DE870293C

DE870293C - Electrical converter

Info

Publication number: DE870293C
Application number: DEK8925A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr Kesselring; Erwin Wettstein
Original assignee: FKG AG
Current assignee: FKG AG
Priority date: 1950-07-29
Filing date: 1951-02-07
Publication date: 1953-03-12

Description

Elektrischer Umformer Zusatz zum Patent 84'7, 0'36 Das Patent 847 036 betrifft einen elektrischen Umformer, bei dem die Stromumformung mittels magnetischer Schalter unter Verwendung von mindestens einer Schaltdrossel und einem Ventil bewirkt wird. Im Patent 847036 sind in Reihe mit der Schaltdrossel und parallel zum Ventil ein oder mehrere magnetisch betätigte Schalter angeordnet, wobei die Einschaltung kurz nach Einsetzen des `'orwärtsstromes in dem parallel liegenden Ventilkreis, die Ausschaltung hingegen innerhalb der durch die Schaltdrossel erzeugten stromschwachen Stufe erfolgt.Electrical converter Addendum to patent 84'7, 0'36 The patent 847 036 relates to an electrical converter in which the conversion of current is effected by means of magnetic switches using at least one switching throttle and a valve. In patent 847036 , one or more magnetically operated switches are arranged in series with the switching throttle and parallel to the valve, with switching on shortly after the start of the forward current in the parallel valve circuit, while switching off takes place within the low-current stage generated by the switching throttle.

Im Hauptpatent wurde angegeben, wie eine derartige Anordnung auch für regelbare Gleichrichter durch Teilaussteuerung und als Wechsel- und Umrichter benutzt werden kann, indem beispielsweise in Reihe mit den Ventilen eine regelbare Spannungsquelle eingeschaltet wird, deren innerer Widerstand höchstens von der Größenordnung des Ventilwiderstandes in Vorwärtsrichtung ist. Wirkt diese Spannung der treibenden Spannung entgegen, so verspätet sich die Einschaltung; die Anordnung arbeitet als Gleichrichter mit kleinerer mittlerer Gleichspannung. Wirkt jedoch diese Spannung im gleichen Sinne wie die treibende Spannung, so erfolgt die Einschaltung verfrüht; das Svstem kann in dieser Anordnung, insbesondere bei mehrphasiger Ausführung, als netzgesteuerter Wechselrichter betrieben werden.The main patent stated how such an arrangement for controllable rectifiers through partial control and as inverters and converters can be used by, for example, in series with the valves a controllable Voltage source is switched on, the internal resistance of which is at most of the order of magnitude of the valve resistance is in the forward direction. This tension acts the driving force Opposite voltage, the activation will be delayed; the arrangement works as a Rectifiers with lower average DC voltage. However, this tension works in the same sense as the driving voltage, it is switched on prematurely; The system can be used in this arrangement, especially in the case of a multi-phase version grid-controlled inverters are operated.

Eine andere im Hauptpatent erwähnte Steuermöglichkeit erhält man dadurch, daß die magnetischen Schalter mit einer zusätzlichen Einschaltspule versehen werden, welche von Stromimpulsen gespeist wird, die aber vor Einsetzen der stromschwächen Stufe wieder abgeklungen sein müssen. Wirken diese Stromimpulse der magnetisierenden Wirkung, hervorgerufen durch den Vorwärtsstrom der Ventile, entgegen, so verspätet sich die Einschaltung; im umgekehrten Fall tritt sie vor dem Moment der Spannungsgleichheit ein, so daß die Anordnung ebenfalls wieder als Wechselrichter verwendet werden kann.Another tax option mentioned in the main patent is obtained by that the magnetic switch with an additional closing coil Mistake which is fed by current pulses, but which weaken before the onset of the current Level must have subsided again. Act these current pulses of the magnetizing Effect, caused by the forward flow of the valves, counteracts so late the activation; in the opposite case, it occurs before the moment of equilibrium so that the arrangement can also be used again as an inverter.

Da für eine funkenfreie Kommutation die Spannung an den Schaltkontakten während der Unterbrechung unterhalb etwa io V gehalten werden mußte, fanden als Ventile mit besonderem Vorteil Trockengleichrichter wegen ihres kleinen Spannungsabfalles Verwendung.The voltage at the switch contacts ensures spark-free commutation had to be kept below about io V during the interruption, as found Valves with the particular advantage of dry rectifiers because of their small voltage drop Use.

Es hat sich inzwischen gezeigt, daß ein befriedigender Betrieb mit Trockengleichrichter wohl möglieh ist bei Sperrspannungen bis zu etwa ioo V, daß dagegen bei höheren Sperrspannungen, insbesondere einigen iooo V, verschiedene Nachteile auftreten. Eine derart höhe Sperrspannung bedingt die Reihenschaltung einer größeren Anzahl von Gleichrichterplatten, wodurch nicht nur der Spannungsabfall bei Vorwärtsstrom, sondern auch-die Induktivität und Kapazität des Ventilkreises in einem hinsichtlich der gewünschten funkenfreien Kommutation unzulässigen Maße erhöht wird. Außerdem sind Trockengleichrichter für hohe Sperrspannungen teuer und benötigen viel Platz.It has meanwhile been shown that a satisfactory operation with Dry rectifier is probably possible with reverse voltages up to about ioo V that on the other hand, at higher blocking voltages, in particular a few thousand volts, various disadvantages appear. Such a high reverse voltage requires the series connection of a larger one Number of rectifier plates, which not only reduces the voltage drop in the case of forward current, but also-the inductance and capacitance of the valve circuit in one respect the desired spark-free commutation is increased to an impermissible level. aside from that dry rectifiers for high reverse voltages are expensive and require a lot of space.

Die vorliegende Erfindung stützt sich sowohl auf den heutigen Stand der Technik im Gebiete der Metalldampfgleichrichterröhren als auch auf inzwischen entwickelte Schaltungsanordnungen zur Kompensation der Spannung an den Schaltkontakten.The present invention is based on both the current state of the art of technology in the field of metal vapor rectifier tubes as well as in the meantime Developed circuit arrangements to compensate for the voltage at the switch contacts.

Das Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß bei einem Umformer gemäß dem Patent 847 036 als Ventil eine Gleichrichterröhre verwendet ist, deren Sperrwirkung mindestens beim Ausschalten des magnetischen Schalters durch Erhöhung der Anodenspannung aufgehoben wird.The characteristic of the invention is that in a converter according to patent 847 036 a rectifier tube is used as a valve, the blocking effect of which is canceled at least when the magnetic switch is turned off by increasing the anode voltage.

Die moderne Röhrentechnik hat Gleichrichterröhren geschaffen, welche sich für den vorliegenden Zweck in besonderem Maße eignen. Sie zeichnen sich aus durch kleine Zünd- und Brennspannung; hohe Sperrspannung und lange Lebensdauer. Die kleine Brennspannung solcher Röhren ermöglicht die Kommutation des am Kontakt aufgerissenen Stromes auf den Ventilkreis mit genügend kleiner Kontaktwanderung, sofern eine vormagnetisierte Schaltdrossel mit möglichst rechteckförmiger Hysteresisschleife verwendet wird, welche den Stufenstrom genügend klein hält, beispielsweise unter o,2 A. Eine Anodenbatterie ist im Gegensatz zu früheren Ausführungsformen nicht notwendig: Zu diesem Zweck eignen sich vorzugsweise Gleichrichterröhren mit Metalldampffüllung, deren Zündspannung höchstens io V beträgt. Insbesondere haben sich Glühkathodenröhren mit Alkalidampffüllung, und zwar sowohl solche mit Oxydals auch solche mit Adsorptionskathode sehr gut bewährt. Die niedrigsten Zünd- und Brennspannungen werden mit caesiumdampfgefüllten Glühkathodenröhren mit Adsorptionskathoden erreicht. Bei solchen Röhren kann die Zündspannung kleiner als 4 V,_ die Brennspannung kleiner als 2 V gehalten werden, bei einer Sperrspannung von mehr als iooo V.Modern tube technology has created rectifier tubes, which are particularly suitable for the present purpose. You stand out due to low ignition and operating voltage; high reverse voltage and long service life. The low operating voltage of such tubes enables the commutation of the contact torn current on the valve circuit with sufficiently small contact migration, provided a premagnetized switching throttle with a hysteresis loop that is as rectangular as possible is used, which keeps the stage current sufficiently small, for example below o, 2 A. An anode battery is not in contrast to earlier embodiments necessary: Rectifier tubes filled with metal vapor are preferred for this purpose, whose ignition voltage does not exceed io V. In particular, hot cathode tubes have become with alkali vapor filling, both those with oxide and those with adsorption cathode proven very well. The lowest ignition and burning voltages are filled with cesium vapor Reached hot cathode tubes with adsorption cathodes. With such tubes the Ignition voltage less than 4 V, _ the operating voltage must be kept less than 2 V, with a reverse voltage of more than iooo V.

