DE638364C - Einrichtung zur Umformung von Mehrphasenwechselstrom in Gleichstrom und umgekehrt durch Funkenstrecken - Google Patents

Description

Es ist bekannt, bei Einrichtungen zur Umformung von Einphasenwechselstrom in Gleichstrom mittels Funkenstrecken die Zündung der Hauptfunkenstrecken durch. Hilfsfunkenstrecken einzuleiten, die ihrerseits durch eine synchron mit dem Wechselstrom erfolgende schwingende oder rotierende Bewegung der Elektroden der Hilfsfunkenstrecken gezündet werden. Auch bei der Umformung von Mehrphasenwechselstrom in Gleichstrom mittels Funkenstrecken können Hilfsfunkenstrecken zur Zündung der Hauptfunkenstrecken verwendet werden; jedoch ist die Zündung der Hauptfunkenstrecken bei

ig diesen Einrichtungen nicht mehr so einfach und leicht möglich wie bei der Umformung von Einphasenwechselstrom in Gleichstrom. Die Umformung von Mehrphasenwechselstrom in Gleichstrom kann dadurch erfolgen, daß an jede Phase des Mehrphasensystems eine oder mehrere Funkenstrecken angeschlossen werden. In geeigneten Zeitpunkten muß an diesen Funkenstrecken ein Lichtbogen erzeugt und in einem späteren Zeitpunkt wieder gelöscht werden. Soll ein annähernd konstanter Gleichstrom geschaffen werden, so ist es nötig, daß die Erzeugung des Lichtbogens in einer Phase dann erfolgt, wenn der Lichtbogen in der vorhergehenden Phase noch besteht. Dieser Übergang des Stromes von einer Phase auf die nächste ist bei der Funkenstreckenumformung an sich schwer zu erreichen.

Die Erfindung ermöglicht dies bei einer Einrichtung zur Umformung von Mehrphasenwechselstrom in Gleichstrom und umgekehrt durch Funkenstrecben, die in jeder Periode durch zusätzliche Schaltmittel neu gezündet werden müssen bei einem Druck von der Größenordnung des Atmosphärendruckes oder darüber dadurch, daß diese Schaltmittel die Zündung des Lichtbogens in jeder Phase der Wechselspannung periodisch, bei der Gleichrichtung kurz nach, bei der Wechselrichtung kurz vor Erreichen der Spannungsgleichheit der brennenden und der zu zündenden Phase, bewirken, bevor der Lichtbogenstrom in der vorausgehenden Phase durch Null geht und dabei zum Abreißen gebracht wird.

Durch die Erfindung wird die Löschung des Lichtbogens sehr stark erleichtert, denn ein Lichtbogen kann bekanntlich bei seinem Nulldurchgang besonders leicht ausgeblasen oder auf anderem Wege unterdrückt werden.

Die Einleitung eines Lichtbogens kann nun auf elektrischem Wege (ζ. B. durch eine in bestimmtem Zeitpunkt einsetzende Hilfsspannung, die einen Zündstrom über die zu überbrückende Funkenstrecke schickt) oder auf mechanischem Wege (ζ. B. durch Annäherung der Elektroden, leitende vollkommene oder teilweise Überbrückung des Elektrodenzwischenraumes usw.) erfolgen. Der Zeitpunkt der in jeder Periode neu vorzunehmen- 6g den Zündung jeder Phase muß erfindungs-

gemäß genau festgelegt werden. Die Auswahl des zweckmäßigsten Zeitpunktes sowie die praktische Durchführung dieser exakten Zündung sei an einem Beispiel erläutert, in dem eine elektrische Hilfszündung gewählt ist.

In Abb. ι ist eine Schaltung dargestellt, mit der Drehstrom in Gleichstrom umgeformt werden kann. An die Phasen R, S und T des to Drehstromtransformators sind die Drosselspulen Dr, Ds und Dr angeschlossen, und an diesen liegen drei Gleichrichterfunkenstrecken Fr, Fs und Fr·. Die grundsätzliche Verwendung solcher Funkenstrecken zur Gleichrichtung ist bekannt. Von den Funbenstrecken führen Leitungen zur Gleichstromleitung Q, an die die als Wirkwiderstand angenommene Gleichstrombelastung B angeschlossen ist. Die Potentiale des Drehstromtransformators verlaufen nach. Sinuskurvien, wie das in Abb. 2 dargestellt ist. Zum Zeitpunkt ι (Abb. 2) arbeitet Phase R, d. h. an Fr brennt der Lichtbogen. Es fließt also ein positiver Strom von R und Dr, Fh, G, B, Erde und über den Nullpunkt M zum Transformator zurück. Dieser Strom ist hei einem Wirkwiderstand als Belastung der Spannung an der Phase/? etwa proportional. Im Zeitpunkt 2, wo das Potential von 5 soeben etwas größer geworden ist als das von R, muß an Fs. der Lichtbogen eingeleitet werden. Es fließt dadurch ein "positiver Strom von Fs nach G. Da das Potential von Fs höher ist als das von Fr, muß sich die Stromrichtung in F[r umkehren, und der Lichtbogen an Fr kann zum Verlöschen gebracht werden. Für den kleinen Zeitunterschied, der zwischen Gleichheit der Potentiale an R und 5 und der Zündung liegt, gibt-es einen günstigsten Wert, der von der Art der Belastung auf der Gleichstromseite abhängt. Es ist zweckmäßig, die Zündung so anzuordnen, daß dieser Zeitpunkt nach Fertigstellung der Anlage, am besten sogar während des Betriebes, verändert werden kann. (Der Einfluß der Art der Belastung auf den Zündzeitpunkt sei durch folgendes erläutert. Ist die Kapazität in dem Gleichstromnetz ganz besonders groß, wie z.B. in einem Kabelnetz, dann wird es oft nicht nötig sein, daß. die Zündung einer Phase erfolgt, wenn die vorausgehende noch arbeitet, weil in diesem Falle die Gleichspannung annähernd konstant bleibt. Die Zündung jeder Phase wird hier dann vorzunehmen sein, wenn die Spannung dieser Phase gera'de um einen kleinen Betrag größer geworden ist als die Gleichspannung.

Soll aus Drehstrom, auch eine negative

Gleichspannung erzeugt werden, dann müssen zu den drei Drosselspulen und Funkenstrecken der Abb. 1 noch drei weitere Drosselspulen und Funkenstrecken parallel geschaltet werden. Die Funkenstrecken werden dann zweckmäßigerweise in entgegengesetzter Richtung .angeschaltet. Für die Zündung dieser weitereu drei Funkenstrecken gilt das Entsprechende wie für Fr, Fs und Ft- " Wenn positive und negative Gleichspannung erzeugt und wenn zwischen Gleichstromleitung und Erde eine wesentliche Kapazität vorhanden ist, empfiehlt es sich, den Nullpunkt M des Transformators nicht mit der Erde zu verbinden. Die Welligkeit der Gleichspannung gegen Erde wird dann, insbesondere bei ungerader Phasenzahl des Transformators, sehr gering.

Die Zündung der Funkenstrecben erfolgt nach Abb. 1 durch eine Hilfsspannung. Die Stromkreise zur Erzeugung dieser Hilfsspannung sind mit dünnen Linien in den Phasen R und 5 eingezeichnet. Die Kapazität C_z wird über den Widerstand R_z aufgeladen. Wenn R_z nicht zu groß ist, liegt in dem Zeitpunkt, in dem die Phase/? gezündet werden soll, an C₂ etwa der i^fache Scheitelwert der Wechselspannung. A ist ein mechanischer Gleichrichter, dessen rotierender Arm so eingestellt sein muß, daß er in dem bereits beschriebenen Zeitpunkt zündet. Die dadurch entstehende Schwingung ergibt einen go Überschlag an Fr. Vom Transformator wird die Schwingung durch die Kapazität Cr ferngehalten.

