Mehrphasiger Glühkathodengleichrichter. Die Erfindung betrifft eine -mehrphasige Gleiclirichtervorrichtung.
Es ist üblich, in einer Gleichriehteranlage den einer-Wechselstromquelle entnommenen Strom einer Gleiehrichterröhre über einen Transformator zuzuführen,, dessen Überset zungsverhältnis derart gewählt ist, da.ss die mittlere hlemmspannung, mit der der gleich- gerichtete Wechselstrom einer Gebrauchsvor richtung zugeführt wird, einen bestimmten Wert hat.
Die Kosten des Transformators machen einen bedeutenden Prozentsatz der Anschaffungskosten einer solchen Anlage aus und überdies wird ein grosser Teil des von der Anlage eingenommenen Raumes. für den Transformator beansprucht. Ferner tragen die Energieverluste des Transforma tors zur Verringerung des Wirkungsgrades der Anlage bei.<B>Es</B> ist ferner üblich,. in Reibe mit den Anoden mehrphasiger Gleich- riehterröhren Beruhigungswiderstände züi schalten.
Durch den Jouleschen-Verlust in diesen Beruhigungswiderständen wird der Wirkungsgrad der Anlage herabgesetzt. Zweck der Erfindung ist, den Strom eines mehrphasigen Wechselstromnetzes ohne Ver wendung des obenerwähnten Transformators und vorzugsweise ohne Beruhigungswider stände und 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 Gleichstrom vorrichtungen mit geringem Energieverlust.
und mit einer Spannung, die überhaupt nicht oder wenig von der Belastung abhängt, dem Drehstromnetz zu entnehmen. Eine Gleichrichtervorrichtung gemäss der Erfin dung enthält eine gasgefüllte Gleichrichter röhre mit einer Glühkathode, zweckmässig einer Oxydkathode, und einen Reizstrom transformator. Sie eignet sich dazu, an ein mehrphasiges Wechselstromnetz angeschlos sen zu werden, und sie ist dadurch gekenn zeichnet, dass die Anoden der Gleichrichter röhre ohne Zwischenschaltung eines Trans- formators mit den Anschluss.punkten für die Phasenleiter ,des Netzes elektrisch verbunden sind.
Eine solche Gleichrichtervorrichtunl; kann eine mit einer solchen Betriebsspan nung arbeitende Gleichrichterröhre und Im pedanzen solcher Grösse enthalten, dass@ bei Anschluss der Vorrichtung an ein mehr- phasiges Wechselstromnetz von Normalspan nung der mittlere Wert der auf der Gleich stromseite zur Verfügung stehenden Span nung, wenigstens bei gewöhnlichen Belastun gen., dem effektiven Wert der Phasenspan nung des Netzes bezw. .dem nächsten für Gleichstrom als normal geltenden Wert prak tisch gleich ist.
Mit dem Wort "praktisch" ist gemeint, da.ss der mittlere Wert der zur Verfügung stehenden Spannung geringe Abweichungen zeigen kann, die nicht grösser sind, als der in der Praxis in gewöhnlichen Fällen für zu lässig gehalten wird. In einer besonderen Aus führung arbeitet eine Gleichrichterröhre, wenn sie an ein Drehstromnetz von 220 Volt Sternspannung angeschlossen ist, mit einer solchen Betriebsspannung, dass wenigsfens bei normalen Belastungen der mittlere Wert der zur Verfügung stehenden Spannung prak tisch 220 Volt beträgt.
Die Verbindungen zwischen den Anoden der Gleichrichterröhre und den Anschluss- punkten, sowie die in der Vorrichtung züz den Gleichstromanschlusspunkten führenden Leitungen haben zweckmässig praktisch keine Impedanz.
Eine Ausführungsform des Erfindungs gegenstandes ist in der Zeichnung beispiels weise dargestellt.
Fig. 1 ist ein .Schaltungsschema einer Gleichrinhtervorrichtung gemäss der Erfin dung; Fig. 2 ist ein lotrechter ,Schnitt eines Ausführungsbeispieles einer Gleichrichter- röhre, und Fig. 3 zeigt Kurven, die sich auf die Wirkung beziehen.
In: Fig. 1 sind 1, 2, 3 und 4. die drei Phasenleiter und der Nulleiter eines Drei- phasennettes. Die effektive Spannung zwi schen diesen Leitern kann zum Beispiel 330 Volt betragen. 4 ist der Nulleiter des Netzes, so, dass zwischen diesen und den Phasenlei tern eine effektive .Spannung von 220 *Volt herrscht. Der Strom wird von den Anschluss punkten über die Sicherungen 5 und den dreipoligen. Schalter 6 den Anoden 7, 8 und 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 13 abgezweigt ist. Dieser Leiter 13 kann über einen Widerstand 14 mit dem po sitiven Pol der Gleichriehtervorrichtung ver bunden werden, während der Leiter<B>15</B> den Nulleiter 4 mit dem negativen Pol verbin det. 16 ist eine Gebrauchsvorrichtung, zur. Beispiel ein Gleichstrommotor.
Der Strom fliesst nun wechselweise von einem der Pba- senleiter 1, 2 und 3 über eine der Anoden 7, 8 und 9 zu der Kathode 11, verteilt z4ich über die beiden Hälften der Sekundärwick lung des Hilfstransformators, fliesst von der Mittelabzweigung zu der Gebrauchsvorrich tung und dann zurück nach dem Netz, be ziehungsweise nach dem Nulleiter 4.
Die Gleichrichterröhre, die gemäss Fig. 2 gebaut sein kann, hat bei den in erster Linie der vorliegenden Beschreibung zu Grunde geleg ten Ausführungsbeispielen eine solche Be triebsspannung, dass der mittlere Wert der zur Verfüb un!z stehenden Spannung. wenig stens bei normalen Belastungen, dem effek tiven Wert der Phasenspannung des Netzes oder einem für Gleichstrom als normal gel tenden Wert praktisch gleich ist, und zwar ohne Einschaltung einer Impedanz.
Wünscht man einen gewissen Spannungsabfall bei Be lastung oder eine gewisse Regulierbarken der Spannung, so kann man in den Gleich stromleitungen eine Impedanz, zum Beispiel einen Widerstand 14 anbringen. Bei der Wahl der Betriebsspannung des Gleichrich ters soll der Gegenwart dieser Regelimpedanz Rechnung getragen werden. Zweckmässig wird eine derartige Impedanz in den Lei ter 13 eingeschaltet.
In Fig. 2 stellt 17 eine gläserne Hülle dar, die an beiden Enden durch die Füsschen 18 und 19 abgeschlossen ist. Die Glühka- thode 20 wird von den in die Quetschstelle 21 eingeschmolzenen Poldrähten 22 getra gen. Die Anoden 23, 24 und 25, die zum Beispiel aus zylindrischen Kohlenstückchen bestehen können, befinden sich innerhalb kleiner Glasrohre 26, 27 und 28, die etwas vor den Anoden eine Verengung aufweisen..
Die getroffene Einrichtung dient dazu, ein9 Entladung zwischen den Anoden zu verhin dern und die Rückschlagspannung der Röhre zu vergrösseren. Es ist bei solcher Anordnung der Röhre nicht nötig, Beruhigungswider- stände in Reihe mit den Anoden zu schalten.
Die Zuführungsdrähte der Anoden werden durch Büchsen 29, 30 und 31 aus isolieren dem Stoff, .zum Beispiel Hartglas, vor Zer- stäubung gesehützt. Die Röhre kann mit Argon unter -einem Druck von etwa 0,75 rom Quecksilbersäule gefüllt sein.
Die Glühkathode besteht zweckmässig aus einem Kerndraht aus hochschmelzendem Metall, zum Beispiel Wolfram, der in Form einer weiten Schraubenlinie gewunden ist und auf den ein zweiter Draht, zum Beispiel aus Nickel, ebenfalls schraubenlinienförmig auf gewickelt ist. Auf letzteren Draht ist der elektronenaktive Stoff, zum Beispiel Ba riumoxyd, aufgebracht. Andere Glühkatho- den, zum Beispiel Wolfram-Thorium- oder lMolybdän-Thorium-Glühkathoden, können ebenfalls verwendet werden, aber Oxyd kathoden, die einen höheren Wirkungs grad ergeben, werden bevorzugt.
Indem man die Windungen der Kathode weit macht, erreicht man, da-ss nicht nur der aus wärts gekehrte Teil der Kathodenoberfläche Elektronen aussendet, sondern auch die an dern Teile dieser Oberfläche.
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 zwi schen den Elektroden eine Bogenentladung herbeigeführt. Die Bogenspannung e b ist in jedem Augenblick der Unterschied der Span nungen, die die, in Tätigkeit gesetzte Anode und die Kathode in bezug auf den Nullei ter haben.
Der über die Zeit, während der die Anode Strom liefert (welche Zeit in dem Fall, für den F'ig. 3 gilt, ein Zeitraum von etwa 1/e Periode vor bis etwa 1@6 Periode nach Odem Augenblick ist, indem diese Span nung ihren Scheitelwert e", erreicht) berech nete mittlere Wert eg der Spannung e zwi schen einer Anode und dem Nulleiter be trägt, wenn sich die Netzspannung sinusför- mig mit der Zeit ändert,
etwa
EMI0003.0042
Nennt man den effektiven Wert der Stern spannung eeff> so kann man schreiben
EMI0003.0044
Nennt man ferner den mittleren Wert der Spannung E zwischen.Kathode und Nullei ter Eg, so ist .die mittlere Bogenspannung Pbg
EMI0003.0049
welcher Wert zum Beispiel oszillographisch bestimmt werden kann.
Wenn nun ein Drei phasennetz benutzt wird, dessen effektive Phasenspannung 220 Volt ist und wenn eine Spannung E, von 220 Volt verlangt wird, so folgt aus Formel (2), dass ebg betragen muss
EMI0003.0055
Steht ein Dreiphasennetz mit einer ver ketteten :Spannung, deren effektiver Wert 220 Volt beträgt, zur Verfügung und soll der Gleichrichter-Gleichstrom von einer mitt- leren Spannung von<B>110</B> Volt liefern, so fin det man für ebg:
EMI0004.0003
gleichfalls etwa 38 Volt.
Da, wie sich herausgestellt hat, die mitt lere Bogenspannung eb, fast gar nicht vom Strom abhängig ist, so ändert sich die zur Verfügung stehende ,Spannung praktisch nicht mit der Belastung. Unter geeigneten Umständen kann zum Beispiel gemessen werden, dass bei einer Stromstärke, die zwi schen<I>3</I> 7ri.A Voltmeterstrom und mehr als 20 Amperes variiert, die Spannung sich prak- tisch nicht ändArt. Da Energietransformato ren und Beruhigungswiderstände überflüssig werden,
kann man mit einer Gleichrichter anlage mit einer beschriebenen Gleichrich- terröhre einen sehr hohen Wirkungsgrad er reichen.