DE318139C - - Google Patents

Description

In der Patentschrift 313276 ist ein Gleichrichter für elektrische Ströme angegeben, bei dem ein oder mehrere stromführende Flüssigkeitsstrahlen (gewöhnlich Quecksilberstrahlen) verwendet werden, welche ein Magnetfeld senkrecht zur Strahlenrichtung passieren und eine Elektrode treffen. Durch die Wechselwirkung zwischen Strom und Feld werden auf dem Strahl Buchten gebildet, die mit der Geschwindigkeit der Strahlenteile vorschreiten. Hierdurch bewegen sich diejenigen Stellen, wo der Strahl bzw. die Strahlen die durch isolierende' Trennwände abgeteilte Elekrode treffen, über die Elektrode derart hin, daß die gewünschte Gleichrichtung des Stromes bewirkt wird.

.Bei den genannten Gleichrichtern ist die Stärke des gleichgerichteten Stroms für die Höhe oder Größe der auf dem Strahl gebildeten Bucht bestimmend. Hieraus folgt, daß die Stärke des gleichgerichteten Stroms unter eine gewisse Grenze nicht herabgesetzt werden kann, da es für eine regelmäßige Gleichrichtung erforderlich ist, daß die Bucht eine gewisse Größe nicht unterschreitet. Zwar kann man bei einem Gleichrichter mit mehreren Strahlen die Stromstärke von deren maximalen Wert hinabregeln, indem man einen oder mehrere Strahlen außer Tätigkeit setzt; wenn aber nur ein einzelner Strahl vorhanden ist, ist der Regelbereich ziemlich beschränkt.

Eine Regelung der Feldstärke, wodurch diese entsprechend vergrößert wird, wenn die Stromstärke sinkt, ist schwer selbsttätig zu bewirken und auch nur innerhalb gewisser Grenzen praktisch möglich, da man die Feldstärke nicht ins Unendliche wachsen lassen kann, wie dies erforderlich ist, wenn die Stromstärke gegen Null abnimmt und das Ausschwingen des Strahls aufrechterhalten werden soll.

Die Erfindung betrifft nun eine Anordnung an den genannten Gleichrichtern, die , eine Regelung der Stärke des gleichgerichteten Stroms bis auf Null ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird ein von einer besonderen Hilfsstromqulle herrührender Strom durch den Strahl geleitet. Diese Stromquelle ist in einen parallel zum Strahl angeordneten Stromkreis eingeschaltet, welcher zugleich einen Kommutator enthält, der zweckmäßig aus einem leitenden Flüssigkeitsstrahl derselben Art wie der Gleichrichterstrahl besteht. Dieser Flüssigkeitsstrahl passiert zugleich ein Magnetfeld und trifft eine Elektrode, wobei dafür Sorge getragen ist, daß dieser Kommutator zwischen dem genannten Stromkreis und der

Elektrode oder den Elektrodenteilen gerade zu der Zeit eine Verbindung herstellt, während ^ welcher dieselben vom Gleichrichterstrahl berührt werden, wogegen die genannte Verbindung während der Zeit unterbrochen wird, innerhalb welcher die Elektrode (oder der betreffende Teil der Elektrode) von dem Gleichrichterstrahl nicht berührt wird. Es kann hierdurch erreicht werden, daß im Gleichrichterstrahl stets ein Strom fließt, der genügend stark ist, um die Bewegung des Strahls zu erhalten, auch wenn die Stärke des gleichzurichtenden Stroms auf Null oder ' auf einen so kleinen Wert herabsinkt, daß der Strom nicht mehr im Stande ist, das Ausschwingen des Strahls in zufriedenstellender Weise aufrechtzuerhalten.

Im folgenden ist die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. ι bis 6 zeigen schematisch verschiedene Gleichrichter, bei denen die Erfindung Anwendung gefunden hat.

Das Prinzip der Erfindung geht aus der Anordnung nach Fig. 1 hervor, die einen Bestandteil der meisten oben erwähnten Gleichrichter ausmacht. V bezeichnet die Wechselstromquelle, S den leitenden Gleichrichterstrahl und M ein konstantes Magnetfeld, dessen Kraftlinien senkreckt zur Papierebene stehen.

E ist eine Elektrode, die auf einer Seite von einer isolierenden Platte P begrenzt ist, gegen deren zugeschärfte Kante der Strahl gerichtet ist, wenn er stromlos ist. In dieser Lage steht der Strahl mit der Elektrode E in leitender Verbindung, indem ein Teil des Strahles an der schrägen Fläche der Platten P entlang fließt. Dieser Apparat ist imstande, aus der Arbeitsleitung a, b jede .zweite Halbperiode desjenigen Wechselstroms auszuschalten, den die Wechselstromquelle F durch die genannte Leitung schicken würde, wenn der Strahl in der gezeichneten Lage unbeweglich bliebe.

Wie in der Patentschrift 313276 erklärt ist, muß die Elektrode E vom Feld M in einem Abstand angebracht werden, der gleich einem ungeraden Vielfachen derjenigen Weglänge ist, durch welche sich die Strahlenteile bei stromlosem Strahl während einer Halbperiode des Wechselstromes bewegen würden. Die Vorrichtung wirkt dann in der Weise, daß jede zweite Halbperiode bei der Wechselwirkung zwischen Strom und Magnetfeld M auf -dem Strahl eine nach der rechten Seite ausladende Bucht erzeugt, so daß der Treffpunkt des Strahls von der Elektrode weggeführt und die Leitung a, b infolgedessen nur von den übrigen Halbperioden durchflossen wird.

· Will man nun unabhängig-. von dem gleichgerichteten Strom die für das Gleichrichten notwendige Bewegung der Strahlenteile unterhalten, so muß man, wenn der gleichgerichtete Strom abgeschwächt wird oder aufhört, durch den Strahl einen Strom schicken, der wer.entlieh denselben Charakter hat wie der durch den Strahl während des Gleichrichtens fließende gleichgerichtete Strom. In dem hier betrachteten Fall muß somit durch den Strahl ein pulsierender Strom derselben Periodenzahl wie derjenige des von der Wechselstromquelle V gelieferten Stroms geschickt werden und, was von wesentlicher Bedeutung ist, in Phafe mit demselben. Ein derartiger Strom kann beispielsweise von einer Wechselstromquelle ν erzeugt werden, die in einer abgezweigten Leitung angebracht ist, die den Punkt δ mit der Elektrode E verbindet, also mit dem StrahlS im Nebenschluß sich befindet. Den Punkt b mit der Elektrode E durch e'ne fortwährend geschlossene Leitung zu verbinden, würde im. allgemeinen nicht angängig se'n, weil dann die Wechselstromquelle V durch diese Leitung kurzgeschlossen werden und man durch die Arbeitsleitung a, b einen gleichgerichteten pulsierenden Strom nicht erhalten würde. Erfindungsgemäß wird deshalb ein Kommutator oder Unterbrecher benutzt, der die genannte Leitung während derjenigen Zeit schließt, während welcher der Strahl S die Elektrode E berührt, die Verbindung zwischen der Elektrode und dem Funkt b aber in dem Augenblick unterbricht, wo der Strahl S die Elektrode verläßt. Ein derartiger . Kommutator wird am besten als ein Flüssigkeitsstrahlunterbrecher ausgeführt; der aus einem durch ein Magnetfeld m fließenden Strahl s besteht, der eine Elektrode e trifft, die von derselben Art wie die Elektrode E ist. Durch richtiges Bemessen des Abstandes der Elektrode e vom Feld m ka^n erreicht werden, daß der Strahl s über die Kante der isolierenden Platte p in demselben Augenblick hinausgeführt wird, in welchem der Strahl S über die Kante der Platte P hinausgeht. Es ist leicht ersichtlich, daß die Polspannung der Hilfsstromquelle ν, d. h. der Spannungsunterschied ■■ zwischen den Punkten c und d, mit der Polspannung der Wechselstromquelle V, d. h. dem Spannungsunterschied zwischen den Punkten α und f, in Phase sein muß. Der Abstand der Elektrode E vom Feld M ist, wie bereits gesagt, gleich einem ungeraden Vielfachen derjenigen Weglänge vorausgesetzt, durch die sich die Strahlenteile während einer Halbperiode des Wechselstroms bewegen. Der Abstand der Elektrode e vom Felde m muß entsprechend bestimmt werden, was nicht zu bedeuten braucht, daß der Abstand derselbe sein muß, da sowohl die Geschwindigkeit der Teile des Strahls S von derjenigen der Teile des Strahls s sich unterscheiden, als

auch ein anderes ungerades Vielfachen de jenigen Weglänge, durch die sich die Teile des Strahls s bei stromlosem Strahl· während einer Halbperiode des Wechselstroms bewegen, gewählt werden kann. Bei der Ausführung der Vorrichtung wird die aus dem Strahl s nebst zugehörigen Teilen bestehende Hilfs-

• vorrichtung leichter als die entsprechenden Teile des eigentlichen Gleichrichters bemessen,

ίο da der HiI fs apparat nur mit der kleinen Wirkung zu arbeiten braucht, welche die Unterhaltung des Ausschwingens des Strahls S erfordert. Es kann zwar unter gewissen Verhältnissen eine bedeutende Stromstärke sein,

*5 die hier in Betracht kommt, doch braucht deshalb der Strahl s nicht besonders stark oder schwer gemacht zu werden. Um zu verhindern, daß die Amplitude bei einem leichteren Strahl zu groß wird, braucht man nur das Feld m abzuschwächen. Bei derselben Geschwindigkeit für die Teile der Strahlen S und s wird man gewöhnlich die Intensität des Feldes m soviel mal kleiner als diejenige des Feldes M machen, wie der Querschnitt des Strahls S größer als der Querschnitt des Strahls s ist. Es wird bemerkt, daß das Feld m die entgegengesetzte Richtung von derjenigen des Feldes M haben muß, da der Strom in dem Strahl s in. entgegengesetzter Richtung Zu der des Stromes in dem Strahl S fließt.

Es soll nun auseinandergesetzt werden, in welcher Weise das oben beschriebene Prinzip bei verschiedenen praktischen Ausführungsformen von Gleichrichtern der betreffenden Art verwirklicht werden kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig: 2 soll der Strahl S Wechselstrom führen, der von der Stromquelle V geliefert wird. Der Strahl passiert ein Gleichstromfeld M und trifft eine Doppelelektrode, deren Teile E₁ und E₂ durch eine isolierende Platte getrennt sind. Im Nebenschluß zum Strahl 5 wird ein ähnliches System geschaltet, für welches ein Teil ν der Wechselstromquelle V die Stromquelle bildet.

Der Strahl s trifft eine Elektrode, deren Teile e_x und e₂ wie angedeutet mit den betreffenden

- Elektrodenteilen E₁ und E_% verbunden sind.

Das Feld ni ist ebenfalls ein Gleichstromfeld.

Statt einen Teil der Stromquelle F als Stromquelle für den Strahl s zu benutzen, kann man eine besondere Stromquelle benutzen, die mit der Stromquelle V in Phase arbeitet. Der Abstand zwischen der' Elektrode e_v e₂ und dem Feld m wird derart bemessen, daß der Treffpunkt des Strahls s von dem Elektrodenteil e_x nach dem Elektrodenteil e_i in demselben Augenblick übergeht, in welchem der Strahl S von dem Elektrodenteil E₁ nach demElektrodenteilE₂ wandert und umgekehrt. Bei dieser Ausführungsform ist der Arbeits-Stromkreis oder-widerstand so uuteiteilt, daß die beiden Stromrichtungen je einen Nutzwiderstand A₁ oder A₂ durchfließen.

j Aus den Ausführungen geht hervor, daß der von der Wechselstromquelle V herrührende Strom in dem Strahl S sich über den Strom von der Wechselstromquelle ν durch den Strahl s überlagern und dadurch die Amplitude des Ausschwingens des Strahls S vergrößern wird. Solange der gleichgerichtete Strom unter einer gewissen Grenze gehalten wird, wird es daher aus diesem Grunde nicht notwendig sein, die Stärke des Hilfsstroms zu

; regeln, indem selbst bedeutende Änderungen in der Amplitude des Gleichrichterstrahles zugelassen werden können. -

In Fig. 3 iit ein Gleichrichter mit ungeteiltem Arbeitsstromkreis bzw. -widerstand R veranschaulicht, während die Wechselstrom-

; quelle aus zwei Hälften V₁ und F₂ besteht. Das Feld M ist hier ein Wechselfeld, das mittels Stroms von demselben Generator erzeugt wird, der den gleichzurichtenden Strom liefert. Durch den Strahl S fließt hier der gleichgerichtete Strom selbst, der den Charakter eines ununterbrochenen Gleichstroms hat. Der Hilfsstrom, der durch den Strahls

: geschickt wird, muß dann auch ein Gleichstrom sein. Derselbe wird am zweckmäßigsten einer Akkumulatorenzelle B entnommen. Das Wechselfeld m wird mit demselben Strom wie

■ das Wechselfeld M gespeist, welcher Strom

j am zweckmäßigsten von der Stromquelle V₁, V₂, wie auf der Zeichnung angedeutet ist, geliefert wird. Das den Strahl 5 enthaltende ■

j System wird für normales Gleichrichten ein-

j gestellt gedacht. Hierauf w.'rd der Abstand j der Elektrode e_x, e_% vom Feld m derart eingestellt, daß der Treffpunkt des Strahls s von dem Elektrodenteil e_x nach dem Elektroden-

! teil e₂ in demselben Moment übergeht, wo, der Strahl S von dem Elektrodenteil E₁ nach dem

j Elektrodenteil Zi₂ übergeht. Statt wie angedeutet die Akkumulatorenzelle B zwischen die Punkte g und h anzubringen, kann man dieselbe auch zwischen die Punkte g und k einschalten. Endlich kann man je eine der Akkumulatorenzellen B₁ und 2?_a in eine der beiden Leitungen U₁ und n₂ einschalten, die die betreffenden Elektrodenteile verbinden, wie in Fig. 4 dargestellt ist, welche einen ähnlichen Gleichrichter zeigt.

Fig. 5 stellt einen Gleichrichter dar, der aus zwei Systemen der in Fig. 1 angedeuteten Art zusammengesetzt ist. DieArbeitsleitunga, b ist hier ungeteilt, und es fließt während des Gleichrichtens ununterbrochener Gleichstrom in derselben. Die pulsierenden Ströme, die hier in den beiden Strahlen S₁ und S₂ erzeugt werden sollen, werden einer Akkumulatorenzelle B entnommen, die, wie angedeutet, in

eine Leitung eingeschaltet ist, die· den für die beiden Strahlen gemeinsamen Hilfsstrahl s enthält. Das System, das die ·'■ Auf rechter -

: haltung der Verbindung zwischen der Hilfs-

Stromquelle B Und den Strahlen'S₁ Und-S₂ unterhalt, kann von der in Fig. 3 angegebenen Art sein. Die Wicklung des das Magnetfeld?« erzeugenden Magneten -wird mit Strom von

" demselben Generator gespeist, der den glejchzurichtenden Strom liefert. Es ist verständlich, daß es möglich ist, eine oder mehrere Stellungen "der Elektroden e_lt e₂ zu finden, für welche der Treffpunkt des Strahls s von. dem Teil e_x nach dem Teil e₂ gleichzeitig in dem Augenblick übergeht, in welchem der Strahl S₁ den Teil E₁ verläßt und der Strahl S₂ auf den Teil E₂ übertritt. Der pulsierende Strom, der bei diesem Apparat von der Stromquelle B durch die Strahlen S₁ und S₂ fließt, besitzt nicht dieselbe Kurvenform wie diejenige des von der Stromquelle F₁, F₂ gelieferten Stromes, vielmehr hat er dieselbe Frequenz und befindet sich damit in Phase, was ja allem entspricht, was· nötig ist, um die für das Gleichrichten notwendige Bewegung' der Strahlen S₁ und S₂ aufrecht zu' halten, selbst wenn die Stärke des gleichgerichteten Stroms bis auf Null oder einen

■ . niedrigen Wert sinkt.

Endlich stellt Fig. 6 schematisch einen Gleichrichter mit Drehfeld für den Fall dar, daß die Anzahl der Phasen drei ist: Die Windungen des Generators sind mit F₁, F₂ und F₃ bezeichnet. Diejenigen Spulen, die das den Strahl S beeinflussende Drehfeld erzeugen, sind mit M₁, M₂ und M₃ und die Elektrodenteile mit E₁, E₂ und E₃ bezeichnet. Das Hilfssystem besteht aus einem Stahl s, der ein. von den Spulen W₁, m₂ und W₃ erzeügtes Drehfeld passiert und eine Elektrode trifft, die aus den voneinander isolierten Sektoren e_lt e„ und e₃ besteht. Die verschiedenen Teile sind durch Leitungen wie angedeutet verbunden. Da in dem Strahl S während des Gleichrichtens Gleichstrom fließt, wird der Hilfsstrom zweckmäßigerweise einer Akkumulatorenzelle B entnommen, die zwischen den beiden StrählenS unds eingeschaltet ist. Die Strahlen sind in der Figur durch Punkte dargestellt. Die Feldspulen m_v m₂' und w_s; werden am besten entsprechend mit den Spulen M₁, M₂ und M₃ in Reihe· geschaltet, wie auf der Zeichnung angedeutet. Das Angliedern des beschriebenen Hilfssystems an die verschiedenen Gleichrichterausführungsformen hat in -gewissen Fällen die Bedeutung, ein Mittel zu sein, um die Regelung des gleichgerichteten Stroms bis auf Null zu' ermöglichen. Es wird somit eine Möglichkeit geschaffen, um verhältnismäßig hohe Spannungen bei verhältnismäßig kleinen Stromstärken gleichzurichten. Bei dem System nach ^!Fig. 3 und bei Mehrphasensystemen mit Drehfeld können die Hilfssysteme als Anlasser dienen; sie beseitigen die den genannten Gleichrichterformen anhaftende Eigenschaft, daß die Richtung des gleichgerichteten Stroms eine zufällige ist. Wenn die Gleichrichter mittels der Hilfssysteme angelassen werden, muß der gleic' gerichte Strom in dem Strahl dieselbe Richtung wie diejenige des Hilfsstroms erhalten.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Gleichrichter für elektrische Wechselströme mit einem ein Magnetfeld passierenden, eine Elektrode treffenden, leitenden Flüssigkeitsstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu diesem Strahl eine besondere Hilfsstromquelle mit Kommutator liegt, der gleichfalls aus einem ein Hilfsmagnetfeld passierenden, eine Elektrode treffenden, leitenden Flüssigkeitsstrahl besteht, und daß der Kommutator den Hilfs-Stromkreis über die Hauptelektrode des Gleichrichteis immer nur dann selbsttätig schließt, wenn diese gerade von dem Hauptstrahl getroffen wird, zum Zweck, die für das Gleichrichten notwendige Bewegung des Treffpunktes des Häuptstrahls auf der Hauptelektrode unabhängig von der Stärke des gleichzurichtenden Hauptstroms zu unterhalten.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.