DE695595C

DE695595C - elstrom by means of grid-controlled discharge paths

Info

Publication number: DE695595C
Application number: DE1930695595D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1929-07-08
Filing date: 1930-04-05
Publication date: 1940-08-28

Description

Einrichtung zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom mittels gittergesteuerter Entladungsstrecken Zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom mittels gittergesteuerter Entladungsstrecken sind bereits Einrichtungen vorgeschlagen worden; bei denen mit dem Verbraucher in Reihe geschaltete Kondensatoren mit Hilfe von Entladungsstrecken abwechselnd, insbesondere im Takt der Verbraucherfrequenz, geladen und entladen werden. Die Kondensatoren können hierbei z. B. in gegenüberliegenden Zweigen einer Brücke angeordnet sein, in deren anderen beiden Zweigen Drosseln vorgesehen sind und in deren einer Diagonale die Gleichstromzuführung erfolgt, während der Wechselstrom in der anderen Diagonale abgenommen wird.Device for converting direct current into alternating current by means of Grid-controlled discharge sections For converting direct current into alternating current Devices have already been proposed by means of grid-controlled discharge paths been; where capacitors connected in series with the consumer are used of discharge paths alternately, especially in the cycle of the consumer frequency, be charged and discharged. The capacitors can, for. B. in opposite Branches of a bridge may be arranged, in the other two branches chokes are provided are and in whose one diagonal the direct current is supplied, during the AC current is taken from the other diagonal.

Die Erfindung soll nun eine Verbesserung derartiger Anordnungen insofern bringen, als mit dem gleichen Verbraucher zwei Kondensatoren in Reihenschaltung verbunden terden, :die derart ,geschaltet sind, daß mittels der Entladungsstrecken jeweils der eine geladen und der andere entladen wird. Durch die Anordnung eines weiteren Kondensators wird einmal die Gefahr eines Kurzschlusses vermieden, andererseits dem Gleichstromkreis ununterbrochen Strom entnommen und die Wellenform der Spannung für den Wechselstromkreis wesentlich verbessert.The invention is now intended to improve such arrangements than bring two capacitors in series with the same consumer connected terden: which are connected in such a way that by means of the discharge paths one is charged and the other is discharged. By arranging a additional capacitor, the risk of a short circuit is avoided on the one hand, and on the other continuous current drawn from the DC circuit and the waveform of the voltage significantly improved for the AC circuit.

Der Gleichstromkreis fo und Wechselstromkreis i i über Transformator 1q., zwei Entladungsgefäße 15 und 16, zwei Drosselspulen 17 und 18, zwei Widerstände ig, 2o und die Kapazitäten 2i, 22, 23 sind miteinander verbunden. Die Drosselspulen sind miteinander induktiv gekoppelt.The direct current circuit fo and alternating current circuit i i via transformer 1q., Two discharge vessels 15 and 16, two choke coils 17 and 18, two resistors ig, 2o and the capacitances 2i, 22, 23 are connected to one another. The reactors are inductively coupled to one another.

Überträgt die Einrichtung Energie vom Gleichstrom- in den Wechselstromkreis, so fließt der Strom entsprechend den ausgezogenen Pfeilen von der positiven Gleichstromleitung und der Kapazität 23 durch die Wicklung 12 und das Entladungsgefäß 15 zum Punkt 24, wo er sich teilt. Ein Teil des Stromes fließt durch die Kapazität 2,1, den Widerstand 20 und die Drosselspule 18 und der andere Zweigstrom über den Widerstand ig, die Drosselspule 17 und die Kapazität 22 zur negativen Gleichstromleitung.If the device transfers energy from the direct current to the alternating current circuit, the current flows according to the solid arrows from the positive direct current line and the capacitance 23 through the winding 12 and the discharge vessel 15 to point 24, where it splits. Part of the current flows through the capacitance 2.1, the resistor 20 and the choke coil 18 and the other branch current flows through the resistor ig, the choke coil 17 and the capacitance 22 to the negative direct current line.

