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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Maschinenumformer jeglicher Art können nicht gleichzeitig zur.Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom oder umgekehrt für verschiedene Stromkreise verschiedener Spannungen und Periodenzahlen dienen, da innere Störungen eintreten würden. Hingegen ist dies bei allen Apparaten mit elektrolytischer Wirkung im weiteren Sinne, d. h. also bei den Apparaten mit flüssigen oder festen Elektrolyten und solchen, bei denen der Elektrizitätsdurchgang durch Gas mittels Elektronen oder in den Gasen vorhandener oder aus den Kathoden und Anoden frei werdender Ionen erfolgt, möglich, und eine solche Wirkung, die namentlich für die weitgehend entwickelten Metalldampfgleichrichter wichtig ist, bildet den Gegenstand vorliegender Neuerung.

Die Möglichkeit beruht letzten Endes darauf, daß gewisse Teile der Apparate für die verschiedenen Stromkreise gemeinsam und diese also selbst bis zu einem gewissen Grade ,verkettet sein können, ohne daß unzulässige Beeinflussungen entstehen, wenn nur bei den Anoden oder gegebenenfalls statt dessen den Kathoden eine hinreichende Trennung stattfindet, die aber nicht zum Verlassen ein und desselben Vakuumbehälters nötigt.

Apparate mit einer Reihe von Anoden sind an und für sich in verschiedenartigen Ausführungen bekannt. So gibt es Drehstromgleichrichter mit drei oder sechs Anoden bei gemeinsamer Kathode, die für die verschiedenen Phasen benutzt werden, so daß es nicht nötig ist, einen Gleichrichter für jede einzelne Phase zu benutzen. Auch sind einfache Gleichrichter bekannt und heute für Metalldampf fast die Regel, bei denen eine Reihe von Anoden vorgesehen wird, um diese möglichst gering belasten und kühl halten zu können, während die hohe Temperatur der Kathode bekanntlich notwendig ist. Es handelt sich also hier eigentlich nur um unterteilte Anoden, da die zugehörigen Reihen miteinander verbunden sind.

Im Sinne vorliegender Neuerung kann man nun aber die verschiedenen Anodenreihen für verschiedene Stromkreise benutzen, und solche Schaltungen' sind namentlich für die verschiedenen Regulierschaltungen bei Gleich- und Wechselstrommotoren nützlich. Die Vielfachgleichrichter können dabei von den Maschinen örtlich vollkommen getrennt werden und als Zentralgleichrichter bequem beaufsichtigt werden.

Das Prinzip solcher Schaltungen kann z. B. an Fig. ι verfolgt werden. Der Gleichrichter ist gekennzeichnet durch den Behälter B, die Kathode K und die Anodenreihe A₁ bis A_it die fortgesetzt zu denken ist. Der Gleichrichter hat nur eine einzige Kammer, und Armaturen, wie Pumpe, Manometer und Zündvorrichtung, sind nur einfach vertreten. Wir erkennen den Wechselstromkreis W₁, der auf den Gleichstromkreis G₁ und den Wechsel-

Stromkreis W₂, der auf den Gleichstromkreis G₂' arbeitet, d. h. Strom liefert. Die Kathode ist für beide Stromkreise gemeinsam, was sehr günstig ist. Hingegen gehören die Anoden A₁ und A₂, zum Stromkreis W₁ und die Anoden A_z und A^ zum Stromkreis W₂. Die Apparate T₁ und T₂ sind getrennte Wendetransformatoren bekannter Wirkungsweise. Eine Verkettung ist eigentlich nur an einem Punkte, nämlich

ίο der Kathode, vorhanden, und eine solche ist immer möglich. An den Anoden aber kann eine gegenseitige Störung nicht eintreten, da der Strom als Lichtbogenstrom im wesentlichen, abgesehen von kleinen Glimmströmen, nach der Kathode gerichtet ist. Demnach können die Spannungen der beiden Kreise wie auch die Periodenzahlen, wie auch zahl-

■ reiche Versuche bestätigen, gänzlich verschieden sein, ohne daß ein schädliches Ereignis eintritt. Wie weit man gehen kann, ist lediglich eine Belastungs- und Erwärmungsfrage für die einzelnen Teile des Apparates. Die Spannungen zwischen den Anoden und zwischen den Anoden und der Kathode sind natürlich wechselnd sehr verschieden, und die Isolation muß entsprechend bemessen sein, aber die Arbeitspannung des Apparates ist immer nur die Lichtbogenspannung, während die nutzbare Spannung außerhalb des Apparates liegt.

Der Apparat ist für die jeweils arbeitenden Teile der Stromkreise immer nur eine Art von Schalter mit einem gewissen Spannungsverlust.

Natürlich könnte man auch z. B. einen einzigen Wechselstromkreis benutzen und durch Regeltransformatoren oder durch Regelung an den Wendetransformatoren T₁ und T₂ den beiden Gleichstromkreisen verschiedene Spannungen aufdrücken, wie es zur Regelung von Gleichstrommotoren im Feld und Anker z. B.

für Bahnzwecke vorkommen kann, wo die Linie eine Hochspannungswechselstromlinie ist.

Im Gegensatz hierzu zeigt z. B. Fig. 2 einen

gemeinsamen Gleichstromkreis für mehrere Wechselstromkreise, der beispielsweise zu einer Batterie führt, die mit Z bezeichnet ist. Der Wendetransformator T₁ empfängt z. B. Strom unmittelbar vom Drehstromnetz D, während die Transformatoren T₂ und T₃ mit den Sekundärkreisen S₁ und S₂ der Induktionsmotoren M₁ und M₂ in Verbindung stehen und von diesen den Strom erhalten. Die letzteren Transformatoren sind regulierbar angenommen. ' Da die Sternpunkte aller ■ Transformatoren hier ebenfalls verbunden sind, so ist vorausgesetzt, daß alle Anodenspannungen den gleichen Wert haben, so daß, gleichgültig, welche Anoden gerade arbeiten, der Batterie immer dieselbe Spannung aufgedrückt wird.

Dabei darf zunächst die gegebenenfalls transformierte Netzspannung bei T₁ nur wenig höher sein als die Batteriespannung, wobei natürlich die Übersetzung des Wendetransformators selbst gegenüber der Batterie berücksichtigt werden muß. Wie groß der Strom ist, der von T₁ geliefert wird, hängt ganz von dem Widerstand der Zuleitung, der praktisch regulierbar anzusehen ist, ab. Anders ist es bei den Wendetransformatoren T₃ und T₂, bei denen der Strom dadurch gegeben ist, daß die Motoren infolge ihrer Last eines gewissen Stromes bedürfen und der Sekundärstrom in einem bestimmten Verhältnis zum Primärstrom stehen muß. Da die Spannungen an den Wendetransformatoren T₂ und T₃ auf der Seite der Sekundärstromkreise S₁ und S₂ der Motoren durch die gerade eingestellten Übersetzμngen bestimmt sind, so müssen die Sekundärstromkreise aus Gründen des Gleichgewichts eine entsprechende Spannung annehmen, was dadurch geschieht, daß die Tourenzahlen der Motoren einen zugehörigen Wert annehmen. Wäre z. B. die Tourenzahl eines Motors für einen Augenblick zu gering und daher die Sekundärspannung zu groß, so würde der entstehende starke Strom im Motor und zum Gleichrichter hin den Motor so lange beschleunigen, bis das Gleichgewicht bei einer bestimmten Tourenzahl erreicht ist.

Natürlich können die einzelnen Tourenzahlen und Sekundärspannungen und damit auch die Periodenzahlen ganz verschieden sein, da dies für die Gleichrichterseite selbst ganz gleichgültig ist. Bei beinahe synchronen Touren einzelner Motoren wird die Periodenzahl sehr gering werden, und der entsprechende Gleichstrom würde bei einem Einzelgleichrichter stark schwanken. Man sieht aber, daß bei einem Vielfachgleichrichter diese Schwankungen dank der vielen Stromkreise schließlich ausgeglichen werden, ganz abgesehen davon, daß der Wendetransformator T₁ stets die volle Netzperiodenzahl führt und -ergänzend wirkt. Selbst wenn eine Batterie nicht vorhanden wäre, würde also bei genügend Stromkreisen der Strom, der von einem Vielfachgleichrichter derart geliefert wird, sogar für Beleuchtungszwecke ohne weiteres geeignet sein. Die Netzverbindung bei T₁ wirkt dabei nicht nur ausgleichend und ergänzend, sondern fixiert auch die Sekundärspannungen der Motoren derart, daß die einmal einregulierten Touren konstant werden, sorgt also in diesem Falle allein für die Stabilität des ganzen Betriebes.

Ergibt sich somit, daß ein Vielfachgleichrichter ein wichtiges Hilfsmittel bei Massenbetrieben und zur Verbindung und gemeinsamen Wirkung verschiedener Stromkreise bietet, um so mehr, als Gleichrichter, wie sie heute als Einfachgleichrichter zweckmäßig gebaut werden, gerade auch vorzüglich zürn Betrieb als Vielfachgleichrichter benutzt werden

können, so hat doch der Vielfachgleichrichter wie der gewöhnliche zunächst dem Maschinenumformer gegenüber den Nachteil, daß seine Wirkung nicht ohne weiteres umgekehrt werden kann, er also nicht ohne weiteres Gleichstrom in Wechselstrom verwandeln kann.

Bekannt ist es aber, daß man eine solche Wirkung dadurch erzielt hat, daß man eine natürliche Wandertendenz des Lichtbogens

to ausnutzte, der das Bestreben hat, jeweils die kälteste Anode aufzusuchen, wenn deren mehrere vorhanden sind, sobald die vorher benutzte zu warm geworden ist. Bei richtiger Verbindung der Anoden und der Kathoden ergibt sich also ein Wechselstrom. Doch ist hierbei mit allerlei Unbeständigkeiten zu rechnen, und die Regulierung der Periodenzahlen auf ein gefordertes Maß ist nahezu unmöglich. Es ist ferner bekannt, daß man auch zu einer magnetischen Steuerung des Lichtbogens für wechselnde Anoden übergegangen ist, obwohl angesichts der starken Zentrifugalkräfte der Metalldampf- und im besonderen der Quecksilberionen im Lichtbogen eine solche Steuerung keineswegs einfach ist, namentlich wenn hohe Periodenzahlen des zu erzeugenden Wechselstromes gefordert werden. Man tut gut, die magnetische Einwirkung unmittelbar an der Kathode vorzunehmen, wo sich vorwiegend die leichten Elektronen an Stelle der schweren Ionen einer bequemen Steuerung durch die magnetischen Kräfte darbieten, so daß so der Lichtbogen wechselnd in verschiedene Richtungen getrieben wird.

Günstig zur Erzeugung höherer Periodenzahlen ist es nun, nicht eine völlige Umsteuerung der Lichtbogen nach ganz verschiedenen Richtungen vorzunehmen, sondern mehr eine gleichmäßige Fortbewegung der Bogen, gegebenenfalls nach Art einer Rotationsbewegung, anzustreben, und auch in dieser Beziehung haben Vielfachapparate Vorteile.

Das Beispiel eines umgekehrt arbeitenden Vielfachgleichrichters öder Wechselrichters im Sinne vorliegender Neuerung ergibt die Fig. 3, in welcher wir z. B. zwei zu versorgende Drehstromkreise D₁ und D₂ haben, die von dem von der Batterie Z zu speisenden Gleichstromkreis unter Umsteuerung ihren Strom erhalten.

Die Speisung der Drehstromkreise erfolgt über die natürlich miteinander im allgemeinen nicht verketteten Drehstromwendetransformatoren T₁ und T₂. Nahe genug an der Kathode K befinden sich die Steuermagnete S. Die Magnete des einen Stromkreises sind mit S₁ und die des anderen mit S₂ bezeichnet, und der Flux steht senkrecht zu den gezeichneten Segmenten und schließt sich außen. Durch einen Steuerkontaktapparat werden nun z. B. die Magnete 'S₁ wechselnd ihres magnetischen Fluxes beraubt, und an einer solchen Stelle wird sich jeweils der Lichtbogen zwischen der Kathode und der zu dem betreffenden Magneten gehörenden Anode einstellen. Sobald der betreffende Magnet wieder erregt wird, wird der Lichtbogen zur Rotation zur nächsten zugehörigen Anode gezwungen und so fort. Namentlich wenn eine Anordnung mit sechs Anoden für einen einzelnen Drehstromkreis vorliegt, ist die Rotation eine ziemlich vollkommene, und der Lichtbogen braucht weder völlig umgelenkt zu werden noch jeweils neu hervorgerufen zu werden, wodurch Energie gespart· und größere Beschleunigung erzielt wird.

Die Steuermagnete S₂ werden natürlich in derselben Weise betätigt wie die erstgenannten, und für den Betrieb des Apparates ist es am günstigsten, wenn jeweils Feldstellen S₁ und S₂ aufeinanderfolgend abgeschaltet werden, wodurch sich die Gleichmäßigkeit der Felddrehung und der Lichtbogenwanderung verbessert. Der Fall ist für Drehstrom zwar weniger wichtig, da er nur eine Phasenverschiebung zwischen beiden Stromkreisen zur Folge hat, aber auch bei unabhängiger Steuerung einer Anzahl von Stromkreisen ergibt sich noch eine Begünstigung der Ionenbewegungen. -

Natürlich kann man auch mehrere Lichtbogenbahnen anordnen, indem man z. B. die Anoden in verschiedenen Höhen anordnet und die Lichtbogen verschiedene Kegelflächen beschreiben läßt mit der Kathode als nach unten zeigender Spitze.

Die nicht erregte Feldlücke kann auch entbehrt werden, wenn man dem Felde, das dann zum Unipolarfeld wird, eine solche Stärke gibt, daß es gerade den Lichtbogen in an sich bekannter Weise-mit gewünschter Geschwindigkeit im Kreise herumtreibt. Indessen ist es dann schwerer, wenn auch' nicht unmöglich, den Lichtbogen vor Zerteilung zu schützen, obwohl derselbe ein natürliches Kontrationsbestreben hat. Ebenso ist es schwerer, eine genügende Gleichmäßigkeit zu erzielen und eine Synchronisierung gegenüber einem Netz vorzunehmen, das schon eine Wechselspannung, ζ. Β. von einem Drehstromgenerator hat, und schließlich ist es schwerer, 1.10 gegebenenfalls Magnetisierungsenergie durch den Apparat passieren zu lassen, was bei der erstbeschriebenen Anordnung bei einer Vervollkommnung der Anoden möglich ist.

Will man den ganzen Lichtbogen magnetisch beeinflussen, um seine Bewegung zu sichern, so kann man für die höheren Periodenzahlen die schweren Quecksilberionen vermeiden und für kleine Leistungen, wie sie z. B. zur Betätigung gewisser Regulierapparate in Frage kommen, schließlich mit Entladungen von elektrisch geheizten Wehneltkathoden arbeiten,

wobei die ionenbildenden leichten Gase gegebenenfalls aus der Kathode oder den Anoden frei werden.

Ein Mittel, um von der Ionenmasse im Lichtbogen gewöhnlicher Art ganz unabhängig zu werden, besteht schließlich in der Anwendung elektrostatischer statt magnetischer Steuerfelder. Die Anordnung ist zwar an sich für größere Leistungen nicht sehr bequem,

ίο aber die Ionenmasse selbst spielt jetzt in der Tat keine Rolle mehr, während die Ablenkung, die ein Ion im magnetischen Feld erfährt, wenn es über eine gewisse Strecke den entstehenden Kräften folgen kann, bekanntlich der Wurzel aus der Ionenmasse umgekehrt proportional ist.

Mechanische Lichtbogensteuerungen in jedem Fall kommen wohl nur zur Unterstützung von sonstigen in Betracht, da eine unmittelbare Berührung des Lichtbogens durch breite Flächen festen Materials zu vermeiden ist, und zwar am ehesten in Frage, wo das Steuerfeld durch drehende Magnete hervorgerufen wird, wie dies ja auch möglich ist.

Wichtiger kann eine Vereinigung elektro

magnetischer und elektrostatischer Steuerung sein.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Schaltungsweise für Metalldampf gleichrichter oder Gasgleichrichter mit einer Kathode und mehreren Anoden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden für mehrere voneinander unabhängige Wechseloder Drehstromkreise von gegebenenfalls verschiedener Periodenzahl und Spannung benutzt werden, während die Kathode für alle Stromkreise gemeinschaftlich ist.

2. Wechselrichterbetrieb für Vielfachgleichrichter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Einfluß von magnetischen oder elektrostatischen Steuerfeldern, gegebenenfalls auch durch die vereinte Wirkung von beiden oder unter Hilfe von mechanischen Nach-Steuerungen, zwangläufige Lichtbogenbewegungen hervorgerufen werden, zum Zwecke, Gleichströme in Wechsel- oder Drehströme von gewünschten Phasen, Periodenzahlen und Spannungen zu verwandeln.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.