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Anordnung zur Gleichrichtung hoher Wechselspannungen.
Die Gleichrichtung hoher Wechselspannungen erfolgte bisher durch Glühkathoden-Gleichrichter, sowie durch rotierende oder pendelnde mechanische Gleichrichter. Auch durch Ausnutzung der grossen Unterschiede, die in der Überschlagspannung zwischen Elektroden mit stark unhomogenem, unsymmetrischen Felde bei verschiedener Polarität bestehen, ist die Gleichrichtung versucht worden.
Für eine Gleichrichtung ist eine Schaltung nach Bild 1 bekannt geworden, in dem als Beispiel für ein Gleichriehterventil eine Funkenstreeke Spitze-Platte eingezeichnet ist. Der Transformator ist über diese Funkenstrecke mit einem Kondensator 0 verbunden. Bei allmählicher Spannungssteigerung wird die an Punkt a liegende Wechselspannung zuerst dann einen Überschlag nach Punkt b hervorbringen, wenn a positiv ist. Dadurch wird der Kondensator C aufgeladen, b wird positiv. Der Überschlag bei F besteht mtr so lange, bis die Ladung des Kondensators 0 erfolgt ist. Nach dem Unterbrechen bei F bleibt b auf positiver Spannung.
Wenn a negativ wird, darf kein Überschlag von b nach a hin erfolgen, da dies eine Rückentladung des Kondensators bedeuten würde.
Der Nachteil dieser Schaltung ist der, dass erst dann wieder ein Überschlag von a nach b hin erfolgt, wenn der Kondensator fast völlig entladen ist. Steigert man die Wechselspannung wesentlich über den Wert der zum Überschlag der Funkenstreeke bei positiver Spitze notwendig ist, so erfolgt leicht ein Überschlag der Spannung von b nach a hin, wenn a negativ ist. Das Gleichrichterventil muss in dieser, wie in allen anderen bisher bekannten Schaltungen, in der Durchlassrichtung spätestens bei dem Scheitelwert Um einer Halbwelle des Wechselstromes ansprechen, es muss dagegen, wenn C aufgeladen ist, in der Absperrichtung die Spannung 2. u", aushalten, ohne einen wesentlichen Strom durchzulassen.
Die Absperrspannung"eines jeden Ventils muss deshalb bisher mehr als doppelt so gross sein, als die "Ansprechspannung", damit eine Rückzündung vermieden wird. Da viele Ventile, wie z. B. Funkenstrecken mit unhomogenem Felde, diese Forderung nicht mit genügender Sicherheit erfüllen, war ihre technische Verwendung nicht möglich :
Diese Schwierigkeit lässt sich erfindungsgemäss dadurch vermeiden, dass zwei Ventile in Reihe geschaltet werden und dass deren Verbindungsleitung über einen grossen Widerstand geerdet wird. Zur Erläuterung'dieser Massnahme diene Bild 2, auf dem sowohl die positive wie die negative Halbwelle eines einpolig geerdeten Transformators ausgenutzt wird. Es sei zunächst nur die oben dargestellte Hälfte der Schaltung betrachtet.
F1 und F2 seien zwei in Reihe geschaltete Funkenstrecken Spitze-Platte, der Widerstand Ri verbindet das dazwischen liegende Leitungstück mit der Erde. An a liegt die Wechselspannung, b1 hat zunächst Erdpotential. Wenn die Spannung hoch genug gestiegen ist, tritt bei F1 ein Überschlag ein, wenn al positiv ist. Dadurch wird das Leitungsstück bis zu F2 hin positiv geladen. Der Widerstand R1 muss so gross sein, dass kein wesentlicher Strom durch ihn zur Erde abfliesst. Da Ci zu-
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an F1 und F2 abreisst, so wird die auf dem Leitungsstüek zwischen F1 und F2 sitzende elektrische Ladung durch den Widerstand ru. nach Erde abgeleitet.
Diese Ableitung muss nach einer hundertstel Sekunde fast vollendet sein. Dadurch wird erreicht, dass bei negativ gewordenem a : t an F1 nur der Spannungsunterschied zwischen negativem Seheitelwert und Erde und an F nur der Spannungsunterschied zwischen Erde und der positiven Gleichspannung herrscht, auf die C, aufgeladen wurde. Der im ungünstigsten Augen-
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Spannungsbetrag wird dementsprechend durch den Widerstand in zwei gleiche Teile geteilt. Es ist nicht mehr die Unannehmlichkeit vorhanden, dass die Funkenstrecke bei negativem ctl die doppelte Spannung vertragen muss ohne überzuschlagen.
Der untere Teil der Schaltung Bild 2 mit den Funkenstrecken F3 und F4 lädt den Kondensator C2 in entsprechender Weise mit umgekehrter Polarität auf, so dass zwischen den Punkten Ci und C2 im Höchstfalle die Spannung 2. U. erzeugt werden kann, wenn U der Effektivwert der Transformatorspannung ist.
Wenn eine grosse Gleichspannungsleistung gefordert wird, so ist es wertvoll, zu dem Transformator eine Kapazität parallel zu schalten. Dadurch werden zugleich die Spannungsabfälle in den Funken- Strecken Fi und F2 wesentlich verkleinert.
Wenn nötig, kann vor e, ein Widerstand oder eine Induktivität geschaltet werden, um die am Kondensator Ci auftretenden Spannungsänderungen abzuflachen.
In der Schaltung Bild 2 ist vor dem Punkt bl eine Drosselspule L1 eingeschaltet. Diese Drosselspule wird im Bedarfsfalle aus folgendem Grunde wertvoll sein. An F2 tritt nur dann ein Überschlag ein, wenn bl ein wesentlich höheres Potential besitzt als ei. Die erzeugte Gleichspannung wird dadurch stark schwanken. Durch die Drosselspule Li oder durch eine vor bl oder F geschaltete lange Leitung ist es jedoch möglich, die beim Überschlag von Fl in das Leitungsstück hineinlaufende Wanderwelle bei b1 fast auf ihren doppelten Wert zu reflektieren und dadurch bei F2 auch dann einen Überschlag herbeizuführen, wenn ei kaum in seiner Spannung gesunken ist.
Das Reflektieren der Wanderwelle auf den doppelten Wert ist um so leichter möglich, je steiler die Wanderwellenstirn ist. Es ist deshalb gegebenenfalls zweckmässiger, an Stelle einer Funkenstrecke Spitze-Platte bei Fi eine Funkenstrecke mit geringerem Entladeverzug zu wählen. Wenn dadurch der Polaritätsunterschied dieser Funkenstrecke geringer wird, so ist das bei dieser Schaltung unwesentlich.
Es ist ferner in manchen Fällen wertvoll, die Funkenstrecke Fi unter Öl oder unter Druckluft zu setzen oder auch eine kleine Kapazität zu ihr parallel zu schalten, damit der Überschlag so plötzlich wie möglich eintritt und damit der Spannungsabfall an der Funkenstrecke verkleinert wird. Ähnliche Massnahmen sind oft auch bei F2 günstig.
Besondes vorteilhaft ist es, wenn zur Vermeidung von Schwankungen gemäss der Erfindung eine Hilfsspannung benutzt wird, die bei F2 Gleitfunken oder sonstige elektrische Entladungen hervorruft.
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auf deren anderer Seite die Hilfselektrode H aufliegt. An dieser Hilfselektrode wird durch den Konden- sator CH jedesmal dann ein Spannungsstoss erzeugt, wenn Fi anspricht. Dadurch entstehen auf der Platte P Gleitfunken, die zu dem oben befindlichen umgebogenen Rande der Plattenelektrode führen.
Dadurch wird auch ein Überschlag von der der Platte gegenüberstehenden Spitze aus eingeleitet. Nach dem Überschlag wird das Potential des Punktes d durch den Widerstand RH auf den Wert des Potentials c gebracht, so dass bei dem nächsten Ansprechen von Fi d wieder die entsprechende Spannungserhöhung erfährt. An Stelle eines solchen Spannungsstosses können hochfrequente Schwingungen oder höhere Wechselspannungen kleiner Leistung, die über einen Widerstand der Hilfselektrode zugeführt werden, zur Zündung von F2 benutzt werden. Die Verwendung einer solchen höheren Wechselspannung kommt auch dann in Frage, wenn niedrige Wechselspannungen mit Hilfe einer Funkenstrecke mit Spitze und Platte umgeformt werden sollen.
Bei niedrigen Spannungen ist nämlich der Polaritätsuntersehied in der Über- sehlagsspannung einer Funkenstrecke mit Spitze und Platte sehr gering, so dass nur unter Verwendung einer solchen Hilfsspannung eine Umformung auf diesem Wege ermöglicht wird. Als Hilfselektrode kommen auch Isolierrohre mit einem innen befindlichen Leiter oder ähnliche Einrichtungen in Frage.
Die Funkenstrecken F1 oder F2 müssen natürlich, wenn die Spannungshöhe verändert werden soll, getrennt voneinander verstellbar sein.
Auch Mehrphasenstrom ist auf dem angegebenen Wege gleichzurichten. Es werden dann für jede Phase zwei Funkenstrecken mit Spitze und Platte benötigt. Bei Gleichrichtung von Mehrphasenstrom werden auch bei Leistungsentnahme auf der Gleichspannungsseite die Spannungsschwankungen geringer.
Um Kurzschlüsse zwischen den verschiedenen Phasen zu vermeiden, ist der Einbau von Drosselspulen zweckmässig. Diese werden in der Regel zwischen den zweiten Funkenstrecken und dem Gleichspannungs- kondensator einzubauen sein. Auch durch diese Drosselspule wird die Spannungskurve verbessert.
In der gleichen Weise kann erfindungsgemäss auch die Reihenschaltung zweier Glühventile oder zweier mechanischer Gleichrichter vorgenommen werden, die ohne die Erdung der Zwischenverbindung über einen grossen Widerstand wegen der ungleichen Spannungsverteilung auf die beiden Gleichrichter nicht möglich ist. Nimmt man z. B. eine solche Reihenschaltung von Glühventilen ohne dieses Hilfsmittel vor, so zeigen sich an dem, dem Transformator zunächst liegenden Ventil so starke Glimment- ladungen, dass die Spannung über die mit einem einzelnen Glühventil abzudrosselnde Spannung hinaus kaum gesteigert werden kann.
Ein Beispiel mit mehr als zwei Funkenstrecken, welches sich besonders zur Gleichrichtung extrem hoher Spannungen eignet, zeigt Bild 4. Nach dieser Schaltung kann eine Gleichspannung von 1 Million
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Volt bei äusserst geringen Spannungsschwankungen erzeugt werden. Die Funkenstrecken Ft, jF'und Fg müssen bei jeder positiven Spannungswelle ansprechen, wenn F auf die halbe Überschlagsspannung von
Fi und F3 auf die halbe Überschlagsspannung von F2 eingestellt ist. Durch die eingezeichneten Wider- stände R wird die Spannungsverteilung auf den Verbindungsleitungen in den Zeiten, in denen die Funken- strecken nicht arbeiten, festgelegt.
Dadurch wird ein Rückschlag der Gleichspannung auch bei negativem
Höchstwert der Wechselspannungsquelle verhindert. An letzter Stelle ist in Bild 4 ein Ventilrohr eingebaut. Das lässt praktisch sofort den Strom durch, wenn das Potential an der kalten Elektrode höher ist als am Glühfaden. In manchen Fällen kann aus diesem Grunde der kombinierte Einbau von Funken- strecken mit Spitze und Platte und Ventilröhren oder anderen Gleichrichtern zweckmässig sein. An Stelle des Ventilrohres kann in Bild 4 auch eine weitere Funkenstrecke gegebenenfalls mit Hilfselektrode, benutzt werden.
An Stelle der in Bild 4 dargestellten Wechselspannungsquelle kann auch eine Anlage, die Spannungsstösse erzeugt, verwendet werden.
Dieselben Schaltungen können benutzt werden, um eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuformen. Das Ansprechen der Funkenstreeke muss dann im Takte der erwünschten Wechselspannung durch eine Hilfsspannung gesteuert werden, oder die Verbindungsleitung zwischen den verschiedenen Funkenstrecken muss über Widerstände an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen werden. Diese Weehselspannungshilfsquelle braucht nur eine sehr geringe Leistung zu besitzen.
Wenn bei grossen Gleichspannungsleistungen die Lichtbogen an den Funkenstrecken nicht von selbst wieder abreissen, so kann durch Vorschalten von Löschfunkenstrecken sowie durch Anblasen oder Kühlen der Funkenstrecken Abhilfe getroffen werden. Zum Anblasen kann ein Gas verwendet werden, das zur Kühlung besonders zweckmässig ist und das ein Oxydieren der Elektroden verhindert. Dieses Gas kann rückgekühlt werden. Bei grossen Leistungen kann ferner die Verwendung besonders gekühlter Elektroden oder die Verwendung von Flüssigkeitselektroden von Vorteil sein.
Die beschriebene Erfindung bedeutet dadurch einen wesentlichen Vorteil, dass die Erzeugung von hohen Gleichspannungen sehr viel einfacher und billiger wird als bisher, da in dieser Schaltung Funkenstrecken mit unhomogenem Felde in Luft zur Gleichrichtung benutzt werden können. Diese besitzen keine bewegten Teile und keine Teile mit geringer Lebensdauer. Es können mit ihnen extrem hohe Gleichspannungen bei grosser Stromstärke ohne Schwierigkeiten erzeugt werden.
. PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Gleichrichtung hoher Wechselspannungen mittels zweier gleicher oder ver- sf hiedener in Reihe geschalteter Gleichrichter, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht am Gleichrichterliegende Ende der Transformatorwicklung unmittelbar und die Verbindungsleitung der beiden Gleichrichter über einen hohen Widerstand oder eine Induktivität oder eine Kombination aus beiden geerdet ist, zum Zwecke, die Spannung auf die beiden Gleichrichter während der Sperrzeit in vorbestimmter Weise zu verteilen und dadurch einen Rückschlag zu verhüten.
2. Anordnung zur Gleichrichtung hoher Wechselspannungen mittels mehrerer in Reihe geschalteter Gleichrichter gleicher oder verschiedener Bauart, die von einer einzigen Transformatorwicklung gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentiale der Verbindungsleitungen über hohe Widerstände oder Induktivitäten oder eine Kombination von beiden an gegebene Potentiale angeschlossen sind, zum Zwecke, die Spannung auf die einzelnen Gleichrichter während der Sperrzeit in vorbestimmter Weise zu verteilen und dadurch einen Rückschlag zu verhüten.
3. Anordnung naehAnspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentiale mittels eines Spannungteilers von der gleichgerichteten Spannung abgeleitet sind.
4. Anordnung nach \aspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsleitung an Erdpotential angeschlossen ist.