Die Röhren 15 und 16 sind vorzugsweise Dampfentladungsgefäße mit einem negativen Gitterpotential, dessen Größe vom Spannungsabfall der Widerstände ig und 2o abhängt. Während der Zeit, in der die Röhre 15 Strom führt, wird dem Entladungsgefäß 16 eine Spannung zugeführt; die sich aus der Summe der Spannungen an einer Drosselspule und einer der Kapazitäten 2i und 22 zusammensetzt und so lange zunimmt, bis die negative Gitterspannung der Röhre 16 so weit gesunken ist, daß ein Stromdurchgang durch die Röhre 16 und die Wicklung 13 erfolgt. Infolge dieses Stromes kehrt sich die Anodenspannung der Röhre 15 um, ihr Strom wird unterbrochen, und die negative Gitterspannung der Röhre 15 wächst.The tubes 15 and 16 are preferably vapor discharge vessels with a negative grid potential, the size of which depends on the voltage drop of the resistors ig and 2o depends. During the time the tube 15 current leads will a voltage is supplied to the discharge vessel 16; resulting from the sum of the tensions composed of a choke coil and one of the capacitances 2i and 22 and so long increases until the negative grid voltage of the tube 16 has dropped so far that a current passes through the tube 16 and the winding 13. As a result of this Current reverses the anode voltage of the tube 15, its current is interrupted, and the negative grid voltage of the tube 15 increases.

Im folgenden Zeitabschnitt führt die Röhre 16 Ström bei einer Anodenspannung; die der Differenz zwischen der Spannung einer Drosselspule und einer der Kapazitäten 21 und 22 entspricht. Gleichzeitig liegt an der Röhre 15 eine Anodenspannung, die sich aus der Summe der Spannungen an einer Drosselspule und einer der Kapazitäten 21 und 22 zusammensetzt und zunimmt, bis die negative Gitterspannung auf einen Wert gesunken ist, der die Röhre 15 leitend macht, während die Röhre 16 eine negative Anodenspannung erhält und ihr Strom unterbrochen wird. Darauf ändern sich die Spannungen an Gitter und Anode der Röhre 16 wieder, derart, daß diese wieder leitend und der Ström durch die Röhre 15 zugleich unterbrochen wird.In the following period of time, the tube 16 conducts currents at an anode voltage; that of the difference between the voltage of a choke coil and one of the capacitances 21 and 22 corresponds. At the same time, an anode voltage is applied to the tube 15, which is the sum of the voltages on a choke coil and one of the capacitances 21 and 22 and increases until the negative grid voltage reaches a value which makes the tube 15 conductive, while the tube 16 is negative Receives anode voltage and its current is interrupted. Then the tensions change to the grid and anode of the tube 16 again, in such a way that they are again conductive and the Flow through the tube 15 is interrupted at the same time.

Die Frequenz des Wechselstromkreises hängt von der Röhrencharakteristik und der Abnahme der Gitterspannung an den Widerständen ig und 2o ab. Bekannterweise können Röhren vorn Dampfentlädungstyp entweder beim Gitterpotential Null oder einer bestimmten negativen oder positiven Gitterspannung Strom durchlassen. Lassen die Röhren 15 und 16 bei einer gewissen negativen Gitterspannung Strom durch, so kann die Betriebsfrequenz des Kreises i i dadurch verändert werden; daß mehr oder weniger Widerstand i9 und 2o in die entsprechenden Gitterkreise der Röhren 15 und 16 einigeschaltet wird. Die Anordnung der Kapazität 2.3. zwischen der positiven Gleichstromzuführung und einer Brückenecke Trat den großen Vorteil, daß dem Gleichstromkreis ständig Strom entnommen wird, anstatt nur dann, wenn die Röhre il leitend ist; und daß die Wellenform der Regelung der Spannung für den Wechselstromkreis i i wesentlich verbessert wird.The frequency of the AC circuit depends on the tube characteristics and the decrease in grid voltage across resistors ig and 2o. Well known Vapor discharge type tubes can be either at zero or one grid potential Let current through certain negative or positive grid voltage. Let the Tubes 15 and 16 with a certain negative grid voltage current through, so can the operating frequency of the circuit i i can thereby be changed; that more or less Resistors i9 and 2o switched into the corresponding grid circles of tubes 15 and 16 will. The arrangement of the capacity 2.3. between the positive DC supply and a bridge corner had the great advantage that the direct current circuit is constant Current is drawn, rather than only when the tube is conductive; and that the Substantially improved voltage regulation waveform for AC circuit i i will.

Die Kapazitäten 22 und 23f liegen zwischen den Gleichstromleitungen io in Reihe. Werden in gewissen Fällen durch diese Schaltung unerwünschte Schwankungen im Gleichstromkreis hervorgerufen, so können diese nach Abb. 2 durch Fortfall der Kapazität 22 vermieden werden.The capacitances 22 and 23f are between the direct current lines io in series. In certain cases, this circuit causes undesirable fluctuations Caused in the direct current circuit, this can be done according to Fig. 2 by omitting the Capacity 22 can be avoided.

Die Einrichtung nach Abb.2, deren Bezugszeichen denen der Abb. i entsprechen, arbeitet in gleicher Weise wie die nach Abb. i und hat ebenfalls den Vorteil, daß infolge Versagens einer Röhre ein Kurzschluß durch Rückzündung nicht hervorgerufen wird, falls die Anordnung als Gleichrichter arbeitet.The device according to Fig. 2, the reference numbers of which correspond to those of Fig. I, works in the same way as that of Fig. i and also has the advantage that failure of a tube did not cause a short circuit due to backfire if the arrangement works as a rectifier.

Versagt :die Röhre 15 oder ist sie kurzgeschlossen, dann erhält die Drosselspüle 17 von der Röhre 16 Strom hin der einen Richtung und von der Röhre 15 in der anderen Richtung, so daß der resultierende Strom der Drosselspule 17 vernachlässigbar klein wird; die Wecbselstromzuführ erfolgt dann nur durch den Kreis mit der Kapazität 23, Röhre 15, Kapazität 2i und Röhre 16. Unter normalen Verhältnissen ist die Impedanz der Kapazitäten 2i und 23 gleich und entgegengesetzt der Impedanz der Drosselspule 17. Infolgedessen würde der Stromfluß derselbe sein, als wenn die Wechselspannung der Drosselspule 17 unmittelbar zugeführt würde. Werden die Spulen 17 und iS als Transformator angesehen, so wäre ihre Real-,tanz die Magnetisierungsreaktanz des Transformators. Somit wäre der im Kreis 23, 15, 21, 16 fließende Ström äquivalent dem Erregerstrom des aus den Wicklungen 17 und 18 bestehenden Transformators.If the tube 15 fails, or if it is short-circuited, the Choke flush 17 from tube 16 flow in one direction and from the tube 15 in the other direction, so that the resulting current of the choke coil 17 is negligible becomes small; AC power is then only supplied through the circuit with the capacity 23, tube 15, capacitance 2i and tube 16. Under normal conditions the impedance is of the capacitances 2i and 23 equal and opposite to the impedance of the choke coil 17. As a result, the current flow would be the same as if the alternating voltage the choke coil 17 would be fed directly. If the coils 17 and iS as Considered the transformer, its real, dance would be the magnetization reactance of the Transformer. Thus the stream flowing in circle 23, 15, 21, 16 would be equivalent the excitation current of the transformer consisting of windings 17 and 18.

