DE706426C

DE706426C - Converter arrangement for supplying electrolysis systems with wavy DC voltages

Info

Publication number: DE706426C
Application number: DES111700D
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1933-10-27
Filing date: 1933-10-27
Publication date: 1941-05-26

Description

Umformeranordnung zur Speisung von Elektrolyseanlagen mit welligen Gleichspannungen Es ist für Elektrolysezwecke vielfach wünschenswert, wellige Gleichspannungen zur Verfügung zu häben. Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Erzeugung bzw. Umformung der für diesen Zweck zu, verwendenden Gleichspannungsleistung. Gemäß der Erfindung werden die Generatoren bzw. Umformer, welche die zur Verfügung stehende, meist einem Wechselstromnetz zu entnehmende Leistung in. Gleichstromleistung mit -bestimmter Welligkeit umwandeln; derart nusgeblder, daß die Welligkeit der Gleichspannung deränderbar ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die chemischen Vorgänge bei -der Elektrolyse günstig beeinflußt -werden können, wenn es gelingt, die Willigkeit der erzeugten Gleichspannungen für verschiedene Betriebsphasen bzw. verschiedene zu behandelnde Bäder zu verändern und beispielsweise bei 'gleichbleibendem Mittelwert der erzeugten, Gleichspannung verschiedene Welligkeiten einzustellen.Converter arrangement for feeding electrolysis systems with wavy DC voltages It is often desirable for electrolysis purposes to have wavy DC voltages available. The invention relates to a device for generating or conversion of the DC power to be used for this purpose. According to of the invention, the generators or converters, which the available, power to be drawn mostly from an alternating current network. Direct current power with -convert certain waviness; so nusgeblder that the ripple of the DC voltage which is changeable. The invention is based on the knowledge that the chemical Processes during electrolysis can be favorably influenced if it is possible the willingness of the generated DC voltages for different operating phases or to change different baths to be treated and, for example, with 'the same Average value of the generated DC voltage to set various ripples.

Zur Umformung der zur Verfügung stehenden elektrischenLestung in Gleichspann#ungsleistung dieser Art können an sich umlaufende elektrische Maschinen verwendet: werden, bei. denen Mittel -_vorgesehen, sind; - um einerseits künstlich "Gleichspannungen bestimmter Welligkeit zu erzeugen und andererseits den Grad: der Welligkeit in bezüg auf einen sonst gleichbleibenden, Mittelwert der Gleichspannung zu verändern. Man kann beispielsweise eine asynchrone Wechselstrornmaschine im "Rotor mit zwei Schleifringen ausrüsten, und einen Schleifring an eine Gleichstromquelle anschließen und :dein .anderen Schleifring die aus - Gleichspannung und überlagerter Wechselspannung resultierende wellige Gleich= spannung entnehmen. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, gittergesteuerte gas- oder dampfgefüllte Entladungsgefäße zu verwenden, weil bei diesen die Möglichkeit besteht, in besonders einfacher Weise jede gewünschte Kurvenform der Gleichspannung zu erzielen..For converting the available electrical power into DC power of this type can be used per se rotating electrical machines: are, at. which means -_provided are; - on the one hand to artificially "certain direct voltages" To generate waviness and on the other hand the degree: the waviness in relation to one otherwise constant, mean value of the DC voltage to change. One can for example equip an asynchronous AC machine in the "rotor" with two slip rings, and connect a slip ring to a DC power source and: your .other slip ring the wavy resulting from - direct voltage and superimposed alternating voltage Equal = take voltage. It is particularly useful, however, grid-controlled To use gas or vapor-filled discharge vessels, because with these the possibility consists, in a particularly simple manner, any desired curve shape of the DC voltage to achieve..

Gemäß- der Erfindung wird eine Umformeranordnüng, durch die die Elektrolyseanlage mit welligen Gleichspannungen gespeist:wird, derart gesteuert, däß ein bestimmter Mittelwert der abgegebenen Gleichspannung aufrechterhalten wird, während gleichzeitig verschiedene Grade der Welligkeit der-Gleichspannung einstellbar sind. Die chemischen Bäder bz-w. deren Elektroden werden dein: entsprechend an die Aiisgangsßeite gittergesteuerter Entladungsgefäße; insbesondere gittergesteuerter Gleichrichter; angeschlossen, und es werden im Anoden- und Gitterkreis dieser Entladungsgefäße Steuer- und Regeleinrichtungen vorgesehen, durch die sowohl der Mittelwert der Gleichspannung als auchdie Welligkeit dieser Spannung auf- verschiedene Werte eingestellt werden können. Vorteilhaft sind dabei Mittel vorgesehen, um den bei veränderlicher Welligkeit konstant zu haltenden Mittelwert der Gleichspanhung auf verschiedene Werte einstellen zu können.According to the invention, a Umformeranordnüng, through which the electrolysis system fed with wavy DC voltages: is controlled in such a way that a certain Average value of the delivered DC voltage is maintained while at the same time different degrees of ripple of the DC voltage can be set. The chemical Bathrooms or w. the electrodes of which are controlled by a grid corresponding to the exit side Discharge vessels; in particular grid-controlled rectifier; connected, and there are control and regulating devices in the anode and grid circuit of these discharge vessels by which both the mean value of the DC voltage and the ripple this voltage can be set to various values. Are beneficial Means are provided to keep the waviness constant when the ripple changes holding To be able to set the mean value of the DC voltage to different values.

Es sei dar-auf-hingewiesen, daß eine Regelanordnung vorgeschlagen wurde, bei der die einem Verbraucher zugeführte mittlere-Gleichspannung dadurch geändert wird, daß in bestimmten Zeitabständen ganze Halbwellen von den zeitlich aufeinanderfoalgenden gleichgerichteten Halbwellen ausgAchaltet bzw. unwirksam gemacht werden. Diese Art der Regelung hat nicht nur eine Veränderung des Mittelwertes der an den 'Verbraucher abgegebenen Gleichspannung, sondern gleichzeitig auch noch eine Veränderung der Welligkeit der dem Verbraucher zugeführten Gleichspannung zur Folge. Ein wesentlicher Unterschied zwischen der bekannten Regelungsart und dem Erfindungsgegenstand liegt jedoch darin, daß bei der Erfindung zwar auch der Grad der Welligkeit der Gleichspannung eingestellt werden soll, daß dabei jedoch die Steuerung des Stromrichters derart ausgebildet sein soll, daß ein bestimmter Mittelwert der abgegebenen Gleichspannung aufrechterhalten wird. Bei der bekannten Regelung ist das Ziel die Änderung des Mittelwertes der Gleichspannung, bei der Erfindung ist dagegen das Ziel die Änderung der Welligkeit bei aufrechterhaltenem Mittelwert der abgegebenen Gleichspannung. -Wie die Steuerungseinrichtungen der Entladungsgefäße beschaffen sein müssen- und wie sie betätigt werden - müssen, sei nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert.It should be noted that a control arrangement is proposed at which the mean DC voltage supplied to a consumer is thereby is changed that in certain time intervals whole half-waves of the temporal successive rectified half-waves switched off or made ineffective will. This type of regulation has not only a change in the mean value of the DC voltage delivered to the consumer, but at the same time also another Change in the ripple of the DC voltage supplied to the consumer. A major difference between the known type of regulation and the subject of the invention is, however, that in the invention, although the degree of waviness of the DC voltage is to be set, but that the control of the converter should be designed in such a way that a certain mean value of the direct voltage output is maintained. In the known scheme, the goal is to change the Mean value of the direct voltage, with the invention, on the other hand, the aim is to change the ripple with the mean value of the output DC voltage maintained. -How the control devices of the discharge vessels must be designed- and how they must be operated is shown below with reference to one in the drawing illustrated embodiment of the invention explained in more detail.

In Fig. i ist das Schaltungsschema für ein Elektrolysebad i dargestellt, welches über einen gittergesteuerten Quecksilberdampfgleichrichter 2 und einen Transformator 3 an ein Wechselstromnetz 4 angeschlossen ist. Die Anoden des Gleichrichters :2 können über verschiedene Anzapfpunkte an die Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen werden, um den Gleichrichter mit verschiedenen Spannungen zu betreiben. Für den gleichen Zweck können auch andere Bauarten von Regeltransformatoren verwendet werden; es kann auch die dem Transformator primärseitig zugeführte Wechselspannung veränderbar sein, Im Gitterkreis des Gleichrichters 2 sind Gittertransformatoren 5 vorgesehen, welche je mit einer Gitterspule und zwei Wechselstromerregerspulen ausgerüstet sind, in denen W echselsträme fließen, welche gegeneinander eine bestimmte Phasenverschiebung haben. Durch einen Regelwiderstand 6 kann der Erregerstrom einer der beiden Wechselstromerregungen in seiner Amplitude geändert werden. Durch den Trockengleichrichter 7 wird den Steuergittern ein bestimmtes Bleichbleibendes Gitterpotential zugeführt. Die beschriebene Gittersteuerungseinrichtung kann auch durch andere dem Zwecke der Verschiebung des Zündzeitpunktes dienende Steuerungseinrichtungen ersetzt werden.In Fig. I the circuit diagram for an electrolysis bath i is shown, which via a grid-controlled mercury vapor rectifier 2 and a transformer 3 is connected to an alternating current network 4. The rectifier anodes: 2 can be connected to the secondary winding of the transformer via various tapping points connected to operate the rectifier with different voltages. Other types of regulating transformers can also be used for the same purpose will; the AC voltage supplied to the transformer on the primary side can also be used Be changeable, In the grid circuit of the rectifier 2 are grid transformers 5 provided, each with a grid coil and two AC excitation coils are equipped, in which alternating currents flow, which against each other a certain Have phase shift. By means of a variable resistor 6, the excitation current can be a of the two alternating current excitations are changed in its amplitude. Through the Dry rectifier 7 gives the control grids a certain bleaching grid potential fed. The grid control device described can also be used by others Replaces the purpose of shifting the ignition timing serving control devices will.

In den Fig. 2 bis 7 sind die Kurvenformen für die dein Bad i zuzuführenden Gleichspannungen dargestellt, wobei angenommen ist, daß der Mittelwert der Gleichspannung E, dauernd gleich bleiben soll, während der Grad der Welligkeit verändert wird.In Figs. 2 to 7 are the curve shapes for the bath i to be supplied DC voltages shown, it being assumed that the mean value of the DC voltage E, should remain the same all the time while the degree of waviness is changed.

Fig.2 ist für Sechsphasenbetrieb des Gleichrichters bezeichnet und zeigt eine Gleichspannung mit verhältnismäßig geringer Welligkeit. Sämtliche Anoden sind dabei voll ausgesteuert. Die Anoden des Gleichrichters werden an Anzapfungen-von 5o °/Q der sekundären Windungszahl des Transformators 3 gelegt.Fig.2 is designated for six-phase operation of the rectifier and shows a DC voltage with relatively low ripple. All anodes are fully controlled. The anodes of the rectifier are connected to taps-off 5o ° / Q of the secondary number of turns of the transformer 3.

Fig. 3 gilt ebenfalls für sechsphasigen Betrieb, jedoch für einen Zündver7ögerungswinkel von 30°. Um wieder den gleichen Mittelwert zu erreichen, müssen dabei die Anoden an eine Anzapfung von 57,5 °/u der vollen Wechselspannung gelegt werden.Fig. 3 also applies to six-phase operation, but for one Ignition delay angle of 30 °. To get the same mean again, the anodes must be connected to a tap of 57.5 ° / u of the full alternating voltage be placed.

Nach Fig. 4, ist der Gleichrichter auch noch sechsphasig angeschlossen, bei einem Zündverzögerungswinkel von 6o°. Die Welligkeit der Gleichspannung ist hier wesentlich größer als diejenige der Diagramme der Fig. 2 und 3. Um wieder den für die Bäder erforderlichen Gleichspannungsmittelwert zu erreichen, sind für die Kurvenform nach Fig. d. die Anoden an die volle Sekundärwindungszahl des Transformators, angeschlossen.According to Fig. 4, the rectifier is also connected in six phases, with an ignition delay angle of 60 °. The ripple of the DC voltage is here much larger than that of the diagrams of FIGS. 2 and 3. To again the to achieve the required DC voltage mean value for the baths are for the Curve shape according to Fig. D. the anodes to the full number of secondary turns of the transformer, connected.

Das Diagramm der Fig.5 gilt für Dreiphasenbetrieb. Es sind demnach drei Phasen des sechsphasigen Gleichrichters :2 abgeschaltet. Die Gleichspannung zeigt jetzt eine Welligkeit von etwa 17 °/o gegenüber dem Mittelwert, welche in diesem Falle hauptsächlich durch eine dritte Oberwelle gegeben ist. Mit Rücksicht auf die erforderliche Bäderspannung von gleichbleibendem Mittelwert müssen dabei, die drei Anoden an eine Anzapfung von 57,5 % der Transformatorwicklung angeschlossen werden.The diagram in Fig. 5 applies to three-phase operation. There are therefore three phases of the six-phase rectifier: 2 switched off. The DC voltage now shows a ripple of about 17% compared to the mean value, which in this case is mainly given by a third harmonic. With regard to the required pool voltage of constant mean value, the three anodes must be connected to a tap of 57.5 % of the transformer winding.

Fig. 6 gilt für Dreiphasenbetrieb und einen Zündverzögerungswinkel von 3o°. Die Anoden sind an eine Anzapfung von 6o,5 % der Transformatorspannung angeschlossen.Fig. 6 applies to three-phase operation and an ignition delay angle of 30 °. The anodes are connected to a tap of 6o.5 % of the transformer voltage.

Fig. 7 gilt ebenfalls für Dreiphasenbetriebe, jedoch ist ein Zündverzögerungswinkel von 54° eingestellt. Gleichbleibender Mittelwert der Gleichspannung wird dadurch erreicht, daß die Anoden an die volle Wechselstromspannung angeschlossen werden.Fig. 7 also applies to three-phase operations, but is an ignition retard angle set at 54 °. This results in a constant mean value of the direct voltage achieves that the anodes are connected to the full AC voltage.

Die vorstehend angeführten Betriebsphasen lassen sich naturgemäß noch vielfach abändern, so daß eine große Anzahl von Zwischenstellungen erreichbar ist. - Die erläuterten Beispiele zeigen jedoch, daß es mit der Umformereinrichtung nach der Erfinduhg möglich ist, praktisch beliebige Welligkeiten für einen gegebenen Mittelwert der dem Bad zuzuführenden Gleichspannung einzustellen.The operating phases listed above can of course still be change many times, so that a large number of intermediate positions accessible is. - However, the examples explained show that it is with the converter device according to the invention is possible, practically any ripple for a given Set the mean value of the direct voltage to be supplied to the bath.

Claims

PATENT CLAIMS .: z: Converter arrangement for feeding electrolysis systems with wavy DC voltages. characterized; that the converter is so is controlled that a certain mean value of the output DC voltage is maintained is, while at the same time varying degrees of ripple of the. DC voltage are adjustable. a. Arrangement according to claim r, characterized in that - the With variable ripple, mean value of the direct voltage to be kept constant can be set to different values. 3. Device according to claim r, characterized through -. the use of grid-controlled, in particular gas or steam-filled Discharge vessels for generating wavy DC voltages. 4. Device according to claim 3, characterized in that the number of phases of multiphase discharge vessels can be changed is. -Installation according to. Claim 3, characterized in that the anode voltage the discharge vessel is changeable. 'b. .A device according to claim 3 and 4, characterized indicated that the number of phases and the ignition point setting can be changed. j. Facility according to claims 3 and 5, characterized in that anode saving and ignition point setting are changeable. B. Device according to claim 3 to. 5, characterized " that the number of phases of a multiphase discharge vessel and the anode voltage and ignition point setting can be changed.