!, Durch Anwendung einer Schaltungsanordnung zur Kompensation der Spannung an den Schaltkontakten, die darin bestehen kann, daß eine von der Schaltdrossel abgeleitete Hilfsspannung in den Ventilstromkreis eingeführt und während des Schaltvorganges so gerichtet ist, daß die Spannung an den Schaltkontakten herabgesetzt ist; wird es möglich, als Ventile auch Gleichrichterröhren mit einer Zünd- und Brennspannung von über io V zu verwenden. Denn die Hilfsspannung kann so gewählt werden; daß die Spannung an den Schaltkontakten in den Schaltmomenten unabhängig von der Spannung am Ventil genügend klein gehalten werden kann. Außer den obengenannten Gleichrichterröhren sind mit dieser Schaltungsanordnung auch Elektronenröhren, insbesondere solche mit einer Sättigungsstromstärke von mindestens i A brauchbar. Für hohe Sperrspannungen eignen sich außerdem Quecksilberdampfröhren mit Flüssiglceits- oder Glühkathode.!, By using a circuit arrangement to compensate for the Voltage at the switching contacts, which can be that one of the switching throttle Derived auxiliary voltage introduced into the valve circuit and during the switching process is directed so that the voltage at the switch contacts is reduced; will It is possible to use rectifier tubes with ignition and burning voltage as valves to use from over io v. Because the auxiliary voltage can be chosen so; that the Voltage at the switching contacts in the switching moments independent of the voltage can be kept sufficiently small at the valve. Except for the rectifier tubes mentioned above are with this circuit arrangement also electron tubes, especially those with a saturation current strength of at least i A. For high blocking voltages Mercury vapor tubes with liquid glass or hot cathode are also suitable.

Mit der genannten Kompensationsschaltung kann ferner erreicht werden, daß der Strom in den Schaltkontakten während der stromschwachen Stufe unabhängig von dem durch die Schaltdrossel gegebenen Stufenstrom derart klein ist, daß die Kontaktwanderung in zulässigen Grenzen bleibt. Es lassen sich demzufolge gescherte Schaltdrosseln oder vormagnetisierte Schaltdrosseln mit weniger hochwertigen Materialien verwenden.With the mentioned compensation circuit it can also be achieved that the current in the switch contacts is independent during the low-current stage of the stage current given by the switching inductor is so small that the Contact migration remains within permissible limits. It can therefore be sheared Switching chokes or premagnetized switching chokes with less high-quality materials use.

Derartige Gleichrichterröhren können auch mit Steuergitter versehen sein, so daß sich neben den eingangs-- erwähnten Schaltungsanordnungen zur Spannungssteuerung des Umformers weitere Möglichkeiten zu diesem Zweck durch Anwendung einer geeigneten Gittersteuerung ergeben.Such rectifier tubes can also be provided with control grids so that in addition to the circuit arrangements for voltage control of the converter further possibilities for this purpose by using a suitable Grid control result.

In der Zeichnung ist ein elektrischer Umformer schematisch dargestellt, bei dem das den Schaltkontakten parallel liegende Ventil eine gittergesteuerte Gleichrichterröhre ist, deren Zündung beim Einschalten durch Ansteigen des Gitterpotentials und beim Ausschalten durch Erhöhung der Anodenspannung erfolgt.In the drawing, an electrical converter is shown schematically, in which the valve lying parallel to the switching contacts has a grid-controlled rectifier tube is whose ignition when switching on by increasing the grid potential and when Switching off takes place by increasing the anode voltage.

Fig. i zeigt die Schaltung und Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der wichtigsten Betriebsgrößen.Fig. I shows the circuit and Fig. 2 shows the timing of the most important Company sizes.

Mit i ist die Wechselstromquelle mit der Spannung e bezeichnet. 2 ist eine Schaltdrossel, deren magnetischer iKreis einen Luftspalt 21 aufweist. 3 ist der magnetische Schalter mit dem Magnetkreis 31, bestehend aus zwei durch die Luftspalte 32 und 33 gegeneinander elektrisch isolierten Sehenkein 34" und 34b und den zugleich die feststehenden elektrischen Kontakte bildenden Polen 35" und 35b. 36 ist ein prismatisch ausgebildetes Schaltelement mit dreieckförmigem Querschnitt, das zugleich als Schaltbrücke dient und an der Feder 37 befestigt und durch diese in der Offnungsstellung gehalten ist. Die Feder 37 ist ihrerseits zwischen Isolierstücken 38 an den Schenkeln 34" und 34b starr befestigt. 38a ist ein Anschlag für das Schaltelement. Mit 39 ist die vom zu schaltenden Strom gespeiste Erregerspule bezeichnet. Als Gleichrichterröhre dient eine den feststehenden Schalterkontakten 35a und 35b parallel geschaltete Triode.. Die Belastung ist mit 5 bezeichnet. Die Spannungssteuerung des Umformers erfolgt in bekannter Weise durch Wahl des Zündeinsatzes der Triode ,4.. Zu diesem Zweck ist ein an der Wechselspannung e liegender Phasenschieber 6 vorgesehen, dessen Sekundärspannung über eine Batterie 7 an das Gitter und die Kathode der Triode 4 geführt ist. Das Gitter wird durch die Batterie positiv vorgespannt. Zur Erleichterung der Kommutation beim Öffnen der Schaltkontakte ist in den Ventilkreis eine von der Sekundärwicklung 22 der Schaltdrossel :2 erzeugte Hilfsspannung über das Hilfsventil 8 und den Begrenzungswiderstand 9 eingeführt. Um die schädliche Wirkung der Induktivität der Sekundärwicklung 22 auszuschalten, ist sie durch den Kondensator io überbrückt. Zur zusätzlichen Erleichterung der Kommutation ist den feststehenden Kontakten 35" und 35b in bekannter Weise ein Kondensator i i parallel geschaltet.The alternating current source with the voltage e is denoted by i. 2 is a switching reactor, the magnetic circuit of which has an air gap 21. 3 is the magnetic switch with the magnetic circuit 31, consisting of two sections 34 "and 34b electrically insulated from one another by the air gaps 32 and 33 and the poles 35" and 35b, which at the same time form the fixed electrical contacts. 36 is a prismatic switching element with a triangular cross-section, which also serves as a switching bridge and is attached to the spring 37 and is held by this in the open position. The spring 37 is for its part rigidly fastened between insulating pieces 38 on the legs 34 "and 34b. 38a is a stop for the switching element. The excitation coil fed by the current to be switched is denoted by 39. A rectifier tube connected in parallel to the stationary switch contacts 35a and 35b is used Triode .. The load is denoted by 5. The voltage control of the converter takes place in a known manner by selecting the ignition insert of the triode, 4 .. For this purpose, a phase shifter 6 is provided, which is connected to the alternating voltage e Grid and the cathode of the triode 4. The grid is positively biased by the battery. To facilitate the commutation when the switching contacts are opened, an auxiliary voltage generated by the secondary winding 22 of the switching inductor is in the valve circuit: 2 via the auxiliary valve 8 and the limiting resistor 9 introduced. To the deleterious effect of the inductance of the Disconnect secondary winding 22, it is bridged by the capacitor io. To further facilitate commutation, a capacitor ii is connected in parallel to the stationary contacts 35 ″ and 35b in a known manner.

Die Wirkungsweise dieses Umformers wird an bIand der Fig. 2 wie folgt erklärt: Am Ende der Sperrphase ist die Anodenspannung bereits derart hoch, daß die Röhre 4. beim Ansteigen des Gitterpotentials in der Gegend des Potentialnulldurchganges (Zeitpunkt t1) zündet. Es beginnt nun ein Strom zu fließen von der Wechselstromquelle i über die Belastung 5, die Röhre 4., das Hilfsventil 8, den Schenkel 34a des Magnetkreises, die Erregerspule 39 und die Schaltdrossel :2 zurück zur Wechselstromquelle i. Die Schaltdrossel 2 bewirkt zunächst eine stromschwache Stufe bis zum Zeitpunkt t., innerhalb welcher der Ansprechwert des Schalters 3 liegt. Beim Erreichen dieses Stromwertes überwiegt die durch die Erregerspule 39 erzeugte magnetische Kraft jene der Feder 37, und das Schaltelement 36 überbrückt die feststehenden Kontakte 35a und 35b. Dabei wird die Röhre 4. über (las Hilfsventil 8 kurzgeschlossen und die Entladung unterbricht.The mode of operation of this converter is explained in FIG. 2 as follows: At the end of the blocking phase, the anode voltage is already so high that the tube 4 ignites when the grid potential rises in the vicinity of the potential zero crossing (time t1). A current now begins to flow from the alternating current source i via the load 5, the tube 4, the auxiliary valve 8, the leg 34a of the magnetic circuit, the excitation coil 39 and the switching inductor: 2 back to the alternating current source i. The switching throttle 2 initially causes a low-current stage up to the point in time t., Within which the response value of the switch 3 lies. When this current value is reached, the magnetic force generated by the excitation coil 39 outweighs that of the spring 37, and the switching element 36 bridges the stationary contacts 35a and 35b. The tube 4. is short-circuited via (read auxiliary valve 8 and the discharge is interrupted.

Durch geeignete Wahl der Batteriespannung eB wird erreicht, daß die Gitterspannung e, der Röhre 4 während des Ausschaltvorganges immer noch positiv ist. Der Strom i tritt zunächst in die stromschwache Stufe zum Zeitpunkt t." und erreicht innerhalb derselben den Abfallwert des Schalters 3. Während der stromschwachen Stufe wird in der Sekundärwicklung 22 der Schaltdrossel 2 eine Spannung induziert, welche am Hilfsventil 8 die Hilfsspannung eh erzeugt. Die Hilfsspannung eft ist dabei so gerichtet, daß die Röhre 4 zündet. Von diesem Moment an fließt ein Kompensationsstrom iK über die Schaltkontakte entgegen dem abklingenden Stufenstrom. Der resultierende Strom in den Schaltkontakten ist daher beim Öffnen derselben (Zeitpunkt t4) so klein, daß schädliche ;Kontaktwanderung vermieden wird. Der Strom i wird auf diese Weise vom Schalter auf die Röhre 4 kommutiert und unterhält eine Entladung bis angenähert zu seinem Nulldurchgang im Zeitpunkt t..A suitable choice of the battery voltage eB ensures that the grid voltage e of the tube 4 is still positive during the switch-off process. The current i first enters the low-current stage at time t. "And within the same reaches the dropout value of switch 3. During the low-current stage, a voltage is induced in the secondary winding 22 of the switching inductor 2, which generates the auxiliary voltage eh at the auxiliary valve 8. The Auxiliary voltage eft is directed in such a way that the tube 4 ignites. From this moment on, a compensation current iK flows through the switching contacts against the decaying step current. The current i is commutated in this way from the switch to the tube 4 and maintains a discharge until approximately its zero crossing at time t ..

Claims

PATENT CLAIMS: i. Electrical converter according to patent 847 036, characterized in that a rectifier tube is used as the valve, the blocking effect of which is canceled at least when the magnetic switch is switched off by increasing the anode voltage.

2. Electrical converter according to claim i, characterized in that an electron tube is used as the rectifier tube whose saturation current strength is at least i A.

3. Electrical converter according to claim i, characterized in that a rectifier tube filled with mercury vapor is used.

4 .. Electrical converter according to claim i, characterized in that that a hot cathode tube with alkali: i vapor filling is used as the rectifier tube whose ignition voltage does not exceed io V.

5. Electrical converter according to claim A .. characterized in that a hot cathode tube is used with an oxide cathode is.

6. Electrical converter according to claim 4, characterized in that a Hot cathode tube with adsorption cathode is used.

7. Electrical converter according to claim 6, characterized in that a hot cathode tube with cesium vapor filling is used. B.

Electrical converter according to claim i, characterized in that that a rectifier tube with control grid is used, whose blocking effect when Switching on is canceled by increasing the grid potential.

9. Electric Converter according to claim 8, characterized in that the grid control by means of one having a positive DC voltage component and opposite in phase the operating voltage shiftable alternating voltage takes place.