Es ist mit der beschriebenen Einrichtung natürlich auch möglich, Energie von der Gleichstrom- nach der Wechselstromseite zu übertragen; was jedoch keine bevorzugte Anwendung darstellt. Findet die EnergieÜbertragung in einer solchen Richtung statt, so wird ein Kurzschluß über die Leitungen io vermieden. Wir nehmen nun an, daß die Röhre 15 arbeitet, die Kapazität 21 sich fast auf die doppelte Netzspannung aufgeladen hat, die Kapazität 23: auf eine Spannung Null entladen ist und daß Röhre 16 zu arbeiten beginnt, bevor der 'Strom in der Röhre 15 auf Nu11 gesunken ist. Wären Mittel für das fast augenblickliche Erlöschen des Stromes in Röhre 15 nicht vorgesehen, so würden die beiden Röhren die Gleichstromzuführungen kurzschließen, und zwar über den Kreis mit Röhre 15, Wicklung 17, Wicklung 13, Röhre 16, Widerstand 2o und Wicklung 18. Die Kapazität 21 wird sich daher durch diesen Kreis entladen, bis der Strom der Röhre i 5 auf Null gesunken ist; die Zeitdauer des Erlöschens hängt von der Leitfähigkeit dieses Kreises ab. Da dieser Kreis zwei Röhren mit sehr kleinern innerem Spannungsabfall, ferner Kapazitäten von praktisch unendlich hoher Leitfähigkeit und auch die Belastungenthält, zu der Kapazitäten 26 von sehr hoher Leitfähigkeit parallel geschaltet sind, so ist die Verzögerung gering: Nach Abb. 3 kann die Kapazität 21 wegbleiben, ohne daß die Betriebsweise der Einrichtung wesentlich beeinträchtigt wird. Ohne diese Kapazität ist die Belastungsspannung etwas geringer und die Wellenform weniger befriedigend. Die Bezugszeichen dieser Abbildung entsprechen denen der Abb. i und 2.It is of course also possible with the device described to transfer energy from the direct current to the alternating current side; however, this is not a preferred application. If the energy transfer takes place in such a direction, a short circuit via the lines io is avoided. We now assume that the tube 15 is working, the capacitance 21 has been charged almost to double the mains voltage, the capacitance 23 is discharged to a voltage of zero and that the tube 16 begins to work before the current in the tube 15 rises Nu11 has dropped. If means for the almost instantaneous extinction of the current in tube 15 were not provided, the two tubes would short-circuit the direct current leads via the circuit with tube 15, winding 17, winding 13, tube 16, resistor 2o and winding 18. The capacitance 21 will therefore discharge through this circuit until the current in tube i 5 has dropped to zero; the time it takes to go out depends on the conductivity of this circuit. Since this circuit contains two tubes with a very small internal voltage drop, capacities of practically infinitely high conductivity and also the load to which capacitances 26 of very high conductivity are connected in parallel, the delay is small: According to Fig. 3, the capacitance 21 can be omitted without significantly affecting the operation of the device. Without this capacitance, the load voltage will be slightly lower and the waveform will be less satisfactory. The reference symbols in this figure correspond to those in figures i and 2.

Die in Abb. 4. veranschaulichte Einrichtung stellt eine abgeänderte Ausführungsform der Abb. 3 dar, und zwar werden die Wicklungen i2 und 13 der Abb. 3 jetzt unmittelbar in den Wechselstromkreis i i eingeschaltet und von diesem das den Gittern der Röhren 15 und 16 zugeführte Steuerpotential transformatorisch, wie durch den Transformator 25 angedeutet ist, abgenommen. Ferner sind zur Verbesserung der Wellenform der Ausgangswechselspannung Kapazitäten 28 und 29 vorgesehen; sie sind jedoch für ein zufriedenstellendes Arbeiten der Einrichtung nicht unbedingt erforderlich, falls eine reine Sinuswelle des Ausgangsstromes nicht verlangt -wird.The device illustrated in Fig. 4 is a modified one The embodiment of Fig. 3, namely the windings i2 and 13 of Fig. 3 now switched directly into the alternating current circuit i i and from this the the grids of the tubes 15 and 16 fed to the control potential transformer, such as is indicated by the transformer 25, removed. Further are for improvement the waveform of the AC output voltage, capacitances 28 and 29 are provided; she however, are not essential for the device to work satisfactorily required if a pure sine wave of the output current is not required.

Die Betriebsweise der Einrichtung läßt sich am besten erläutern, wenn die Röhre I5 leitend isi und eine Gleichspannung an den Leitungen io liegt. Es fließt dänn Strom in der durch die aus,g@ezogenen Pfeile angegebenen Richtung, und zwar von den Kapazitäten 23 und 29 bzw. der rechten Gleichstromleitung über die Röhre 15 und die Drossel 17 entweder über die Kapazität 28 oder den Ausgangskreis ii und die Kapazität22 zur linken Gleichstromleitung. Infolge der in dem Transformator 25 entstehenden Gitterspannung wird die Röhre 16 darauf leitend und die Röhre 15 nichtleitend. Ist dies der Fall, dann fließt Strom in Richtung der gestrichelten Pfeile.The operation of the device can best be explained when the tube I5 is conductive and a DC voltage is applied to the lines io. It flows Danen current in the direction indicated by the solid arrows, namely from the capacitors 23 and 29 or the right direct current line via the tube 15 and the choke 17 either via the capacitance 28 or the output circuit ii and the capacitance22 to the left direct current line. As a result of that in the transformer 25 resulting grid voltage, the tube 16 becomes conductive and the tube 15 non-conductive. If this is the case, then current flows in the direction of the dashed line Arrows.

Parallel zum Transformator 25 ist die Kapazität 26 geschaltet. Arbeitet der Transformator nahe der Sättigungsgrenze, so entspricht diese Anordnung parallel geschalteten Kondensatoren und Drosselspulen mit einer derart veränderlichen Impedanz, daß der Belastungsfaktor voreilend oder wenigstens gleich i ist. Auf diese Weise -wird die Stabilität des Kreises sichergestellt, insofern, als die Gitterspannung gegenüber dein Röhrenstrom nacheilen sollte, -wenn die Belastung sich ändert.The capacitor 26 is connected in parallel with the transformer 25. Is working the transformer is close to the saturation limit, then this arrangement corresponds to parallel switched capacitors and inductors with such a variable impedance, that the load factor is leading or at least equal to i. In this way - the stability of the circle is ensured insofar as the grid tension your tube current should lag behind when the load changes.

Durch diese Anordnung erhält man bei zunehmender Belastung eine abfallende oder flache Frequenzcharakteristik. Bei niedrigerer Belastung ist der Transformator gesättigt. Jede Röhre beginnt bereits zu arbeiten, während die andere noch Strom führt; die Frequenz ist dann verhältnismäßig hoch. Bei zunehmender Belastung nimmt die Sättigung des Transformators entsprechend dem Spannungsabfall ab. Die Zündzeitpunkte jeder Röhre werden verzögert und die Frequenz herabgesetzt.This arrangement results in a decreasing load as the load increases or flat frequency characteristics. When the load is lower, the transformer is saturated. Each tube is already starting to work while the other is still power leads; the frequency is then relatively high. With increasing load, it increases the saturation of the transformer decreases according to the voltage drop. The ignition timing each tube will be delayed and the frequency lowered.

Die Einrichtung kann auch in Verbindung mit elektrischen Übertragungsleitungen, die in Kabeln o. dgl. verlegt sind, arbeiten, und zwar können beispielsweise die Gleichstromleitungen io mit den Leitern eines Kabels und die Abzweigung von der Mitte der Drosselanordnung 17, 18 mit dem Kabelmantel unter Fortfall der Kapazitäten 22 und 23 verbunden werden. Diese Kapazitätskupplung zwischen Mantel und Leitern des Kabels, die die Kapazitäten z2 und 23 ersetzt, hat den Vorteil, daß die Verbindungen vereinfacht und die Herstellungskosten der Anordnung wesentlich herabgesetzt werden.The device can also be used in conjunction with electrical transmission lines, which are laid in cables o. The like. Work, for example, the DC power lines io with the conductors of a cable and the branch from the Middle of the choke arrangement 17, 18 with the cable jacket with the loss of capacities 22 and 23 are connected. This capacitance coupling between the jacket and the conductors of the cable, which replaces the capacitors z2 and 23, has the advantage that the connections simplified and the manufacturing costs of the arrangement are significantly reduced.

Besitzt das betreffende Kabel eine Kapazität von 15 Millifarad pro 300 m bei ioo kV, eine Länge von io km und wird es mit 6o Perioden betrieben, dann ist die Einrichtung nach der Erfindung imstande, ohne Hilfskondensatoren 2o ooo kW zu liefern.If the cable in question has a capacity of 15 millifarads per 300 m at 100 kV, a length of 10 km and it is operated with 60 periods, then the device according to the invention is able to deliver 200,000 kW without auxiliary capacitors.

Claims

PATrNTANSI'1: iJCI1r: i. Device for converting direct current in alternating current by means of grid-controlled discharge paths, preferably steam or gas discharge paths, in which one is connected in series with the consumer Capacitor is alternately charged and discharged by means of the discharge paths, characterized in that two capacitors with the same consumer in Connected in series and connected in such a way that by means of the discharge paths one is charged and the other is discharged.

2. Device according to claim i, in which two capacitors are arranged in opposite branches of a bridge The other two branches contain throttles and one diagonal of them the direct current supply and 'in its other diagonal the alternating current output takes place, characterized in that between the positive direct current supply and a bridge corner a capacitor (23) is arranged and in two opposite Branches provided throttles (17, I8) are coupled to one another.

3. Establishment according to claim i, characterized in that one of the capacitors containing Bridge branches in discontinuation comes.