AT146411B

AT146411B - Verfahren zur Einleitung von Lichtbögen bei Lichtbogenstromrichtern.

Info

Publication number: AT146411B
Authority: AT
Inventors: Erwin Dr Ing Marx
Original assignee: Erwin Dr Ing Marx
Priority date: 1933-03-21
Filing date: 1934-03-21
Publication date: 1936-07-10

Description

Verfahren zur Einleitung von Liehtbögen bei Lichtbogenstromrichtern.

Die periodische Einleitung von Lichtbögen durch Hilfsspannungen ist bereits bekannt. Sie wird meist derart vorgenommen, dass eine hochfrequente oder stossartige Überspannung periodisch an die Elektroden einer Funkenstrecke gelegt wird, so dass zwischen den Elektroden ein Überschlag entsteht. In dem heissen Kanal des"Zündfunkens"kann dann, wenn die Zündenergie gross genug ist, der Betriebsstrom nachfliessen. Solche Anordnungen werden insbesondere zum Betrieb von elektrischen Lichtbogenventilen, die der Gleich- und Wechselrichtung dienen, verwendet. Wenngleich sich diese Zündungsart als brauchbar erwiesen hat, so hat sie doch einige Nachteile.

Besonders bei sehr hohen Spannungen ist nämlich die Zündung mit einer Hilfsspannung an den Hauptelektroden deshalb schwierig, weil sehr hohe Zündspannungen (meist das etwa Dreifache des Scheitelwertes der Betriebsspannung) und eine verhältnismässig grosse Zündenergie nötig sind. Ferner ist es ein Nachteil der bisher bekannten Zündungsverfahren, dass die Zündanlage teilweise vom Betriebsstrom durchflossen wird. Die Abmessungen der Zündeinrichtungen werden deshalb sehr gross und die Anlagekosten hoch. Ein weiterer Nachteil ist der, dass die hohen Zündspannungen und-energien nur mit Hilfe von sehr grossen Kondensatoren von den übrigen Apparaten und Leitungen ferngehalten werden können.

Es ist nun zwar weiterhin bekannt, zur Einleitung von Lichtbögen besondere Hilfselektroden vorzusehen. Bei der bekannten Anordnung sind die Hilfselektroden aber Glimmelektroden und sind scharfkantig ausgebildet, damit sie schon bei niedriger Hilfsspannung glimmen. Diese Glimmelektroden werden lediglich zur Vorionisation benutzt, d. h. es soll mit ihrer Hilfe ein'Entladeverzug der Hauptelektroden verhindert werden. Durch eine solche Vorionisation kann die Überschlagsspannung zwischen den Hauptelektroden nicht unter einen bestimmten Wert, der der elektrischen Festigkeit bei Dauerbeanspruchung entspricht, herabgesetzt werden.

Eine solche Einrichtung würde daher für den vorliegenden Fall durchaus ungeeignet sein, denn beispielsweise bei der Mehrphasenumformung müssen die Lichtbögen in den einzelnen Ventilen schon bei einem sehr niedrigen Augenblickswert der Betriebsspannung eingeleitet werden.

Alle diese Nachteile der bekannten Anordnungen werden durch die Erfindung dadurch vermieden, dass zur Einleitung von Lichtbögen bei Liehtbogenstromrichtern zwischen einer Hauptelektrode und einer Hilfselektrode bzw. zwischen Hilfselektroden durch eine periodisch auftretende Hilfsspannung periodisch Überschläge hervorgerufen werden, die einen Hilfslichtbogen erzeugen, welcher zwischen die Hauptelektroden bewegt wird.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen in mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der Nähe der Hauptelektroden 1 eine Zündelektrode 2 angeordnet. Von der Zündelektrode 2 erfolgen, da sie ja in der Nähe der Hauptelektroden 1 vorgesehen ist, Überschläge nach beiden Hauptelektroden hin, wenn man der Zündelektrode 2 eine Spannung aufdrückt, die in ausserordentlich kurzer Zeit gegenüber beiden Hauptelektroden einen sehr hohen Wert erreicht. In dem Wechselstromkreis der Hauptelektroden-ungefähr symmetrisch zu diesen-liegen zwei Drosselspulen 3 und parallel zu der Hintereinanderschaltung von Drosseln und Funkenstrecken Kapazitäten 4, deren Mittelpunkt geerdet sein kann.

Der Zündvorgang spielt sich nun folgendermassen ab : Der Kondensator 5 im Zündkreis wird über einen-hohen Widerstand 6 bis zu der gewünschten Zündspannung aufgeladen. Über die rotierende

Funkenstrecke 7, die synchron mit der Frequenz des Hauptstromkreises umläuft, wird an die Zünd- elektrode 2 plötzlich die Kondensatorspannung gelegt, die, sofern zwischen der Hilfselektrode 2 einerseits. und den beiden Hauptelektroden 1 anderseits ein genügender Spannungsunterschied vorhanden ist, Überschläge nach beiden Hauptelektroden hin hervorruft.

Die Induktivitäten 3 erleichtern in vielen Fällen das Nachfliessen des Hauptstromes, da durch sie Schwingungskreise gebildet werden, die die Zündenergie verstärken. Sofort nach erfolgter Zündung wird der Lichtbogen z. B. mit Hilfe einer Luftströmung oder eines Magnetfeldes und unterstützt durch die Formgebung der Zündelektrode von dieser fortgetrieben, so dass sich die Lichtbogenfusspunkte nur mehr auf den Hauptelektroden befinden. Die Kapazitäten 4 können die Zündspannungen aufnehmen, so dass diese das Netz nicht gefährden können. Zu diesen Kondensatoren können auch hochohmig Widerstände parallel geschaltet werden, damit sie sich entladen können. Die Hauptelektroden können in bekannter Weise als Umformungselektroden ausgebildet sein.

Die in der Fig. 1 veranschaulichte Zündanlage stellt nur ein Beispiel einer Zündeinrichtung dar.

Statt mit Spannungsstössen, die durch plötzliche Entladungen des Kondensators 5 entstehen, können die Zündspannungen auch einem in bekannter Weise geschalteten Teslatransformator oder der Kombination einer Stoss-und Teslaschaltung entnommen werden. Die umlaufende Funkenstrecke kann durch eine normale Funkenstrecke ersetzt werden oder unter Umständen ganz wegfallen. Da bei der erfindunggemässen Anordnung keine sehr grossen Zündenergie nötig sind, kann eine Magnetzündung oder Batteriezündung, wie sie zur Zündung von Verbrennungsmotoren vielfach in Gebrauch sind, Verwendung finden.

In Anlagen, in denen sich mehrere Ventile befinden, erfolgt die Zündung zweckmässig über einen Verteiler von einer einzigen Zündeinrichtung aus.

Eine besondere Schwierigkeit besteht darin, den Betriebsstrom von der Zündeinrichtung abzuriegeln bzw. einen Erdschluss des Wechselstromkreises zu verhindern. Dies kann erfindungsgemäss dadurch geschehen, dass zwischen Zündelektrode und Erde hohe Widerstände, Kapazitäten, Funkenstrecken oder Ventile eingeschaltet werden, die einen Stromdurchgang nach der Erde hin unterbinden oder stark vermindern.

Eine weitere Aufgabe ist es, den Abbrand der Zündelektrode so gering zu halten, dass sie nur selten ausgewechselt werden muss. Das geschieht erfindungsgemäss einerseits dadurch, dass durch Luftströmung oder Magnetfelder oder beide und durch eine geeignete Formgebung dieser Elektrode die Lichtbogenfusspunkte jedesmal nur ganz kurze Zeit auf der Zündelektrode verbleiben. Die Luftströmung kann hiebei so angeordnet sein, dass die Zündelektrode an der hauptbeanspruchten Stelle durch einen starken Luftstrahl gekühlt wird ; derselbe kann auch aus dem Inneren der Zündelektrode herausströmen.

Ferner soll die Zündelektrode so beschaffen sein, dass die Zündungen nicht stets von der gleichen Stelle aus erfolgen. Wenn die Fläche der Zündelektrode gross ist oder wenn die Zündelektrode kammartig oder ringförmig ausgebildet ist, so werden die Fusspunkte der Zündfunken oft wechseln und somit nicht an einer Stelle der Elektrode einen starken Abbrand hervorrufen. Erfindungsgemäss kann der Abbrand der Zündelektrode auch dadurch kleingehalten werden, dass dieselben von innen mit einer Kühlflüssigkeit oder einem Gas gekühlt wird.

Die Zündung, insbesondere die Teilung des Zündfunkens nach beiden Hauptelektroden hin, kann um so leichter erfolgen, je steiler der Anstieg der Zündspannung ist. Zur Versteilung sollen die Leitungen in der Zündanlage möglichst kurzgehalten werden und die Funkenstrecke 7 (Fig. 1) kann z. B. durch eine Kugelfunkenstrecke, Druckluft- oder Ölfunkenstrecke ersetzt werden. Ausserdem wird man der Zündspannung zweckmässig eine Polarität geben, die im Augenblick der Zündung der Polarität der Hauptelektroden oder einer der Hauptelektroden entgegengesetzt ist. Die Spannungsdifferenz zwischen Zündund Hauptelektroden wird dann gross, und die Durchschlagsspannung wird schon durch einen niedrigeren Absolutwert der Zündspannung erreicht.

Es liegt die Annahme nahe, dass die Sperrspannung der Hauptfunkenstrecke durch die in der Nähe befindliche Zündelektrode 2 erniedrigt wird. Auf Grund von Versuchen kann jedoch gesagt werden, dass durch geeignete Formgebung der Zündelektrode, durch einen etwas grösseren Abstand derselben von den Hauptelektroden und durch ausreichende Kühlung eine Verringerung der Sperrspannung fast völlig vermieden wird. Ferner kann das Potential der Zündelektrode erfindungsgemäss so gesteuert werden, dass in der Sperrzeit die Durchschlagsspannung zwischen den Hauptelektroden möglichst hoch wird. Diese Potentialsteuerung kann über einen sehr hohen Widerstand oder eine Induktivität oder eine Kombination aus beiden erfolgen. Um der Zündelektrode in der Sperrzeit das Mittelpotential zwischen den Hauptelektroden zu geben, kann z.

B. eine Verbindung der Zündelektrode über gleichgrosse hohe Widerstände mit beiden Hauptelektroden vorgenommen werden.

Die in der Fig. 1 dargestellte und vorstehend beschriebene Anordnung zur Einleitung von Lichtbögen mit Hilfe einer Zündelektrode ist wesentlich einfacher, betriebssicherer und billiger als alle bisher bekannten Anordnungen, die diesen oder ähnlichen Zwecken dienen.

Zur Vermeidung des Verbrennens der Zündelektrode nach längerer Betriebszeit und von Störungen des elektrischen Feldes zwischen den Hauptelektroden und damit von Rückschlägen während der Sperrzeit ist es zweckmässig, bei Anlagen für hohe Spannung und grosse Stromstärke nicht die in der Fig. 1

veranschaulichte Anordnung, sondern beispielsweise die in der Fig. 2 veranschaulichte Anordnung zu verwenden. Bei dieser Anordnung ist die Zündelektrode 8 von dem Gebiet, in dem der Hauptlichtbogen brennt und in dem ein Rückschlag eintreten kann, entfernt, und es wird durch die Zündelektrode 8 der einen Hauptelektrode 9 ein so hoher Spannungsstoss zugeführt, dass unmittelbar zwischen den Hauptelektroden 9, 10 ein Überschlag eintritt.

Die Fig. 2 bezieht sich auf eine einphasige Gleichrichtung. Die Erfindung kann aber natürlich in der entsprechenden Weise in Mehrphasenanlagen sowie für die Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom oder für Periodenumformung usw. benutzt werden.

Bei der Anordnung der Fig. 2 wird die Gleichstromleitung 11 über die Lichtbogenstrecke 9, 10 von dem Transformator 12 gespeist. Zur periodischen Einleitung der Lichtbögen zwischen den Elektroden 9, 10 dient die in der Hauptsache aus den Kreisen 13, 14 bestehende Zündanlage. 15 ist ein Teslatransformator ; seine Primärseite wird durch den Schwingungskreis 13 gespeist. Der Zeitpunkt des Auftretens der Teslaschwingungen lässt sich durch die rotierende Funkenstrecke 16 verstellen. Parallel zur Sekundärspule des Teslatransformators liegt der Kondensator 17, der beim Auftreten der Schwingungen auf eine hohe Spannung aufgeladen wird. Der weitere Kondensator 18 ist über den sehr grossen Widerstand 19 geschlossen ; er wird durch die Schwingungen zunächst nicht aufgeladen, da zuerst kein geschlossener Stromkreis vorhanden ist.

Die Zündelektrode 8 wird also dieselbe Spannung gegen Erde erhalten, auf die der Kondensator 17 aufgeladen ist. Ist diese Spannung genügend hoch, dann wird zwischen der Zündelektrode 8 und der Hauptelektrode 9 ein Überschlag auftreten. Die Hauptelektrode 9 erhält dadurch stossweise annähernd dieselbe Spannung wie die Zündelektrode 8 gegen Erde. Die Verhältnisse müssen nun so gewählt werden, dass durch den Spannungsstoss an der Hauptelektrode 9 die
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von jeder der beiden Hauptelektroden hat u. a. den Vorteil, dass beim Überschlag zwischen den Hauptelektroden der Zündkreis völlig kurzgeschlossen ist. Die in dem Zündkreis enthaltene Energie wird dann in diesem kurzgeschlossenen Kreis in Wärme umgesetzt. Sie wird demnach in den übrigen Teilen der Anlage nicht mehr durch grosse Spannungserhöhungen wirksam werden können.

Um die mit der Zündanlage zu erzeugende Energie möglichst klein halten zu können, ist es notwendig, die Kapazität der Hauptelektroden und der in unmittelbarer leitender Verbindung mit ihnen stehenden Teile gegen Erde klein zu halten. Bei kleiner Energie der Zündanlage wird auch der Schutz der übrigen Anlageteile gegen die hohen Zündspannungen einfacher durchführbar.

An Stelle der hier dargestellten Anlage zur Erzeugung der Zündspannungen kann natürlich auch jeder andere Weg beschritten werden. In'sehr vielen Fällen wird man auch bei den in den Fig. 2 und 3 veranschaulichten Ausführungsbeispielen mit Zündanlagen auskommen, wie sie beispielsweise bei Auto- mobilmotoren üblich sind.

Der Vorteil der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Anordnungen besteht darin, dass sich die Zündelektroden nicht in dem Gebiet befinden, in dem der Hauptlichtbogen brennt. Die Lichtbogenwanderung und die Rückzündungsverhältnisse werden daher durch die Zündelektroden garnicht gestört. Ferner entstehen zwischen den Zündelektroden und den Hauptelektroden nur schwache'Funken, die eine wesentliche Verbrennung der Elektroden ausschliessen.

Das in der Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt, in welcher Weise der durch die Zündelektrode 25 eingeleitete Hilfslichtbogen 26 zwischen die Hauptelektroden 27, 28 bewegt und dadurch die Überbrückung des Dielektrikums zwischen den beiden Hauptelektroden 27, 28 bewirkt, d. h. die Zündung des Hauptlichtbogens eingeleitet werden kann. Es wird dadurch nur niedrige Spannung zum Zündüberschlag und zum Betrieb des Hilfslichtbogens benötigt, und die Hilfselektrode 25 kann leichter vom Abbrand freigehalten werden.

Bei dem in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Hilfslichtbogen zwischen einer Hilfselektrode und einer Hauptelektrode erzeugt. Er kann aber auch zwischen zwei oder mehreren Hilfselektroden erzeugt werden.

Um für die Zündung des Hilfslichtbogens nur geringe Energie verwenden zu können, soll der Abstand zwischen den Hilfselektroden bzw. zwischen einer Hilfselektrode und einer Hauptelektrode nur sehr gering sein. Der Hilfsliehtbogen kann dann durch Anblasen mit einer Gasströmung oder durch magnetische Blasung in den zu überbrückenden Raum zwischen den beiden Hauptelektroden gebracht werden.

Der Vorgang sei an Hand der Fig. 4 geschildert. Hiebei sei für die nachfolgenden Ausführungen stets diejenige Hauptelektrode, nach der der Zündungsüberschlag erfolgt, als "erste Hauptelektrode" und die gegenüberliegende Hauptelektrode, nach der der Hilfsliehtbogen hingeblasen wird, als "zweite Hauptelektrode"bezeichnet. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist somit 27 die erste Hauptelektrode und 28 die zweite Hauptelektrode. Die Hilfselektrode 25ist koaxial mit der Hauptelektrode 27in geringem Abstand angeordnet. Zwischen der Hauptelektrode 27 und der Zündelektrode 25 wird Gas durchgeblasen, so dass eine zylinderförmig engbegrenzte Strömung von gleichmässiger Stärke entsteht.

Wenn nun durch elektrischen Überschlag der Lichtbogen 26 an der Stelle 29 entsteht, dann wird er durch die Gasströmung mitgenommen und nimmt allmählich die Form 30 an. An der Stelle 31 berührt der Lichtbogen die zweite Hauptelektrode 28. Wichtig ist bei der Anordnung der Strömung, dass der Lichtbogen nicht ausweichen oder eine übergrosse Länge annehmen kann. Es ist deshalb zweckmässig, auch
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elektroden in an sich bekannter Weise in einem geschlossenen Lichtbogenventil angeordnet sind, dasvon einem unter Druck befindlichen Gas zur Kühlung des Hauptlichtbogens durchströmt wird.

Wenn der Hilfslichtbogen die zweite Hauptelektrode 28 berührt, dann kann zwischen den Hauptelektroden 27 und 28 ein selbständiger Lichtbogen 32 (der Hauptliehtbogen) unter der Voraussetzung entstehen, dass zwischen den HauptelektToden 27 und 28 eine genügend grosse Spannungsdifferenz besteht.

Sofern das in der Fig. 4 in vereinfachter Darstellung veranschaulichte Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem geschlossenen Lichtbogenventil verwendet werden soll, ist es gemäss Fig. 5 auszubilden. Die Fig. 5 stellt einen Ausschnitt der einander gegenüberstehenden Elektroden dar. 33 und 34 sind die beiden Hauptelektroden, 35 ist die Hilfselektrode, die koaxial mit der Hauptelektrode 33 angeordnet ist. Sie ist in diesem Beispiel mit Hilfe des Isolierstoffes 36 an dem Metallring 37 befestigt. Der Metallring kann aus Eisen bestehen und zur Erhöhung des magnetischen Ablenkfeldes für den Hauptlichtbogen verwandt werden. Die Hilfselektrode 35 muss durch eine Zuleitung mit dem Hilfsstromkreis verbunden sein. Diese Zuleitung ist nicht gezeichnet. Das Gas zur Bewegung des Hilfslichtbogens strömt durch den Kanal 38 und die Düse 39 auf die Elektrode 34 zu (Hilfsströmung 40).

Ausserdem besteht in bekannter Weise die Hauptgasströmung 41, die zwischen den beiden Elektroden am ganzen Umfang eintritt und durch die beiden in den Hauptelektroden befindlichen Düsen 42 austritt.

Es ist besonders wichtig, dass sich diese beiden Strömungen 40 und 41 nicht gegenseitig stören.

Dementsprechend muss die-Hilfsströmung eingerichtet bzw. eingestellt werden, beispielsweise durch

die Art der Düsenöffnung zwischen der Hilfselektrode und der Hauptelektrode und die Art der Gaszuführung. In der Fig. 6 sind in vergrössertem Massstab Beispiele für Mittel angegeben, die erfindungsgemäss weiterhin hiefür in Frage kommen. In dem Teil a der Fig. 6 ist die Hauptelektrode 33 gegenüber der Hilfselektrode 35 vorgeschoben. In dem Teil b der Fig. 6 ist im Gegensatz dazu die Hilfselektrode 35 gegenüber der Hauptelektrode 33 vorgeschoben. Welcher der beiden Wege der richtige ist, hängt von der Betriebsspannung des Ventils und von seiner Stromstärke ab, weil dadurch die Hauptluftströmung 41 sowie der Elektrodenabstand bedingt sind.

Ferner ist gemäss Fig. 6 vor der eigentlichen düsenförmigen Öffnung 39 ein Gassammelraum 43 angeordnet.

An Stelle einer ringförmigen Düse 39 für die Hilfsgasströmung können auch alle andern Arten von Düsen benutzt werden. So können beispielsweise an einer Hauptelektrode eine oder mehrere Düsen angebracht werden, die auf die zweite Elektrode hin gerichtet sind. In der Nähe der Gasausströmöffnung können wieder Hilfselektroden angeordnet sein ; zwischen denen der Hilfslichtbogen durch einen Funken erzeugt wird. Die Einrichtung kann erfindungsgemäss so getroffen werden, dass bei Anordnung mehrerer Düsen der Funke abwechselnd an den einzelnen Düsen überspringt.

Die Gasströmung muss bewirken, dass einerseits der Lichtbogenfusspunkt auf der zweiten Hauptelektrode 34 (Fig. 5) in der Nähe der Düsenöffnung ansetzt und dass der Lichtbogenfusspunkt auf der Hauptelektrode 33 von seinem Entstehungspunkt in der Nähe der Hilfselektrode 35 ungehindert zu der in der Mitte befindlichen Düsenöffnung 42 wandern kann.

Es war bisher ausgeführt worden, dass für das Hinüberschiessen"des Hilfslichtbogens zur zweiten Hauptelektrode ein besonderer Gasstrahl verwandt wird und dass die Hauptgasströmung, die in bekannter
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geschlossenen Lichtbogenventil die eine Elektrodenanordnung ähnlich gestaltet sein, wie das in Fig. 4 links dargestellt ist. Dieser Elektrodenanordnung muss dann zur Liehtbogenlöschung eine Elektrodenanordnung gegenübergestellt werden, wie sie in Fig. 5 unten bezeichnet ist (Elektroden 34 und 44).

Der Hilfslichtbogen wird dann, wie das bereits oben beschrieben war, bei 29 (Fig. 4) gezündet und durch die Luftbewegung zur zweiten Hauptelektrode getrieben. Dieselbe Luftströmung läuft dann zwischen der ringförmigen Elektrode 34 und Gegenelektrode 44 hindurch und löscht in bekannter Weise den Hauptlichtbogen.

Ein weiteres Beispiel für diese Vereinigung von Hilf s-und Hauptgasströmung ist das folgende :
Stellt man zwei Elektrodenanordnungen, wie sie in der Fig. 5 unten dargestellt sind, einander gegenüber, so kann man bei einer dieser Anordnungen die Gasströmung durch die Düse 42 in den eigentlichen Lichtbogenraum hineinströmen lassen. (Die Gasströmung besitzt dann die umgekehrte Richtung, als das in der Fig. 5 unten dargestellt ist. ) Die Ringelektrode 34 würde in diesem Falle als Zündelektrode, die
Gegenelektrode 44 als Hauptelektrode benutzt. Der Zündfunke schlägt also zwischen diesen beiden Elektroden über und der entstehende Hilfslichtbogen wird. zur zweiten Hauptelektrode hinübergeblasen.

Der Gaskanal muss dann natürlich so gewählt werden, dass sowohl das Hinüberblasen des Hilfslichtbogens wie das Löschen des Hauptlichtbogens einwandfrei vor sich geht.

Für die Grösse der Strömungsgeschwindigkeit, die den Hilfslichtbogen bewegt, ist folgender Gesichtspunkt massgebend :
Die Geschwindigkeit, mit der der Lichtbogen von der Gasströmung mitgenommen wird, ist unter Umständen Schwankungen ausgesetzt. Die Absolutgeschwindigkeit der Hilfsgasströmung muss nun so hoch gewählt werden, dass diese Schwankungen sich nur in geringem Masse auf den Zeitpunkt der Zündung des Hauptlichtbogens auswirken.

Der Hilfslichtbogen schliesst einen besonderen Hilfsstromkreis, dessen Spannung so gross gewählt wird, dass der Lichtbogen auch bei grosser Strömungsgeschwindigkeit des Gases nicht ausgeblasen wird. Zur Stabilisierung des Hilfslichtbogens können Ohmsche oder induktive Widerstände in den Stromkreis eingeschaltet werden. Als Spannungsquelle können Anzapfungen des Haupttransformators direkt oder unter Zwischenschaltung von Transformatoren dienen ; es können aber auch besondere Spannungsquellen isoliert aufgestellt werden. Im Mehrphasenbetrieb ist es unter Umständen zweckmässig, den Hilfsstromkreis auf der Gleichspannungsseite anzuordnen, so dass eine gemeinsame Spannungsquelle für die Hilfsstromkreise mehrerer Phasen benutzt werden kann.

Die Zündung des Hilfslichtbogens kann dadurch erzielt werden, dass die Spannung des Hilfsstromkreises so hoch gewählt wird, dass jedesmal im gewünschten Augenblick der Zündüberschlag eintritt. Es wird vielfach aber auch zweckmässig sein, zwei getrennte Stromquellen für die Einleitung und für den Betrieb des Hilfsliehtbogens zu verwenden. Ein Beispiel für eine derartige einphasige Schaltung zeigt die Fig. 7.45 ist der Haupttransformator, dessen Spannung gleichgerichtet werden soll, 46 der Belastungswiderstand dieses Kreises, 47 und 48 sind die beiden Hauptelektroden und 49 die Hilfselektrode.

(Die Kapazität zwischen den Elektroden 47 und 48 soll möglichst klein sein, damit zur Zündung des Lichtbogens nur geringe Energie nötig ist. ) Der Transformator 50 ist die Spannungsquelle für den Hilfs- stromkreis, der über den Widerstand 51 und den Lichtbogen zwischen 47 und 49 geschlossen wird. Über

die Funkenstrecke 52 werden taktmässig hochfrequente Überspannungen, die in der Anlage 53 (z. B.
Zündanlagen in der Art, wie sie von der Bosch A.-G. für normale Verbrennungskraftmaschinen her- gestellt werden) erzeugt werden, in den Hilfsstromkreis hineingeschickt. Durch die periodisch auftretenden überlagerten Spannungen werden Überschlagfunken zwischen dpn Elektroden 47 und 49 erzeugt, so dass sich der Hilfslichtbogen in der gewünschten Weise ausbilden kann.

Wenn im Augenblick der Zündung die Spannung zwischen den Hauptelektroden hoch ist, wird der Hauptlichtbogen ohne Schwierigkeiten mit Sicherheit eingeleitet, wenn der Hilfslichtbogen zwischen die Hauptelektroden geblasen wird. Ist die Spannung zwischen den Hauptelektroden aber verhältnismässig klein, wie dies bei Mehrphasenanlagen der Fall sein kann, so sind zum Erreichen einer sicheren Zündung des Hauptlichtbogens folgende Gesichtspunkte zu beachten :
Die Polarität der Hilfselektrode im Hilfsstromkreis ist zweckmässig so zu wählen, dass der Lichtbogenfusspunkt leicht auf die zweite Hauptelektrode übergeht. Dies ist normalerweise der Fall, wenn der Fusspunkt Anode ist.

Weiterhin muss zwischen dem Teil des Hilfslichtbogens, der die zweite Hauptelektrode berührt und dieser Hauptelektrode eine Spannungsdifferenz bestehen, die so gross ist, dass das Elektrodenfallgebiet (in dem eben geschilderten Beispiel der Anodenfall) sich in genügendem Masse ausbilden kann. Ausserdem ist zu beachten, dass nach Entstehen des Hauptlichtbogens der Hilfslichtbogen möglichst schnell zum Verlöschen gebracht wird, damit durch diese Wärmequelle keine Störung in der Gasströmung eintritt und an der Hilfselektrode der Elektrodenabbrand weitgehendst verringert wird. Dies ist beispielsweise durch richtige Wahl der Stromrichtung im Haupt-und Hilfsstromkreis zu erreichen.

Wird magnetische Blasung zur Verringerung des Abbrandes auf den Hauptelektroden angewandt, so kann auch auf den Hilfselektroden der Abbrand dadurch klein gehalten werden, dass die magnetische Ablenkung auch auf den Hilfslichtbogen einwirkt und den Liehtbogenfusspunkt zu einer rotierenden Bewegung zwingt.

Eine solche gemeinsame magnetische Ablenkung für Haupt- und Hilfslichtbögen wird beispielsweise bei der Anordnung nach Fig. 5 dadurch erreicht, dass der bereits erwähnte Eisenteil 37 die Hilfselektrode 35 mit einschliesst.
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her erfolgen, so ist es auch bei den in den Fig. 4-6 veranschaulichten Ausführungsbeispielen unter Umständen gui, wenn die Spannung dieser Stromquelle starkverzerrte Kurvenform mit steilem Spannungs- anstieg oder eine einseitige steile Wellenspannungskurve besitzt. Dies kann z. B. durch Einschalten von hochgesättigten Transformatoren oder Drosselspulen sowie durch Transformatoren, die mit Gleichstrom vormagnetisiert sind, in den Hilfsstromkreis erreicht werden.

Bei mehrphasigen Stromrichterschaltungen und Verwendung einer gemeinsamen Spannungsquelle und eines Verteilers zur Speisung der Hilfslichtbogen mehrerer Ventile kann man erfindungsgemäss durch entsprechende Wahl der Frequenz und Phasenlage dieser Hilfsspannungsquelle dafür sorgen, dass im Zündmoment jeweils eine genügend hohe Spannung zum Zustandekommen des Hilfslichtbogens zur Verfügung steht. Diese Forderung ist z. B. im Grenzfalle : Frequenz gleich Null, d. h. bei Verwendung von Gleichspannung als Hilfsspannungsquelle, stets erfüllt. Zur Veränderung des Zündzeitpunktes
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Die Erfindung ist, wie bereits erwähnt, natürlich nicht nur für die Umformung von Spannungen, sondern für alle andern Fälle anwendbar, wo ein Lichtbogen zwischen zwei Elektroden zu gewolltem Zeitpunkt eingeleitet werden soll.

PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Einleitung von Lichtbögen bei Lichtbogenstromrichtern durch Hilfsspannungen und Hilfselektroden, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Hauptelektrode und einer Hilfselektrode bzw. zwischen Hilfselektroden durch eine periodisch auftretende Hilfsspannung periodisch Überschläge hervorgerufen werden, die einen Hilfslichtbogen erzeugen, welcher zwischen die Hauptelektroden bewegt wird.

Claims

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine einzige Hilfselektrode vorgesehen ist und beim Auftreten der Zündspannung Überschläge von dieser Hilfselektrode nach beiden Hauptelektroden hervorgerufen werden.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine einzige, einen Bestandteil des Ventils bildende Hilfselektrode (Zündelektrode) in der Nähe einer Hauptelektrode vorgesehen ist, von der aus beim Auftreten der Zündspannung nach dieser Hauptelektrode hin ein Überschlag hervorgerufen wird.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe jeder der beiden Hauptelektroden Bestandteile des Ventils bildende Hilfselektroden (Zündelektroden) vorgesehen sind, von denen aus beim Auftreten der Zündspannung nach der zugehörigen Hauptelektrode hin Überschläge hervorgerufen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfslichtbogen durch einen Gasstrahl (Hilfsgasstrahl) zwischen die Hauptelektroden geblasen wird. <Desc/Clms Page number 7>

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfslichtbogen durch magnetische Blasung zwischen die Hauptelektroden geblasen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Blasen des Hilfslichtbogens nötige Gasstrahl (Hilfsgasstrahl) so angeordnet bzw. eingestellt wird, dass er die zur Löschung des Hauptlichtbogens nötige Hauptgasströmung nicht stört.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrahl zur Bewegung des Hilfslichtbogens zwischen der Hauptelektrode und der Hilfselektrode oder zwischen den Hilfselektroden hindurchgeblasen wird.

9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Hilfselektrode ringförmig um eine der Hauptelektroden, koaxial mit dieser, angeordnet ist.

10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsgasströmung so aus- gebildet ist, dass der Hilfsliehtbogen nicht durch eine Änderung seiner Lage dem Gasstrahl ausweichen kann.

11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas der Hilfsgasströmung in der Form eines Hohlzylinders mit einheitlicher Stärke am ganzen Umfang, in enger Begrenzung des Lichtbogens und mit hoher Geschwindigkeit von dem Raum zwischen Hilfselektrode und erster Hauptelektrode aus zur zweiten Hauptelektrode geführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsgasströmung aus einer oder mehreren Düsen in den Zwischenraum zwischen den Hauptelektroden geblasen wird.

13. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 5 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Hauptelektrode in der Form der Oberfläche so ausgebildet wird, dass das Gas an der zweiten Hauptelektrode ohne Stauung und Wirbelung aus der Lichtbogenkammer austritt.

14. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Gases so gross gewählt wird, dass Schwankungen in der Geschwindigkeit, mit der der Lichtbogen von der Strömung mitgenommen wird, nur geringe Schwankungen des Zündzeitpunktes für den Hauptlichtbogen bedeuten.

15. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erwünschte Richtung sowie eine gleichmässige und hohe Geschwindigkeit der Gasströmung durch die Art der Gaszuführung, Düsenform an der Austrittsstelle zwischen Hilfs-und Hauptelektrode, durch einen Sammelraum vor den Austrittsöffnungen und durch Vorstehen der Hilfselektrode oder der Hauptelektrode hervorgerufen wird.

16. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verhinderung einer gegenseitigen Störung der Gasströmung für den Hauptlichtbogen und der Hilfsgasströmung das Verhältnis der Geschwindigkeiten dieser beiden Strömungen so eingestellt wird, dass der Hilfslichtbogen die zweite Hauptelektrode in der Nähe der Düse trifft und dass der Lichtbogenfusspunkt auf der ersten Hauptelektrode nicht durch Windschatten an der Wanderung zur Düse hin gehindert wird.

17. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrahl zur Bewegung des Hilfslichtbogens zugleich zur Kühlung und Löschung des Hauptlichtbogens benutzt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass bei den bekannten Lichtbogenlöscheinrichtungen die Gegenpole als Hauptelektroden und eine der Ringelektroden als Hilfselektrode benutzt werden.

19. Verfahren nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Hauptelektrode ein Potential erhält, das sich von dem des geblasenen Hilfslichtbogens an der Stelle, an der dieser die zweite Hauptelektrode berührt, so weit unterscheidet, dass das erforderliche Fallgebiet vorhanden ist.

20. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarität der Zündspannungen so gewählt ist, dass beim Auftreten der Zündspannung eine möglichst grosse Potentialdifferenz zwischen der Zündelektrode und den Hauptelektroden entsteht.

21. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarität der Hilfselektrode im Hilfsstromkreis so gewählt ist, dass der auf der Hilfselektrode befindliche Fusspunkt des Hilfslichtbogens leicht auf die zweite Hauptelektrode übergeht.

22. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität zwischen Hilfs-und Hauptelektroden klein bemessen ist, damit der Funkenüberschlag nur geringe Energie benötigt.

23. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptelektroden einschliesslich ihrer Zusatzeinrichtungen durch Kapazitäten überbrückt sind.

24. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündelektrode breit und unter Umständen kammartig ausgebildet ist.

25. Verfahren nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Hilfselektrode ausgehende Hilfslichtbogen nach Entstehen des Hauptlichtbogens möglichst rasch zum Verschwinden gebracht wird. <Desc/Clms Page number 8>

26. Verfahren nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen durch künstliche Mittel rasch von der Zündelektrode weggetrieben wird.

27. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromrichtung im Haupt-und Hilfsstromkreis so gewählt ist, dass der zwischen Hilfselektrode und zweiter Hauptelektrode bestehende Teil des Hilfslichtbogens durch den Hauptlichtbogen ausgelöscht wird.

28. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung einer magnetischen Ablenkung für den Hauptlichtbogen die Hilfselektrode so angeordnet ist, dass'diese magnetische Blasung auch auf die Hilfselektrode einwirkt.

29. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung des Hilfsstromkreises so hoch bemessen ist, dass der Hilfslichtbogen auch bei starker Gasströmung nicht ausgeblasen wird.

30. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder den folgenden, insbesondere 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupt-und die zugehörigen Zündelektroden so ausgebildet sind, dass zwischen ihnen ein möglichst homogenes elektrisches Feld besteht.

31. Verfahren nach Anspruch 1 oder den folgenden, insbesondere 4, unter Verwendung von zwei Hilfselektroden, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hilfselektroden zum Zweck der Zündung entgegengesetzt gleiches Potential gegen Erde erhalten.

32. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeder Hauptelektrode und den anschliessenden Netzteilen Drosselspulen, gegebenenfalls mit kleiner Windungskapazität, vorgesehen sind.

33. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verhinderung des Übertrittes des Hauptstromes in den Zündstromkreis besondere Mittel, wie Kapazitäten Widerstände, Induktivitäten, Kombinationen aus Kapazitäten, Widerständen und Induktivitäten, Ventile, rotierende Funkenstrecken oder ähnliches, vorgesehen sind.

34. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch EMI8.1 Gas künstlich gekühlt sind.' 35. Verfahren nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündelektrode während der Sperrzeit ein solches Potential erhält, dass die Durchschlagsspannung zwischen den Hauptelektroden möglichst hoch ist.

36. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass Gestalt, Lage und Kühlung der Zündelektrode bzw. Zündelektroden-so gewählt sind, dass eine'Herabsetzung der Sperrspannung zwischen den Hauptelektroden durch die Verwendung der Zündelektrode bzw. Zündelektroden nach Möglichkeit vermieden ist.

37. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass zwei getrennte Stromquellen für die Einleitung und für den Betrieb des Hilfsliehtbogens vorgesehen sind. EMI8.2 zeichnet, dass eine gemeinsame Energiequelle zur Einleitung und Speisung des Hilfslichtbogens vorgesehen ist..

39. Einrichtung'zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfslichtbogen aus einer isoliert aufgestellten Stromquelle'gespeist wird.

40. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung für den Hilfslichtbogen an Anzapfungen des Haupttransformators unmittelbar oder unter Zwischenschaltung von Transformatoren entnommen wird..

41. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch l oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass als Spannungsquelle für den Hilfslichtbogen eine Spannungsquelle mit einer stark verzerrten Spahnungskurve mit steilem Anstieg oder'einer einseitigen steilen Wellenspannungskurve verwendet wird.' 42. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder'den folgenden und nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass als Spannungsquelle des Hilfsstromkreises'hochgesättigte Transformatoren oder Transformatoren mit'Gleichstromvormagnetisierung benutzt werden.

43. Verfahren nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehrphasigen Stromrichterschaltungen die Zündung von den Elektroden gleichen Potentials vorgenommen wird.

44. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder den'folgenden, insbesondere 43, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehrphasigen Schaltungen die Spannungsquellen zur Einleitúng und zum Betrieb der Hilfslichtbogen mehreren Phasen bzw. Ventilen gemeinsam sind.

45. Einrichtung'zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehrphasigen Anlagen die Zündanlagen für die einzelnen Ventile möglichst weitgehend zusammengefasst und gemeinsam gesteuert sind. <Desc/Clms Page number 9>

46. Verfahren nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass bei Mehrphasenschaltungen die Spannungsquelle zur Speisung der Hilfslichtbogen mit einer von der Netzfrequenz abweichenden Periodenzahl betrieben wird.

47. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder den folgenden, insbesondere 46, dadurch gekennzeichnet, dass bei Mehrphasenschaltungen ein Verteiler vorgesehen ist, der die Hilfsspannung abweichender Frequenz nacheinander an die verschiedenen Ventile anlegt.

48. Verfahren nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass bei Änderung des Zündzeitpunktes in Bezug auf die Phasenlage des Hauptnetzes auch die Phasenlage der Spannungen für die Zündung bzw. den Betrieb des Hilfslichtbogens geändert wird. EMI9.1