CH207266A - Einrichtung zur Konstanthaltung des Gas- oder Dampfdruckes in Vakuumentladegefässen. - Google Patents

Description

  Einrichtung zur     Konstanthaltung        des-Gas-    oder Dampfdruckes  in     Vakuumentladegefässen.       Die     Erfindung    bezieht sich auf eine An  ordnung zur     gonstanthaltung    .des Gas- oder  Dampfdruckes in     Vakuumentladegefässen,     insbesondere in     Quecksilberdampfsstrom-          richtern.     



  Es besteht bei     Quecksilberdampfstrom-          richtern    die Aufgabe, den     Dampfdruck     während des Betriebes, auch bei veränder  lichen Belastungen weitgehend konstant zu  halten, um     Rückzündungen    und sonstige  Störungen zu vermeiden. Um im kalten Zu  stand     des    Vakuumgefässes     bezw.    bei     kleinen     Belastungen einen ausreichend hohen Gas  druck zu erzielen, ist bereits vorgeschlagen  worden, der     Quecksilberdampffüllung    ein  schweres Edelglas zuzusetzen.  



  Die vorliegende Erfindung bezweckt ins  besondere, zu verhindern, dass der-     Dampf-          druck    bei grösseren Belastungen zu hoch wird.  Regeln lässt sich der Druck bekanntermassen  durch Regelung der     Temperatur    des Strom  richtergefässes. Um einen     konstanten    Druck  zu     erhalten,    genügt es jedoch dabei nicht,    lediglich die     Temperatur    des     Gefässmantels     konstant zu halten.

   Es hat sich     nämlich          herausgestellt,    dass der in der Nähe der  Anoden herrschende Dampfdruck um so höher  ist als der der Wandtemperatur zugehörige       Sättigungsdruck,    je höher der     Strom    ist. Be  trägt für einen     bestimmten,        unbelasteten          bezw.    ganz schwach belasteten Stromrichter  bei richtigem Dampfdruck die Wandtempe  ratur z.

   B. 81   C und hält man .diese Tempe  ratur auch bei steigender Belastung konstant,  so zeigt sich, dass beispielsweise bei einem  Entladungsstrom von 800 A (etwa Vollast)  im Innern des     Gefässes    tatsächlich ein Dampf  druck vorhanden     ist,    der (bei der vorhin  angenommenen geringen Last) einer Wand  temperatur von 94       entspricht,    also (bei  Quecksilber) doppelt so hoch ist. Die - wirk  liche     Wandtemperatur    müsste also, um den  richtigen Dampfdruck auch bei der     Belastung     von 300 A einzuhalten, bei dieser     Belastung          81'-13'=68'    C betragen.

   Der Strom  richterkessel muss somit um so kälter gehalten      werden, je höher die     Belastung    ist. Es er  gibt sich empirisch für die Abhängigkeit der  zur Erzielung eines     konstanten    Dampf  druckes erforderlichen     Wandtemperatur    von  der Belastung     eine    Gerade, wie sie beispiels  weise in     Abb.    1 dargestellt ist.

   Da     aber    bei  hoher Last     bezw.    Überlast die     Ionendiclite    an  sich höher ist, kann es     vorteilhaft    sein, einen  etwas kleineren Dampfdruck als durch die  Gerade angegeben durch entsprechende Küh  lung einzustellen, und zwar derart,     da.ss    sich  für die     Temperatur-Belastungskurve    etwa  eine Parabel ergibt     (Abb.    1).  



  Gegenstand der Erfindung ist eine Ein  richtung, mittels welcher selbsttätig für jede  Belastung die richtige Temperatur der     Cre-          fässwandung    mittels eines sie umströmenden       Kühlmittels        eingeregelt    und damit der  Dampfdruck im Stromrichter konstant gehal  ten werden kann. Erfindungsgemäss wird zur  Regelung des     Kühlmittelstromes    ein Wärme  fühler     verwendet,    der einmal unter dem Ein  fluss der     Wandtemperatur    des Vakuum  gefässes steht und ferner zusätzlich in Ab  hängigkeit vom Belastungsstrom beheizt  wird.  



  Zur näheren Erläuterung sei auf die  Zeichnungen verwiesen, in denen in den       Abb.        \?    bis 6 einige Ausführungsbeispiele der  Erfindung     dargestellt    sind.  



  In     Abb.    2 stellt 1 ein     Gleichrichtergefäss     dar,     dessen    Wandung aus Stahl besteht     und     das nach einer Entgasung bei Temperaturen  von 300 bis 400   von der Vakuumpumpe ab  geschmolzen ist. Der Stromrichter ist     über     einen     Transformator    3 an das Drehstrom  netz angeschlossen. Zur Kühlung des Ge  fässes, dient der Lüfter ?, dessen Motor eben  falls aus dem Drehstromnetz     gespeist.    wird.

    Die Ein- und Ausschaltung des     Lüftermoiors          wird    mit     Hilfe    von vormagnetisierten  Drosselspulen 13 vorgenommen, deren     Wech-          sels:trom"vicklungen    in den Speisestromkreis  des Motors eingeschaltet sind, während ihre       Vormabgnetisierungsvdeklungen    über     ein          Gleichrichter-Aggregat    14, z. B. aus Trocken  gleichrichtern, aus dem Drehstromnetz ge  speist werden.

   Im Wechselstromkreis des    Gleichrichters 14 liegt     ebenfalls    eine     Eisen-          dros,selspule    23, die über eine weitere Gleich  richteranordnung 24 vormagnetisiert werden  kann. Im     Vormagnetisierungsstromkreis    der  Drossel 23 liegt der Schalter 8, 9, dessen be  weglicher Kontakt 8 von dem erfindungs  gemäss ausgebildeten Wärmefühler betätigt  wird.  



  Wie schon obenerwähnt,     besteht    der  Wärmefühler     erfindungsgemäss    aus einem  von der Wandtemperatur des Gefässes 1     be-          einflussten    Teil und einem vom Laststrom     be-          einflussten    Teil. Als der von der Wandtempe  ratur beeinflusste Teil des     Wärmefühlers     dient bei dem hier     dargestellten    Ausfüh  rungsbeispiel die Wandung des Gefässes 1  selbst. Auf diese Wandung ist     unmittelbar     aufgesetzt ein weiterer Ausdehnungsstab 6,  z. B. aus Kupfer, der durch eine Heizspule  11     a.iifgeheizt    wird.

   Die     Heizspule    wird über  einen in eine Primärleitung des Gleichrichters  eingeschalteten Stromwandler 1? gespeist.       Der    Stab 6 ist mit einem Hebel 7 mit grossem       Ilebelarmverhältnis    gekuppelt, der seinerseits  den Kontakt 8     betätigt.    Der Hebel 7 ist in  einem Drehpunkt 7' befestigt, dessen räum  liche Lage     hei    Veränderung der Temperatur  des Wärmefühlers nicht verändert wird. Zu  diesem Zwecke ist ein     Stab    5 von ausser  ordentlich geringer     Wärmeausdehnung,    vor  zugsweise aus     Invar    verwendet.

   Dieser Stab  ist verhältnismässig weit unten am Gleich  richtergefäss befestigt oder aber gesondert  aufgestellt, derart, dass bei einer Ausdehnung  der Gefässwandung und des     Stabes    6 der     Ile-          hel    7 nach oben     geschwenkt        wird    und da  durch der Schalter 8 die Kontakte 9     über-          briIckt,    was zu einer     Vormagnetisierung    der       Drosselspule    23 und damit auch der Drosseln  13 führt.

   Der     Spannungsabfall    au den Dros  selspulen 13 sinkt dadurch praktisch auf  Null ab und der     Lüftermotor    erhält Span  nung und beginnt sich zu drehen.  



  Zwecks     Üherstromsicherung    ist der     be-          wegliche    Sehalter 8 als     Doppelschalter    aus  gebildet und so eingerichtet, dass bei einer  besonders starken Last und damit bei einer       lx    sonders starken Ausdehnung der Gefäss-           wandung    1 und des Stabes 6 der Stromkreis  eines     Relais    15 über Kontakte 10     geschlossen     wird.

   Das     Relais    15 öffnet dann beispiels  weise gegebenenfalls nach vorheriger Betäti  gung von     Warnsignalen,    den     .drehstromseiti-          gen        Haupts        halter    4 der Anlage.  



  Da die Ausdehnung des Stabes 6 propor  tional zum Quadrat des     Belastungsstromes     geht,     wirkt    sich eine Erhöhung des Be  lastungsstromes bei starken     Überlastungen     ausserordentlich stark aus. Das hat zur Folge,  dass die     Abschaltzeit    für die Gleichrichter  anlage durch Überbrücken der Kontakte 10  immer geringer wird, je höher der jeweilige       Überlaststrom    ist. Durch passende Wahl des       Materials    des Stabes 6 gelingt es auf diese  Weise, den     Wärmeauslöser    als ein     thermi-          sches    Abbild des zu schützenden Stromrich  ters auszubilden.  



  Ein anderes Ausführungsbeispiel des     Er-          findungs!gegenütandes    ist mehr     schematisch     in     Abb.    3 dargestellt. Der     Ausdehnungs-          körper    6 bildet hier einen Teil des sekundären       Kurzschlusskreises    des Stromwandlers 17,  dessen Primärspule 19 z. B. vom Anoden  strom     flurchflossen    wird. Im übrigen kann       daasi    Gerät mit dem in     Abb.    2 dargestellten  übereinstimmen.  



  In vielen Fällen kann es zweckmässig sein,  an Stelle von     stabförmigen    Ausdehnungs  körpern     Bimetallstreifen    zu     verwenden.    Eine  Anwendung dieser     Art    zeigen die     Abb.        4a     und 4b. Auf dem     Kessel    1 des     Stromrichters     ist eine Stütze 6 aufgebaut, auf welcher  z. B. ein am     Invarstab    5 befestigtes und  durch die Feder 18 gehaltertes, ebenes Blech  aufgelegt ist.

   Auf. diesem Blech liegt bei  spielsweise ein als     Kurzschlusswicklung    6'       (Abb.    4b) ausgebildeter     Bimetallstreifen,    der  beispielsweise ebenso wie an Hand der     Abb.    3       erläutert,    durch einen Stromwandler geheizt  werden kann und sich demgemäss ausbiegt. Ist  die Belastung des     Stromrichters    klein, dann  wird die Betätigung     des    Schalters 9 im we  sentlichen nur durch die Ausdehnung des Ge  fässes 1 bewirkt werden.

   Bei höherer Last da  gegen     erfolgt    auch eine     Aufheizung    des       Bleches    6', so dass     dieses    sich zusätzlich aus-    biegt. Das Schliessen des     Schalters    9 wird so  mit bei     höherer    Last schon bei niederen Tem  peraturen des     Kessels    1     erfolgen    als bei       kleiner        Last.     



  In vielen Fällen ist es zweckmässig, an  Stelle von festen     Körpern    für den Wärme  fühler Flüssigkeiten (Quecksilber) z. B. in  Form von     Kontaktthermometern    zu verwen  den. In     Abb.    5 ist eine Anordnung dieser  Art dargestellt. Das     Kontaktthermometer    20'  ist hier mit langer Flüssigkeitssäule in ein  Metallrohr 20 eingebaut; das gut wärme  leitend mit dem     Stromrichtergefäss    ver  schweisst ist. Das Metallrohr 20 kann an der  Gefässwandung von aussen oder von innen an  liegen. In seinem obern Teil wird das Queck  silber des Thermometers zusätzlich durch die       Heizwicklung    11 beheizt.

   Die Wicklung  kann entweder von einem Wechselstrom       (Anodenstrom,        Obervoltstrom)    oder aber un  mittelbar vom     Gleichstrom    der Anlage     b.ezw.     von einem von     Gleichstrom        abgleiteten    Teil  gespeist werden. In den     obern    Teil des Kon  taktthermometers sind die     einzelnen    Kon  takte eingeschmolzen.

   Bei Schliessen des  ersten Kontaktes     beispielsweise        wird    der       Lüftermotor    oder irgend eine andere Einrich  tung zur     Veränderung    der Kühlung des       Stromrichters        betätigt,        steigt    aber die Tempe  ratur trotz der Kühlung über das zulässige  Mass an, dann kann ein     weiterer    Kontakt ge  schlossen werden, wodurch über Relais die       Abschaltung    der     gesamten    Anlage erfolgen  kann.  



  Um die für die     meisten    elektrischen Ap  parate     vorgeschriebene        Überlastkurve    mög  lichst weitgehend zu     erreichen    (ausserordent  lich kurze     Abschaltzeiten    bei hoher Überlast,  längere     Abschaltzeiten        hei    geringerer Über  last), kann es     vorteilhaft    sein, die Zeit  konstante der     Kompoundierungsein:richtung     viel kleiner als die des Gefässes zu wählen.  Zweckmässig lässt sich dann für die Betäti  gung der Kontakte des     Wärmefühlers    die  Dampfspannung eines Stoffes ausnutzen.

   In       Abb.    6 ist     beispielsweise    als Wärmefühler  eine     Art    Flüssigkeitsthermometer 21 mit me  tallischem Gehäuse und mit einem druck-      empfindlichen     Manometerrohr    22 zur Betäti  gung der Kontakte 9, 10 verwendet. In der  Höhe des Flüssigkeitsspiegels wird die  Flüssigkeit in der schon näher beschriebenen  Weise durch einen von der     Belastung    des       Stromrichters    abhängigen Strom erwähnt.  Bei kleineren und mittleren Belastungen  kann beispielsweise die Erwärmung durch die  Heizspule 11 nur gering sein und der Schal  ter 8 wird somit nur im wesentlichen auf die  Temperatur der Gefässwandung 1 ansprechen.

    Bei hoher Belastung dagegen wird der  Flüssigkeitsspiegel des     Thermoelementes     durch die Wicklung 11 ausserordentlich  stark beheizt, was zu einer sehr raschen Ver  dampfung der Flüssigkeit führt, so dass auch  eine ausserordentlich rasche Abschaltung der  Anlage durch Schliessen der Kontakte 10 er  folgen kann. Es ist somit auf diese Weise  eine einfache Kombination der Lüfter  regelung (durch Betätigen der Kontakte 9)  mit einer     Überstromsichei-ung        (Betätigung     der Kontakte 10) erreicht.  



  Die in     Abh.        \?    näher beschriebene Ver  wendung von vormagnetisierten Drosseln als  Schalter für den Stromkreis des     Lüftermotors     ist     deshalb        besonders    zweckmässig, weil dann,       insbesondere    wenn mehrfache,     ka.skadenartig     angeordnete Drosseln wie in     Abb.    2 benutzt  sind, nur die verhältnismässig geringe Energie  des     Vormagnetisierungsstromkreises    geschal  tet zu werden braucht.

   Diese Energie kann  aber in den meisten Fällen     unmittelbar    durch  die Schaltkontakte des     Wärmefühlers,    die       vorzugsweise    als Vakuumschalter ausgebil  det sein können, bewältigt werden. Will  in-an die     zweite        Gleichriehteranordnung    24  sparen, so kann es bei entsprechender Be  messung der Drosselspulen 23 zweckmässig  sein, auch den     Vormagnetisierungsstrom    für  diese Drossel dem Gleichrichter 14 zu ent  nehmen. In andern Fällen kann auf die  Drosselspule 23 überhaupt verzichtet werden  und der Schalter 8, 9 schaltet dann un  mittelbar den     Vormagnetisierungsstromkreis     (Gleichstromkreis) der Drosseln 13.  



  Häufig ist es auch vorteilhaft, durch die       Kontakte    des Wärmefühlers     Relais    zu    steuern, die     ihrerseits    erst die     Schalter    im       Speisestromkreis    des     Lüftermoto.rs    oder  auch bei     Überstromsicherung    den     Haupt-          schalter    4 der Anlage betätigen.  



  Die Erfindung ist naturgemäss nicht auf  die     Verwendung    bei luftgekühlten Entla  dungsgefässen beschränkt. Bei Stromrichtern  mit Flüssigkeitskühlung wird die Einrich  tung zweckmässig so getroffen, dass die  Kontakte des     Temperaturfühlers    Relais zur       Rezelunz    der     Flüssizkeitszufuhr        betätizen.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Einrichtung zur Konstanthalt.ung des Gas- oder Dampfdruckes in Vakuumentlade- gefässen, die von einem Kiiblmittel umströmt werden, insbesondere für Quecksilherdampf- apparate, dadurch gekennzeichnet, da.ss zur Regelung des Kühlmittel@stromes ein MTä,rme- fühler dient,

   der einmal unter dem Einfluss der Wandtemperatur des Vakuumgefässes steht und ferner zusätzlich in Abhängigkeit vom Belastungsstrom beheizt wird. UNTERANSPRüCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, frei luftgekühltem Vakuumgefäss, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmefühler die Drehzahl des Lüftermotors ändert, indem er den Stromkreis des Lüftermotors steuert. 2.

   Einrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass zur Steuerung des Lüftermotors vormagnetisierte Eisendrosselspulen die- nen, deren durch den Wärmefühler geschaltet wird. 3. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der Wärmefühler einen Sehiitz steuert, der den Lüftermotor nach Bedarf ein- und ausschaltet. 4.

   Einrichtung nach Patentanspruch. und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der Wärmefühler aus zwei hin tereinander geschalteten. gleiebsinnig wirkenden Teilen besteht, von denen der eine auf die Wandtemperatur des Va- kuumgefäss.es anspricht, währen. der an dere durch den Belastungsstrom des Va- kuumap#paratess bezw. durch einen von diesem abgeleiteten Strom aufgeheizt wird. 5.

   Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die Wärmeträgheits- kurve des Wärmefühlers der vorges,chrie- hrnen Überlastzeitkurve des zu schützen den Vakuumapparates angepasst ist. 6. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1, 4 und 5, dadurch ge kennzeichnet, dass als der auf die Gefäss- taemp:eratur ansprechende Teil des. Wärmefühlers unmittelbar die Gefäss wandung selbst dient.

   7. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Vakuum gefäss aus Metall ein in Abhängigkeit vom Belastungsstrom beheizter Aus dehnungs!stab aufgesetzt ist, und dass dieser Stab sowohl bei seiner eigenen wie bei der Ausdehnung der Gefässwandung einen Schalthebel betätigt. B.

   Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1, 4 und 5, dadurch ge kennzeichnet, dass als Wärmefühler ein Kontaktthermometer dient, welches mit langer Flüssigkeitssäule an der Wandung des Vakuumgefässes anliegt und dessen über das Gefäss hinausragender Teil durch eine vom Belastungsstrom bezw. einem dazu proportionalen Strom durch flossene Heizwicklung erwärmt wird. 9.

   Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1, 4 und 5, dadurch ge kennzeichnet, dass als Wärmefühler ein Verdampfungsmanometer dient, welches mit seiner Flüssigkeitssäule an der Wan dung des Vakuumgefässes anliegt und in der Höhe des Flüssigkeitsspiegels mit einer vom Belastungsstrom bezw. einem davon abgeleiteten Strom durchflossenen Heizwicklung versehen ist. 10.

   Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1, 4 und 5, dadurch ge kennzeichnet, dass die lastabhängige Be- heizung des Wärmefühlers über einen Stromwandler erfolgt, der in eine Zu leitung des Vakuumapparates eingeschal tet ist. 11. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1, 4, 5 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zu beheizende Teil des Wärmefühlers selbst Teil der Sekundärwicklung des Stromwandlers ist. 12.

   Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1, 4, 5, dadurch ge kennzeichnet, dass der Wärmefühler bei auftretender Überlast eine Signalanlage betätigt. 13. Einrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1, 4 und 5, dadurch ge kennzeichnet, dass der Wärmefühler bei auftretender Überlast den Belastungs strom abschaltet.