DE411461C - Gleichrichter mit synchron zu einem Stromwender umlaufendem und getrennt von dessen Kontaktsegmenten angeordnetem Quecksilberunterbrecher - Google Patents

Description

Es sind Gleichrichter mit einem Stromwender bekannt geworden, bei welchen ein synchron mit dem Stromwender umlaufender Unterbrecher so angeschaltet ist, daß die Funkenbildung in diesem auftritt und dabei gleichzeitig der Belastungskreis bei jedem Wechsel ausgeschaltet wird. Indessen hatte dieser Gleichrichter den Nachteil, daß der Unterbrecher einem hohen, den Betrieb stark

ίο beeinträchtigenden Verschleiß unterlag und außerdem die ständige Belastungskreisunterbrechung für den Betrieb, insbesondere für Beleuchtung und Elektrolyse, äußerst störend wirkte, so daß dieser Gleichrichter wohl nur als Versuchs- oder Laboratoriumsgerät geeignet war, für industrielle Anwendungen mit größeren Spannungen und Leistungen jedoch nicht in Betracht kam.

Man hat weiterhin vorgeschlagen, bei Gleichrichtern solcher Bauart die Schaltung derart auszuführen, daß der Unterbrecher mit den Klemmen der Transformator-Sekundärspulen und den Gleichstromklemmen parallel geschaltet ist.

Hierdurch wurde zwar die jeweilige Unterbrechung des Phasenstromes in den Unterbrecher verlegt und die Funkenbildung am Stromwender gänzlich vermieden, indessen hatte die vorgeschlagene Anordnung den Nachteil, daß der als Unterbrecher dienende Funkenschalter dauernd an den Belastungsstrumkreis angeschlossen war, also dauernd unter Spannung stand. Es konnte daher durch diese Anordnung eines besonderen Funkenschalters die Gefahr des Funkens und insbesondere des Drehfeuers nicht völlig beseitigt, sondern nur verringert werden. Der mit auf Metallsegmenten schleifenden Bürsten ausgerüstete Funkenschalter dürfte daher auch bei normalem Betriebe einen raschen Verschleiß erlitten haben. Alle diese Umstände, welche die Betriebssicherheit und den Wirkungsgrad des Gleichrichters -in hohem Maße beeinträchtigen, sollen durch die Erfindung behoben werden.

Das Neue am Gleichrichter gemäß der Erfindung liegt darin, daß ein mit Quecksilber betriebener Flüssigkeitsunterbrecher jeweils nur in der Zeitspanne des Phasenwechsels an den Stromwender angeschlossen und während des vollen Arbeitens einer Phase vom Stromwender und somit vom Belastungsstromkreis abgeschaltet ist.

Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist in den Abbildungen beispiels- weise dargestellt, und zwar ist:

Abb. ι ein im Längsschnitt dargestellter Gleichrichter mit aufgesetztem, ebenfalls im Schnitt gezeichnetem Unterbrecher.

Abb. 2 ist ein Querschnitt nach Linie A-B in Abb. 1.

Abb. 3 zeigt den Stromwender in Abwick-

lung nebst Schaltungssrhema des Gleichrichters.

Abb. 4 zeigt eine besonders günstige Ausführungsform der Bürsten des Gleichrichters. Abb. ι zeigt den Aufbau des Gleichrichters. In zwei Lagerböcken i-i ruht die Welle 2, deren freies Ende mir dem 'Synchron-Antriebsmotor unmittelbar gekuppelt ist. Die Lagerböcke i-i tragen Schilde, an welchen die die ίο Bürstenbrücken 3 haltenden Ringe 4 drehbar angeordnet sind. Auf der Welle sind die radartigen Körper 5 verkeilt, auf welchen die die Kontaktsegmente 8 tragenden Isolationsringe 6 befestigt sind. Zwischen je zwei benachbarten Körpern 5 sind starke Isolationsscheiben 7 von größerem Durchmesser als die Kontaktsegmente 8 angebracht. Die Kontaktsegmente sind, wie aus Abb. 2 ersichtlich, aus je einem vollen Ring herausgearbeitet. Zwischen die einzelnen so entstehenden Kontaktsegmente sind Isolationssegmente 8" eingelegt. Bei dem vorliegenden Ausführung^- beispiel, welches die Umformung von Drehstrom in Gleichstrom darstellt, sind sechs solcher Segmentringe vorgesehen, deren jeder vier Segmente aufweist, die mit vier auf dem Bürstenbrücken 3 sitzenden Bürstenpaaren zusammenarbeiten. Die Segmentringe werden durch die seitlichen Abschlußplatten 9 zusammengepreßt. Die Welle 2 ist über das eine Lager hinaus verlängert und treibt mittels Winkelradtriebes 10 den getrennt angeordneten Unterbrecher an. Dieser besteht zunächst aus dem metallischen Gehäuse 11,. welches innen nochmals mit einem vollständigen Isolationsgehäu'se 12 ausgekleidet ist. Durch den Boden dringt vermittels eines Spurlagers die Antriebswalle 13 hindurch, auf welcher isoliert ein Schleifring 14 aufgesetzt ist, auf dem eine Kontaktbürste 15 aufliegt. Auf der Welle 13 ist eine Scheibe 16 aus Isoliermaterial befestigt, auf deren Unterseite eine Anzahl voneinander isolierter Kontaktsegmente 17 aufgesetzt ist. Je zwei einander gegenüberliegende Segmente arbeiten zusammen und sind elektrisch durch eine Schiene 18 verbunden. Die Welle 13 ist durchbohrt, und durch die Durchbohrung ist eine Verbindungsleitung zwischen dem Schleif ring 14 und den Kontaktsegmenten geführt. Über der Kontaktscheibe 16 ist im Deckel des Unterbrechergefäßes eine mittels des Handrades 20 drehbare Welk 19 angeordnet, welche an einem Querarm zwei Quecksilbergefäße 21 trägt, an deren unteren Enden Düsen 22 mit gegen die Kontaktsegmente 17 gerichteter Spitze sitzen. In die beiden Quecksilbergefäße eintauchende Elektroden 23 werden parallel geschaltet und bilden die ein© Zuleitung zum Unterbrecher, während der Schleifring 14 die andere Zuleitung bildet.

^: Das aus den Düsen gegen die Kontaktsegmente ausspritzende Quecksilber sammelt i sich in dem Unterbrechergefäß unten an und fließt durch einen Überlauf und das Rohr 24 zu einer geeigneten Pumpe, welche es wieder in ' die Quecksilbergefäße 21 befördert. Die ge- : samte Kontaktsegmenteinrichtung ist durch eine Haube 25 aus Isoliermaterial überdeckt. ! Die isolierende Auskleidung des Unterbrechergefäßes verhindert, daß etwa durch Quecksilberdämpfe eine leitende Verbindung des metallischen äußeren Gehäuses mit den hochspannungführenden Kontaktteilen hergestellt werden könnte. Die Verstellbarkeit der Kontaktdüsen mittels Handrades ist erforderlich, um die zeitlich richtige Beaufschlagung der Kontaktsegmente 17 einstellen zu können. Die Anordnung von zwei parallel geschalteten, Unterbrechungsstellen ist besonders bei hohen ^! Stromstärken von Vorteil, weshalb zwei Quecksilberdüsen und immer je zwei Kontaktsegmente vorgesehen sind.

Da im Quecksilberunterbrecher keinerlei Spannungsdifferenz zwischen den einzelnen Kontaktsegmenten besteht, ist in demselben auch bei höchster Spannung kein Überschlag bei Bildung von Quecksilberdämpfen durch Spritzer o. dgl. zu befürchten.

Um einen möglichst günstigen, funkenfreien Stromübergang zwischen den Kontaktsegmenten 8 und den auf diesen schleifenden, Bürsten zu· erzielen, werden die Kontaktsegmente aus Stahl und die Kontaktbürsten aus Kupfer hergestellt.

Die auf den Kontaktsegmenten 8 schleifenden Kontaktbürsten werden auf bekannte Weise, wie in Abb. 4 dargestellt, ausgebildet. Jede Bürste wird in mehrere Teilbürsten; unterteilt und der ersten Teilbürste ein Ohmscher Widerstand vorgeschaltet, so daß bei Überbrückung zweier Segmente durch die Bürste der Widerstand entsprechend zunimmt. Die Abb. 3 zeigt eine Abwicklung der Kontaktsegmente des Stromwenders, und zwar bezeichnen hier jeweils die in einer Reihe liegenden Rechtecke die vier Segmente eines Ringes. Gleichzeitig ist auf ihr die Anordnung der schleifenden Kontaktbürsten dargestellt. Die Bürsten sind paarweise angeordnet, und der Stromschluß wird durch Verbinden der Bürsten eines Paares durch die Segmente hergestellt. Eine Kontaktbürste eines Bürstenpaares (B'-\- und B—) ist jeweils an,ein Spulenende der Sekundärwicklung einer Phase des Transformators und die andere an einen Pol des Gleichstromkreises angeschlossen. Im Augenblick der Parallelschaltung zweier Phasen ist jeweils die eine Bürste eines Hilfspaares (Bh -j- und Bh —) an die gleiche Transformatorklemme wie die zugehörige Hauptbürste und die andere an den Queck-

silberunterbrecher angeschlossen. Die Transiormatorsekuindärspulen sind mit 1-4, 2-5 und 3-6 bezeichnet, der Quecksilberunterbrecher ist nur schematisch angedeutet. Es entsprechen die Klemmen u und ν den Leitungen 11 und ν in Abb. 1. Es zeigt also diese Abbildung gleichzeitig das Schaltungsschema des Gleichrichters.

Die Wirkungsweise des Gleichrichters ist aus Abb. 3 ersichtlich. Die Klemmen, der Sekundärwicklung sind mit den Schleifbürsten des Stromwenders so verbunden, daß von jedem Bürstenpaar eines Kontaktringes je eine Bürste, also B₁ -j-, B₁ — oder 5A₁ -\~, Bh₁ —, über eine gemeinsame Leitung an die zugehörige Transformatorklemme angeschlossen sind. Die anderen Bürsten, B -j- und B— bzw. Bh -f- und Bh—, bilden die Gleichstrompole, und zwar ist je eine Bürste eines Hauptbürstenpaares unmittelbar an die Gleichstromsammelschiene angeschlossen, während je eine Bürste des Hilfsbürstenpaares Bh -j- und Bh — über den Unterbrecher angeschlossen werden kann.

In. Abb. 3 ist der Augenblick dargestellt, in welchem die Phasen 1-4 und 2-5 parallel arbeiten. Wenn die an 1 und 4 angeschlossenen Bürsten der zugehörigen Hauptbürstenpaare die Kontaktsegmente verlassen, ist über die Hilfsbürsten der Unterbrecher in den Stromkreis eingeschaltet und somit die Unterbrechungsstelle des ganzen Phasenstromes in jenen verlegt. Der Unterbrecher unterbricht nun den Pha^enstrom, bevor die Hilfsbürste ihr Segment verläßt, so daß also, wenn die Hilfsbürste das Segment verläßt, der Strom bereits völlig unterbrochen ist und hierdurch, an dieser Stelle keinerlei Unterbrechungserscheinungen auftreten können. Hierbei werden, wie bereits oben erwähnet, die Hauptbürsten vor Verlassen der Segmente dadurch vor Zerstörung infolge Überlastung geschützt, daß dieselben auf bekannte Weise unterteilt sind und der das Segment zuletzt verlassenden Teilbürste ein Ohmscher Widerstand vorgeschaltet ist.

Es ist nun natürlich wichtig, daß die Kontaktsegmente des Unterbrechers genau synchron mit der Drehung der Kontaktsegmente des Stromwenders beaufschlagt werden. Diese Einstellung ist sehr leicht selbst während des Betriebes mittels des Handrades 20 möglich. Hierbei spielt an sich die Umdrehungszahl des Unterbrechers keine Rolle, wenn nur dessen Umdrehung synchron mit jener des Stromwenders erfolgt und im Unterbrecher die richtige Anzahl Kontaktsegmente 17 vorgesehen sind.

Um bei sehr großen Stromstärken eine Funkenbildung und Erwärmung an den Kontaktsegmenten des Unterbrechers zu vermeiden, kann die Ausbildung desselben auch derart sein, daß die isolierende Scheibe 16 feststeht, die Kontaktsegmente 17 auf ihr j einen ununterbrochenen metallischen Ring; ; bilden und zwischen diesem und den Düsen 22 möglichst nahe am besagten Ringe auf der Welle 13 eine sich drehende, durchlochte Isolationsscheibe angeordnet ist, welche die aus ; den Düsen austretenden Strahlen zur gegebenen Zeit durchläßt und unterbricht. Die Stromunterbrechung findet also nicht mehr an den metallischen Kontaktsegmenten oder dem Kontaktring selbst, sondern an der Isolationsscheibe statt.

Auch kann der Gleichrichter leicht so ausgeführt werden, daß kein Teil desselben an der Außenseite Spannung führt, d. h. kein spannungführender Teil der Berührung zugänglich ist, was gerade mit Rücksicht auf die Betriebskontrolle und Bedienung einen nicht zu unterschätzenden Vorteil bietet.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Gleichrichter mit synchron zu 'einem Stromwender umlaufendem und getrennt von dessen Kontaktsegmenten angeordnetem Quecksilberunterbrecher, welcher mit der Transformatorsekundärwicklung und go dem Gleichstromkreis parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Quecksilberunterbrecher jeweils nur in der Zeitspanne des Phasenwechsels an den, Stromwender angeschlossen und während des vollen Arbeitens einer Phase vom Stromwender und somit vom Belastungsstromkreis abgeschaltet ist.

2. Gleichrichter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben den den Wechselstrom den Kontaktsegmenten des Stromwenders zuführenden, paarweise angeordneten Bürsten (2?-{-, -S₁-J-, B—, B₁ —) noch paarweise angeordnete Hilfsbürsten (Bh -f-, Bh₁ -f-, Bh —, Bh₁ —) zur Anschaltung der Kontaktsegmente an den Unterbrecher vorgesehen sind.

3. Gleichrichter gemäß Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der Düsen des Unterbrechers gegenüber dessen Kontaktsegmenten während des Betriebes geregelt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.