Um eine genaue und zuverlässige Zündung an den Hauptfunkenstrecken zu erreichen, muß die Elektrizitätsmenge, die durch den Zündkreis in Fr zum Fließen gebracht wird, möglichst groß sein, da der Widerstand einer Funkenstrecke bei einem Schwingungsvorgang von der durch sie geflossenen Elektrizitätsmenge abhängt. Nur -wenn der Funkenstreckenwiderstand auf einen genügend kleinen Wert gebracht wird, wird eine sichere Einleitung des Lichtbogens gewährleistet. Die Zündung erfolgt in den anderen Phasen auf gleiche Weise. Wie aus Abb. 2 hervorgeht, sind die .Zündzeitpunkte für positive und negative Gleichspannung verschieden. Bei der Umformung von Drehstrom in Gleichstrom müssen also während einer Periode sechs Zündungen in gleichem Zeitabstand erzeugt werden. Diese sechs Zündungen können durch einen rotierenden Arm, dem sechs Elektrodenpaare gegenüberstehen, eingeleitet werden. Die Veränderung des Zündzeitpunktes kann dadurch erfolgen, daß die sechs Elektrodenpaare zugleich verdreht werden oder daß der rotierende Arm in seiner Lage zur Phase der Wechselspannung in bekannter Weise verstellt wird.

Die in Abb. 1 dargestellte Ausführung der Hilfszündung stellt ein Beispiel dar. Diese

elektrische Hilfszündung kann auch auf anderen Wegen, wie z. B. durch Speisung der Kapazität C₂ mit anderen Phasen, durch zwei getrennte Wicklungen, von denen, eine in dem aus C₂ und dem Gleichrichter A bestehendem Kreise, die andere in der Hauptleitung zwischen R und Fr liegt, ferner durch Spannungsstöße, durch eine sinusförmige Hilfsspannung usw., erfolgen.

ίο In entsprechender Weise kann der Zündzeitpunkt eingestellt werden, wenn die Umformung durch Funkenstrecken erfolgt, deren Elektroden bewegt werden, bei denen die Funkenbahn durch Schirme usw. periodisch freigegeben wird oder bei denen auf anderen mechanischen Wegen die Zündung und die Lichtbogenlöschung vorgenommen wird. Hier müssen erfindungsgemäß drei Vorgänge zum zeitlichen Zusammenfallen gebracht werden.

Der in Abb. 2 mit 2 bezeichnete Zeitpunkt muß nämlich aus dem bereits beschriebenen Grunde mit der Zündung des Lichtbogens in einer Phase und andererseits mit der künstlichen Löschung des Lichtbogens in der vorausgehenden Phase zusammenfallen. Denken wir an einen mechanischen Gleichrichter, dann müssen die Elektroden so geformt und eingestellt werden, daß in dem Zeitpunkt 2 die Elektroden der Phase 5 gerade in große Nähe kommen, daß sich dagegen die Elektroden der Phase R gerade voneinander entfernen.

Ganz ähnlich liegen die Verhältnisse bei der Rückumformung von Gleichstrom in Wechselstrom. Auch dabei kann erfindungsgemäß der Zündzeitpunkt in einer Phase so gewählt werden, daß durch die Einleitung des neuen Lichtbogens der Lichtbogen in der vorangehenden Phase zum Verlöschen gebracht wird. Der Vorgang sei wieder an Abb. 1 näher beschrieben. Dieselbe Schaltung kann zur Rückumformung von Gleichstrom in Wechselstrom benutzt werden, wenn der Zündzeitpunkt verändert wird. Im Punkte G muß dann die positive Gleichstromzuleitung angeschlossen werden. Es sei angenommen, daß die Gleichstromleitung ein bereits bestehendes Wechselstromnetz speisen soll oder daß der Drehstromtransformator durch einen kleinen Hilfsgenerator mit Wechselstrom gespeist wird, so daß der Takt der Wechselspannung dadurch gegeben ist. Der Vorgang der Zündung und Löschung ist dann folgender:
Im Zeitpunkt 3 der Abb. 2 arbeitet die Funkenstrecke Fs, d.h. es fließt durch den Lichtbogen Gleichstrom von G über Fs nach der Phase 5 des Transformators. Das Potential von G muß hierzu natürlich höher sein als das von 5. Der Lichtbogen an ,Fs bleibt bestehen bis zum Zeitpunkt 4, wo an der Funkenstrecke Fy der Lichtbogen eingeleitet wird. Wie man aus Abb. 2 ersieht, ist in diesem Zeitpunkt das Potential von T niedriger als das von S, es muß also ein positiver Strom von 5 über Fs, Q und Ft nach T fließen, d.h. die Stromrichtung in Fs muß sich umkehren. Der Lichtbogen in Fs kann in diesem Augenblick zum Verlöschen gebracht werden. Dasselbe erfolgt periodisch in den weiteren Phasen. Hieraus geht hervor, daß die Zündung im Vergleich zum Arbeiten von Drehstrom auf Gleichstrom zeitlich nach vorn verschoben werden muß. Die Zündung muß also bei der Gleichstrom-D rehstrom-Umformung etwas vor dem Zeitpunkt erfolgen, in dem die Spannungen zweier Phasen gleich werden. Für die scharfe Einstellung des Zündzeitpunktes gilt das gleiche, was bereits bei der Drehstrom-Gleichstrom-Umformung gesagt wurde. Je nach Art des zu speisenden Gleichstromnetzes wird der Zündzeitpunkt verschieden gewählt werden müssen, bei Vielphasenbetrieb und bei großer Kapazität im Gleichstromnetz wird die Löschung des Lichtbogens in einer Phase oft am besten dann erfolgen, wenn sich die betreffende Phase im Scheitelwert der Spannung befindet, weil dann der durch die Funken-^ strecke fließende Strom an sich am kleinsten ist. Die Zündung des neuen Lichtbogens kann also entsprechend nach vorn verlegt werden. Auch bei der Rückumformung von positiver und negativer Gleichspannung ist es oft ratsam, den Nullpunkt des Transformators nicht mit der Erde zu verbinden.

