Anordnung<B>zur</B> Umformung von elektrischen Strömen mittels Entladungsstrecken. Beider Reihenschaltung von Entladungs strecken für die verschiedenen Anwendungs zwecke vermeidet man, die Gefässe unmittel bar in Reihe zu schalten, weil die Gefahr besteht, dass sie in der Sperrperiode ungleich beansprucht werden, und sie infolgedessen im Hinblick auf die 1_Tberschlagssicherheit nicht voll ausgenutzt werden können.
Es ist daher üblich, in solchen Fällen die Sekun- dä.rwicklung des Stromrichterumspauners in mehrere Einzelwicklungen zu unterteilen und die Gefässe .einzeln oder zu wenigen in Reihe geschaltet mit je einer dieser Wicklungen zu verbinden, so dass :die Gesamtspannung gleichmässig abgestuft und zwangläufig auf die in Reihe ,geschalteten Gefässe oder Gefäss- gr^uppen ;gleichmässig verteilt wird.
Die Abb. 1 zeigt eine derartige iSehaltung für einen Einphasen-Vollweg-Gleichrichter mit drei sekundären Teilwicklungen und drei je Phase in Reihe geschalteten Gefässen. Diese @Schaltun,g bietet insbesondere bei hohen Spannungen gewisse Nachteile. Einmal er fordert sie ausschliesslich einanodige Gefässe.
Ferner können, wie ohne weiteres in .der Abb. 1 zu erkennen .ist, eowohl zwischen den Gefässen wie zwischen den Teilwicklungen ,der beiden Phasen bei Störungen, z. B. Rück zündung eines Gefässes, @Spannungsunter- schiede auftreten, die von Stufe zu Stufe steigen und in der letzten Stufe G,#, Tnc sogar der Gesamtspannung des @lechricki'rs ent sprechen.
Um ,diese Nachteile zu vermeiden", bevorzugt man für Reihenanordnung die Schaltung nach Abb. 2. Hierbei sind die Ka thoden der zur gleichen Spannungsstufe ge hörigen Gefässe der beiden Phasen zusam mengeschlossen, und dementsprechend auch die zugehörigen Anschlüsse der Umspanner- teilwicklun;gen zu einem Punkt verkettet.
Damit wird erreicht, dass für jede Span nungsstufe mehranodige (entsprechend der Phasenzahl) Gefässe benutzt werden können, und dass .bei. @Störungen der hQ:
cliste @Span- nun.gsunterschied zwischen den Entladungs- strecken der Phasen nicht mehr als der Spa.nnungsuntersehied einer .Stufe, also nach dem in der Abb. 2 veranschaulichten Beispiel nicht mehr als '/3 der Gesamtspannun be trägt, wenn bleichmässige Spannungsstufen vorausgesetzt werden, was in der Regel der Fall sein wird.
Ähnliche Vorteile bietet auch die Schal tung nach Abb. 3, bei der je Phase je zwei in Reihe geschaltete Gefässe zu einer "Brückenschaltung" zusammengefasst sind. Hierbei besitzt nur die Hälfte der in Reihe liegenden Gefässe mit den gleichstufigen der andern Phasen bleiches Kathodenpotential, so da.ss die halbe Zahl der Gefässe einanodib ausgeführt werden muss.
Dafür bietet Schal tung nach Abb. 3 gegenüber der in @bb.2 dargestellten Schaltung den Vorteil, dass die Sekundä-riv-icklung des Umspanners bei glei eher Zahl der in Reihe beschalteten Gefässe nur halb so viel unterteilt zu werden braucht, dass sie also wesentlich besser ausgenutzt wird, und infoalgedessen die Typenleistung des Umspanners wesentlich kleiner ausfällt.
Die Schaltungen nach Abb. ? und Abb. 3 besitzen aber trotz der geschilderten Vorzüge einen grundsätzlichen Nachteil gegenüber der Schaltung nach Abb. 1, der insbesondere dann schwer ins Gewicht fällt, wenn es sich um Höchstspannungen handelt und grosse Be triebssicherheit verlangt wird, wie es bei spielsweise bei der Fernübertragung mit hochgespanntem Gleichstrom der Fall ist. Bekanntlich muss trotz der ausserordentlichen Vervollkommnung der Gefässe mit gelegent licher Rückzündung der Gefässe gerechnet werden.
Die absolute Zahl der R.ückziindun- gen steigt mit der Zahl der Entladungs strecken, also insbesondere bei hohen Span nungen infolge der Reihenschaltung der Ge fässe; dies wirkt sich aber gerade in dem er wähnten Anwendungsbeispiel der Gleich stromfernübertragung besonders nachteilig aus, weil es sich hierbei in der Regel um Übertragung grosser Energiemengen und die Versorgung von Netzen mit vielen Teilneh- mern handelt, für die allergrösste Betriebs sicherheit verlangt wird.
Die Schaltung nach Abb. 1 bietet in die ser Hinsicht grosse Vorteile. Da hierbei die Gefässe und Umspannerwicklung jeder Ent ladungsstrecke in Reihe liegen und keine Querverbindungen zwischen den Entladungs strecken vorhanden sind, bedeutet die Rück zündung eines Gefässes keinen Kurzschluss, vielmehr ledi-glicb eine vorübergehende Er höhung der Sperrspannung an den übrigen in Reihe geschalteten Gefässen;
bei z anein- ander gereihtenGefässen bedeute dies eine Erhöhung von angenähert
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wenn Il .die Anodenspannung einer Phase ist.
Wer den die Gefässe mit der üblichen entsprechen den Sicherheit ausgelegt, so wird beim Ver sagen eines Gefässes praktisch überhaupt kein Rii.ckstrom zustandekommen; das Gefäss wird meist nach kurzer Zeit wieder rückzündungs- frei, und die Störung wirkt sich betrieblich überhaupt nicht aus.
Da nicht damit zu rech nen ist, dass gleichzeitig zwei oder mehr Ge fässe ihre Sperrfähigkeit verlieren, so ist die Störanfälligkeit durch Rüekziindungen bei einer Schaltung nach Abb. 1 praktisch aus geschaltet.
Im Gegensatz hierzu bedeutet die Ilüek- zündun,g eines Gefässes bei den Schaltungen Abb. 2 und 3 einen satten Kurmchluss, und zwar gilt dies nicht nur für die gezeigte Doppelweg-Einphasenschaltung, sondern auch für beliebige Vielpliasens.chaltungen. Zeigt beispielsweise das Gefäss Ga, der Phase 1 nach Abb. 2 und 3 Rückzündung,
was gleieh- bedeutend ist mit dem Verlust seiner Sperr fähigkeit, so sind die beiden Phasen der tTm- spannerwicklungen Trip hezw. Tiiaw -während der einen Halbwelle kurzgeschlossen; der Strom wird in den meisten Fällen derart ansteigen, dass beide Gefässe ihre Sperrfähig keit verlieren, und infolgedessen der Strom richter abgeschaltet werden muss, wie bei einem Betrieb ohne Reihenschaltung.
Mit der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gestellt und gelöst, auch bei Reihen schaltung mit beliebiger Querverbindung der Elektroden und Umspannerwicklungen zwi schen .den Phasen die Einrichtung .so aus zuführen"dass der Verlust der Sperrfähigkeit eines Gefässes keinen Kurzschluss zur Folge hat.
Gemäss der Erfindung wird eine Anord nung zur Umformung von elektrischen Strö- men. mittels Entladungs:strecken bei der die Sperrspannung auf mindestens zwei Ent ladungsstrecken aufgeteilt wird, in der Weise ausgeführt, Sass mindestens zwei an Wechselstromsystemen gleicher Phasenlage liegende Teilstromrichter vorgesehen sind, die sowohl gleichstromseitig :als auch wechsel- stromseitig in Reihe :
geschaltet sind. Damit wird bewirkt, dass eine (Stromänderung in einer Wicklung zwangläufig eine gleiche oder annähernd gleiche Stromänderung, unter Berüeksichtigungdes Wicklungsverhältnisses in den andern zur Phase gehörigen Wicklun gen zur Folge hat.
Bei einer Anordnung :mach der Erfindung brauchen die Gefässe nur so hoch in ihrer Sperrfähigkeit beansprucht zu werden, dass diese auch bei Ausfall eines der in Reihe :geschalteten Gefässes oder Gefäss gruppen, wenn zwei oder mehrere in Reihe zu einer Einheit zusammengefasst sind, ge nügend Sicherheit besitzen, um der dadurch bedingten Erhöhung der Klemmenspannung an den gesunden Einzelgefässen zu wider stehen.
Unter diesen Bedingungen bewirkt die Rückzündung eines Gefässes bezw. der Kurzschluss eines Teils -der .Sekundärwick lung nur eine ,geringe oder praktisch vernach- lässigbare .Stromaufnahme .der Entladungs- strecken. Er bietet gegen Rückzündungs- gefahr praktisch die gleiche Sicherheit wie der bereits erwähnte Fall nach Abb. 1.
Die Abb. 4 bis @6 zeigen :Schaltbeispiele für die erfindungsgemässe Anordnung. In Abb. 4 ist eine einphasige Doppelweg- Gleiehrichteranordnung mit zwei Gefässen je Phase in Reihe und mit einer primären Drei- ieiterspeisung vorgesehen.
An Stelle eines Umspanners mit einer Primärwicklung und einer der Zahl der in Reihe zu schaltenden Gefässe entsprechenden Zahl von @Sekundär- wioklungen nach Abb. 2 %,9t ,dQr Umspanner in eine entsprechende Zahl von Einphasenumspau- nern (Tl., TZ., Tlb, T2b <B>...</B> ) aufgeteilt;
ihre Sekundärwicklungen sind grundsätzlich, wie in der Anwendung nach Abb. 2, unterein- ander und mit den Gefässen verbunden, und ihre Primärwicklungen sind phasenweise sämtlich in Reihe geseh:
altet. Angenommen Gefäss Gla, will rückzünden, wenn Phase 2 arbeitet, dann kann sich weder unter der Phasenspannung Ulo noch unter der ver ketteten Spannung U" ein Kurzschluss aus bilden, weil das in der gleichen Phase lie gende Gefäss Glb sperrt, und daher das Auf treten von Gegen-A. W. :in der Primärwick lung Tlb und damit auch von TI.. verhindert.
In dem gleichen Sinne wirken .die in Reihe geschalteten Primärwicklungen der Umspan ner der Phase 2, .die verhindern, dass die Sekundärwicklung von T2" einen andern Strom führt als .die von T;Zb und .demnach ein Strom vom Gefäss Gza nach CTla. zurück fliesst.
Die Rückzündung idesGefässes Gla hat zur Folge, dass praktisch .die .gesamte Netzspannung von den Umspannern Tlb und TZb und dementsprechend auch von den Ge fässen Glb und GZb übernommen wird. Sind diese so ausgeführt, dass :sie die erhöhte :Span nung kurzzeitig oder dauernd aushalten, so läuft iler Betrieb unverändert weiter.
In der Regel wird sich das rüokgezündete Gefäss um so schneller erholen, als, wie gezeigt., keine nennenswerte Rückströme auftreten können. Es genügt daher, sowohl .die Gefässe wie die Umspanner für eine kurzzeitige Ülberbeawp Buchung ,der :gekennzeichneten Art auszuführen.
Die Überbeanspruchung ist ausserdem, wie bereits vorher erwähnt, um so kleiner, je grösser die Zahl der in Reihe geschalteten Gefässe ist.
Die Schaltung lässt sich aber noch da durch wesentlich vereinfachen, dass man statt<I>p .</I> z-Einphasenumspanner, wobei<I>p</I> die Phasenzahl und z die Zahl der je Phase an einander gereihten Stufen bedeutet, in jeder Stufe einen Mehrpha,senumspanner verwendet und infolgedessen mit z-1Vlehrphaeenumspan- nern auskommt.
Dabei kann man jeden Um spanner je nach Zweckmässigkeit mit und ohne magnetischen Rüekschluss ausführen, und aueh sonst jede bekannte Schaltung ver wenden, sofern dabei :durch die Kopplung der Primärwieklungen der Erfindungsgedanke gewahrt bleibt, dass bei Versagen eines Ge fässes die Ausbildung eines Kurzschlussstro- mes verhindert wird.
Die Ab@b. 5 zeigt eine derartige Anordnung für einen dreiphasigen Gleichrichter mit drei aneinandergereihten Spannungsstufen.
Eine weitere Vereinfachung und Verbilli- guag ist dadurch möglich, dass sämtliche p . z-Einphasen- oder z--,#lehrphasenumspa,n- ner zu einem Umspanner vereinigt werden können,
in dem alle zu der gleichen Phase gehörigen primären und sekundären Wick lungen in der eben gekennzeichneten Unter teilung auf einem gemeinsamen Kern bezw. bei Zickzackschaltungen entsprechend auf mehreren Kernen angebracht und die Kerne der verschiedenen Phasen an den Über g o angsstellen von einer Wicklungsstufe zur andern durch ein Querjoch überbrückt wer den.
Damit erhält jede Wicklungsgruppe ihren eigenen magnetischen Jochschluss zwi schen den Kernen ihrer Phasen von kleinem magnetischem und entsprechend grossem elektrischem Widerstand.
Ein Wieklungs- kurzschluss in einer der folgendenWicklungs- gruppen durch Riiekziindung wirkt daher ma.gnetiseh nur wenig oder gar nicht zurück auf den Fluss der übrigen Wicklungen, <B>ab-</B> gesellen von dem Flussanstieg infolge des An stieges der Klemmspannung bei Kurzsehluss in einer der 'Vicklun:gsgruppen, auf den be reits im vorstehenden hingewiesen wurde.
Ein derart gebauter Umspanner aus beispiels weise z-Wicklungs.gruppen verhält sich prak tisch wie ein Satz von z Einzelumspannern und wirkt daher auch bei Rückzündungen in der früher beschriebenen Weise.
In Abb. 6 ist schematisch eine derartige _'.ulsfiihrung mit zwei Dreiphasen-Wicklungs- gruppen in Brückenschaltung und vier pha senweise aneinandergereihten Gefässen.
Der Aufbau des Umspannerkernes ist angedeutet. Die Wicklungsgruppen T2lb und T"a be stehend aus primärer und sekundärer Wiek- Jung, sind getrennt angeordnet und durch das Querjoch q magnetisch voneinander mehr oder weniger unabhängig gemacht. Bei zu sätzlichen Wicklungsgruppen wird jede wei tere durch ein gleiches Querjoch abgeschie den. Man kann den Kern jedoch auch so aus führen, dass die Wicklungsgruppen nebenein ander liegen oder in jeder beliebigen andern Weise angeordnet sind.
Wichtig ist für die erfindungsgemässe Anordnung, dass die ein zelnen Wicklungsgruppen in der Flu:ssausbil- dun;g im wesentliehen unabhängig vonein ander sind, und durch Störungen im Fluss einer Wicklungsgruppe die iibrigen Gruppen praktisch nicht betroffen werden, abgesehen von der Flusszunahme infolge des Anstieges der Klemmenspannung, auf den bereits hin gewiesen wurde.
Als Entladungsstrecken können Queck silberdampf- oder Gasentladungsgefässe ver wendet werden. Die Abb. 4 bis 6 zeigen der Einfachheit halber Gleiehrichterschaltungen. Jedoch ist die Erfindung auf solche Schal tungen nicht beschränkt, sondern in gleicher Weise für beliebige andere Schaltungen von Entladungsstrecken anwendbar, wie bei spielsweise Wechselrichter, Umrichter usw., bei denen zur Erzielung höherer Spannungen Gefässe oder Entladungsstrecken in Reihe ge- altet sind.
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