DE970854C

DE970854C - Arrangement for keeping a load current constant in a mechanical inverter with liquid contact material

Info

Publication number: DE970854C
Application number: DEL14953A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hellmuth Boehm
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1953-03-15
Filing date: 1953-03-15
Publication date: 1958-11-06

Description

AUSGEGEBEN AM 6. NOVEMBER 1958ISSUED NOVEMBER 6, 1958

L 14933 VIIIb/21 d*L 14933 VIIIb / 21 d *

ist als Erfinder genannt wordenhas been named as the inventor

Es sind bereits Gleichrichter und Wechselrichter bekannt, bei welchen ein in einem Gefäß rotierender Quecksilberstrahl für die Stromrichtung benutzt wird. Der Antriebsmotor ist in das Gefäß eingeschlossen. Gegebenenfalls ist nur der Rotor in das Gefäß eingebaut und der Stator außerhalb des Gefäßes angebracht.There are already known rectifiers and inverters in which a rotating in a vessel Mercury beam is used for the direction of current. The drive motor is in the vessel locked in. If necessary, only the rotor is built into the vessel and the stator outside attached to the vessel.

Je nach Verwendungszweck des Gerätes als Wechselrichter oder Gleichrichter ist es zweckmäßig, die Stromführung während der Überlappung zu unterbrechen oder kurzzeitig eine Verbindung herzustellen. Die Überlappung entsteht durch eine Quecksilberschleppe, die beim Übergang von einer festen Elektrode zur anderen beide überbrückt, oder durch einen Düsenknopf an der Zentrifuge mit zwei Düsen, deren Abstand etwas größer als der der Elektroden ist. Um bei Gleichrichtern einen lückenlosen Gleichstrom zu erzielen, wählt man, bis auf einige Ausnahmefälle, die Überlappung der Stromführung der Elektroden so während der Ablösung. Beim Wechselrichter dagegen war bisher eine Unterbrechung des Stromkreises während des Nulldurchganges der Wechselspannung zweckmäßig, um Überschläge zwischen den Elektroden zu vermeiden.Depending on the intended use of the device as an inverter or rectifier, it is advisable to to interrupt the current flow during the overlap or to establish a connection for a short time. The overlap arises by a wake of mercury, both of which when passing from one fixed electrode to the other bridged, or by a nozzle button on the centrifuge with two nozzles, the distance between them a little larger than that of the electrodes. In order to achieve a continuous direct current with rectifiers, one chooses, with a few exceptional cases, the overlap of the current supply of the electrodes in this way during the detachment. In the case of the inverter, on the other hand, there was previously an interruption in the circuit during the zero crossing of the alternating voltage, it is useful to avoid flashovers between avoid the electrodes.

Da Strom und Spannung beim Wechselrichter durch die Unterbrechung des Kontaktes bzw. Quecksilberstrahles zu gleicher Zeit durch Null gehen müssen, ist eine genaue Kompensation der Induktivitäten und Kapazitäten auf der Wechsel-Since current and voltage in the inverter are caused by the interruption of the contact or Mercury beam must go through zero at the same time, is an exact compensation of the Inductances and capacitances on the alternating

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stromseite erforderlich. Wäre eine solche Kompensation nicht vorhanden, so würde der Strom vor seinem Anstieg auf den Nennwert unterbrochen werden und sich ein erheblicher Lichtbogen im Quecksilberstrahlgerät bilden. Dieser Lichtbogen hat keinen schädigenden Einfluß auf das Gerät, da sich die Quecksilberdämpfe an der Gehäusewandung chemisch rein durch den Einfluß des Schutzgases kondensieren und für den Prozeß ίο erhalten bleiben. Er vermindert jedoch den Wirkungsgrad des Gerätes durch die Lichtbogenverluste erheblich.current side required. Would be such a compensation does not exist, the current would be interrupted before it rises to the nominal value and a significant arc will form in the mercury beam device. That arc has no damaging effect on the device, as the mercury vapors stick to the wall of the housing condense chemically pure through the influence of the protective gas and remain for the process ίο. However, it reduces the efficiency of the device due to the arcing losses.

Ein Hauptanwendungsgebiet kleinerer Wechselrichter mit Quecksilberstrahl ist die Zugbeleuchtung mit Leuchtstofflampen von 220 V Wechselstrom aus der 24-V-Zugbeleuchtungsbatterie. Der Wechselstrom vom Wechselrichter besteht hierbei aus rechteckigen Spannungsimpulsen mit einer Pause von ungefähr 10 bis 15⁰. Diese Pause wird gewöhnlich durch einen kleinen Speicherkondensator am Transformator überbrückt, durch den die Spannung im sanften Bogen von dem negativen Wert auf den positiven hinübergeführt wird. Die Spannungskurve wird hierdurch eine steile Trapezkurve, die außer der Grundwelle eine dritte Oberwelle von etwa 3o°/o und eine fünfte Oberwelle von etwa 20% enthält. Man legt daher üblicherweise hinter die Transformatorklemmen, also hinter den Speicherkondensator, eine sogenannte Oberwellensiebdrossel, die im Zusammenwirken mit einem zweiten Kondensatorsatz in Parallelschaltung zum Verbrauchernetz die dritte und die fünfte Oberwelle, ebenfalls die höheren Harmonischen, so weit heraussiebt, daß im Verbraucherkreis die Spannung nahezu sinusförmig wird. Hierbei ergibt sich automatisch für die Grundwelle Phasengleichheit für Strom und Spannung im Wechselrichterkreis, der alsdann fast völlig funkenfrei und mit maximalem W^Tirkungsgrad arbeitet.One of the main areas of application for smaller inverters with mercury beams is train lighting with fluorescent lamps of 220 V alternating current from the 24 V train lighting battery. The alternating current from the inverter consists of rectangular voltage pulses with a pause of approximately 10 to 15 ⁰ . This pause is usually bridged by a small storage capacitor on the transformer, through which the voltage is transferred in a gentle arc from the negative value to the positive one. As a result, the voltage curve becomes a steep trapezoidal curve which, in addition to the fundamental wave, contains a third harmonic of about 30% and a fifth harmonic of about 20%. A so-called harmonic filter choke is therefore usually placed behind the transformer terminals, i.e. behind the storage capacitor, which, in cooperation with a second set of capacitors in parallel to the consumer network, sifts out the third and fifth harmonic, also the higher harmonics, so far that the voltage in the consumer circuit is almost becomes sinusoidal. Here follows automatically for the fundamental wave phase balance for current and voltage in the inverter circuit, which then almost completely non-sparking and with maximum W ^T irkungsgrad works.

Diese Schaltung hat jedoch, z. B. bei der Speisung von Leuchtstofflampen im Zugbetrieb, einen gewissen Nachteil. Der Antriebsmotor des Wechselrichters ist meist ein Gleichstrom-Nebenschlußmotor, der bei zunehmender Gleichspannung langsam in der Tourenzahl gegenüber der Zunahme der Netzspannung ansteigt. Infolgedessen steigt auch die Frequenz langsamer als die Gleichspannung an. Da die Leuchtstofflampen durch Vorschaltdrosseln in ihrem Aufnahmestrom begrenzt werden, könnte man der Ansicht sein, daß infolge der Zunahme der Frequenz und Erhöhung des induktiven Widerstandes der Drosseln der Lampenstrom konstant bleibt oder zumindest geringer ansteigt als die Batteriespannung. Leider zeigt sich bei näherer Untersuchung, daß das Umgekehrte der Fall ist, da zur Erfüllung der funkenfreien Kontaktöffnung der Kreis kapazitiv überkompensiert sein muß und mit zunehmender Frequenz der Lampenstrom daher ansteigt.However, this circuit has e.g. B. when feeding fluorescent lamps in train operation, one certain disadvantage. The drive motor of the inverter is usually a direct current shunt motor, which, with increasing DC voltage, slows in the number of revolutions compared to the increase the mains voltage increases. As a result, the frequency also rises more slowly than the DC voltage at. Since the fluorescent lamps are limited in their input current by series chokes one might be of the opinion that as a result of the increase in frequency and increase of the inductive resistance of the chokes, the lamp current remains constant or at least less increases as the battery voltage. Unfortunately, on closer examination it turns out that this The reverse is the case, since the circuit is capacitive in order to fulfill the spark-free contact opening must be overcompensated and the lamp current therefore rises with increasing frequency.

Es ist wohl möglich, die einzelnen Größen doch so abzustimmen, daß der Lampenstrom konstant bleibt; leider tritt alsdann eine erhebliche Phasenverschiebung auf, so daß Strom und Spannung am Quecksilberstrahl nicht in Phase sind und eine 6g Lichtbogenbildung und Verschlechterung des Wirkungsgrades sowie eine Verminderung der Leistung eintritt. In der Erfindung wird nun eine Anordnung zum Konstanthalten eines Laststromes, der durch einen mechanischen Wechselrichter mit flüssigem Kontaktmaterial, insbesondere mit rotierendem Quecksilberstrahl, einer Gleichspannungsquelle mit schwankender Spannung entnommen wird, und bei der im Belastungskreis Induktivitäten und Kapazitäten vorgesehen sind, vorgeschlagen, nach der die Ablösung der Stromführung der Elektroden des Wechselrichters mit kurzzeitiger Überlappung erfolgt und eine Glättungsdrossel auf der Gleichstromseite vorgesehen ist.It is possible to adjust the individual parameters so that the lamp current remains constant remain; Unfortunately, a considerable phase shift then occurs, so that current and voltage on the Mercury beams are out of phase and have a 6g arcing and deterioration Efficiency as well as a reduction in performance occurs. In the invention is now a Arrangement for keeping a load current constant, which is caused by a mechanical inverter liquid contact material, in particular with a rotating mercury beam, a DC voltage source is withdrawn with fluctuating voltage, and inductances and capacitances are provided in the load circuit, suggested after the replacement of the current conduct of the electrodes of the inverter with Short-term overlap takes place and a smoothing choke is provided on the direct current side is.

Eine Schaltung, bei der eine Konstanthaltung des Lampenstromes bei Schwankung der Gleichspannung annähernd möglich ist, zeigt die Fig. 1. Hierin bedeutet 1 die Gleichstromquelle, z. B. eine Akkumulatorenbatterie. Der Wechselrichter 2 mit Quecksilberstrahl hat die Quecksilberelektrode 3 und die beiden Elektroden 4 und 5, die in bekannter Mittelpunktschaltung mit dem Transformator 7 verbunden sind. Außerdem ist noch eine Glättungsdrossel 6 erforderlich. Auf der Sekundärseite des Transformators ist eine Kapazität 8 angeordnet, die so groß sein muß, daß sich am Transformator nahezu sinusförmige Spannung einstellt. 9 ist der Belastungskreis, der in dem dargestellten Beispiel aus Leuchtstofflampen mit ihren Strombegrenzungsdrosseln besteht. Im Gegensatz zu dem üblicherweise bisher verwendeten Wechselrichter mit lückendem Gleichstrom ist der vorstehende Wechselrichter für eine geringfügige Überlappung der Stromführung der ablösenden Elektroden eingerichtet, so daß sich also bei ausreichender Glättungsdrossel auf der Gleichstromseite ein annähernd kontinuierlicher Gleichstrom bildet. Die Glättungsdrossel nimmt hierbei die Spannungsunterschiede zwischen kontinuierlicher Gleichspannung und sinusförmiger Transformatorspannung auf. Es bildet sich somit an ihr eine unsymmetrische Wechselspannung, die der kommutierten Gleichspannung eines Gleichrichters ähnelt. Durch entsprechende Bemessung des Antriebsmotors des Wechselrichters in seiner Tourenzahl geht bei dieser Anordnung entweder bei konstanter Gleichspannung und steigender Frequenz der Wechselstrom in den Lampen zurück, oder bei ansteigender Gleichspannung und zunehmender Frequenz bleibt der Lampenstrom annähernd konstant.A circuit in which the lamp current is kept constant when the DC voltage fluctuates is approximately possible, is shown in FIG. 1. Here, 1 denotes the direct current source, e.g. Legs Accumulator battery. The mercury beam inverter 2 has the mercury electrode 3 and the two electrodes 4 and 5, which are in a known midpoint connection with the transformer 7 are connected. A smoothing throttle 6 is also required. On the secondary side the transformer has a capacity 8 is arranged, which must be so large that sets almost sinusoidal voltage on the transformer. 9 is the load circle, which is in the The example shown consists of fluorescent lamps with their current limiting chokes. in the This is in contrast to the inverters usually used up to now with intermittent direct current the preceding inverter for a slight overlap of the current conduction of the replacing Electrodes set up so that with sufficient smoothing choke on the direct current side forms an approximately continuous direct current. The smoothing throttle takes this the voltage differences between continuous DC voltage and sinusoidal transformer voltage on. An asymmetrical alternating voltage is thus formed on it, which is the commutated DC voltage is similar to a rectifier. By dimensioning the drive motor accordingly of the inverter in its number of revolutions goes with this arrangement either with constant DC voltage and increasing frequency the alternating current in the lamps decreases, or when the DC voltage rises and increases Frequency, the lamp current remains almost constant.

Eine weitere ähnlich wirkende Schaltung ist in Fig. 2 dargestellt, bei welcher sta^t der in Fig. 1 beschriebenen Glättungsdrossel 6 in den Elektrodenkreis Einzeldrosseln 10 angeschlossen sind. Da diese mit lückendem Gleichstrom arbeiten, rufen sie einen induktiven Spannungsabfall hervor. Legt man beide Drosselwicklungen auf einen gemeinsamen Eisenkern, so wirken sie wie eine Glättungsdrossel, wenn sie in gleicher Richtung denAnother similarly acting circuit is shown in Fig. 2, in which sta ^ t that in Fig. 1 Smoothing choke 6 described in the electrode circuit individual chokes 10 are connected. Since these work with intermittent direct current, they cause an inductive voltage drop. If you put both inductor windings on a common iron core, they work like one Smoothing throttle if they are in the same direction

Eisenkern magnetisieren. Ist der Gleichstrom lückenfrei, so verschwindet der induktive Spannungsabfall. Magnetize iron core. If the direct current is free of gaps, the inductive voltage drop disappears.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann auch für jeden Elektrodenkreis ein Transformator verwendet werden, der die Wirkung der Gleichstromdrossel mit der des Transformators in sich vereint. Schaltet man dagegen die beiden Wicklungen io (Fig. 3) gegeneinander, so wirken sie ähnlich wie eine Oberwellensiebdrossel auf der Wechselstromseite, die vor den Transformator geschaltet ist. Diese Schaltung ist jedoch mehr für lückenden Gleichstrom geeignet, bei der die Ablösung der Stromführung der Elektroden mit Lücke erfolgt.In a further development of the invention, a transformer can also be used for each electrode circuit which combines the effect of the direct current choke with that of the transformer. If, on the other hand, the two windings io (FIG. 3) are switched against one another, they act similarly to a harmonic filter choke on the alternating current side, which is connected upstream of the transformer. However, this circuit is more suitable for intermittent direct current, in which the replacement of the The electrodes conduct current with a gap.

Die gezeigten Schaltungen können auch in den verschiedenen Stromrichterschaltungen sinngemäß für Drehstrom mit Gleichstrom-Glättungsdrossel angewendet werden.The circuits shown can also be used in the various converter circuits can be used for three-phase current with a direct current smoothing reactor.

Claims

Patent claims:

ι. Arrangement for keeping a load current constant, which is caused by a mechanical Inverter with liquid contact mate ^ IaI, in particular with a mercury beam rotating in a vessel, a direct voltage source with fluctuating voltage and with inductances in the load circuit and capacities are provided, characterized in that the current conduction is replaced of the electrodes of the inverter with a short-term overlap without use of switching chokes takes place, and that on the direct current side a smoothing choke is built in.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that that the smoothing choke is so large that gaps in the direct current are avoided and that the spark formation at the contacts is largely suppressed.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that on the consumer side or capacitors of this size in the primary circuit of the transformer.

⁴ S are arranged so that the current and voltage at the contact coincide in time.

4 · Arrangement according to claim 1 to 3, characterized characterized in that the smoothing choke and the capacitors and optionally the Power consumers are dimensioned so that the alternating voltage is almost sinusoidal will.

5. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that when feeding Fluorescent lamps with current limiting chokes drive the inverter is designed in its number of revolutions so that the lamp current constant with increasing voltage remain.

6. Arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that with a vessel two fixed electrodes in push-pull circuit instead of a single smoothing choke in the DC circuit each with a single choke in the supply lines to the fixed electrodes, which are located magnetically overlap in their mode of action, can be used.

7. Arrangement according to claim 1 to 6, characterized in that a common Iron core is provided for both electrode chokes, whose windings each. upon need are switched against each other or with each other.

8. Arrangement according to claim 1 to 7, characterized in that in addition to the main transformer winding an additional transformer winding (10, Fig. 3) for each electrode circuit is used, which, in addition to the electrode choke effect, has the effect of transforming a voltage into a is inserted into another electrode circuit.

9. Arrangement according to claim 1 to 8, dadurcn characterized in that the above circuits are based on three- or multi-phase systems be applied.

Documents considered

German Patent No. 744627;

Swiss patents No. 244 941,
225052; go

Revue Generale de L'Electricite, Vol. 61 (1952 ;, No. 6, p. 272.

1 sheet of drawings