DE636872C - Schutzeinrichtung fuer einen mittels Gleichrichter gespeisten Gleichstromverbraucher, welchem zum Zwecke der Glaettung des Stromes ein Kondensator parallel geschaltet ist - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
22. JANUAR 1937

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 c GRUPPE 68so

Allgemeine Elektricitäts-Geseüschaft in Berlin*)

Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. September 1932 ab

Bei Gleichrichtern wird häufig dem Gleichstromverbraucher zum Zwecke der Glättung der Gleichspannung ein Kondensator parallel geschaltet. Die in diesem Kondensator während des ungestörten Betriebes aufgespeicherte Energie kann sich, wenn der Gleichrichter beispielsweise wegen eines Kurzschlusses im Gleichstromverbraucher plötzlich abgeschaltet wird, über den Verbraucher entladen, wobei der Entladestrom anfänglich auf ein Vielfaches des den Gleichstromverbraucher im ungestörten Betrieb durchfließenden Stromes ansteigen kann. Hierdurch können in den Apparaten des Gleichstromverbrauchers unter Umständen erhebliche Beschädigungen auftreten bzw. die durch den Kurzschluß im Gleichstromverbraucher bereits aufgetretenen Beschädigungen noch verschlimmert werden.

Zur Vermeidung dieses Nachteiles sollen deshalb bei einem . Gleichrichter, dessen Gleichstromverbraucher ein Kondensator parallel geschaltet ist, Einrichtungen vorgesehen werden, durch welche bei einem Kurzschluß bzw. einem Überstrom im Verbraucher der über den Verbraucher fließende Entladestrom des Kondensators begrenzt wird. Diese Einrichtungen können zweckmäßig derart bemessen werden, daß der bei Kurzschluß bzw. einem Überstrom über den Verbraucher fließende Entladestrom des Kondensators den Nennstrom des Verbrauchers nicht übersteigt, und ferner derart, daß auch beim Wiedereinschalten des Gleichrichters auf den spannungslosen Kondensator kein Gleichstrom fließt, der höher als der Nennstrom des Gleichrichters ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden beschrieben und ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

In der Zeichnung bedeutet 10 den Gleichrichter und 11 den zu speisenden Verbraucher und 12 den dem Verbraucher- parallel geschalteten Kondensator und 13 die Sekundärwicklungen des Gleichrichtertransformators. Die sechs Anoden des Gleichrichters seien mit Steuergittern ausgerüstet, welche über Gittertransf ormatoren 14 bis 16 an einem Drehtransformator 17 liegen mögen, welcher vorzugsweise mit Hilfe einer selbsttätig wirkenden, im folgenden nicht näher beschriebenen Einrichtung während des Gleichrichterbetriebes dauernd derart verstellt werden soll, daß unabhängig von den Schwankungen der die Primärseite des Transformators speisenden Spannung eine konstante Gleichspannung vom Gleichrichter geliefert wird. Dem Kondensator 12 ist ein

*) Von dem Patentsticher ist als der Erfinder angegeben worden:

Carl Braband in Berlin-Wilmersdorf.

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Widerstand 18 vorgeschaltet, welcher, wie weiter unten beschrieben wird, den Entladestrom des Kondensators begrenzt, und außerdem liegen zwischen der unteren (positiven,^ Belegung des Kondensators und der KjK thode des Gleichrichters io zwei mit ent-_t>, gegengesetzter Durchlaßrichtung parallel geschaltete gittergesteuerte Gas- oder Dampfentladungsgefäße 19 und 20. Diese beiden Gefäße sind dazu bestimmt, während des störungsfreien Betriebes des Gleichrichters die Auf- und Entladeströme des Kondensators 12 zu führen. Ein weiteres Hilfsentladungsgefäß, welches ebenfalls ein Steuer-15, gitter besitzt, ist mit 21 bezeichnet; in seinem Anodenkreis ist ein Kondensator 22 eingeschaltet. Die Schaltungsanordnung der Gitterkreise der drei Gefäße 19 bis 21, deren jeder einen Strombegrenzungswiderstand 23 bzw. 24 bzw. 25, 26 enthält, ist aus der Zeichnung ersichtlich. Der Gitterkreis des Gefäßes 19 bestellt aus zwei parallelen Zweigen, von denen der eine durch den Strombegrenzungsr widerstand 26 und eine positive Gittervor-Spannungsbatterie 27, der andere dagegen durch den Strombegrenzungswiderstand 25, einen weiteren Widerstand 28 und eine Batterie 29, welche für das Steuergitter des Gefäßes 19 eine negative Vorspannung darstellt, gebildet wird. Der Gitterkreis des Gefäßes 20 enthält ebenso wie derjenige des Gefäßes 19 eine positive Gitterspannungsbatterie, die mit 30 bezeichnet ist, ferner eine Wicklung 31, welche mit der Kathodendrosselspule 32 des Gleichrichters induktiv verkettet ist, und endlich den bereits erwähnten Strombegrenzungswiderstand 24. Auch der Gitterkreis des Gefäßes 21 besteht wie derjenige des Gefäßes 20 aus einer Gitterspannungsbatterie 33, welche jedoch eine negative Vorspannung für das Steuergitter darstellt, ferner aus der Sekundärwicklung 34 eines Hilfsstromwandlers und endlich aus dem ■ bereits erwähnten Strombegrenzungswiderstand 23. In der Zeichnung ist außerdem noch diejenige Einrichtung enthalten, durch welche die Mittelpunkte der Sekundärwicklungen der Gittertransformatoren 14 bis 16 auf einem gegenüber der Kathode des Gleichrichters 10 negativem Potential gehalten werden und durch welche außerdem beim Auftreten eines Kurzschlusses oder Überstromes im Gleichstromverbraucher 11 dieses negative Potential gegenüber der Kathode vergrößert wird. Diese Einrichtung besteht aus dem bereits erwähnten Widerstand 28 und der ebenfalls bereits genannten Batterie 29, deren positiver Pol mit der Kathode des Gleichrichters verbunden ist. Des weiteren enthält diese Einrichtung noch eine Batterie 35, ein gittergesteuertes Gas- oder Dampfentladungsgefäß 36 und die Primärwicklung 37 des bereits erwähnten Hilfsstromwandlers ^,owie einen weiteren Strombegrenzungswiderstand 38. , ■ ..^Die Einrichtung arbeitet in folgender ^eise: Bei störungsfreiem Betrieb des Gleichrichters möge an dem Steuergitter des Gefäßes 36 eine Sperrspannung liegen, so daß dieses Gefäß sowie die Primärwicklung 37 des Hilfsstromwandlers keinen Strom führen. Zwischen der Kathode des Gleichrichters und den Mittelpunkten der Gittertransformatorsekundärwicklungen 14 bis 16 liegt daher unter diesen Umständen nur die Spannung der Batterie 29. Die Spannungs- ■ regelung des Gleichrichters erfolgt dann mit Hilfe des Drehtransformators 17. Das Hilfsentladungsgefäß 21 ist während des störungsfreien Betriebes stromlos, da sein Steuergitter durch die Batterie 33 auf einem gegenüber seiner Kathode negativen Potential gehalten und in der Sekundärwicklung 34 des Hilfsstromwandlers keine Spannung induziert wird. Die Steuergitter der beiden Entladungsgefäße 19 und 20 befinden sich auf einem gegenüber der betreffenden Kathode positiven Potential;, welches durch die Gittervorspannungsbatterien 27 und 30 geliefert wird. Durch die beiden parallelen Gitterkreiszweige des Gefäßes 19 fließt dabei ein Strom vom positiven Pol der Batterie 27 über den Widerstand 26, den Widerstand 25, den Widerstand 28, die Batterie 29 zur Kathode des Gleichrichters 10 und von dort über die Kathodendrosselspule 32 zum negativen Pol der Batterie 27. Der Spannungsabfall dieses Stromes im Widerstand 26 möge so gering sein, daß das obere Ende dieses Widerstandes und damit das Steuergitter des Gefäßes 19 ein gegenüber der Kathode positives Potential annimmt. Im Gitterkreis des Gefäßes 20 wird im störungsfreien Betrieb des Gleichrichters zwar in der Wicklung 31 eine gewisse Wechselspannung induziert, welche von der Welligkeit des Gleichstromes abhängt, diese Spannung möge jedoch so gering sein, daß das Steuergitter des Gefäßes 20 dauernd auf positivem Potential gegenüber seiner Kathode bleibt. Der no Aufladestrom des Kondensators 12 nimmt dann seinen Weg über das Gefäß 20, der Entladestrom über das Gefäß 19, während der Widerstand 18 im störungsfreien Betrieb praktisch stromlos ist. ^a>

Wenn nun in dem Gleichstromverbraucher ein Kurzschluß oder ein oberhalb des normalen Wertes liegender Strom auftritt, soll selbsttätig das Steuergitter des Gefäßes auf ein gegenüber der zugehörigen Kathode positives, oberhalb des Zündpotentials liegendes Potential gehoben werden. Dies

