DE533447C - Einrichtung zur Verhuetung von Rueckzuendungen bei Metalldampfgleichrichtern mit im Entladungsweg isoliert angeordneten Metallteilen bzw. Anodenhuelsen - Google Patents

Description

Gegenstand des Patents 523 423 ist ein Verfahren zur Verhütung von Rückzündungen bei Metalldampfgleichrichtern mit im Entladungsweg isoliert angeordneten Metallteilen bzw. Anodenhülsen, die derart an eine besondere Transformatorwicklung gelegt werden, daß sie in jedem Augenblick, mindestens aber während derjenigen Zeitdauer innerhalb jeder Wechselstromperiode, während welcher ihre zugehörige Anode keinen Belastungsstrom -führt, ein relativ zu der zugehörigen Anode negatives Potential aufweist, sowie eine Einrichtung zur Ausübung eines solchen Verfahrens; das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Potentiallage der erwähnten Metallteile usw. Anodenhülsen gegenüber der die Anoden speisenden Transformatorwicklung durch eine zusätzliche Gleichspannung festgelegt bzw. gesteuert wird.

Bei der Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens ist als zusätzliche Gleichspannungsquelle eine Batterie, also eine Quelle unabhängiger, konstanter Spannung vorhanden. Eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung dieser Einrichtung wird nun dadurch erzielt, daß erfindungsgemäß zwischen die Sternpunkte der die Anoden speisenden Richtungen und. der zur Anodenhülsenladung verwendeten Richtungen eine vom Belastungsstrom abhängige, zusätzliche Gleichspannung geschaltet ist, welche das Potential der Anodenhülsen gegenüber dem der zugehörigen Anoden absenkt. Dadurch wird bei Überlast oder bei einem als Folge einer Störung auftretenden Überstrom eine selbsttätige Steigerung der zusätzlichen Gleichspannung auf einen solchen Wert erhalten, daß der gesamte Gleichrichterstrom durch die Gitterladung unterbrochen wird. Es hat sich praktisch gezeigt, daß es vorteilhaft ist, im Störungsfalle das Potential aller Anodenhülsen relativ zu dem der zugehörigen Anoden so weit abzusenken, daß auch kein Vorwärtslichtbogen bestehen bleiben kann bzw. daß er nicht an die im Zyklus der Spannung folgende Anode weitergegeben werden kann.

Da die Anodenhülsen von einer besonderen, mit Sternpunkt versehenen Wicklung gespeist werden, deren Spannung annähernd gleich der Spannung der die Anoden speisenden, ebenfalls mit einem Sternpunkt versehenen Sekundärwicklung deis Gleichrichtertransformators ist, so ist die PotentialdifEerenz zwischen Anode und zugehöriger Anodenhülse in j edem Moment für alle Anoden ungefähr gleich, gleichgültig wie groß die zwischen die Sternpunkte geschaltete zusätzliche Gleichspannung ist. Die Richtung dieser Gleichspannung soll

nun (nach dem Hauptpatent) eine derartige sein, daß das Potential der Anodenhülsen relativ zu ihren Anoden negativ ist. Um nun den gesamten Gleichrichterstrom innerhalb einer Halbperiode .des Wechselstromes zu unterbrechen, muß das Potential der Anodenhülse der gerade Vorwärtsstrom liefernden Anode möglichst negativer sein als das der Kathode, d. h. die zwischen die Sternpunkte ίο gelegte, zusätzliche Gleichspannung muß gleich oder größer sein als der natürliche Spannungsabfall des Vorwärtslichtbogens (etwa 20 Volt). Im Normalbetrieb dagegen kann die Anodenhülse ein Potential besitzen, welches etwa dem Mittelwert aus dem Anoden- und Kathodenpotential entspricht, ohne daß dadurch für den Betrieb des Gleichrichters irgendein Nachteil besteht. Bringt man demgemäß die zwischen die Sternpunkte geschaltete zusätzliche Gleichspannung in eine solche Beziehung zur Belastung, daß der normalen Belastung beispielsweise eine Gleichspannung gleich dem halben natürlichen Spannungsabfall des Vorwärtslichtbogens entspricht, dann wird, falls Proportionalität besteht, bei einer Überlastung gleich dem Doppelten der normalen Belastung die zusätzliche Gleichspannung ebenfalls den doppelten Wert annehmen und gerade gleich dem vollen Spannungsabfall des Vorwärtslichtbogens sein. Die Anodenhülse wird also gerade das Potential der Kathode besitzen, und eine Weitergabe des Lichtbogens an die im Zyklus der Spannung folgende Anode kann nicht mehr stattfinden. Der Gleichrichter erlischt also innerhalb einer Halbperiode völlig und wird stromlos. Bei Überschreiten dieser Überlast senkt sich das Potential der Anodenhülsen noch weiter ab, und die Sicherheit des Erlöschens wird größer. Man hat es völlig in der Hand, zu bestimmen, bei welcher Überlast diese Stromsperrung des Gleichrichters einsetzen soll, je nachdem man nämlich der normalen Belastung 4-5 eine größere oder kleinere zusätzliche Gleichspannung zuordnet. Beträgt die Gleichspannung bei Normallast nur ^j₁ des natürlichen Spannungsabfalles des Lichtbogens, dann erreicht die Anodenhülse der betreffenden Anode erst bei 4facher Überlast das Potential der Kathode. Beträgt die zusätzliche Gleichspannung bei Normallast bereits ²/₃des natürlichen Spannungsabfalles des Lichtbogens, dann erreicht die Anodenhülse der betreffenden Anode schon bei i.Sfacher Überlast das Potential der Kathode.

Im nachfolgenden soll an Hand des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 bis 3 eine Einrichtung beschrieben werden, mittels welcher die gewünschte Abhängigkeit der zusätzlichen Gleichspannung von der Belastung des Gleichrichters erreicht werden kann. In diesen Figuren bedeutet t einen den Gleichrichter speisenden Transformator mit der Primär- _ wicklung P₁ und der Sekundärwicklung J₁. Er. kann ferner eine zweite Sekundärwicklung J₂ von etwa gleicher Sekundärspannung erhalten, falls für diese Wicklung nicht ein besonderer Transformator vorgesehen wird. Die Wicklungen P₁, S₁ und S₂ sind der Einfachheit halber nur einphasig gezeichnet. In Wirklichkeit besitzt P₁ eine der Netzphasenzahl entsprechende Zahl von Phasenwicklungen, während die Zahl der Phasenwicklungen der Sekundärwicklungen.S₁ und J₂ gleich der Phasenzahl des Gleichrichters ist. Die Wicklungen ^₁ und S₂ sind galvanisch voneinander getrennt und besitzen je einen Sternpunkt O₁ bzw. O₂. Die Wicklung S₁ dient zur Speisung der Anoden O₁, O₃ ... o_e des Gleichrichters und führt somit Arbeitsstrom; die Wicklung s₂ dient zur Ladung der Anodenhülsen g_lt g-₂₃ g₈ . . . g_e und führt daher nur Ladeströme. Sie kann aus diesem Grunde aus sehr dünnen Drähten hergestellt und für eine äußerst kleine kVA-Zahl bemessen sein, d ist eine zwischen die Sternpunkte O₁ und O₂ geschaltete kleine Drosselspule, zu welcher parallel der Kleingleichrichter ζ geschaltet ist, welcher von der Sekundärwicklung des kleinen Transformators i₂ gespeist wird, dessen Primärwicklung in Reihe zur Primärwicklung P₁ des Transformators I₁ geschaltet ist. In diesen Figuren sind nun nicht nur die Schaltungen und Verbindungen der Einrichtungsteile dargestellt, sondern es ist die Lage der Wicklungen J₁, J₂ und der Anoden O₁ ... O₆ wie auch der Anodenhülsen ^₁ ... g_B gegenüber einer Nullpotentiallinie o-x so dargestellt, daß der in der Zeichnung vertikale Abstand des Körpers von dieser Nullinie als Maß für das Potential 'dieses Körpers gelten kann. In Fig. ι z.B. ist angenommen, daß die Punkte O₁ und O₂ das Nullpotential besitzen. Wie ersichtlich, ist dann das Potential der Anoden O₁, (Z₂, o_e und der Anodenhülsen g_lt g₂, g_e gerade positiv, während das Potential der Anoden O₄, o₃, O₅ und der Anodenhülsen g±, g_s, g₅ gerade negativ ist. Es ist hier aber nur ein bestimmter Zeitmoment einer Periode der Wechselspannung herausgegriffen. Da es sich um eine mehrphasige Speisung der Ladung handelt, vollführen die Potentiale innerhalb jeder Periode einen Kreislauf, so daß also z. B. die Anode O₁ zeitlich nacheinander die Potentiale annimmt, welche in den betrachteten Zeitmoment die Anoden O₂, a_s, O₄, a₅, o_e besitzen. Da in dem gewählten Ausführungsbeispiel die Wicklung J₂ die gleiche Spannung besitzt wie die Wicklung J₁, ist auch, solange zwischen O₁ und O₂ kein Potentialunterschied besteht, das Potential jeder Anodenhülse gleich dem Po-

tential der zugehörigen Anode oder, mit anderen Worten, die Potentialkreise a_v a₂ ... a_e und If₁, g₂ · ■ · Sa decken sich genau, wie es Fig. ι zeigt. Diese Potentialgleichheit von O₁ und O₂ besteht aber nur so lange, als der Kleingleichrichter 2 selbst spannungslos ist, was z. B. der Fall ist, wenn der Primärstrom I₁ = ο ist. Da sich nämlich die Wicklung p₂ zu P₁ in Reihenschaltung befindet, ist die Spannung des Kleingleichrichters im wesentlichen eine Funktion des Primärstromes. Fig. ι bezieht sich nur auf den theoretischen Leerlauf der Anlage^ also J₁ annähernd = 0. In Wirklichkeit ist schon wegen des Magnetisierungsstromes i_x stets ungleich o, aber da der Lichtbogen des Kleingleichrichters erst einsetzt, wenn die aufgedrückte Spannung zur Überwindung des Lichtbogenspannungsabfalles ausreicht, so ist anzunehmen, daß der Lichtbogen beim Leerlaufstrom i_t noch nicht zustande kommt, daß also wirklich die Gleichspannung des Gleichrichters s noch ο ist. Auch die kleine Drossel d führt in diesem Falle noch keinen Strom, so daß also O₁ und o„ das gleiche (Null-) Potential besitzen. In Fig. 1 ist auch die Kathode £ entsprechend ihrem Potential eingetragen. Der Abstand von a_x und k entspricht in dem dargestellten Moment gerade dem Spannungsabfall des Hauptlichtbogens. (Es ist angenommen, daß der Gleichrichter einen ganz geringen Belastungsstrom führt, welcher gerade zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens ausreicht.)

In Fig. 2 ist die Bedeutung der Buchstaben die gleiche wie in Fig. 1. Nur soll hier der Primärstrom I₁ eine Stärke gleich dem normalen Belastungsstrom i_n haben. Es läßt sich nun einrichten, daß dann die vom Kleingleichrichter ζ gelieferte zusätzliche Gleichspannung z. B. gleich dem halben Wert des durch den Hauptlichtbogen im Gleichrichter erzeugten Spannungsabfalles ist, also daß sie gleich der halben zwischen Ci₁ und k herrsehenden Spannung ist. Um diesen Spannungsbetrag wird nun aber das Potential des Sternpunktes o₂ gegen das von O₁ abgesenkt, und der Potentialkreis g_t . . . g_G erhält somit die gleiche Absenkung gegenüber dem Potentialkreis Ci₁ ... a₆. Der Strom- bzw. Lichtbogenübergang von C₁ zu k erleidet dadurch keine Störung, dagegen ist der Stromübergang von den anderen Anoden zur Kathode durch die Absenkung bereits gesperrt.

Fig. 3 endlich zeigt, daß bei einer Überlastung des Gleichrichters bis zum doppelten der normalen Belastung (i_t = 2i_n) die Absenkung des Potentialkreises g_t . . . g_e bereits einen solchen Betrag erreicht hat, daß auch die Anodenhülse g_x der positiven Anode a_t ein Potential annimmt, welches das Entstehen eines positiv gerichteten Stromes verhindert. Der bereits bestehende Strom der Anode ^₁ wird zwar nicht dadurch gelöscht, daß die Anodenhülse g_x Kathodenpotential erhält, aber die bisher nicht stromführende Anode a₆ zündet nicht, wenn sie· im Potentialzyklus auf das jetzige Potential der Anode Ot₁ kommt und gleichzeitig ihre Anodenhülse das Potential der Kathode oder ein tieferes annimmt. Bei einer Potentialsenkung, wie sie Fig. 3 zeigt, wird also innerhalb eines Bruchteiles einer Wechselstromperiode der ganze Gleichrichter stromlos. Nun würde dies zur Folge haben, daß sogleich die Gleichspannung des Kleingleichrichters ζ verschwindet, daß also sofort wieder der Lichtbogen- einsetzen könnte, selbst dann, wenn die Ursache der Störung noch nicht beseitigt wäre. Um dieses sprunghafte Einsetzen der Zündung zu vermeiden, ist die Drossel d vorgesehen, welche das Heben der Potentiale der Anodenhülsen nach erfolgter Absenkung verzögert, indem ihre Zeitkonstante nur eine allmähliche Hebung des Potentials gestattet.

Arbeiten mehrere Gleichrichter parallel, so werden im Falle einer Störung in einem von ihnen die Schutzeinrichtungen aller Gleichrichter ansprechen, sobald sie einen erheblichen Rückstrom in den fehlerhaften Gleichrichter senden. In dieser Weise wird also die ganze Anlage geschützt und eine Abschaltung der einzelnen Gleichrichter vermieden. Nur beim Zusammenarbeiten mit anderen Stromquellen, wie z. B. Gleichstrommaschinen oder Umformern, ist die Zwischenschaltung von Maximalstrom- oder Rückwattrelais erforderlich, welche im Störungsfalle die Verbindung zwischen Gleichrichter und Stromquelle unterbrechen.

Claims (7)

Patentansprüche: !

1. Einrichtung zur Verhütung von Rückzündungen bei Metalldampf gleichrichtern mit im Entladungsweg isoliert angeordneten Metallteilen bzw. Anodenhülsen nach Patent 523 423, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Sternpunkte der die Anoden speisenden Wicklungen und der zur Anodenhülsenladung verwendeten Wicklungen eine vom Belastungsstrom abhängige, zusätzliche Gleichspannung geschaltet ist, welche das Potential der Anodenhülsen gegenüber dem der zugehörigen Anoden absenkt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliche Gleichspannung die Spannung eines Kleingleichrichters (z. B. Glühkathodengleichrichters) dient, der von einem Transformator, dessen Primärwicklung in Reihe

zur Primärwicklung des den Hauptgleichrichter speisenden Transformators liegt, gespeist wird.

3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der die zusätzliche Gleichspannung liefernden Einrichtung eine Drosselspule zwischen die Sternpunkte der Sekundärwicklungen geschaltet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen der beiden Sekundärwicklungen, zwischen deren Sternpunkte die zusätzliche Gleichspannung liegt, einander annähernd gleich sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der zusätzlichen Gleichspannung, daß sie bei normaler Belastung des Gleichrichters kleiner als der Spannungsabfall des Lichtbogens im Hauptgleichrichter ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der zusätzlichen Gleichspannung, daß sie bei Überlastung (Überstrom) des Gleichrichters gleich oder größer als der Spannungsabfall des Lichtbogens im Hauptgleichrichter ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sekundärwicklungen, zwischen deren Sternpunkte die zusätzliche Gleichspannung liegt, Sekundärwicklungen eines gemeinschaftlichen Transformators sind.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen