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Anordnung zur Erzeugung einer hohen Gleichspannung aus einer Wechselspannung
mittels einer Vervielfachungsschaltung Auf verschiedenen Gebieten der Technik und
Physik. z. B. der Materialprüfung sowie vier lern- und Strahlungsforschung, sind
Anordnungen zur Erzeugung einer holten Gleichspannung aus einer Wechselspannung
mittels einer Kondensatoren, Ventile und mindestens einen Transformator enthaltenden
Vervielfachungsschaltung in Gebrauch. Ini allgeineinenhandelt es sich dabei uniStatfelschaltungen,
deren jedes Glied aus einer der bekannten @crvielfachuirgsschaltunfren besteht,
wobei -ich <las unterste Glied auf Erdpotential befindet. I n vielen Fällen wird
nun @@ahlwe ise eine positive oder eine negative Gleichspannung gegenüber Erde benötigt.
Bei Anlagen mit mechanischen (umlaufenden) Gleichrichtern ist ein solcher Polaritätswechsel
durch Umkehren der Transforniatorwechselspannung verhältnismäßig leicht durchführbar.
Bei Anlagen finit Gleichrichterventilen ((@lülikathodenventilen) hat nian bisher
den Polaritätswechsel durch Umkehren der Ventile vorgenommen; die N"entile muhten
also aus ihren 1 ialterungen entfernt und umgekehrt in diese wieder eingesetzt werden.
lies ist insbesondere bei vielgliedrigen und dementsprechend
',(icligel)atiten
und finit vielen Ventilen ausgerüsteten Anlagen unbequem, zeitratil)eti(1 ,lud gefährdet
die für Höchstspannungsanla-en allein in Frage kommenden eniptindlichen ltochleistungsventile.
Außerdem muß. damit die Ventile unigelehrt eingesetzt und betrieben werden können,
die Heizspannung für sie an leiden Seiten der Ventile bereitgestellt werden, )wodurch
eine größere Allzahl voll Heizspannungserzeugern bzw. Heiztransforinatoren notwendig
wird.
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Erfindungsgemäß werden diese Schwierigkeiten und Nachteile dadurch
vermieden. (1a13 zur Unischaltung der Polarität der erzeugten Gleichspannung gegen
Erde Umschaltmittel vorgesehen sind, die hei ihrer Betätigung entweder durch gegenseitigen
Austausch je zweier räumlich benachbarter, voll dein leiden gemeinsamen Punkt aus
betrachtet. elektrisch in einander entgegengesetztem Richtungssinn eingebauter Ventile
in der Weise. daß die beiden Ventile 1)e1 positiver und negativer Polarität in verschiedenen
Ladekreisen liegen, für eine im umgekehrten Sinn erfolgende Aufladung der Kondensatoren,
all denen die Gleicllspaililttil ahgenortlmen wird. sorgen oder diese Kondensatoren
umgekehrt gepolt in den Gleichstromkreis legen. Bei Staffelschaltungen werden für
jede Gruppe Umschaltmittel vorgesehen und diese zweckmäßig miteinander gekoppelt
und mittels eines gemeinsamen auf Erdpotential lxtindlicheil Antriebs bedient. 1e
nach Anordnung der @chaltinittel "wird also eine «-a111-)weise=@ufladung aller Kondensatoren
erreicht oder eine wahlweise Autladung eines Teils der Kondensatoren hei gleichzeitiger
#v<thlweiser Hintereinanderschaltung der restlichen Kondensatoren, welche (Ion
ursprünglichen Aufladun-ssinn behalten. Die Anordnung gemäß der l?rfinciutig kann
bei allen Vervielfachuii-sschaltungen, die aus Transformatoren, Kondensatoren und
Ventilen aufzebaut sind, verwendet werden. Besonders worteilliaft ist die I?rlinchiiig
für Anlagen, l)c i denen die Vervielfachuit-,sschaltung eine Allzahl gleichsinnig
in Reibe geschalteter Vetltlle aufweist, voll denen je zwei jeweils durch einen
Kondensator überbrückt sind. Auch bei Gleichstromhöchst-@p@nrnnt@s@nlagen, clie
aus mehreren in Kaslcade geschalteten (;reinaclier-\'erdol)plui)gs-#gliedern Nestehen.
ist die 1#.rfindun- mit Vorteil verwendbar.
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Iss i#t zwar schon eine zur Erzeugung hoher konstanter Gleichspannung
aus einer \\-orhsela)annung dienend( Verdreifacltllngs_ 'clialttlli`r bekanntgeworden.
lwi der inittel# (#iner t'nischalteinrichtun- die Polarität der ,#rzou@@ton (@loichsl)@unnntg
lllllgel<e#111-t worden kann. lin t;ege#tt#:itz zu cler :lnordnutl@r @Te#m;iLl
,leg Ertin(lung werden 1)e1 dieser bekannten Schaltun,- zur Unikehrun.- der Polarität
flie \'ontile unigepolt, (l. h. jedes Ventil bleibt auch Lei Umkehrung der Polarität
in seinem bisherigen Strontl:reis lie-en. aber im unigekehrten Richtung wie vorher.
GeZeilüber dieser bekannten lclialtulig hat die Anordnung gemäß der Erfindung (Ion
gerade 1)e1 vielgliedrigen Gleichspannungserzeugern besonders wichtigen Vorteil.
daß für jedes Ventil nur ein einpoliger Umschalter 1)enöti"t wird, während 1)e1
der bekannten Schaltung jedes Ventil einen doppelpoligen Umschalter erfordert. Auch
ist bei der Anordnung gemäß der Erfindung ein .@ustauscli der Ileiztransforinatoren
oder Heizgeneratoren nicht notwendig, da man die Heizstromquelle in beiden Stellungen
der Umschaltmittel -all dein ihr zugeordneten Ventil belassen kann, wenn man die
Isolation der Heizstroinduelle. also z. B. eines Heiztransformators, jeweils für
die höchste vorkommende Spannung auslegt.
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In (Ion Abbildungen sind verschiedene Ausführutigsbeispiele für Anordnungen
gemäß der Erfindung teils schaltungsgemäß, teils in ihrem konstruktiven Aufbau schematisch
dargestellt. Bei (lern in (Ion Abb. i a und 1
1) _gezeichneten Beispiel handelt
es sich uni eine ' GleichstroinhöchstspannungsanlaZe. bei welcher die Vervielfachungsschaltung
eine All-( 7a111 gleichsinnig in Reihe geschalteter Ventile 1'1, 1"1'. 1',. 1','
tisw. aufweist. voll denen je zwei aufeitiancterfolgeilde jeweils durch einen Kondensator
überbrückt sind; und zwar sind die Ventile 1'1 und 1'1' durch (Ion Kondensator Cl,
die Ventile 1"., und U.,' durch (Ion Kondensator C= und die Ventile I--.1 Und (furch
den Kondensator C., überbrückt. hie Kondensatoren
('1, C_, und C.; sind somit
hintereinandergeschaltet. Andererseits werden die Ventile 1'1' und I'= durch den
Kondensator C_,' und die Ventile I'.= und 1".1 durch (teil Kondensator C.1' überbrückt.
Diese beiden Kondensatoren liegen mit einem weiteren Kondensator C'1' in Reilie.
Mit T ist ein 1-Iochspannungstransformator bezeichnet. der I)rttllarseltlg
all eine Wechselspannung angesch@ossen wird und sekundärseitig die Verv@e@f@c@urlgsscha@tun
speist. Die dargestellte Schaltung ist bekannt, so daß auf ihre Wirnicht näher eingegangen
Zn worden braucht. 1)1e in Reibe geschalteten Krnicleiisatoren C'1. C,., und C.'.1
ergeben eine ini Leerlauf konstante Gleichspannung. während die Kondonsatoren C'1'.
C'.='
und C'.1' in ihrer Spalinuitg 11111 (Ion dOppelton Scheitolwort dorIrall@fc>rmatorsl)annung
schwanken. Die Ventik# #iltrl 111111 Über t'm:chaltor t r bi: to :in ciie hotrutfetiden
honden<atoren C 1. C., 1>7w. 1 C , dorart angoscltl<).e#n. clal.l beispiefsweise
da: \-etitil 1-1 finit @(#iiier linkon l@lolnnto 17
entweder an
die untere Klemme (Abb. i a) oder an die obere Klemme (Abb. i b) des Kon(lensators
Cl angeschlossen wird. Der Schalter ii ist also um den Punkt 17 drehbar, iii entsprechender
Weise ist der Umschalter 12 um den Punkt 1ä drehbar und legt die linke Klemme 1'i
entweder an die obere i .\1>1>. i a) oder an die untere (Abb. ih) Mennne des Kondensators
Cl. Die Umschalter 13 und 1:I sind in der gleichen Weise um die funkte i9 und 2o
drehbar. Entsprechendes gilt auch für die Umschalter 15 und 16. Bei (ler in Abb.
i a gezeichneten Stellung des Um-;clialters i i bis 16 liegt das Ventil 1'1 mit
:einer Anodenseite an Erde, so daß der Kondensator C i' eine positive Aufladung
erhält. I.-.ntsprecliend laden sich auch die übrigen I@onclensatoren positiv auf,
so daß man an der hlelllllte 21 eine positive Gleichspannung gegellfber Erde abnehmen
kann. Werden die Umschalter i i bis 16 in die in Abb. i b gezeichnete Lage umgelegt,
so wird das Ventil
1 11 mit seiner Kathodenseite an Erde gelegt, :o dali
der I-Zondensator Cl' über das Ventil b'1 negativ und der Kondensator Cl über das
Ventil 1'1 ebenfalls negativ aufgeladen wird. 1)i<# Ventile
171 und 1'1'
haben also ihre.Fünkticnien vertauscht. Das gleiche gilt für die iibri-en Glieder
der Staffelschaltilng, so daß an der Al)tiahniel<lemme 21 eine negative Gleichspannung
gegenüber Erde abgenommen \\-erden kann.
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I n Gien Abb. 2 und 3 ist ein Ausführungslie ispiel dafür gezeigt,
wie man in den Abb. i a nii(l 11) (Iargestellte Schaltungsanordnungen konstruktiv
aufbauen kann. llit I, 1I, 11L, IV und \" sind fünf Isoliersäulen bezeichnet, die
au: einzelnen aufeinandergebauten, vorzugsweise hohlen Isolierzylindern bestehen,
wie die Abb. 3 schematisch erkennen läßt. Zwi.chrll (teil Isoliersäulen II, III
und IV #,iiid die N'entile übereinander angeordnet, wobei jeweils die zu einer Stufe
gehörigen \'entilc, z. ß. !'t und 1'1' bzw. I%', und VJ jet@-cils iii einer Ebene
liegen und einen Winkel iiiitein:incler bilden. Es liegen also jeweils die zwei
Ventile, die von einem der Konden-.atoreu, an denen die Gleichspannung abgeiicnninen
wird, überbrückt sind, in einer und (lerselbcn vorzugsweise horizontalen Fbene,
i@ohei diese Iaiene sich in gleicher flöhe des diese Ventile überbrückenden Kondensators
lk#tiii(leii. Die 1-Zon(leusatoren Cl, C" und C#3 >iiicl im liiiiei-ii der die Säule
I' bildenden I.(ilierz@liudcr tuitergebracht. Die Ventile 1', 1',' liegen also in
halber flöhe des den 1@(ni(Ie#n@ator C', e#iitli@tlteil(len Isolierzyliiidei-s.
I#aitsl#rechen(Ics gilt für die Ventile 1'., und I-.,' (lic übrigeil iii (teil Abb.
2 und,; nicht 11ldir flal;gcstelltcll Ventile. Im 11111o11 der @#@(lier.ünlen 11
tind 111 @@erclen (lie Ilciztransformatoren für die Ventile untergebracht, während
in der Isoliersäule I die Kondensatoren C1', C,' und C3 liegen. Die IsoliersäuleIV
dient lediglich als Stützer, kann aber auch zur Unterbringung eines Meßspannungsteils
oder irgendwelcher anderer elektrischer Geräte verwendet werden. Die Umschalter
i i bis ioi liegen zwischen den Isoliersäulen III und V bzw IV und V. Der Umschalter
i i ist drehbar um den Punkt 17 und stellt, wie schon an Hand der Abb. i a und i
b erläutert wurde, die Verbindung der linken Klemme von y 1 entweder mit der unteren
oder mit der oberen Klemme des Kondensators Ci her. Der Schalter 12 ist entsprechend
um den Punkt 18 drehbar und verbindet die. linke Klemme von V1' entweder mit dem
oberen oder mit dem unteren Pol des Kondensators Ci. Mit 22 ist eine Isolierstange
bezeichnet, die die Umschalter 11, 13 und 15 miteinander koppelt, so daß diese gemeinsam
von einem in der Abbildung nicht dargestellten, auf Erdpotential befindlichen Antrieb
aus betätigt ' werden können. Eine entsprechende Isolierstange dient zur Kopplung
und Betätigung der Umschalter 12, 14 und 16; diese Isolierstange, die in der Abb.
3 nicht sichtbar ist, weil sie hinter der Isolierstange-22 liegt, ist mit dieser
gekoppelt, so daß sämtliche Umschalter mittels eines einzigen Antriebs gemeinsam
in die eine oder andere Stellung gelegt werden können. ÄIit T ist in den Abb. 2
und 3 der beispielsweise in einem Isoliergehäuse mit Metallboden und -deckel untergebrachte
Transformator zur Speisung der Vervielfachungsschaltung bezeichnet.
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Die Abb. d.a und q.1 zeigen die gleiche Vervielfachungsschaltung wie
die Abb. i a und 14, jedoch wird hier der Polaritätswechsel auf andere Art und Weise
vorgenommen, und zwar werden hier bei einer Betätigung der Umschalter die Kondensatoren
Cl, C, und C3 umgekehrt gepolt in den Gleichstromkreis gelegt. Die Umschalter sind
mit 22 bis 25 bezeichnet und sind um ihre Mittelpunkte drehbar. In der in Ahb. .In
gezeichneten Stellung der Umschalter liegt das Ventil 1'1' mit seiner Anodenseite
an Lade, so daß der Kondensator Cl' über das Ventil 1'1' positiv aufgeladen wird,
während der Kondensator C, über das Ventil L'1 derart aufgeladen wird, <laß sein
linker Belag negativ, sein rechter dagegeil positiv wird. Dreht inan die Unischalter
2 2 uni ihren Mittelptnikt in die iti Abh. d:h gezeichneten Stellen;;, so wird <las
Ventil I'1 mit ,einer Kathodenseite an Erde nugeschlossen, so (laß der 1-Zondensator
C'1' filier (las Ventil 1,1 iii entgegengesetzter hichtutig aufgeladen wird. l:ntslirerhentlr@
gilt für die l@ollclcits<ttoreu C.; uild C3'. Die I`oll(leilsat(@r<#tl C,.
C.= un(I C'3 werdcll iii cleill gleichen
Sinn wie vorher aufgeladen,
jedoch umgekehrt gepolt in Reihe geschaltet. In der in Abb. 4.a ,gezeichneten Stellung
der Umschalter kann man also an der Klemmer eine positive, in der in Abb. .4b dargestellten
Stellung der Umschalter eine negative Spannung gegen Erde abnehmen.
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Ein Ausführungsbeispiel für den konstruktiven Aufbau einer Schaltung,
wie sie in den Abb. d.a und 4.b dargestellt ist, zeigen die Abb. 5 und 6. Mit I
bis V sind wieder fünf Isoliersäulen bezeichnet. die aus einzeln aufeinander gesetzten
Isolierzylindern bestehen, wobei die Ventile zwischen den Isoliersäulen III und
V bzw. IV und V angeordnet, während zwischen den Säulen III und IV die Kondensatoren
Cl, C2 und C3 liegend befestigt sind. Der Kondensator Cl liegt in derselben Ebene
wie die von ihm überbrückten Ventile h, und h r'. Entsprechendes gilt für die übrigen
Kondensatoren C, und C3 und die von ihnen überbrückten Ventile. In gleicher Höhe
wie die Kondensatoren Cl' C_ und C3 liegen die Kondensatoren C,',
C2 und C3 zwischen den Isoliersäulen I und II. Die Isoliersäulen I, II und IV dienen
lediglich als Stützer, während die Isoliersäulen III und V auch noch in ihrem Innern
die Heiztransformatoren für die Ventile enthalten können. Die Umschalter 22 bis
25 sind in einer vor den Kondensatoren Cr, C2 und C3 liegenden Ebene zwischen den
Isoliersäulen HI und IV angeordnet. Der Umschalter 22 ist um den Drehpunkt 26 drehbar,
welcher an einer Isolierstrebe 27 gelagert ist. Der Umschalter 23 ist um den Drehpunkt
28, der Umschalter 24. um den Drehpunkt 3o drehbar, wobei die Drehpunkte 28 und
3o an der Isolierstrebe 29 bzw. 3 1 gelagert sind. Die Isolierstreben
27 bis 31
sind wie die Abb. 5 und 6 erkennen lassen, schräg an den
Isoliersäulen III und IV befestigt. Die Isoliersäule V und die Ventile sind in der
Abb. 6 der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt. Die Isoliersäulen I und II
und die zwischen ihnen liegenden Kondensatoren Cl , C,' und C3 sind in der Abbildung
nicht sichtbar, weil sie hinter den Isoliersäulen III und IV bzw. hinter den Kondensatoren
Cl, C2 und C3 liegen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann ein gemeinsamer Antrieb
für die Umschalter 22 bis 25
vorgesehen sein; der Übersichtlichkeit halber
ist der Antrieb in den Abb. 5 und 6 nicht dargestellt.
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In den Abb. ; a und 7 b ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung
in ihrer Anwendung hei einer Gleichstroinhöchstspannungsanlage dargestellt, die
eine aus mehreren Greinacher-Verdopplungsgliedern A bis E bestehende Staffelschaltung
aufweist. Das unterste Glied <1 der Statielschaltung besteht ; aus zwei Kondensatoren
32 und 33 und zwei Ventilen 34 und 35 sowie der Sekundärwicklung 36 eines Transformators.
In der gleichen Weise sind die übrigen Glieder B bis E der Staffelschaltung ausgebildet.
Ein Umschalter 37, der um den 1'ruikt 38 drehbar ist. legt entweder den linken Belag
des Kondensators 32 oder den rechten Belag des Kondensators 33 an Erde. In der gleichen
Weise sind den übrigen Gliedern B bis E Umschalter zugeordnet, die gemeinsam mit
dem Umschalter 37 betätigt «erden und dafür sorgen, daß die einzelnen Kondensatorgruppen
umgekehrt gepolt in den Gleichstromkreis gelegt werden können. Bei der in Abb. 7
a gezeichneten Stellung der Umschalter kann man an der Klemme 39 eine negative,
bei der in Abb. ; b gezeichneten anderen Stellung der Umschalter an der Abnahmeklemme
eine positive Gleichspannung gegen Erde abnehmen. Die räumliche Anordnung kann ähnlich
wie bei der in den Abb. 5 und 6 dargestellten Anordnung getroffen werden. Bei allen
dargestellten Ausführungsbeispielen können die Umschalter gegebenenfalls unter
01 angeordnet sein.