Bei allen Schaltungen zur Umformung von hohen Spannungen mit Funkenstrecken sind die hier an Beispielen erläuterten Gesichtspunkte in entsprechender Weise maßgebend. Überall ist der beschriebene Erfindungsgedanke mit großem Erfolg anwendbar.

Kurz zusammengefaßt ist der Erfindungsgedanke also folgender: Die Zündung des Lichtbogens in einer Phase muß so erfolgen, daß dadurch der Lichtbogenstrom in der vorausgehenden Phase gezwungen wird, durch Null hindurchzugehen. Um das in allen Fällen zu gewährleisten, ist die Zündung und die evtl. künstliche Lichtbogenlöschung einstellbar zu machen, und die Zündung muß so intensiv gewählt werden, daß das Eintreten des Lichtbogens sofort gewährleistet ist. Bei der praktischen Ausnutzung der Erfindung wird durch die Wahl der Schaltungen der Mehrphasentransformatoren sowie durch zusätzliche Induktivitäten, Kapazitäten usw. zugleich dafür gesorgt werden müssen, daß der Stromübergang von einer Phase auf die nächste möglichst gleichmäßig und ohne zu plötzEche Stromänderung erfolgt und daß die Spannung an der Funkenstrecke, an der

der Lichtbogen ausgelöscht wird, nicht zu rasch, wiederkehren kann. Durch die Schaltungen und zusätzliche Anordnungen muß außerdem dafür gesorgt werden, daß Spannung und Strom in der Gleichstromseite möglichst konstant sind und auf der Wechselstromseite möglichst sinusförmig verlaufen.

Claims (4)

1. Patentansprüche: ,..

   ι. Einrichtung zur Umformung von Mehrphasenwechselstrom in Gleichstrom und umgekehrt durch Funkenstrecken, die in jeder Periode durch zusätzliche Schaltmittel neu gezündet werden müssen, bei einem Druck von der Größenordnung des Atmosphärendruckes oder darüber, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schaltmittel die Zündung des Lichtbogens in jeder Phase der Wechselspannung periodisch bei der Gleichrichtung kurz nach, bei der Wechselrichtung kurz vor Erreichen der Spannungsgleichheit der brennenden und der zu zündenden Phase be wirken, bevor der Lichtbogenstrom in der vorausgehenden Phase durch Null geht und dabei zum Abreißen gebracht wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel z. B. eine mit bewegten Elektroden gesteuerte Hilfszündung vorgesehen ist, durch die der Zeitpunkt der Zündung in bezug auf die Phase der zu zündenden Spannung festgelegt wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, mit denen in einem bestimmten Augenblick eine elektrische Hilfszündung eingeleitet wird, durch die eine große Elektrizitätsmenge durch die Hauptfunkenstrecke geschickt wird, so daß der Widerstand der Hauptfunkenstrecke zum Zwecke einer sicheren Zündung plötzlich auf einen geringen Wert gebracht wird. *
4. 4. Anordnung nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündzeitpunkt in bezug auf die Phase der Wechselspannung einstellbar ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen