DE1909268A1 - Veraenderbarer elektrischer Fluessigkeitswiderstand - Google Patents

Description

Veränderbarer elektrischer Flüssigkeitswiderstand

Die Erfindung betrifft einen veränderbaren elektrischen Flüssigkeitswiderstand, der Ja Phase eine in Elektrolyt getauchte gerätefeste Elektrodenanordnung innerhalb eines senkrecht verschieblichen, über den Flüssigkeitsspiegel ragenden Isolierrohres aufweist. Durch die deutsche Auslegeschrift 1 198 444 ist ein solcher Flüssigkeitswiderstand zum Anlassen und zur Drehzahlsteuerung von Drehstrom-Schleifringläufermotoren bekannt geworden, der je Phase eine aus einer einzigen Elektrode bestehende Elektrodenanordnung hat, wobei sämtliche Elektroden in einem gemeinsamen Elektrolytbehälter angeordnet sind. Die Elektroden der einzelnen Phasen sind durch den Elektrolyten in Dreieckschaltung miteinander verbunden. Bei einer solchen Anordnung sind insbesondere durch das Kühlsystem unerwünschte elektrische Nebenschlüsse innerhalb des Elektrolyten unvermeidbar. Weiterhin ist es aus Gründen der symmetrischen Belastung erforderlich, daß die Elektroden an den Eckpunkten eines gedachten gleichseitigen Dreiecks angeordnet sein müssen und somit einen bestimmten Mindestabstand voneinander haben, der bei voll unwirksam gemachten Isolierrohren einen verhältnismäßig großen Restwiderstandswert ergibt. Selbst wenn eine starke einseitige Belastung der Elektroden bei voll 'unwirksam gemachten Isolierrohren in Kauf genommen wird, können bei diesem Prinzip die fur Anlaß- und Steuerzwecke erwünschten Werte

a) !testwiderstand (kleinster einstellbarer Widerstand) möglichst nur einige mil zur Vermeidung großer Stromspitzen beim Kurzschließen des Läufers,

b) Widerstandsverhältnis vom größten zum kleinsten einstellbaren

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Widerstandswert bei unveränderter Konzentration des Elektrolyten etwa 4üO : 1 zwecks Ausnutzung eines mögliehst großen regelbaren Drehzahlbereiche

nicht erreicht werden.

Dieser bekanntgewordene Flüssigkeitswiderstand ist deshalb zwar als veränderbarer Belastungswiderstand brauchbar, aber für Anlaßzwecke und Drehzahlsteuerung ungeeignet. Die durch den konstruktiven Aufbau entstehende Dreieckschaltung läßt außerdem eine getrennte Benutzung der Widerstandszweige, wie dies bei Schleifringläufermotoren mit Hintermaschine erwünscht ist, nicht zu.

Um eine Sternpunktschaltung der Elektroden von Flüssigkeitswiderständen zu ermöglichen, ist in bekannter Weise (britische Patentschrift 588 171, DRP 690 171) je Phase eine aus zwei relativ zueinander verstellbaren Elektroden bestehende Elektrodenanordnung innerhalb eines gerätefesten Isolierrohres vorgesehen und es sind alle Elektrodenanordnungen mitsamt den Isolierrohren in einem gemeinsamen Elektrolytbehälter angeordnet. Der Widerstandswert ist dabei durch die Entfernung zwischen der festen und der beweglichen Elektrode jeder Elektrodenanordnung bestimmt und kann durch engstmögliche Annäherung der Elektroden einer jeden Elektrodenanordnung auf einige mil Restwiderstandswert herabgesetzt werden, wodurch ein ausreichend großes Widerstandsverhältnis möglich ist. Bei Verwendung von Flüssigkeitswiderständen dieser Art als Steuerwiderstände mit rasch zu verändernden Widerstandswerten müssen die verhältnismäßig schweren Elektroden ausreichend schnell und mit entsprechendem Hub verstellt werden können. Wegen des verhältnismäßig großen Hubs der schweren Elektroden weisen solche Flüssigkeitswiderstände eine große Bauhöhe und aufwendige, schwere Verstellantriebe und Tragteile auf. Die Unterbringung der Elektrodenanordnungen in einem gemeinsamen Elektrolytbehälter und die bisher üblichen Konstruktionen beschränken die Spannungsfestigkeit solcher Flüssigkeitswiderstände für Drehzahlverstellung auf nur 3 kV Läuferspannung.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Flüssigkeitswiderstand mit gerätefesten Elektroden und verstellbaren Isolierrohren zu schaffen, der je nach Bedarf Sternschaltung» Dreieckschaltung oder auch getrennte (offener Sternpunkt) Benutzung der Widerstandszweige (Elektrodenanordnungen) erlaubt und bei kleinerem Bauvolumen für höhere Spannungen ertüchtigt ist. Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß jede Elektrodenanordnung aus mindestens zwei konzentrisch ineinander gerätefest angeordneten Elektroden besteht, die zusammen mit mindestens einem zwischen die benachbarten Elektroden ein- und ausbringbaren Isolierrohr jeweils in einem gesonderten elektrolytgefullten Isolierbottich angeordnet sind. Da als Isolierrohre insbesondere verhältnismäßig leichte Polypropylenrohre dienen, können die zu bewegenden kleineren Massen mit entsprechend kleineren Verstellmitteln mit größerer Geschwindigkeit (}OU bis 4OC ms) verstellt werden. Der. widerstandswirksame Abstand zwischen den zusammenwirkenden Elektroden einer Elektrodenanordnung ist dabei etwa durch das Zweifache der Strecke bestimmt, um die das untere, im Elektrolyten befindliche Ende des Isolierrohres von der Unterseite der Elektroden entfernt ist. Man kommt demnach mit dem halben Hub wie bei den bekannten Flüssigkeitswiderständen aus.

Um den !testwiderstand bei völligem Entfernen jedes Isolierrohres aus seiner Elektrodenanordnung auf einen nur wenige mQ. betragenden Restwiderstandswert herabzudrücken, ist es besonders vorteilhaft, jede Elektrodenanordnung aus drei konzentrisch ineinander angeordneten Elektroden zu bilden und die äußeren und inneren Elektroden ailer Elektrodenanordnungen zu einem Sternpunkt zu verbinden. Hierbei ändert sich die Stromverteilung bei Verstellung der Isolierrohre so, daß der Stromflufi bei größtem Widerstandswert im wesentlichen zwischen der inneren Elektrode und der sie konzentrisch umgebenden mittleren Elektrode und bei Verkleinerung des Widerstanctswertes von der mittleren Elektrode zunehmend zur äußerer. Elektrode verläuft, da diese wegen ihres größeren Durchmessers mehr Strom aufnimmt ai.B die innere Elektrode- Fei einer iternpunktverb:ndung der äuiieren und inneren EIek⁺roden a.ier

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ÖAO ORFGJNAL

Elektrodenanordnungen besteht die Möglichkeit einer gemeinsamen Strumzuführung. Bei geöffneter Sternpunktschaitung dagegen müssen alle Elektroden jeder Elektrodenanordnung über isolierende Stützer an einem Gestell od.dgl. befestigt sein.

Bei Ausführung eines Flüseigkeitswiderstandes mit geöffnetem Sternpunkt können die äußeren Elektroden der Eiektrodenanordnungen in Portfall kommen, da hierbei größere Restwiderstandswerte zugelassen sind, die in üblicher Weise durch gesonderte Schaltmittel überbrückt werden. Die gerätefesten Elektroden können durch ruhende einfache Stromzufuhrungen mit den elektrischen Maschinen bzw. dem Netz verbunden werden, wodurch flexible Leiter und aufwendige Sohleifkontaktanordnungen entfallen.

Bei Verwendung von Flüssigkeitswiderständen als wenig benutzte Anlaßwiderstände kann die entstehende Wärme vom Elektrolyten aufgenommen werden, so daß besondere Kühlmaßnahmen entbehrlich sind. Bei öfter-aufeinanderfolgenden Anlaßvorgängen und bei Verwendung solcher Flüssigkeitswiderstände als Stellwiderstände reicht die Wärmekapazität des Elektrolyten aber nicht mehr aus, so daß gesonderte Kühlaaßnahmen notwendig sind.

Eine besonders gute Kühlung mit einfachen Mitteln läßt sich gemäß einer weiteren Gestaltung des Gegenstandes nach der Erfindung dadurch erreichen, daß die in an sich bekannter Weise als Hohlt körper ausgebildeten Elektroden jeweils mit Kühlmittel zu- und -abflüseen versehen sind.

Bei der Sternpunktschaitung der Elektroden besteht die Möglichkeit, die Kühlmittelzu- und -abflüsse der inneren und äußeren Elektroden als Stromleiter mit zu benutzen. Die mit dem Kühlmittel in Berührung kommenden Flächen der mittleren Elektrode werden in diesem Fall mit einer Isolierauskleidung versehen und die Kühlmittelzu- und -abflüsse aus isolierenden Rohren gebildet. Eine Kühlung läßt sich auch auf einfache Art dadurch erreichen, daß die als Hohlkörper ausgebildeten Elektroden in an sich bekannter Weise (britische Patentschrift 588 171) mit Durchlaßöffnungen für den Elektrolyten versehen sind. Das Zuführen des

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gekühlten Elektrolyten erfolgt hierbei vorteilhafterweise über das zur Befestigung der mittleren Elektrode benutzte Rohr und das Abführen des Elektrolyten zu einem Rückkühler über Isolierrohre .

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

Pig. 1 eine Elektrodenanordnung im Längsschnitt, Pig. 2 einen teilweise geschnittenen Plüssigkeitswiderstand in

Seitenansicht,
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Gegenstand nach Pig. 2.

In Pig. 1 ist in einem Isolierbottich 1 - bestehend aus einem Kunststoffrohr, insbesondere aus Polypropylen, das an seiner Unterseite durch einen aus gleichem Material gebildeten Boden 1a abgeschlossen ist - eine Elektrodenanordnung ruhend eingefugt, die vollständig vom Elektrolyten 2 bedeckt ist. Die Elektrodenanordnung besteht aus konzentrisch ineinander angeordneten gleichlangen Elektroden 3» 4 und 5» die alle als Hohlkörper ausgebildet und mit gegenüber den übrigen Wandteilen wesentlich dickwandigeren Bodenteilen 3d, 4d und 5d versehen sind. Dadurch wird eine entsprechend lange Lebensdauer der Elektroden gewährleistet. Die innere Elektrode 3 ist eine Topfelektrode, die mittlere und die äußere Elektrode 4 und 5 sind Ringelektroden. Die Topfelektrode ist mit einem aus Eisen gebildeten KühlmittelZuflußrohr 3a und einem ebenfalls aus Eisen bestehenden Kühlmittelabflußrohr ^b verbunden, die beide als Stromleiter mitbenutzt sind. Das bis zum Bodenteil 3d reichende Kühlmitteizuflußrohr 3a hat an seinem unteren Ende in der Mantelfläche vorgesehene Öffnungen 3c. Das Kühlmittel verläßt die Topfelektrode in dem RingZwischenraum zwischen den Rohren 3a und 3b, wobei das Kühlmittelabflußrohr }b an der Deckfläche der Topfelektrode endet. Die beiden Ringelektroden 4 und 5 sind mit bis kurz vor dem jeweiligen Bodenteil endenden Kühlmittelzuflußrohren 4a und 5a und mit nur die Deckfläche kurz durchdringenden Kühlmittelabfluürohren 4b und 5b

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versehen. Die Kühlmittelzu- und -abflußrohre 5a und 5b bestehen ebenfalls aus Eisen und sind als Stromleiter mitbenutzt mit den Kühlmittelzu- und -abflußrohren 3a, 3b aller Elektrodenanordnungen in Sternverbindung zusammengeschaltet. Zwischen den verhältnismäßig eng benachbarten Elektroden 3 und 4 einerseits und 4 und 5 andererseits sind Isolierrohre 6 und 7 koaxial angeordnet, die gemeinsam mit einem Isolierträger 8 verbunden sind, der oberhalb der Elektroden liegend mit einem für alle Elektrodenanordnungen gemeinsamen Verstellantrieb 9 gemäß Fig. 2 in Verbindung steht. Im völlig eingefahrenen Zustand der senkrecht verstellbaren Ieolierrohre ragen deren Unterkanten so weit über die Bodenteile der Elektroden hinaus, daß der Strompfad zwischen zusammenwirkenden Elektroden im Elektrolyten den gewünschten größten Widerstandswert herbeiführt. Zur Erzielung des kleinstmöglichen Widerstandswertes können die Isolierrohre völlig außerhalb des Bereiches der Elektroden gebracht werden - In diesem Fall ist der kleinstmögliche Restwiderstand durch die radialen Abstände der konzentrisch ineinander angeordneten Elektroden bestimmt. Die in Fig. 1 dargestellte Elektrodenanordnung für eine Phase kommt mit einem kleinen Isolierbottich 1 aus, der zudem noch aus handelsüblichen Kunststoffrohren durch Abschließen mit einem Bodenteil 1a leicht hergestellt werden kann.

Der gesamte Flüssigkeitswiderstand weist je Phase eine Elektrodenanordnung nach Fig. 1 auf, die gemäß Fig. 2 in einem gerneinsamen Gestell 12 angeordnet sind, wobei die einzelnen Isolierbottiche über Isolierstützer 14 mit dem Boden des Gestells verbunden werden und die Stromzuführung zu den einzelnen Elektroden durch Anschlußanordnungen 15 erfolgt, die über Isolierstützer mit dem oberen Teil des Gestelles mechanisch verbunden sind. Der Isolierträger 8 für alle verstellbaren Isolierrohre ist mit einem hydraulisch oder mechanisch wirkenden Verstellantrieb 9 gekoppelt. Die Anschlußkörper 15 und das gesamte Gestell 12 sind an der Oberseite durch eine Haube 13 abgedeckt.

Um den Flüssigkeitsstand des Elektrolyten in den einzelnen Isolierbottichen gemeinsam überwachen zu können, sind die Isolierbottiche oberhalb der Elektrodenanordnungen durch Ausgleichsrohre 11 miteinander verbunden.

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Zur Erhöhung der Wärmkapazität des Flüssigkeitswiderstandes durch Vergrößerung der Elektroiytmenge kann ein sämtlichen Isolierbottichen zugeordneter gemeinsamer Ausgleichsbehälter 10 vorgesehen sein, der gemäß Pig. 3 die Isolierbottiche umschließt und mit den Ausgleichsrohren und/oder den Ieolierbottichen in Verbindung steht. Zur Erhöhung der Wärmekapazität des Elektrolyten bedarf es dabei alao keiner Vergrößerung der Isolierbottiche selbst, sondern es genügt im Bedarfsfall die Zuordnung eines gesonderten Auegleichsbehälters entsprechender Größe.

6 Ansprüche
3 Figuren

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Claims (6)

1./Veränderbarer elektrischer Flüssigkeitswiderstand, der je Phase eine in Elektrolyt getauchte gerätefeste Elektrodenanordnung innerhalb eines senkrecht verschieblichen, über den Flüssigkeitsspiegel ragenden Isolierrohres aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrodenanordnung aus mindestens zwei konzentrisch ineinander gerätefest angeordneten Elektroden (3» 4, 5) besteht, die zusammen mit mindestens einem zwischen die benachbarten Elektroden ein- und ausbringbaren Isolierrohr (6, 7) jeweils in einem gesonderten eiektrolytgefullten Isolierbottich (1) angeordnet sind.

2. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrodenanordnung aus drei konzentrisch zueinander angeordneten Elektroden (3» 4, 5) besteht, und die äußeren und inneren Elektroden (3» 5) aller Elektrodenanordnungen zu einem Sternpunkt verbunden sind.

3« Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in an sich bekannter Weise als Hohlkörper ausgebildeten Elektroden (3, 4, 5) mit je einem Kühlmittelzu- (3a, 4a, 5a) und -abfluß (3*>ι 4b, 5b) versehen sind.

4. Widerstand nach Anspruch 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die mittlere Elektrode (4) an den Berührungsflächen mit dem Kühlmittel eine Isolierauskleidung aufweist una daß die Kühimittelzu- (3a, 5a) und -abflüsse (3b, 5b) der inneren und äußeren Elektroden (3» 5) als Stromleiter mitbenutzt sind.

5. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Isolierbottiche (1) oberhalb der Elektrodenanord- ' nungen durch Ausgleichsrohre (11) miteinander verbunden sind.

6. Widerstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichs rohre (11) und/oder die laolierbottiche (1) mit einem gemeinsamen Ausgleichsbehälter (1U) in Verbindung stehen.

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