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Verfahren zum Steuern von Vakuumapparaten (Gleichrichtern, Wechselrichtern od. dgl.).
Um Gleichrichter, Wechselrichter od. dgl. zu steuern, verfuhr man bisher in der Weise, dass man bei gegebener Anodenspannung die Zündspannung des Vakuumapparates durch Steuerung des Potentials von den Anoden vorgelagerten Gittern herauf-oder heruntersetzte, so dass nach Belieben die Zündung des Lichtbogens verhindert oder ermöglicht wurde. Unter der Zündspannung ist dabei derjenige Spannungswert zu verstehen, den die Anodenspannung überschreiten muss, damit der Lichtbogen einsetzen kann.
Die Zündspannung wird beeinflusst sowohl durch die konstruktiven Verhältnisse des Gleichrichters (Quer- schnitt des Lichtbogenweges, Einbauten, Kühlung, Gas-und Dampfdruek, Dampfdiehte usw. ) als auch durch den elektrischen Zustand des Lichtbogenweges, in erster Linie durch die Raumladung. Diese Raumladung wurde bisher, wie gesagt, fast ausschliesslich zur Steuerung des Vakuumapparates verwendet, indem den Anoden vorgelagerten Gittern willkürlich ein positives oder negatives Potential mit Hilfe von Steuerapparaten aufgedrückt wurde. Wurden sie relativ zum Potential der Kathode positiv geladen, dann wurde die Zündspannung herabgesetzt und der Lichtbogendurchgang freigegeben, wurden sie negativ geladen, dann wurde die Zündspannung über den Wert der Anodenspannung gehoben, und dadurch wurde der Lichtbogendurchgang gesperrt.
Diese Steuerung erfordert somit besondere Zuleitungen zu den Gittern, die isolierte Durchführungen durch das Gleichrichtergefäss erhalten müssen, sie hat aber verschiedene Nachteile. Abgesehen davon, dass überhaupt ausser den Durchführungen für die Anoden noch Durchführungen für die Gitter erforderlich sind, welche den Bau der Gleichrichter komplizierter und teurer machen, treten auch oft Rückzündungen auf die Gitter auf. Diese Ströme können erhebliche Werte annehmen, falls nicht hohe Begrenzungswiderstände vorgesehen werden, die aber ihrerseits die Steuerung erschweren, da sie selbst nicht ohne Einfluss auf die Ladung der Gitter sind. Es addiert sich nämlich der Spannungsabfall in diesen Widerständen zu den Steuerspannungen, und dadurch geht die Eindeutigkeit des Ladepotentials verloren.
Die Möglichkeit der Rückzündung auf die Gitter wird noch dadurch erhöht, dass die Steuerspannung das Potential der Gitter über das Potential der Anoden hebt, so dass das Potentialgefälle Gitter-Kathode oft grösser ist als das Anode-Kathode. Wenn auch im allgemeinen die Vorschaltwiderstände im Gitterkreis die Fehlerströme auf ein unschädliches Mass begrenzen, so können sie aber doch die Steuerung als solche nachteilig beeinflussen, z. B. durch Versagen der Zündung oder durch zeitliche Verschiebungen der Zündmomente, was bei gewissen Umformungen als erhebliche Störung gewertet werden muss. Diese Nachteile werden durch das Verfahren gemäss der Erfindung vermieden. Nach diesem Verfahren soll die Steuerung nicht durch Beeinflussung der Zündspannung, sondern durch Beeinflussung der Elektrodenspannung bewirkt werden.
Stellt man nämlich die Zündspannung auf einen die Betriebsspannung der Anoden etwas übersteigenden Wert ein und erhöht, um die Anode zum Zünden zu bringen, die Anodenspannung kurzzeitig über den Wert der Zündspannung, so wird der Lichtbogen in der gleichen Weise einsetzen, als wenn man die Anodenspannung konstant gehalten, aber die Zündspannung herabgesetzt hätte.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zum Steuern von Vakuumapparaten (Gleichrichter, Wechselrichter od. dgl.), bei welchem mit Hilfe von Steuereinrichtungen zyklisch den in der Phase aufeinanderfolgenden Anoden Überspannungen erteilt werden, welche die Anodenspannung über den Wert der Zündspannung heben, und bei welchem erfindungsgemäss Einbauten (Gitter) in dem Lichtbogenweg vorgesehen sind, denen dauernd ein gegenüber der Kathode negatives Gleichspannungspotential
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spannung der Hauptanoden ist.
Wird so den Gittern dauernd ein die Zündspannung künstlich hochhaltendes negatives Potential aufgedrückt, dann kann der Moment der Zündung innerhalb der für den Vorwärtsstrom in Betracht kommenden Halbperiode durch den Anoden erteilte Überspannungen beliebig gewählt und verschoben werden, und es ergibt sich dabei eine grosse Genauigkeit und hohe Sicherheit der Steuerung. Auf diese Weise ist die Regelung eines Gleich-oder Wechselstromes, die Umformung einer Stromart in die andere, die Steuerung kollektorloser Motoren usw. möglich. Die Zeitdauer der Stromführung jeder Anode wird auch hier durch die Lage der Zündmomente wesentlich beeinflusst.
Die Erteilung der kurzzeitigen Überspannung ist auf verschiedene Weise möglich. Die Anoden sind zwar mit den Klemmen des den Vakuumapparat speisenden Transformators fest verbunden, und damit erscheint zunächst ihr Potential eindeutig festgelegt. Wenn man aber berücksichtigt, dass für steile Spannungsfronten die Induktivität der Zuleitungen bereits eine Rolle spielt, so wird man erkennen, dass, wenn man den Anoden zusätzliche Spannungen hoher Frequenz zuführt, das Anodenpotential sich gegenüber dem Potential der zugehörigen Transformatorklemmen in hohem Masse ändern kann. Sollte die Induktivität der Zuleitung nicht genügen, so hindert ja nichts, sie künstlich, z. B. durch Biegungen, Knicke oder Luftdrosseln, zu erhöhen.
Will man die Überspannung durch kurzzeitiges Anlegen der Anoden an eine Quelle ungedämpfter Schwingungen erzeugen, so kann dies. mit Hilfe eines entsprechenden Kontaktapparates geschehen. Ein anderes Mittel wäre, Funkenerzeuger zu verwenden, welche den Anoden Überspannungen durch Funkenüberschlag erteilen. Als Funkenerzeuger können Induktoren, Oszillatoren, Reibungs- oder Influenzelektrisiermaschinen usw. verwendet werden. Es ist vorteilhaft, parallel zur Funkenstrecke Kondensatoren zu schalten, weil hiedureh die Intensität des Funkens grösser und die erzeugte Überspannung der Anoden höher wird. Um das Einsetzen des Lichtbogens zu sichern, wird man die Vakuumapparate mit dauernd brennenden Erregerlichtbogen versehen, welche die Wirkung der Steuereinrichtung unterstützen.
Die Aufeinanderfolge der Funken, wie überhaupt der jeder Anode (oder Kathode) erteilten Überspannungen kann der Betriebsfrequenz des Wechselstromes oder einer beliebig wählbaren Frequenz entsprechen.
Das beschriebene Verfahren ist bei allen Schaltungen anwendbar, bei denen bisher Gittersteuerung zur Anwendung gelangte. Es vereinfacht den Bau des Gleichrichters und erhöht die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Steuerung.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Steuern von Vakuumapparaten (Gleichrichter, Wechselrichter od. dgl.), bei welchem mit Hilfe von Steuereinrichtungen zyklisch den in der Phase aufeinanderfolgenden Anoden Überspannungen erteilt werden, welche die Anodenspannung über den Wert der Zündspannung heben, dadurch gekennzeichnet, dass Einbauten (Gitter) in dem Lichtbogenweg vorgesehen sind, denen dauernd ein gegenüber der Kathode negatives Gleichspannungspotential von solcher Grösse aufgedrückt wird, dass die Zündspannung in jedem Moment höher als die Betriebsspannung der Hauptanoden ist.