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Gleichrichtersystem mit einer oder mehreren Gleichrichterröhren und
mit einer gemeinsamen, mit den Gleichrichterröhren verwendeten Drosselspule zum
Glätten des gleichgerichteten Stromes Die Erfindung betrifft ein Gleichrichtersystem
mit einer oder mehreren Gleichrichterröhren und mit einer gemeinsam mit den Gleichrichterröhren
verwendeten Drosselspule zum Glätten des gleichgerichteten Stromes.
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In Gleichrichterstromkreisen, wie sie zur Umwandlung von Wechselstrom
in Gleichstrom gebraucht werden, beispielsweise zur Aufladung von Alkumulatomnbatterien,
werden. im Gleichstromkreis häufig Drosselspulen verwendet, um den gleichgerichteten
Strom zu glätten. Es wurde beobachtet, daß die Drosselspuken gelegentlich einen
sehr hohen Induktionsstromstoß verursachen als Folge gewisser Ausgleichsvorgänge
in d!em Stromkreis und daß dies wiederum eine zerstörende Wirkung auf die im Stromkreis
liegenden Gleichrichter haben kann.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, die solche Sehläden
verhindert, die durch das Auftreten derartiger induktiver Stromstöße verursacht
werden.
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Die Erfindung besteht darin, daß die durch Schaltmaßnahmen in der
Drosselspule erzeugten, für die Gleichrichterröhre unerwünschten Spannungsstoße
mittels
einer auf dem- Kern -der Drosselspulte angeordneten Hilfswicklung unschädlich gemacht
werden. Ein weiteres Kennzeichen der E,rfindun,g besteht in einer besonderen Anordnung
des Stromkreises, die die Zusatzwicklungen -zeitweilig wirksam -und zeitweilig unwirksam
werden läßt. Einweiteres Kennzeichen der Erfindung besteht-in i-- e - 'b,
-- deren, Vorrichtung unict, Schaltweise des iner eson die Drosselspule, enthaltenden
Gleichrichterati#omkreises, die die :durch Stromstöße in der Drosselspule verursachten
Schäden am Gleichrichter_verhindert.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
an Hand der Zeichnung hervor, die die Schaltbilder von'zweAusführungsbeispielen
von Gleichrichtersystemen gemäß der Erfindung darstellen. -Im einzelnen zeigt Fig.
i ein Einwegladegerät -und, Fig. 2 ein Vollwegludegerät für Akkumulatoren: In Fig:
i ist der normalerweise übliche- Ladestromkreis durch stark ausgezogene Linien dargestellt;
seine Wirkungsweise ist so- allgemein bekannt; daß nur wenig -Erklärungen,- nötig
sind. Das Ladegerät wird in Tätigkeit gesetzt, indem die Schalter 11i1 und zig entweder
von Hand oder selbsttätig--geschlossen werden, -beispielsweise in Abhängigkeit von
dem Laidezustand der Batterie i13, der durch Leistungsabgabe an ein Gleichstromgerät
114. unter einen bestimmten Grad gesunken ist. Wenn der Schalter iii geschlossen
ist, wird der nicht näher bezeichneten Primärwicklung des Transformators z 15 Wechselstrom
!über die Leitung 116 zugeführt, die beispielsweise eine Hauptkraftleitung in einem
beliebigen Kraftverteilurngssystem sein. kann. Daraufhin wird in der ebenfalls nicht
näher bezeichneten Sekundärwicklung des Transformators. 115 eine; Wechselspannung
induziert.
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11a die Gleichriehterröhre 117 den Strom nur in einer Ricihtung leitet,
d. h. von der Anode zur Kathode; sperrt sie den Stromfluß während einer Halbwelle
der in der Sekundärwicklung des Transformators 115 induzierten Spannung; während
der anderen Halbwelle gestattet sie. den Stromfluß durch den Stromkreis, der aus
der Reihenschaltung der nicht näher bezeichneten Sekundärwicklung des Transformators:
115, 1z3, diemSchalter 112, dem regelbaren Widerstand i 1ß, der Wicklung der Drosselspule
i 1g und der Gleichrichterröhre i 17 besteht. Die in: diesem Stromkreis angeordnete
Dross:elspul@e i!19 .hat den Zweck, den gleichgerichteten Strom zu glätten, während
der regelbare Widerstand 118 dazu dient, die Ladestromstärke zu regeln.
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Im Nebensdhluß zu der Gleichrichterröhre 117 ist ein Stromkreis zur
Unterdrückung von Stromstößen angeordnet, der aus. der Drosselspulenhilfswicklung
12o, einem Widerstand 121. und einem Kondensator 122 besteht, die miteinander in
Reihe geschaltet sind: Es ist klar, d:aß der Widerstand 121 entweder, wie dargestellt;
ein selbstländiger Widerstand sein oder aber auch durch den inneren Widerstand der
Drosselspulenhilfswicklung 12o gebildet werden kann. Der Kondensator 122 verhindert,
daß die Batterie l13 einen -Gleichstrom an den Stromkreis. abgibt, in dem die Wicklung
der Drosselspule 11,9 und die Drosselspulenhilfswicklung z2o liegen. Darüber hinaus
ist seine Kapazität so gewählt, daß de-en zusätzlichen Drosselspulenstromkreis eine
sehr hohe Impedanz verliehen; wird für Ströme, die die Frequenz der in der Sekundärwicklung
des Transformators 115 induzierten Ströme beim normalen Ladevorgang haben. Demzufolge
hat der zusätzliche Drosselspulenstromkreis keinen wesentlichen Einfluß auf den
normalen Ladevorgang der Batterie. Es wurde beobachtet, daß ohne einen solchen
zusätzlichen Drosselspulenstromkreis eine Glättungsdrosselspule nach Art der Drosselspule
i ig induktive_Strömstböße in dem Batüerieladestromkreis erzeugt, die schädlich
für die Gleichrichterröhre 117 werden können. Diese Stromstöße können verursacht
werden durch plötzliche Schwankungen der Spannung an der Leitung -116 oder durch
Änderungen der Belastung durch das Gleichstromgerät 114; ebenso- können sie verursacht
werden durch unzuverlässige Kontaktgabe der Schalter i i i und i r2 oder auch einfach
beim öffnen oder Schließen dieser Schalter in kritischen Zeitpunkten während irgendeiner
auftretenden Spannungsänderung an der Leitung 116. Die in der Wicklung der Drosselspule
iig erzeugte Gegenspannung hängt in ihrer Richtung von-denAusgleichsvorgängen ab,
welche den Stromstoß veranlaßt haben, und somit fließt der Strom durch denLadestromkreis
gelegentlich in derjenigen Richtung, in der die Gleichrichterröhre i 17 stromleitend
ist und bei anderer Gelegenheit in- der umgekehrten Richtung. Wenn; in den zuletzt
benannten Fällen die Spannung des Stromstoßes die Rückzündungsspannung der Gleichrichterrö
re 117 überschreitet, entsteht ein, Entladungslichtbogen in der Gleichrichterröhre
und, obwohl der Stromstoß nur vorübergehend war, wird: der Rückzündungslichtbogen
von der verhältnismäßig geringen Spannung der Batterie unterhalten, bis die Gleichrichterröhre
117 durchgebrannt ist. Der zusätzliche Drosselspulenstromkreis 12o, 121, r22 verhindert
eine derartige -Beschädigung der Gleichrichterröhre 117, denn sowie ein Spannungsanstieg
an der Wicklung der Drosselspule iig auftritt, wird in der Drosselspulenhilfswicklung
12o -eine eritsprzchende Spannung erzeugt. Diesle beiden Spannungen verursachen
einen Stromfloß in dem Stromkreis; der durch die Wicklung der Drosselspule i rg
und die Drossvlspulenhilfswicklung 12o, den Widerstand 121, den Kondensator 122,
die Sekundärwicklung des Transformators 115, die Batterie i n3, den Schalter 112
und den: regelbaren Widerstand 118 gebildet wird. Da dieser Strom keine hohe Frequenz
hat, bietet ihm derDrosselspulenstromkreis nur einen geringen induktiven Widerstand.
Der Widerstand 121 wird zweckmäßig so bemessen, daß der durch den Strom erzeugte
Spannungsabfall annähernd gleich der Spannurig ist, ,die an derDrosselspulenhilfswieklung
12o auftritt; wähnend der Spannungsabfall in dem oberen Zweig des Stromkreises annähernd
gleich der in der Wicklung der Drosselspule i 1g induzierten Spannung ist. Mit anderen
Worten stellt also
der Drosselspulenstromkreis für die Über spalinungsstromstöße
eine Ausgleichsleitung zwischen den Elektroden der Gleichrichterröhre 117 dar, und
somit ist die zwischen den Elektroden der Gleichrichterröhre infolge von Ausgleichsvorgängen
auftretende Spannungsdifferenz nicht ausreichend, um eine Rückzündung der Gleichrichterröbre
117 zu verursachen.
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Besondere Verhältnisse treten ein, wenn der Stromstoß verursacht ist
durch Öffnung des Schalters 112, während die Gleichrichterröhre 117 gerade Strom
durchläßt und wenn die in der Sekundärwicklung des Transformators 115 erregte Spannung
nahezu oder ganz ihren Höchstwert besitzt. In diesem Falle verhindert der geöffnete
Schalter 112, daß der Stromkreis in der oben angegebenen Weise als Ausgleichsleitung
wirkt. Dementsprechend bewirkt die in der Drosselspulenhilfswicklung 120 erregte
Gegenspannung eine Rüekzündung der Gleichrichterröhre 117, d. h. die Röhre leitet
vorübergehend den Strom von der Kathode zur Anode. Ein solcher Entladungslichtbogen
wird aber nicht aufrechterhalten, weil ja die Batterie 113 durch den Schalter 112
von der Gleichrichterröhre 117 abgeschaltet ist, und somit kann der Rückzündungslichtbogen
auch keinen Schaden anrichten.
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Wenn erwünscht, können aber auch Rückzündungslichtbögen dieser Art
leicht ausgeschaltet werden. So kann z. B. der Schalter 112 überbrückt «-erden durch
die Reihenschaltung eines Widerstandes 123 mit einem Kondensator 12d., wie es in
Fig. 1 punktiert dargestellt ist; so wird die Ausgleichsleitung auch dann aufrechterhalten,
wenn der Schalter 112 geöffnet ist. Außerdem könnte der Schalter 112 in den Gleichriehterröb.renstromkreis
nahe der Anode der Gleichrichterröhre an den mit X bezeichneten Punkt angeordnet
sein, so daß der Ausgleichsstromstoß über die äußere Stromschleife in der oben beschriebenen
Weise selbst dann fließen würde, wenn er durch die Öffnung des Schalters 112 ausgelöst
ist.
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Das in Fig.2 dargestellte Gleichrichtersystem ähnelt im wesentlichen
dem in Fig. 1 dargestellten. Hier sind jedoch zwei Gleichrichterröbren vorgesehen:,
die in an sich bekannter Weise im Gegentakt arbeiten. Während der ersten Halbwelle,
während der die Gleichrichterröhre 217a nichtleitend ist, gestattet die Gleichrichterröhre
217v dien Durchgang des in dem rechten Abschnitt der nicht näher bezeichneten Sekundärwicklung
desTransformators 215 induzierten Stromes, und zwar fließt er von der Mitte dieser
Sekundärwicklung durch die Batterie 213 über den Schalter 212, den regelbaren Widerstand
218, durch dieWicklung der Drosselspule 21g und dann durch die Gleichrichterröhre
21711 zurück zur rechten Endklemme der Sekundärwicklung. In entsprechender Weise
ist während der zweiten Halbwelle, während der die Gleichrichterröhre 2171' nichtleitend
ist, die Gleichrichternöhre 217a leitend und gestattet den Durchgang des in dem
linken Abschnitt der Sekundärwicklung des Transformators 215 induzierten Stromes,
und zwar fließt er von der Mitte der Sekundärwicklung durch die Batterie 213 über
den Schalter 212, den regelbaren Widerstand 21.8, durch die Wicklung der Drosselspule
21g, durch die Gleichrichterröhre 217a und zurück zur linken EndIdemme der Sekundärwicklung.
Die Wicklung der Drosselspule 21g glättet den von beiden Gleichrichterröhrengleichgerichteten
Strom, während der regelbare Widerstand 218 die Regelung des Ladestromes gestattet.
Jede Gleichrichterröhre 217 a .und 217v ist durch eine Vorrichtung zur Unterdrückung
von Stromstößen überbrückt, die einen Kondensator 222a bzw. 222v, einen Widerstand
221a bzw. 221v und eine Drosselspulenhilfswicklu@ng 220a bzw. 220v in Reihenschaltung
enthält. Vorzugsweise hat jede DrosselspulenhilfswiCklung 220a und 22o11 die gleiche
Anzahl von Windungen wie die Glättungsdrosselspule 21g, was jedoch nicht wesentlich
ist. Wie an Hand von. Fig. i erklärt worden ist, verhindern die Kondensatoren, daß
ein Strom von der in der Sekundärwicklung des Transformators 215 während des normalen
Ladevorganges der Batterie213 erzeugten Frequenz oder auch der Gleichstrom der Batterie
213 durch den zusätzlichen Drosselspulens:tromkreis fließt. Selbst wenn die Drosselspulenwicklungen
220a' und 220v dazu neigen sollten, sich schwach, durch: den in der Sekundärwicklung
des Transformators 215 induzierten Strom von: normaler Ladefrequenz gegenseitig
zu erregen, so würde dies doch keinen Einfluß auf die Wicklung der Drosselspule
21g haben insofern, als der in dem Drosselspulenkern durch die Drosselspulenhilfswicklung
220a erzeugte Induktionsfluß eine Phasenverschiebung von 18o° gegenüber dem von
der Drosselspulenhilfswicklung 220v erzeugten hat, wodurch beide sich aufheben.
Somit ist ersichtlich, daß die zwei Nebenschlußkreise die normale Arbeitsweise der
Glättungsdro@sselspule nicht beeinträchtigen und daß ihr Einfluß auf ein etwaiges
Werfen der Batterieplatten vernachlässigt werden kann. Dies wurde durch Versuche
bestätigt.
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Für die Einweggleichrichter gilt, daß eine Bietätigung der Schalter
211 oder 212, eine plötzliche Änderung der Belastung durch das Gleichstromgerät
21d oder eine Änderung der Spannung an der Leitung 216 einen Spannungsstoß in der
Glättungsdrosselspule 21g hervorrufen können. Wenn dies geschieht, so wirkt jede
Drosselspulenhilfswicklung auf der Drosselspule in derselben Weise wie die Drosselspulenhilfswicklung
dies Ausführungsbeispieles nach Fig. 1, wodurch sie die zugehörige Gleichrichterröhre
schützt, indem sie den Spannungsstoß vernichtet, der sich andernfalls über die Elektroden
der Gleichrichterröhre hinweg bemerkbar machen würde.
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Im Nebens:chluß zu dem Schalter 212 liegen hintereinandergeschaltet
ein Widerstand 223 und ein Kondensator 22q., und da dieser Nebenschluß einen Leiter
von geringer Impedanz für dien Stromstoß darstellt, wenn der Schalter 212 offen
ist, so verhindert dieser Nebenschluß die Rückzündung der Gleichrichterröhre als
eine Folge der Schaltvorgänge, die sich beim Öffnen des Schalters 212 ergeben. Zwar
schädigt eine solche Rückzündung
die Gleichrichterröhre nicht in
einem Einweggleichrichter wegen der fehlenden. Voraussetzungen zur Aufrechterhaltung
des Rückzündungslichtbogens über die Dauer des Stromstoßes hinaus, doch gilt dies
nicht für einen Vollweggleichrichter. Es wurde gefunden, daß dann, wenn es in einer
der beiden Gleichrichterröhren 217a oder 217b zur Ausbildung eines Rückzündungslichtbogens
kommen sollte, während der Schalter 21I geschlossen bleibt (was häufig geschehen
würde beim Öffnen des Schalters 2I2', `nenn dieser keine im i#Tebenschluß zu ihm
liegende Ausgleichsleitung hätte), der Rückzündungslichtbogen aufrechterhalten wird,
und zwar über die Sekundärwicklung des Transformators 215 und die in seinem Stromkreis
liegenden zwei Gleichrichterröhren, bis die Gleichrichterröhre unter der Einwirkung
-des Rücluündungslichtbogens durchgebrannt ist. Um gegen diesen Sonderfall Schutz
zu gewähren, ist dieser Nebenschlußstromkreis wesentlich.
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Die Erfindung wurde :dargestellt und beschrieben mit besonderer Bezugnahme
auf eire Batterieladegerät, was aber nur als ein Ausführz-ungsbeispiel zu gelten
hat, denn diese Anordnung ist in gleicher Weise verwendbar für andere an sich bekannte
Gleichrichtersysteme. In jedem Falle eines Vollweggleichrichters kann sielbstverständlich
auch ein einziger Vollweggleichrvchter an Stelle der zwei dargestellten Einwegglei@chrichterrähren
verwendet werden:. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Unterdrückung
von Stromstößen auch überall da verwendet werden, wo Drosselspulen andere Stro:mkreiselemente
als Gleichrichterröhren in unerwünschter Weise beeinflussen können: durch die von
ihnen verursachten Stromstöße.