<Desc/Clms Page number 1>
Mehrphasigen Glühkathodengleichrichter.
Die Erfindung betrifft eine mehrphasige Gleichrichtervorrichtung und eine gasgefüllte mehrphasige Gleichrichterröhre mit einer Glühkathode.
Es ist üblich, in einer Gleichrichteranlage den einer Wechselstromquelle entnommenen Strom einer Gleichrichterröhre über einen Transformator zuzuführen, dessen Übersetzungsverhältnis derart gewählt ist, dass die mittlere Klemmenspannung, mit der der gleichgerichtete Wechselstrom einer Gebrauchsvorrichtung zugeführt wird, einen bestimmten Wert hat. Die Kosten des Transformators betragen einen bedeutenden Prozentsatz der Ansehaffungskosten einer solchen Anlage, und überdies wird ein grosser Teil des von der Anlage eingenommenen Raumes für den Transformator beansprucht. Ferner tragen die Energieverluste des Transformators zur Verringerung des Wirkungsgrades der Anlage bei. Es ist ferner üblich, in Reihe mit den Anoden mehrphasiger Gleichrichterröhren Regulier-oder Sehutzwiderstände zu schalten.
Durch den Jouleschen Verlust in diesen Widerständen wird der Wirkungsgrad der Anlage herabgesetzt.
Zweck der Erfindung ist, den Strom eines mehrphasigen Wechselstromnetzes ohne Verwendung des obenerwähnten Transformators und vorzugsweise ohne Schutzwiderstände mit geringem Energieverlust in Gleichstrom mit normaler, bei verschiedenen Belastungen nahezu konstanter Spannung zu verwandeln. Wird ein Gleichstromnetz durch ein Drehstromnetz von ähnlicher Spannung ersetzt, so ermöglicht die Erfindung, den Strom für die zuvor benutzten Gleichstromvorrichtungen mit geringem Energieverlust und mit einer Spannung, die überhaupt nicht oder wenig von der Belastung abhängt, dem Drehstromnetz zu entnehmen.
Eine mehrphasige Gleiehrichtervorrichtung gemäss der Erfindung enthält eine gasgefüllte Gleichrichterröhre und ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem solchen Spannungsabfall arbeitet, dass bei Anschluss an das mehrphasige Wechselstromnetz ohne Zwischenschaltung eines Transformators der mittlere Wert der auf der Gleiehstromseite zur Verfügung stehenden Spannung, wenigstens bei gewöhnlichen Belastungen, dem effektiven Wert der Phasenspannung des Netzes oder dem nächsten für Gleichstrom als normal geltenden Wert praktisch gleich ist.
Die Verbindungen zwischen den Anoden der Gleichrichterröhre und den Anschlusspunkte sowie die in der Vorrichtung zu den Gleichstromanschlusspunkten führenden Leitungen haben zweckmässig praktisch keine Impedanz.
Eine mehrphasige Gleichrichterröhre gemäss der Erfindung enthält eine Glühkathode (zweckmässig eine Oxydkathode) und eine Gasfüllung. Die Röhre ist dadurch gekennzeichnet, dass sie, wenn sie an ein mehrphasiges Wechselstromnetz von gebräuchlicher Spannung angeschlossen ist, mit einem solchen Spannungsabfall arbeitet, dass, wenigstens bei normalen Belastungen, der mittlere Wert der zur Verfügung stehenden Spannung dem effektiven Wert der Phasenspannung des Netzes oder dem nächsten für Gleichstrom als normal geltenden Wert praktisch gleich ist. Mit dem Wort"praktiseh"ist gemeint,
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
normalen Belastungen der mittlere Wert der zur Verfügung stehenden Spannung praktisch 220 Volt beträgt.
Ein geeigneter Mittelwert des Spannungsabfalles dürfte etwa 38 Volt betragen.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1 ist ein Schaltungsschema einer Gleiehrichtervorrichtung gemäss der Erfindung, Fig. 2 ist ein lotrechter Schnitt eines Ausführungsbeispieles einer Gleichrichterröhre gemäss der Erfindung, und Fig. 3 zeigt Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise.
In Fig. 1 sind 1, 2, 3 und 4 die drei Phasenleiter und der Nulleiter eines Dreiphasennetzes. Die effektive Spannung zwischen diesen Leitern kann z. B. 380 Volt betragen. 4 ist der Nulleiter des Netzes, so dass zwischen diesen und den Phasenleitern eine effektive Spannung von 220 Volt herrscht. Der Strom wird von den Anschlusspunkte über die Sicherungen 5 und den dreipoligen Schalter 6, den Anoden 7, 8und 9 der Entladungsröhre 10 zugeführt. 11 ist die Glühkathode. Der Heizstrom für diese wird von einem kleinen Hilfstransformator 12 geliefert, dessen Primärwicklung zwischen den Phasen 2 und 3 angeschlossen ist und von dessen Sekundärwicklung in der Mitte ein Leiter. M abgezweigt ist.
Dieser Leiter 13 kann über einen Widerstand 14 mit dem positiven Pol der Gleichrichtervorrichtung verbunden werden, während der Leiter 15 den Nulleiter 4 mit dem negativen Pol verbindet. 16 ist eine Gebrauehsvorrichtung, z. B. ein Gleichstrommotor. Der Strom fliesst nun wechselweise von einem der Phasenleiter 1, 2 und. 3 über eine der Anoden 7, 8 und 9 zu der Kathode 11, verteilt sich über die beiden Hälften der Sekundärwicklung des Hilfstransformators, fliesst von der Mittelabzweigung zu der Gebrauchsvorrichtung und dann zurück nach dem Netz.
Die Gleichrichterrohre, von der eine Ausführungsform an Hand der Fig. 2 beschrieben wird, hat, wenn die zu den Gleichstromanschlusspunkten führenden Leitungen keine Impedanz besitzen, eine solche Betriebsspannung, dass der mittlere Wert der zur Verfügung stehenden Spannung, wenigstens bei normalen Belastungen, dem effektiven Wert der Phasenspannung des Netzes praktisch gleich ist.
Wünscht man in den Gleichstromleitungen 1. 3 oder 15 einen Widerstand 14 anzubringen, so muss die Grösse der Betriebsspannung mit Rücksicht auf den Widerstand geregelt werden. Es ist klar, dass man statt eines Widerstandes auch eine andere Impedanz benutzen kann. Zweckmässig wird eine solche Impedanz in den Leiter 1. 3 eingeschaltet..
In Fig. 2 stellt 17 eine gläserne Hülle dar, die an beiden Enden durch die Füsschen 18 und 19 abgeschlossen ist. Die Glühkathode. 20 wird von den in die Quetschstelle 21 eingeschmolzenen Poldrähten 22 getragen. Die Anoden 23, 24 und 25, die z. B. aus zylindrischen Kohlenstüekehen bestehen können, befinden sich innerhalb kleiner Glasrohre 26,27 und 28, die etwas vor den Anoden eine Verengung aufweisen. Die getroffene Einrichtung dient dazu, eine Entladung zwischen den Anoden zu verhindern
EMI2.1
in Reihe mit den Anoden zu schalten. Die Zuführungsdrähte der Anoden werden durch Buchsen 29, .' ? und. 31 aus isolierendem Stoff, z. B. Hartglas, vor Zerstäubung geschützt.
Die Röhre kann mit Argon unter einem Druck von etwa 0'73 mm Quecksilbersäule gefüllt sein.
Die Glühkathode besteht zweckmässig aus einem Kerndraht aus-hoch schmelzendem Metall, z. B. Wolfram, der in Form einer weiten Schraubenlinie gewunden ist und auf den ein zweiter Draht, z. B. aus Nickel, ebenfalls schraubenlinienförmig aufgewickelt ist. Auf letzteren Draht ist der elektronenaussendende Stoff, z. B. Bariumoxyd, aufgebracht. Andere Glühkathoden, z. B. Wolfram-, Thoriumoder Molybdän-Thorium-Glühkathoden, können ebenfalls verwendet werden, aber Oxydkathoden werden bevorzugt, weil sie neben andern Vorteilen auch einen höheren Wirkungsgrad'ergeben, Indem man die Windungen der Kathode weit macht, erreicht man, dass nicht nur der auswärts gekehrte Teil der Kathodenoberfläche Elektronen aussendet, sondern auch, dass die Oberfläche über den ganzen Drahtumfang an der Emission teilnimmt.
Von geringen Änderungen infolge von Nebenumständen abgesehen, ist in Fig. 3 die Spannung E, die die Kathode in bezug auf den Nulleiter des Drehstromnetzes haben kann, an das die Röhre angeschlossen ist, durch die Kurve-32 graphisch dargestellt. Die Kurven 33,. 34 und 35 stellen in dieser Figur die Spannungen zwischen den Anoden und dem Nulleiter dar. Beim Betrieb einer Gleichrichterröhre gemäss Fig. 2 wird zwischen den Elektroden eine Bogenentladung herbeigeführt. Die Bogenspannung eh ist in jedem Augenblick der Unterschied der Spannungen, die die in Tätigkeit gesetzte Anode und die Kathode in bezug auf den Nulleiter haben.
Der über die Zeit, während der die Anode Strom liefert (welche Zeit in dem Fall, für den Fig. 3 gilt, ein Zeitraum von etwa 1/6 Periode vor bis etwa Vg Periode nach dem Augenblick ist, in dem diese Spannung ihren Scheitelwert ss erreicht), berechnete mittlere Wert eg der Spannung zwischen einer Anode und dem Nulleiter beträgt, wenn sich die Netzspannung
EMI2.2
EMI2.3
<Desc/Clms Page number 3>
Nennt man ferner den mittleren Wert der Spannung zwischen Kathode und Nulleiter Eg, so ist die mittlere Bogenspannung eb, :
EMI3.1
welcher Wert z. B. oszillographisch bestimmt werden kann.
Wenn nun ein Dreiphasennetz benutzt wird, dessen effektive Phasenspannung 220Volt ist, und wenn eine Gleichspannung von 220 Volt verlangt wird, so folgt aus Formel (2), dass ek, betragen muss
EMI3.2
Steht ein Dreiphasennetz mit einer verketteten Spannung, deren effektiver Wert 220 Volt beträgt, zur Verfügung, und soll die Gleichrichterröhre eine mittlere Spannung von 110 Volt liefern, so findet man für
EMI3.3
EMI3.4
ist, ändert sich die zur Verfügung stehende Spannung praktisch nicht mit der Belastung. Unter geeigneten Umständen kann z. B. gemessen werden, dass bei einer Stromstärke, die zwischen 3 mA und mehr als 20 Ampere variiert, die Spannung sich praktisch nicht ändert.
Da Energietransformatoren und Beruhigungswiderstände überflüssig werden, kann man mit einer Gleichrichteranlage mit einer Gleichrichterröhre gemäss der Erfindung einen sehr hohen Wirkungsgrad erreichen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Mehrphasige Gleichriehtervorriehtung mit gasgefüllter Glühkathodenentladungsröhre, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einem solchen Spannungsabfall arbeitet, dass bei Anschluss an ein mehrphasiges Wechselstromnetz ohne Zwischenschaltung eines Transformators der mittlere Wert der auf der Gleichstromseite zur Verfügung stehenden Spannung, wenigstens bei normalen Belastungen, dem effektiven Wert der Phasenspannung des Netzes oder dem nächsten für Gleichstrom als normal geltenden Wert praktisch gleich ist.
<Desc / Clms Page number 1>
Multi-phase hot cathode rectifier.
The invention relates to a multiphase rectifier device and a gas-filled multiphase rectifier tube with a hot cathode.
It is customary in a rectifier system to feed the current taken from an alternating current source to a rectifier tube via a transformer, the transformation ratio of which is selected so that the mean terminal voltage with which the rectified alternating current is fed to a utility device has a certain value. The cost of the transformer is a significant percentage of the cost of purchasing such a system, and moreover, a large portion of the space taken up by the system is used for the transformer. Furthermore, the energy losses of the transformer contribute to reducing the efficiency of the system. It is also customary to connect regulating or protective resistors in series with the anodes of polyphase rectifier tubes.
The Joule loss in these resistors reduces the efficiency of the system.
The purpose of the invention is to convert the current of a multiphase alternating current network without using the above-mentioned transformer and preferably without protective resistors with low energy loss into direct current with normal voltage, which is almost constant under various loads. If a direct current network is replaced by a three-phase network of similar voltage, the invention enables the current for the previously used direct current devices to be drawn from the three-phase network with little energy loss and with a voltage that does not depend on the load at all or only little.
A multiphase rectifier device according to the invention contains a gas-filled rectifier tube and is characterized in that it operates with a voltage drop such that when connected to the multiphase AC network without the interposition of a transformer, the mean value of the voltage available on the DC side, at least under normal loads , the effective value of the phase voltage of the network or the next value considered normal for direct current.
The connections between the anodes of the rectifier tube and the connection points and the lines leading in the device to the direct current connection points expediently have practically no impedance.
A polyphase rectifier tube according to the invention contains a hot cathode (expediently an oxide cathode) and a gas filling. The tube is characterized by the fact that, when connected to a multi-phase alternating current network of normal voltage, it operates with such a voltage drop that, at least under normal loads, the mean value of the available voltage corresponds to the effective value of the phase voltage of the network or is practically equal to the next value considered normal for direct current. The word "practical" means
EMI1.1
<Desc / Clms Page number 2>
normal loads the mean value of the available voltage is practically 220 volts.
A suitable mean value of the voltage drop should be around 38 volts.
An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing, for example.
1 is a circuit diagram of a rectifier device according to the invention, FIG. 2 is a vertical section of an embodiment of a rectifier tube according to the invention, and FIG. 3 shows curves for explaining the mode of operation.
In Fig. 1, 1, 2, 3 and 4 are the three phase conductors and the neutral conductor of a three-phase network. The effective voltage between these conductors can e.g. B. 380 volts. 4 is the neutral conductor of the network, so that there is an effective voltage of 220 volts between this and the phase conductors. The current is supplied from the connection points via the fuses 5 and the three-pole switch 6 to the anodes 7, 8 and 9 of the discharge tube 10. 11 is the hot cathode. The heating current for this is supplied by a small auxiliary transformer 12, the primary winding of which is connected between phases 2 and 3 and a conductor of the secondary winding in the middle. M is branched off.
This conductor 13 can be connected to the positive pole of the rectifier device via a resistor 14, while the conductor 15 connects the neutral conductor 4 to the negative pole. 16 is a brewing device, e.g. B. a DC motor. The current now flows alternately from one of the phase conductors 1, 2 and. 3 via one of the anodes 7, 8 and 9 to the cathode 11, is distributed over the two halves of the secondary winding of the auxiliary transformer, flows from the central branch to the utility device and then back to the network.
The rectifier tubes, of which an embodiment is described with reference to FIG. 2, has, if the lines leading to the DC connection points have no impedance, an operating voltage such that the mean value of the available voltage, at least under normal loads, is the effective one Value of the phase voltage of the network is practically the same.
If one wishes to install a resistor 14 in the direct current lines 1, 3 or 15, the size of the operating voltage must be regulated with regard to the resistance. It is clear that you can use another impedance instead of a resistor. Such an impedance is expediently switched into conductor 1.3 ..
In FIG. 2, 17 represents a glass envelope which is closed at both ends by the feet 18 and 19. The hot cathode. 20 is carried by the pole wires 22 melted into the pinch point 21. The anodes 23, 24 and 25, the z. B. can consist of cylindrical pieces of carbon, are located within small glass tubes 26, 27 and 28, which have a narrowing slightly in front of the anodes. The device made serves to prevent a discharge between the anodes
EMI2.1
to be connected in series with the anodes. The lead wires of the anodes are through sockets 29,. ' ? and. 31 made of insulating material, e.g. B. toughened glass, protected from atomization.
The tube can be filled with argon at a pressure of approximately 0.73 mm of mercury.
The hot cathode expediently consists of a core wire made of high-melting metal, e.g. B. tungsten, which is wound in the form of a wide helix and on which a second wire, z. B. made of nickel, is also wound helically. The electron-emitting substance, e.g. B. barium oxide applied. Other hot cathodes, e.g. B. tungsten, thorium or molybdenum-thorium hot cathodes can also be used, but oxide cathodes are preferred because, among other advantages, they also give a higher efficiency. By making the turns of the cathode wide, one achieves that not only the outward facing part of the cathode surface emits electrons, but also that the surface participates in the emission over the entire wire circumference.
Apart from slight changes as a result of secondary circumstances, the voltage E which the cathode can have with respect to the neutral conductor of the three-phase network to which the tube is connected is graphically represented in FIG. 3 by curve -32. The curves 33 ,. 34 and 35 in this figure represent the voltages between the anodes and the neutral conductor. When a rectifier tube according to FIG. 2 is operated, an arc discharge is brought about between the electrodes. The arc voltage eh is at any moment the difference between the voltages which the anode in action and the cathode have with respect to the neutral conductor.
That over the time during which the anode is supplying current (which time in the case to which FIG. 3 applies, a period of time from about 1/6 period before to about Vg period after the instant at which this voltage reaches its peak value ss reached), the calculated mean value eg of the voltage between an anode and the neutral conductor is when the mains voltage
EMI2.2
EMI2.3
<Desc / Clms Page number 3>
If one also calls the mean value of the voltage between the cathode and the neutral conductor Eg, then the mean arc voltage eb is:
EMI3.1
what value z. B. can be determined oscillographically.
If a three-phase network is used, the effective phase voltage of which is 220 volts, and if a direct voltage of 220 volts is required, it follows from formula (2) that ek must be
EMI3.2
If a three-phase network is available with a line-to-line voltage, the effective value of which is 220 volts, and if the rectifier tube is to supply an average voltage of 110 volts, then for
EMI3.3
EMI3.4
the available voltage practically does not change with the load. Under appropriate circumstances, e.g. For example, it can be measured that with a current that varies between 3 mA and more than 20 amperes, the voltage practically does not change.
Since energy transformers and calming resistors are superfluous, a very high efficiency can be achieved with a rectifier system with a rectifier tube according to the invention.
PATENT CLAIMS:
1. Multi-phase rectifier device with gas-filled hot cathode discharge tube, characterized in that the device works with such a voltage drop that when connected to a multi-phase AC network without the interposition of a transformer, the mean value of the voltage available on the DC side, at least under normal loads, the effective one The value of the phase voltage of the network or the next value considered normal for direct current is practically the same.