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Einrichtung mit einem elektromagnetischen Gerät für extrem hohe Erregerströme Zur Erzeugung von extrem hohen Gleichströmen, wie man sie beispielsweise bei der Elektrolyse benötigt, sind bereits Trockengleichrichter verwendest worden, die über Hochstromtransformatoren gespeist werden. Wenn eine Steuerung des Stromes erforderlich ist, können zwischen Transformator und Gleichrichter Transduktoren einbebaut werden.
Als vorteilhaft hat sich die Drehstromdoppelsternschaltung mit Saugdrossel erwiesen, wobei meist sämtliche Bauelemente in einem gemeinsamen Öl- kessel untergebracht sind.
Es hat sich gezeigt, dass derartige Gleichrichtergeräte einen verhältnismässig schlechten Wirkungsgrad aufweisen. Man hat versucht, diesen durch Verwendung von Ventilen mit kleiner Schwellspannung (Germanium- oder Siliziumtrockengleichrichter) zu verbessern, doch konnten überraschenderweise damit die bei Trockengleichrichtern gewohnten Wirkungsgrade nicht anreicht werden.
Nähere Untersuchungen haben ergeben, dass dies vor allem auf zwei Einflüsse zurückzuführen ist, die bei Hochstromgeräten eine ausschlaggebende Rolle spielen. Zunächst bedingen die hohen Stromstärken in der Grössenordnung von mehreren kA und mehr, dass die Wechselstromverbindungsleitungen einen wesentlichen Anteil der gesamten Kupferverluste, ausmachen, und ferner erzeugen die nicht von Magnetkernen abgeschirmten Verbindungsleitungen durch elektromagnetische Induktion in den Kesselwänden beträchtliche Zusatzverluste.
Es leuchtet ein, dass die eben geschilderten Einflüsse nicht nur bei Gleichrichtergeräten, sondern auch bei Einrichtungen zur Lieferung extrem hoher Wechselströme störend auftreten müssen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Hochstromgeräte zu beseitigen. Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung mit einem elektromagnetischen Gerät für extrem hohe Erregerströme, mit einem Hochstromtransformator, der einen transduktorgesteuerten Gleichrichter speist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkerne des Gerätes in Hülsenform und die hochstromführenden Wicklungen als gerade Stromleiter ausgebildet und die Apparate gegenseitig so angeordnet sind, damit die Stromleiter soweit wie möglich von Magnetkernen umschlossen sind.
Wesentlich ist also hierbei, dass die Einrichtung nach der Erfindung so aufgebaut ist, um wenige und kurze nichtaktive, das heisst nicht von Kernen umschlossene Leitungen aufzuweisen, so dass sowohl der Kupferaufwand als auch die Kupfer- und Wir- belstromverlusite entscheidend verringert werden.
Es wird im allgemeinen vorteilhaft sein, die Hochstromwicklung jedes Kernes aus einer einzigen Rohrleitung aufzubauen, die eine solche Wandstärke hat, dass die Stromverdrängung noch nicht zu gross wird. Sollen etwas höhere Spannungen erzeugt werden, so ist es in bei Schaltdrosseln bekannter Weise möglich, die Hochstromwicklung aus mehreren konzentrischen Rohren aufzubauen. Die Erfindung ist insbesondere beim Aufbau von DTehstromdoppelsternschaltungen mit Saugdrosseln anwendbar, wobei auch die Saugdrossel mit einem hülsenförmigen Kern und zwei als konzentrische Rohre ausgebildeten Wicklungen ausgebildet sein kann.
In der Zeichnung sind der Erfindung in Drehs.tromdoppelsternschaltung schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt das -elektrische Schalt- bild. Es ist ein Transformator 1 mit Primärwicklungen 2 vorgesehen, der über Sekundärwicklungen 3 bzw. 4 je eine Einzellsternschaltung speist. In den einzelnen Phasenleitungen sind in Reihe Transduktordrosseln 5
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und Gleichrichter 6 angeordnet. Zwischen die beiden Einzelsternschaltungen ist eine Saugdrossel 7 geschaltet. Dia Ausgangsklemmen, die den Gleichstrom führen, sind mit 8 und 9 bezeichnet.
Die Steuerwicklung für die Transduktoren 5 ist hier wie in den übrigen Figuren nicht dargestellt.
Fig.2 zeigt eine teilgeschnittene Ansicht einer Einrichtung nach Fig. 1. Der Schnitt verläuft dabei längs der Ebene II-II in Fig. 3, die den Grundriss des Gerätes darstellt. Der Transformator besteht aus drei Einzeltransformatoren 10, 11 und 12, die auf hülsenförmigen Kernen 13 die Primärwicklungen 2 tragen. Diese können Toroidwicklungen oder Bügel sein. Die Sekundärwicklungen 3 und 4 sind als je eine Rohrleitung ausgebildet. Die Rohrleitung 3 bildet in ihrer Verlängerung zugleich auch die Arbeitswicklung des Transduktors 5 mit dem Hülsenkern 14 und stellt die Verbindung mit dem Gleichrichter 6 her. Transformator, Transduktor und Gleichrichter sind in Stromflussrichtung räumlich unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnet, so dass Verbindungsleitungen vermieden sind.
Die Sekundärwicklungen 3 jedes Transformators sind mittels einer Stromschiene 15 gemeinsam an das eine Ende der Saugdrossel geführt, die in Fig. 4 schematisch dargestellt ist.
Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Ebene IV-IV der Fig.3. Man erkennt im oberen Teil die von der Stromschiene 15 kommende Schiene 16, die an die eine Wicklung 17 der Saugdrossel geführt ist. Die zweite Wicklung 18 ist an eine Schiene 19 angeschlossen, die mit der Stromschiene 20 verbunden ist. Die Stromschiene 20 verbindet die unteren Enden der Sekundärwicklungen 4 der einzelnen Transformatoren, wie in Fig. 2 ersichtlich. Die noch freien Enden der Wicklungen 17 und 18 der Saugdrossel 7 (Mittelpunkt) sind an eine Rohrleitung 21 geführt, die den Minuspol 8 des Gleichrichtersatzes darstellt. Die Saugdrossel ist analog wie die Transformatoren und die Transduktoren mit einem hülsenförmigen Kern 22 ausgebildet.
Fig. 5 zeigt eine teilgeschnittene Ansicht des Gleichrichtersatzes, wobei der Schnitt längs der Ebene V-V in Fig. 3 geführt ist. Die oberen Enden der Sekundärwicklungen 4 sind mittels Schienen 23 an dis Wicklungen 24 der übrigen drei Transduktoren 5 geführt, die wieder hülsenförmige Kerne 25 aufweisen. Die Wicklungen 24 sind am anderen Ende mit je einem Gleichrichter 6 verbunden. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, hat jeder Transduktorkern 25 eine Länge, die etwa der Summe der Längen von Transformatorkern 13 und Transduktorkern 14 entspricht. Dadurch, wird der zur Verfügung stehende Raum gut ausgenutzt und es ist möglich, den Kern 25 mit wesentlich geringerem Aussendurchmesser als den Kern 14 herzustellen.
Sämtliche Gleichrichter 6 sind an ihren unteren Enden mit der positiven Stromschiene 26 verbunden, die zur positiven Klemme 9 des Gleichrichtergerätes geführt ist. Die Gesamtanordnung kann in einem Ölkessel untergebracht sein, wobei sich zugleich der Vorteil ergibt, dass die Gleich- richter am Boden des Kessels intensiv gekühlt werden. Die Rohrleitungen gestatten durch ihre senkrechte Anordnung eine kräftige thermische Ölströ- mung, die zur guten Kühlung der Wicklungen beiträgt.
Es ist bereits an anderer Stelle vorgeschlagen worden, die Widerstandsnahtschweissung von Rohren mit Gleichstrom vorzunehmen und zur Erzeugung des Gleichstromes mit dem Rolltransformator einen Gleichrichtersatz zusammenzubauen. In Weiterentwicklung des Begriffes Rolltransformator sei diese Anordnung als Rollgleichrichter bezeichnet.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft zum Aufbau derartiger Rollgleichrichter mit Transduktor- steu.erung geeignet. Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigen die Fig. 6 und 7 im Schnitt bzw. im Grundriss. Es handelt sich wieder um eine Drehstromdoppel- sternschaltung mit Saugdrossel, wobei die Bezugszeichen aus den Fig. 2 bis 5 übernommen worden sind.
Der Rollgleichrichter unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 im wesentlichen durch die räumliche Anordnung der einzelnen Elemente, indem die Kerne und die Gleichrichter etwa an den Ecken eines gle:ichseitigen Sechseckes angeordnet sind. Die Saugdrossel ist in den Mittelpunkt des Sechseckes gelegt. Dadurch kann die gesamte Anordnung in einen zylinderförmigen Ölkessel eingesetzt werden, wie er bei Rolltransformatoren üblich ist. Die Rollelektroden werden in bekannter Weise an die im, unteren Teil der Fig. 6 erkennbaren Gleichstromleitungen 26 und' 21 angeschlossen.
Da bei einem Rollgleichrichter nach Fig. 6 die Leitungen etwa waagrecht liegen, kann es unter Umständen vorteilhaft oder notwendig sein, den Ölumlauf im Kessel künstlich zu erzwingen. Die hierzu nötigen Mittel können als bekannt vorausgesetzt werden.
Der in den Ausführungsbeispielen erläuterte Aufbau kann in analoger bzw. abgewandelter Weise auf andere ein- oder mehrphasige Schaltungen übertragen werden. Die erfindungsgemässe Ausbildung der Saugdrossel, wobei durch den Kern zwei konzentrische Rohrleitungen mit entgegengesetzter Stromflussrich- tung geführt sind, kann auch bei höheren Spannungen noch wirtschaftlich sein, wenn man für den Transformator bereits den üblichen Aufbau wählt.
Anderseits bietet die Erfindung bei Transformatoren höherer Frequenz, wie sie bei der Anwendung von Transistoren in der Starkstromtechnik benötigt werden, wesentliche Vorteile, und zwar auch dann, wenn höhere Spannungen auftreten. Wie bereits :erwähnt, kann man in diesem Fall die Wicklung aus mehreren konzentrischen Rohren aufbauen.
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Device with an electromagnetic device for extremely high excitation currents To generate extremely high direct currents, such as those required in electrolysis, dry rectifiers have already been used, which are fed via high-current transformers. If control of the current is required, transducers can be installed between the transformer and rectifier.
The three-phase double-star circuit with suction throttle has proven to be advantageous, with mostly all components being accommodated in a common oil tank.
It has been shown that rectifier devices of this type have a relatively poor efficiency. Attempts have been made to improve this by using valves with a low threshold voltage (germanium or silicon dry rectifier), but surprisingly it was not possible to achieve the efficiencies that are customary with dry rectifiers.
More detailed studies have shown that this is primarily due to two influences that play a decisive role in high-current devices. First of all, the high currents in the order of magnitude of several kA and more mean that the AC connection lines account for a significant proportion of the total copper losses, and the connection lines, which are not shielded by magnetic cores, generate considerable additional losses due to electromagnetic induction in the boiler walls.
It is clear that the influences just described must not only occur in a disruptive manner in rectifier devices, but also in devices for supplying extremely high alternating currents. The invention is based on the object of eliminating the disadvantages of the known high-current devices. The invention relates to a device with an electromagnetic device for extremely high excitation currents, with a high-current transformer that feeds a transducer-controlled rectifier. The invention is characterized in that the magnetic cores of the device are designed as sleeves and the high-current-carrying windings as straight conductors and the devices are mutually arranged so that the conductors are enclosed as far as possible by magnetic cores.
It is essential here that the device according to the invention is constructed in such a way as to have few and short non-active lines, that is to say lines not enclosed by cores, so that both the copper expenditure and the copper and eddy current losses are decisively reduced.
It will generally be advantageous to build the high-current winding of each core from a single pipe which has a wall thickness such that the current displacement does not yet become too great. If somewhat higher voltages are to be generated, it is possible, in a manner known for switching chokes, to build the high-current winding from several concentric tubes. The invention can be used in particular in the construction of Dehurrent double-star circuits with suction throttles, wherein the suction throttle can also be designed with a sleeve-shaped core and two windings designed as concentric tubes.
In the drawing, the invention in Drehs.trom double star circuit are shown schematically. Fig. 1 shows the electrical circuit diagram. A transformer 1 with primary windings 2 is provided which feeds a single star circuit via secondary windings 3 and 4, respectively. In the individual phase lines there are transductor chokes 5 in series
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and rectifier 6 arranged. A suction throttle 7 is connected between the two single star connections. The output terminals that carry the direct current are labeled 8 and 9.
The control winding for the transducers 5 is not shown here, as in the other figures.
FIG. 2 shows a partially sectioned view of a device according to FIG. 1. The section runs along the plane II-II in FIG. 3, which shows the outline of the device. The transformer consists of three individual transformers 10, 11 and 12, which carry the primary windings 2 on sleeve-shaped cores 13. These can be toroidal windings or brackets. The secondary windings 3 and 4 are each designed as a pipe. In its extension, the pipeline 3 also forms the working winding of the transducer 5 with the sleeve core 14 and establishes the connection with the rectifier 6. The transformer, transducer and rectifier are arranged spatially directly one after the other in the direction of current flow, so that connecting lines are avoided.
The secondary windings 3 of each transformer are jointly guided by means of a busbar 15 to one end of the suction throttle, which is shown schematically in FIG.
FIG. 4 is a section along the plane IV-IV of FIG. The upper part shows the rail 16 coming from the busbar 15, which is led to one winding 17 of the suction throttle. The second winding 18 is connected to a rail 19 which is connected to the busbar 20. The busbar 20 connects the lower ends of the secondary windings 4 of the individual transformers, as can be seen in FIG. The still free ends of the windings 17 and 18 of the suction throttle 7 (center point) are led to a pipe 21, which represents the negative pole 8 of the rectifier set. The suction throttle is designed with a sleeve-shaped core 22 in the same way as the transformers and the transducers.
FIG. 5 shows a partially sectioned view of the rectifier set, the section being taken along the plane V-V in FIG. The upper ends of the secondary windings 4 are guided by means of rails 23 to the windings 24 of the remaining three transducers 5, which again have sleeve-shaped cores 25. The windings 24 are each connected to a rectifier 6 at the other end. As can be seen from FIG. 5, each transductor core 25 has a length which corresponds approximately to the sum of the lengths of the transformer core 13 and the transductor core 14. As a result, the available space is used well and it is possible to produce the core 25 with a significantly smaller outer diameter than the core 14.
All rectifiers 6 are connected at their lower ends to the positive busbar 26, which is led to the positive terminal 9 of the rectifier device. The entire arrangement can be accommodated in an oil boiler, with the advantage that the rectifiers at the bottom of the boiler are intensively cooled. Due to their vertical arrangement, the pipelines allow a strong thermal oil flow, which contributes to good cooling of the windings.
It has already been proposed elsewhere to carry out the resistance seam welding of pipes with direct current and to assemble a rectifier set to generate the direct current with the rolling transformer. In a further development of the term rolling transformer, this arrangement is referred to as a rolling rectifier.
The invention is particularly advantageously suitable for the construction of such rolling rectifiers with transductor control. An exemplary embodiment for this is shown in FIGS. 6 and 7 in section and in plan. It is again a three-phase double-star circuit with suction throttle, the reference numerals from FIGS. 2 to 5 having been adopted.
The rolling rectifier differs from the exemplary embodiment according to FIG. 2 essentially in the spatial arrangement of the individual elements, in that the cores and the rectifiers are arranged approximately at the corners of a hexagon on the same side. The suction throttle is placed in the center of the hexagon. As a result, the entire arrangement can be used in a cylinder-shaped oil tank, as is common with rolling transformers. The rolling electrodes are connected in a known manner to the direct current lines 26 and 21 which can be seen in the lower part of FIG.
Since the lines are approximately horizontal in a rolling rectifier according to FIG. 6, it may be advantageous or necessary to artificially force the oil to circulate in the boiler. The resources required for this can be assumed to be known.
The structure explained in the exemplary embodiments can be transferred to other single-phase or multi-phase circuits in an analogous or modified manner. The inventive design of the suction throttle, with two concentric pipelines running through the core with opposite direction of current flow, can still be economical even at higher voltages if the usual structure is selected for the transformer.
On the other hand, the invention offers significant advantages in the case of transformers of higher frequency, such as are required when using transistors in power engineering, even when higher voltages occur. As already mentioned, in this case the winding can be built up from several concentric tubes.