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kann ζ. B. dadurch geschehen, daß ein auf Überstrom ansprechendes, im Gleichstromkreis des Gleichrichters angeordnetes Relais anspricht und mittels seiner Kontakte die Sperrspannung von dem Steuergitter des Gefäßes 36 abtrennt. Hierdurch wird die Entladung in dem Gefäß 36 zum Einsetzen gebracht, da die Batterie 35 über den Widerstand 28 an der Anode dieses Gefäßes dauernd ein positives Potential gegenüber seiner Kathode erzeugt. Der Entladungsstrom schließt sich über den Widerstand 28 und die Primärwicklung des Hilfsstromwandlers 37. Das Potential der Mittelpunkte der Gittertransformatorsekundärwicklungen 14 bis 16 sinkt daher derart, daß nunmehr zwischen der Kathode des Gleichrichters und den Gittertransformatormittelpunkten die Summe der Spannungen der Batterien 29 und 35 liegt.

Diese Spannungen müssen einen derartigen Betrag haben, daß die Steuergitter des Gleichrichters 10 in keinem Augenblick der positiven Anodenspannungshalbwelle ein oberhalb des Zündpotentials liegendes Potential annehmen, so daß im Gleichrichter 10 kein neuer Lichtbogen einsetzen kann und jeder bestehende beim nächsten Nulldurchgang endgültig erlischt. Die während dieses Vorganges eintretende Spannungsabsenkung im Gleichstromkreis hat zur Folge, daß nurmehr ein Entladestrom des Kondensators, dagegen kein Aufladestrom mehr fließt. Das Entladungsgefäß 20, welches, wie oben erwähnt, nur die Aufladeströme führt, bleibt also von nun an vollkommen stromlos; der Entladestrom fließt über das Gefäß 19.

Die Entladung in dem Gefäß 19 wird nun, wie sogleich erläutert werden soll, künstlich unterbrochen, derart, daß der Widerstand i8, welcher während des störungsfreien Betriebes des Gleichrichters abwechselnd durch die Gefäße ig und 20 kurzgeschlossen ist, in den Entladestromkreis des Kondensators 12 über den Gleichstromverbraucher 11 eingeschaltet wird. Bei der Entstehung des Stromes durch das Gefäß 36 wird nämlich in der Sekundärwicklung 34 des Hilfsstromwandlers eine Spannung induziert, welche das im störungsfreien Betrieb an einer Sperrspannung Hegende Steuergitter des Hilfsentladungsgefäßes 21 über das Zündpotential hebt, so daß die Entladung im Gefäß 21 einsetzt. Die Anodenspannung für dieses Gefäß besteht in dem Spannungsabfall im gerade brennenden Entladungsgefäß 19 und vermindert sich in dem Maße, in welchem der beim Entladungseinsatz im Gefäß 21 spannungslose Kondensator 22 aufgeladen wird. Der Entladungseinsatz im Gefäß 21 hat zur Folge, daß die Entladung im Gefäß 19 augenblicklich erlischt. Nachdem der Kondensator 22 geladen ist, erlischt auch die Entladung im Gefäß 21, worauf sich der Kondensator 22 über den Widerstand 39 langsam entlädt. Da durch den Entladungseinsatz im Gefäß 36 an das Steuergitter des Gefäßes 19 eine Sperrspannung gelegt wird, kann die Entladung auch nicht wieder einsetzen. Die Entstehung der Sperrspannung im Steuergitter des Gefäßes 19 ist ohne weiteres verständlich, wenn man sich vergegenwärtigt, daß nach Einsatz der Entladung im Gefäß 36 der dieses Gefäß enthaltende Zweig des Gitterkreises des Gefäßes 19 eine höhere negative Spannung enthält, als sie in dem anderen Zweig des Gitterkreises (Widerstand 26, Batterie 27) in positivem Sinne enthalten ist. Nach Erlöschen der Entladung im Gefäß 19 fließt also der Entladestrom des Kondensators 12 über den Widerstand 18 und wird infolgedessen durch diesen Widerstand begrenzt.

Das Steuergitter des Gefäßes 20, das für die bis jetzt beschriebenen Vorgänge nicht notwendig sein würde, tritt in Wirksamkeit, wenn nach vollständiger Entladung des 8g Kondensators 12 und nach Beseitigung des Schadens im Gleichstrom verb rau eher 11 der Gleichrichter wieder eingeschaltet werden soll. In diesem Falle entsteht nämlich an der Kathodendrosselspule 32 eine verhältnismäßig hohe Spannung, da die eingangs erwähnte, selbsttätig arbeitende Verstelleinrichtung für den Drehtransformator 17 verhältnismäßig schnell arbeiten muß, um die im normalen Betrieb auftretenden Schwankungen der Wechselspannung auszugleichen und infolgedessen auch bei Einschaltung des Gleichrichters, sofern nicht von Hand in den Regelvorgang eingegriffen wird, sofort auf den Sollwert der Gleichspannung einstellt. Der erwähnte Spannungsabfall an der Kathodendrosselspule 32 ist von einer induzierten Spannung in der Wicklung 31 begleitet, durch welche die resultierende Spannung am Steuergitter des Gefäßes 20 auf einen unterhalb des Zündpotentials liegenden Wert herabgedrückt wird. Der Kondensator 12 erhält daher seine Ladung bis zum normalen Betrag der Gleichspannung oder bis zu einem in der Nähe dieses Betrages liegenden Wert no vollständig über den Widerstand 18. Würde man das Steuergitter im Gefäß 20 fortlassen, so würde zwar der störungsfreie Betrieb sowie die Entladung des Kondensators 12 bei einem Kurzschluß im Verbraucher 11 ebenso wie oben beschrieben vonstatten gehen können. Es würde jedoch bei der Wiedereinschaltung des Gleichrichters nach Beseitigung der Störung der Aufladestrom des Kondensators 12 kurzzeitig auf einen so hohen Wert ansteigen, daß das Gefäß 20, welches diesen Strom führen muß, unver-

hältnismäßig viel größer bemessen werden müßte, als es bei Anbringung eines Steuergitters notwendig ist.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Schutzeinrichtung für einen mittels Gleichrichter gespeisten Gleichstromverbraucher, welchem zum Zwecke der Glättung des Stromes ein Kondensator

ίο parallel geschaltet ist, gekennzeichnet durch Strombegrenzungsvorrichtungen (18, 19, 2i, 22, 31, 34, 35) für den Entladungsstrom des Kondensators, welche bei Kurzschluß oder Überstrom im Verbraucher (11) wirksam werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (12) ein Widerstand (18) vorgeschaltet ist, der während des normalen störungsfreien Betriebes kurzgeschlossen ist und dessen Überbrückung im Falle eines Kurzschlusses bzw. Überstromes im Verbraucher (11) aufgehoben wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (12) zwei mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung parallel geschaltete Gas-

- oder Dampfentladungsgef äße (19, 20) vorgeschaltet sind, von denen mindestens das mit seiner Anode an der positiven Kondensatorbelegung liegende Dampfentladungsgefäß (19) ein Steuergitter besitzt, 'und daß beim Kurzschluß bzw. bei einem Überstrom im Verbraucher (ii) dieses Gefäß (19) zum Erlöschen gebracht wird, indem an sein Steuergitter eine Sperrspannung angelegt wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gefäß

(19) ein weiteres gittergesteuertes Gasoder Dampf entladungsgefäß (21) in Reihe mit einem Kondensator (22) parallel geschaltet ist und daß beim Kurzschluß bzw. Überstrom an das Steuergitter dieses letzteren Gefäßes (21), das normalerweise gesperrt ist, eine Zündspannung angelegt wird.

S- Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspannung für das weitere Gefäß (21) vorzugsweise über einen Stromwandler (34> 37) ^aus einem Stromkreis entnommen wird, über den die Steuergitter des » Gleichrichters im Kurzschlußfalle an eine Sperrspannung gelegt werden.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrspannung für das Gefäß (19) aus demselben Stromkreis entnommen wird wie die Zündspannung für das Gefäß (21).

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Inbetriebnahme des Gleichrichters (10) an das Steuergitter des mit seiner Kathode an der positiven Kondensator- 6g belegung liegenden Gefäßes (20), welches im störungsfreien Betrieb des Gleichrichters an einer Zündspannung liegt, eine Sperrspannung gelegt wird, die vorzugsweise aus einer Hilfswicklung (31) der Kathodendrosselspule (32) entnommen wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis ", dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (18) derart bemessen ist, daß der Entladestrom des Kondensators (12) kleiner oder gleich dem Nennstrom des Gleichstromverbrauchers (11) und (beim Wiedereinschalten des Gleichrichters) der Aufladestrom des Kondensators (12) kleiner oder gleich dem Nennstrom des Gleichrichters (10) ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen