögen L₁ von Elektrodengruppe zu

Elektrodengruppe' wandern. Es werden sonach in der auf die eingezeichnete Periode folgenden Periode die Kondensatorelemente ^a3ii ^23 ^W1^- ^ct2 uftcl in der nächstfolgenden die Kondensatorelemente a₁₂, b_Si und C₂₃ enfrladen usf. ^:"''*■";V.·;

Die Gitter G₁ und G₂ werden mit~'.T$.Srfe einer rotierend angeordneten Kontaktvorrichtung in der Weise gesteuert, daß das zur

to Absperrung erforderliche Gitterpotential periodisch angelegt und fortgenommen wird. Bei umgekehrter Transformation, also bei der Umwandlung von Gleichstromniederspannung in Gleichstromhochspannung werden die Kondensatorelemente der Teilkondensatoren mit der Spannung U₂ in derselben gruppenmäßigen Zusammenfassung und Reihenfolge niederspannungsseitig geladen und gleichzeitig hochspannungsseitig die Teilkondensatoren mit der Spannung U₁ über die Hochspannungspole H₁ und UT₂ entladen wie bei der oben beschriebenen Umwandlung von Hochspannung in Niederspannung.

Die Wanderung des Lichtbogens im Vakuumgefäß kann, wie -bereits erwähnt, auch durch einen wie ein Gitter wirkenden, rotierend angeordneten Isolationskörper bewirkt werden, der zwischen den Elektroden angeordnet ist, so daß der Lichtbogenweg von Anode zu Kathode periodisch gesperrt ist. Nach Fig. 2, in der lediglich die Schalteinrichtung schematisch dargestellt ist, verdeckt der Isolationskörper G alle Kathoden K bzw. bei einer analogen Anordnung alle Anoden A bis auf zwei Kathoden bzw. Anoden, für .die der Isolationskörper durchbohrt ist, so daß der Lichtbogen von der Anode zu dieser Kathode bzw. von der Kathode zu dieser Anode gelangen kann. Während durch die Bohrung hindurch der Lichtbogen den Weg zu einer Kathode findet, kommt der Lichtbogen unter der vorhergehenden Kathode zum Erlöschen, da erfahrungsgemäß der Lichtbogen bei Vorhandensein mehrerer Elektroden auf die Anode mit höherem bzw. auf die • Kathode mit tieferem Potential .übergeht und der neu entstandene Lichtbogen dem alten erlöschenden Lichtbogen entgegenwirkt. Durch die Rotation des Isolationskörpers werden die Elektroden periodisch freigegeben, so daß der Lichtbogen periodisch von Elektrode zu Elektrode wandern kann.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Mit Hilfe eines Vielfachkondensators arbeitende Einrichtung zur Umwandlung von Gleichstrom in solchen anderer Spannung, bei welcher der Vielfachkondensator aus Teilkondensatoren mit mehr als drei Belägen besteht und bei der die Teilkondensatoren und gleichzeitig die Kondensatorelemente der Teilkondensatoren bei einem w-fachen Übersetzungsverhältnis in η Phasen mit der Primärspannung geladen und mit der Sekundärspannung entladen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung und Entladung der Teilkondensatoren und der Kondensatorelemente der Teilkondensatoren durch eine mit Elektrizitätsleitung durch hochgradig verdünnte Gase oder Metalldämpfe in Ventilform arbeitende Schalteinrichtung ausgeführt wird, in der die jeweils zwischen den Kathoden und Anoden auftretenden Lichtbögen mittelbar von Elektrode zu Elektrode wandern.

2. Einrichtung nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang der Lichtbögen von · Elektrode zu Elektrode zwangsläufig vermittels einer mit einem umlaufenden Schaltarm arbeitenden Gittersteuervorrichtungbewirkt wird, so daß die Gitterspannungen einzeln und nacheinander fortgenommen werden.

3. Einrichtung nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanderung des Lichtbogens im Vakuumgefäß durch einen rotierend " angeordneten Isolationskörper bewirkt wird, der zwischen den Anoden und Kathoden angeordnet und derart ausgebildet ist, daß die Lichtbogenstrecken periodisch, freigegeben und gesperrt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen