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Steuerung von Lichtbogengleicichtern.
Die Erfindung betrifft eine Anwendung der bekannten Erscheinung, dass das Zünden eines Lichtbogens von einer betriebsbereiten Lichtbogenkathode, die entweder künstlich bis zu Elektronenemission erhitzt oder durch einen Hilfsliehtbogen erregt ist, zu einer auf beliebig hohem positivem Potential befindlichen Anode durch Anlegen einer genügend negativen Spannung an ein zwischen beiden Elektroden angeordnetes Gitter verhindert werden kann und dass ein bereits gezündet er Lichtbogen, der durch das Gitter hindurch zu der besagten Anode hin brennt, durch eine weitere Spannungsänderung des Gitters nicht mehr merklich beeinflusst werden oder gar gelöscht werden kann.
Diese Erscheinung ist der Ausbildung von gewissen, zum Steuern oder Schalten geeigneten Lichtbogengleichrichtern zugrunde gelegt.
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auch aus mehreren Gefässen mit beliebiger Anodenzahl zusammengestellt sein kann, abgegebene Gleich- strom wird dadurch herabgesetzt, dass man den Zeitpunkt des Zündens jeder Anode durch geeignete
Steuerspannungen in der gewünschten Weise verzögert. Dadurch wird die Brennzeit jedes einzelnen Anodenliehtbogens vermindert und zugleich auch die Stromstärke des gesamten von dem betreffenden
Gefäss abgegebenen Gleichstromes. Die bekannteste Methode zur Durchführung dieses Prinzips besteht darin, dass den Steuerorganen eine bestimmte Weehselstromspannung erteilt wird, deren Phase in bezug auf die Phase der zugehörigen Anoden verändert werden kann.
Dann kann der Zeitpunkt der Zündung einer jeden Anode innerhalb desjenigen Intervalls, in dem sie eine positive Spannung von mindestens dem Lichtbogengefälle gegenüber der zugehörigen Kathode besitzt, willkürlich eingestellt oder ver- schoben werden.
Auch ein weiteres Verfahren zur Beeinflussung des Zündzeitpunktes kann als bekannt voraus- gesetzt werden, nämlich die Veränderung des Effektivwertes der an die Steuerorgane gelegten Wechsel- stromspannung, deren Phasenwinkel gegen die Spannung der Anoden an sich unverändert bleiben kann.
Bei Verminderung des Effektivwertes der Steuerspannung z. B. wird der Zeitpunkt, in dem das einzelne
Gitter dem Lichtbogen zu der zugehörigen Anode Durchlass gewährt, verzögert und die Stromabgabe des Lichtbogengleichrichters hiedurch verkleinert.
Diese beiden bekannten Verfahren besitzen jedoch noch die Mängel, dass sie in ihrer praktischen
Durchbildung verhältnismässig teure Apparate erfordern und eine gewisse Trägheit der Regulierung bedingen, die nur durch kompliziertere Zusatzeinrichtungen vermieden werden kann. Der gesteuerte
Lichtbogen selbst ist bekanntlich trägheitslos, so dass die Regulierung des vom Gleichrichter gelieferten
Stromes theoretisch höchstens eine so lange Zeit erfordern würde, wie zwischen den Zündmomenten zweier zeitlich aufeinanderfolgender Anodenlichtbögen liegt, nämlich sek, wenn f die Frequenz und p die Phasenzahl des betreffenden Gleichrichters bedeutet.
Nun wird diese im allgemeinen sehr kleine Zeitspanne jedoch in der praktischen Ausführung nach den genannten beiden Methoden noch vergrössert durch die Eigenzeit der die Spannung der Steuerorgane beeinflussenden Einrichtungen. Als solche kommen in erster Linie in Betracht die verhältnismässig teuren Drehtransformatoren oder andere entsprechend wirkende Induktionsregler, die mechanisch bewegt werden müssen und daher eine erhebliche Verzögerung des Regelvorganges bedingen. Als weitere Einrichtungen hiefür kommen Drossel- spulen mit veränderlicher Induktivität oder Kondensatoren mit veränderlicher Kapazität in Frage, die auch vorwiegend durch mechanische Bewegungen betätigt werden und in ebenso grosser Zahl
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vorhanden sein müssen, wie der Gleichrichter Phasen besitzt.
Auch eine Änderung der Induktivität von Drosselspulen auf rein elektrischem Wege, wie z. B. durch Anwendung einer Gleichstromyorsättigung der Magnetkerne, würde nur die magnetische Trägheit an Stelle der mechanischen setzen, und man wäre letzten Endes auf die Zuhilfenahme einer grösseren Zahl von Elektronen (Verstärker) röhren angewiesen, die man jeder mit einer Sekundärwicklung zu versehenden Drosselspule etwa paarweise zuordnen müsste.
Erfindungsgemäss wird die Steuerung von Lichtbogengleichrichtern mit an die Steuergitter oder Steuerbeläge gelegten Wechselstromspannungen, deren Spannungsphase gegenüber derjenigen der zugehörigen Gleichrichteranode um einen konstanten Winkel nacheilt, unter Zuführung einer in bezug auf die Gleiehrichterkathode variablen Gleichstromvorspannung, die der von dem Gleichrichter selbst abgegebenen Gleiehstromspannung entnommen wird, derart vorgenommen, dass zwecks selbsttätiger Konstanthaltung der dem Gleichrichter zu entnehmenden Spannung eine Gleichstromquelle, z.
B. eine Batterie, zwischen die negative Gleiehstromleitung und den Steuergittertransformator in Reihe mit einer zweiten leichstromquelle geschaltet ist und der zweiten Gleichstromquelle ein Widerstand mit einem veränderlichen Abgriff parallel liegt, der zur Einstellung des Sollwertes der Gleichstromspannung des Gleichrichters dient.
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des den Steuerorganen zuzuführenden Wechselstromes. Sie vermeidet alle Regelungen der Phasenlage und der Phasenspannungen dieses Wechselstromes und bewirkt jede gewünschte Änderung des Zündmomentes der Anodenliehtbogen durch Zuhilfenahme einer regelbaren Gleichstromspannung, die zweck- mässigerweise zwischen die Kathode des Gleichrichters und den Sternpunkt der die Steuerspannung liefernden Weehselstromquelle zu legen wäre.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt das Schaltschema Fig. 1. Ein dreiphasiger Quecksilberdampfgleichrichter a ist an die Sekundärklemmen eines Transformators b ange- schlossen und liefert Gleichstrom zu den Verbraucherklemmen c. Die Anodenarme des Gleichrichters sind umhüllt von ringförmigen Metallbelägen cli, d die mittels eines ebenfalls dreiphasigen Transformators e mit den Anodenklemmen j, s, g derart induktiv gekoppelt sind, dass cll gegen i, gegen ts und d3 gegen 3 dauernd eine den besonderen Bedingungen der Steuerung angepasste unveränderliche Phasennacheilung der Spannung aufweist.
Zu diesem Zweck sind die Primärwicklungen des Transformators e in geeigneter Weise verkettet. Der sekundäre Sternpunkt von e ist mit einer Spannungs- teilerklemme g eines Widerstandes h verbunden, der parallel zu einer Batterie i geschaltet ist. Die Batterie i liegt in Reihe mit einer weiteren Batterie 1, die bei m mit dem Minuspol der Gleichrichteranlage verbunden ist, um eine konstante Vergleichsspannung für die bei c herrschende zu gewinnen.
Wenn dann aus irgendeinem Grunde die Spannung bei c sinkt, steigt gleichzeitig die Vorspannung der Beläge, wodurch eine Erhöhung der Stromabgabe, also eine automatische Nachregulierung der Gleich-
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den Klemmen in Fig. 1 mit D und G bezeichnet. Die ausgezogenen, für die Fälle I, II und III geltenden Linien D1 lassen erkennen, wie die sinusförmige Spannung an dem Belag durch Wahl verschiedener Gleichstromvorspannungen in vertikaler Richtung zur Achse, also ohne Phasenänderung, verschoben wird. Der Betrag der Vorspannung ist zugleich aus dem Abstand der strichpunktierten Aehslinien G von der festen Achse K, dem als Bezugswert dienenden Kathodenpotential, zu entnehmen. Die Spannung
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des Eintritts der Lichtbogenzundung beeinflusst wird.
Die zur Einleitung der Zündung ausreichende Spannung hat das Gitter an den mit Zr bzw. Zjr bzw. Zm bezeichneten Zeitpunkten erreicht. Gleich- zeitig fällt die Anodenspannung Fi von ihrem bereits erreichten positiven Spannungswert auf den meist relativ kleinen Betrag der Lichtbogenspannung E im Gleichrichter, der bis zum Erlöschen der Anode im Punkte L bestehen bleibt. Mit der Abnahme der Brennzeit, die gekennzeichnet ist durch die Ab-
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tinuierlich, wenn der Spannungsteiler 7t der Fig. 1 eine kontinuierliche Veränderung der Vorspannung erlaubt.
Zur Regelung der Gleiehstromvorspannung sind verschiedene bekannte Vorrichtungen ver- wendbar, die teils mechanisch, teils elektrisch betätigt werden können, z. B. ein Spannungsteiler oder ein Zitterrelais, das periodisch abwechselnd zwei bestimmte Gleichstromspannungen einschaltet, oder auch eine einzelne Verstärkerröhre, die den Spannungsabfall in einem Widerstand ihres Anodenkreises verzögerungsfrei regelt.
Als Wechselstromquelle für die Steuerorgane ist dann beispielsweise nur ein gewöhnlicher Transformator notwendig, der aus dem gleichen Wechselstromnetz wie der Gleichrichter selbst gespeist wird und der durch geeignete Verkettung seiner Primärwicklung eine von vornherein festzulegende Phasenlage erhält, derart, dass die Spannung der Steuerorgane um etwa 900 gegen die Spannung der zugehörigen Anoden nacheilt.
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Eine weitere Art der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass man parallel zu den einzelnen Steuerorganen je eine Anode eines Hilfsgleichriehters oder einer Gruppe von Ventilen gleicher Phasenzahl anschliesst und die Kathode dieses Hilfsgleiehrichters bzw. die miteinander verbundenen Einzelkathode sowohl mit dem Sternpunkt des Steuerspannungstransformators als auch mit der Kathode des Hauptgleichrichters, beispielsweise über veränderliche Ohmsche Widerstände, verbindet. Auch auf diese Art der Regulierung lassen sich wieder die genannten schnellwirkenden Zwisehen- apparate in Anwendung bringen wie Relais oder Elektronenröhren, wenn es darauf ankommt, die Gleich-
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