DE762707C - Vorrichtung zur Umwandlung hoher Gleichspannung in niedrigere Wechselspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Gleichspannung in Wechselspannung. Die Anwendung von Vorrichtungen zur Umwandlung hoher Gleichspannung in niedrigere Wechselspannung ermöglicht die Übertragung von elek-, irischen Energien in der Form von Gleichstrom sehr hoher Spannung, z. B. 500000 V, die an der Verbraucherseite durch die erfindungsgemäße Vorrichtung in Wechselspannung der gewünschten Größe umgewandelt werden kann, über größere Entfernungen.

Eine derartige Übertragung ist deshalb vorteilhaft, da sie beträchtlich kleinere Verluste mit sich bringt als die Übertragung von Wechselstromenergie.

Es ist bereits bekannt, eine Wechselspannung mittels Schaltungen, in der eine beliebige Anzahl von aus Kondensatoren und Gasoder Dampfentladungsstrecken bestehenden Gruppen in Kaskaden vorgesehen sind, in eine hohe Gleichspannung umzuformen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß mit ähnlichen Schaltelementen

umgekehrt eine niedrige Wechselspannung aus einer hohen Gleichspannung zu erzeugen ist.

Gemäß der Erfindung wird zu diesem Zweck eine Vorrichtung benutzt, die eine Schaltung enthält, welche aus einer Anzahl gleichsinnig in Reihe geschalteter Entladungsstrecken, die durch Steuermittel gezündet und gelöscht werden können, vorzugsweise gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsstrecken mit Löschgittern, besteht, von denen je zwei aufeinanderfolgende jeweils durch einen Kondensator tiberbrückt sind, die nur teilweise entladen werden. Der eine Pol der Gleichstromquelle ist unmittelbar an das eine Ende der genannten Reihenschaltung angeschlossen, während der andere Pol mit einem Verbrauchswiderstand verbunden ist, der in Reihe mit einem Kondensator die letzte Entladungsstrecke au dem anderen Ende der Reihenschaltung überbrückt. Dabei ist die Steuerung der Entladungsstrecken derart vorzunehmen, daß nur die ungeradzahligen oder die geradzahligen Entladungsstrecken jeweils gleichzeitig leitend bzw", nichtleitend sind. Die Wirkung dieser Steuerung wird in der nachfolgenden Figurenbeschreibung noch näher erläutert werden.

Mit »Verbrauchswiderstand« sind hier Widerstände, Spulen, Transformatorwickltmgen u. dgl. gemeint, von denen die erzeugte Wechselspannung abgenommen werden kann. Es ist bereits bekannt, zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechsel spannung von etwa derselben Größenordnung zwischen den Polen der Gleichspannungsquelle zwei gleichsinnig in Reihe geschaltete, gesteuerte Entladungsstrecken vorzusehen, deren eine von einer Reihenschaltung eines Kondensators und eines Verbrauchswiderstands überbrückt wird. Eine erhebliche Herabsetzung einer hohen Gleichspannung in eine niedrige Wechselspannung kann mit diesem bekannten Umrichter jedoch nicht erzielt werden.

Die Erfindung wird an Hand der die Schaltungen schematisch veranschaulichenden Figuren beispielsweise näher erläutert.

Fig. ι zeigt eine Schaltung, welche in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung angewendet werden kann;

Fig. 2 stellt eine einfachere Ausführungsform dar.

In Fig. ι ist der negative. Pol eines Gleich-Stromnetzes mit einer Anzahl gittergesteuerter und gleichsinnig in Reihe geschalteter Gas- oder Dampfentladungsröhren L₁, L₂, L₃, L₄ und L₅ verbunden, von denen je zwei aufeinanderfolgende jeweils durch die Kondensatoren C₁, C₂, C₃ lind C₄ überbrückt sind. Parallel zu der letzten Entladungsstrecke L₅ liegen eine Primärwicklung R eines Transformators T und ein Kondensator C-, die unter sich in Reihe geschaltet sind.

Der positive Pol des Netzes ist an dem Punkt A angeschlossen und meistens geerdet. Die erzeugte niedrige Wechselspannung wird an den Klemmen der Sekundärwicklung des Transformators T abgenommen.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die in Reihe liegenden Kondensatoren C₁, C₃ und C₅ erhalten je nach ihrer Kapazität einen Teil der gesamten Netzspannung. Wenn die ungeradzahligen Entladungsstrecken L₁, L₃ und L₅ mittels der Gittersteuerung zur Zündung freigegeben werden, werden die uugeradzahligen Kondensatoren über die Kreise L₁-C₂-C₄-./?- C₅-C₃ bzw. L₃-C^R-C₅ bzw. L₅-R teilweise in der Richtung des Pfeiles 1 entladen. Die Richtung dieses Pfeiles gibt somit die Riehtung des Elektronenstromes an. Nach einer kurzen Zeit werden die genannten Entladungsstrecken gesperrt und werden die geradzahligen Entladungsstrecken L₂ und L₄ freigegeben, wodurch die Kondensatoren C₂ und C₄ über Lj-C₃-C₅-R-C₁ bzw. L₁-C₅-R teilweise entladen werden. Hierdurch entsteht ein Elektronenstrom in der Richtung des Pfeiles 2. Daraufhin werden die geradzahligen Entladungsröhren wieder gesperrt und die ungeradzahligen wieder zur Zündung freigegeben, so daß der oben beschriebene Vorgang sich wiederholt. In dieser Weise entsteht an den Klemmen A und B der Primärwicklung des Transformators T eine Wechselspannung, deren Frequenz durch die periodische Betätigung der Gitter der Entladungsröhren bestimmt ist. Die Spannungsreduktion ist dabei von der verwendeten Stufenzahl abhängig. In dem beschriebenen Fall wird die Spannung etwa auf ein Fünftel erniedrigt.

Da ein Kurzschluß der Gleichspannung über die in Reihe geschalteten Entladungsstrecken vermieden werden muß, kann von an sich bereits bekannten Entladungsstrecken mit Löschgittern oder von gesteuerten Vakuumelektronenröhren Gebrauch gemacht werden, deren Gitter durch Beaufschlagung mit einer negativen Spannung die Entladungsstrecken löschen und sperren.

Zur Erhöhung der Kapazitäten und zur Vergrößerung des Leitwertes der Stromwege können selbstverständlich mehrere Kondensatoren oder Entladungsstrecken parallel geschaltet werden.

In dem beschriebenen Fall, bei dem der Pluspol der Gleichspannung an den Punkt A angeschlossen ist, fließt der Ladungsstrom der Kondensatoren C₁, C₃ und C- nicht über den Widerstand R und wird deshalb nicht für die iao Umwandlung benutzt. Es ist deswegen vorteilhaft, den Pluspol an dem Punkt B anzu-

schließen. In diesem Fall ist es dann aber erforderlich, in einer der Zuleitungen zusätzlich eine gesteuerte Entladungsröhre L_n anzuordnen, die jeweils gesperrt ist, wenn die Röhren L₁, L₃, L₅ usw. leitend sind. Denn nur auf diese Weise kann vermieden werden, daß durch Aufladung der Kondensatoren C₂ und C₄ aus dem Netz doch wieder ein Ladungsstrom entstehen würde, der nicht durch den

ίο Widerstand R fließt und somit einen Verluststrom darstellen würde. Sowohl die Ladungsais die Entladungsströme aller Kondensatoren fließen dann über den Widerstand R, so daß ein möglichst hoher Wirkungsgrad erzielt werden kann.

Überdies wird durch die Anordnung der Röhre L_n eine Erhöhung der Anzahl Spannungsstufen (Kaskaden) erhalten, wie nachstehend näher erläutert wird.

Die Röhre L_n kann auch vorhanden sein, wenn der Pluspol der Gleichspannung bei A angeschlossen wird. In diesem Fall nimmt man den Verluststrom durch C₁, G₃ und C₅ in Kauf.

»5 Bei der Steuerung der Entladungsstrecken ist damit zu rechnen, daß die Gitter der verschiedenen Röhren im Betrieb ein Potential erhalten, dessen Größe abhängig ist von der Spannungsstufe, in der sich die Röhre befindet. Die verschiedenen, bei der Steuerung erforderlichen Potentialhöhen werden demnach zweckmäßig über Kondensatoren der Gleichstromleitungen entnommen.

In Fig. 2 ist eine dreistufige Schaltung dargestellt. Der negative Pol des Netzes enthält die Dampf- oder Gasentladungsröhre L_n, welche gleichzeitig mit der Entladungsröhre L₅ leitend wird. Dadurch wird der Kondensator C₄ aufgeladen. Der Ladungsstrom fließt hierbei nicht durch den Widerstand R. Nach kurzer Zeit werden die Röhren L_n und L₅ gesperrt und die Röhre L₄ leitend, so daß der Kondensator C₄ den Kondensator C₅ über den Widerstand R auflädt (Pfeil i). Wenn danach die Röhre L₅ wieder leitend wird, fließt der Elektronenstrom von C₅ über L₅ durch den Widerstand R in der entgegengesetzten Richtung (Pfeil 2), wodurch eine Wechselspannung zwischen A und B erzeugt wird. Wie ersichtlich, wird die Wechselspannung hier etwa bis auf ein Drittel der Gleichspannung vermindert, wenn die Plusleitung an den Punkte angeschlossen ist.

Unter Berücksichtigung der Fig. 2 ist erkennbar, daß die Schaltung nach Fig. ι fünf Spannungsstufen enthält, wenn die Röhre L_n nicht vorhanden ist. Da der Kondensator C₁ immer an das Netz angeschaltet ist und daher nicht entladen werden kann, nimmt er somit an der Umwandlung nicht teil. Es kann daher weggelassen werden, so daß der oben beschriebene Fall eintrit, bei dem die eine Netzleitung über eine Entladungsröhre (L_n) an die Kaskadenschaltung angeschlossen ist. Die Stufenzahl bleibt hierbei ungeändert und beträgt nach wie vor fünf.

Bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Umsetzen einer Gleichspannung von etwa 500000 V in eine Wechselspannung von 100 000' V bei einer Energieabgabe von KW können beispielsweise fünf Stufen gewählt werden, so daß jede Stufe eine Herabsetzung von ioooooV ergibt. Wenn angenommen wird, daß die Kondensatoren nur teilweise und zwar jeweils nur um 10% entladen werden (wodurch die Verluste erheblich herabgesetzt werden, so daß ein sehr hoher Wirkungsgrad erreicht werden kann), ergibt sich aus obenstehenden Daten eine Größe von etwa 2μΡ für jeden Kondensator.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Vorrichtung zur Umwandlung hoher Gleichspannung in niedrigere Wechselspannung, die eine Schaltung mit den folgenden besonderen Kennzeichen enthält:

   a) Zwischen den Polen der Gleichstromquelle ist eine Anzahl gleichsinnig in Reihe geschalteter, gesteuerter Entladungsstrecken, die durch äußere Einwirkung auf den Entladungsvorgang zwangsweise gelöscht werden, vorzugsweise gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsstrecken angeordnet, von denen je zwei aufeinanderfolgende jeweils durch einen Kondensator überbrückt sind, die nur teilweise entladen werden.

   b) Der eine Pol der Gleichstromquelle ist unmittelbar an das eine Ende der genannten Reihenschaltung angeschlossen, während der andere Pol mit einem Verbrauchswiderstand verbunden ist, der in Reihe mit einem Kondensator die letzte Entladungsstrecke an dem anderen Ende der Reihenschaltung überbrückt.

   c) Die Steuerung der Entladungsstrecken ist derart, daß nur die ungeradzahligen (1-3-5 usw.) oder die geradzahligen (2-4-6) usw.) Entladungsstrekken jeweils gleichzeitig leitend oder nichtleitend sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialhöhe der Steuerspannungen der verschiedenen Entladungsstrecken den Gleichstromleitungen über Kondensatoren entnommen werden.