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Einrichtung zur Einleitung von Lichtbögen bei Lichtbogenstromrichtern
Die periodische Einleitung von Lichtbögen durch Hilfsspannungen ist bereits bekannt.
Sie wird meist derart vorgenommen, daß eine hochfrequente oder stoßartige Überspannung
periodisch an die Elektroden einer Funkenstrecke gelegt wird, so daß zwischen den
Elektroden ein Überschlag entsteht. In dem heißen Kanal des Zündfunkens kann dann,
wenn die Zündenergie groß ist, der Betriebsstrom nachfließen. Solche Anordnungen
werden zum Betrieb von elektrischen Lichtbogenstromrichtern, die der Gleich- und
Wechselrichtung dienen, verwendet. Wenngleich sich diese Zündungsart als brauchbar
erwiesen hat, so hat sie doch einige Nachteile. Ein Nachteil der bisher bekannten
Zündungsverfahren ist, daß 'die Zündanlage teilweise vom Betriebsstrom durchflossen
wird. Die Abmessungen der Zündeinrichtungen werden deshalb sehr groß und die Anlagekosten
hoch.
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Es ist 'nun zwar weiterhin bekannt, zur Einleitung von Lichtbögen
besondere Hilfselektroden vorzusehen. Bei der bekannten Anordnung sind die Hilfselektroden
aber Glimmelektroden. Diese . Glimmelektroden werden lediglich zur Ionisation der
die Funkenstrecken umgebenden Luft benutzt. Durch eine solche Ionisation kann die
Überschlagsspannung zwischen den Hauptelektroden nicht unter einen bestimmten Wert,
welcher der elektrischen Festigkeit bei Dauerbeanspruchung entspricht, herabgesetzt
werden. Eine solche Einrichtung würde daher für den vorliegenden Fall durchaus ungeeignet
sein, dehn beispielsweise bei der Mehrphasenumformung müssen die Lichtbögen in den
einzelnen Lichtbogenstromrichtern schon bei einem sehr niedrigen Augenblickswert
der Betriebsspannung eingeleitet werden.
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Alle diese Nachteile der bekannten Anordnungen werden durch die Erfindung
dadurch vermieden, daß bei einem Lichtbogenstromrichter von der in der Nähe der
Hauptelektroden angeordneten Hilfselektrode beim Auftreten der Zündspannung Überschläge
nach beiden Hauptelektroden hin eintreten.
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Die Erfindung ist in der Abbildung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
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In der Abbildung ist die durch die Hauptelektroden gebildete Ventilfunkenstrecke
mit _A bezeichnet, in deren Nähe sich die Hilfselektrode B befindet. In dem Wechselstromkreis
der Hauptelektroden - ungefähr symmetrisch zu diesen - liegen zwei Drosselspulen
C und parallel zu der Hintereinanderschaltung von Drosseln und Funkenstrecken Kapazitäten
D, deren Mittelpunkt geerdet sein kann. Der Zündvorgang spielt sich nun folgendermaßen
ab. Der Kondensator F im Zündkreis wird über einen hohen Widerstand G bis zu der
gewünschten Zündspannung aufgeladen. Über die rotierende Funkenstrecke E, die synchron
mit der Frequenz des Hauptstromkreises umläuft, wird an die Zündelektrode B plötzlich
die Kondensatorspannung gelegt, die Überschläge nach beiden
Hauptelektroden
hin hervorruft. Die Induktivitäten C erleichtern in vielen Fällen das Nachfließen
des Hauptstromes, da durch sie Schwingungskreise gebildet werden, die di Zündenergie
verstärken. Sofort nach erfol@" ter Zündung wird der Lichtbogen, z. B. Hilfe einer
Luftströmung oder eines Magnet feldes und unterstützt durch die Formgebung der Zündelektrode,
von dieser fortgetrieben, so daß sich die Lichtbogenfußpunkte nur mehr auf den Hauptelektroden
befinden. Die Kapazitäten D können die Zündspannungen aufnehmen, so daß diese das
Netz nicht gefährden können. Zu diesen Kondensatoren können auch hochohmige Widerstände
parallel geschaltet werden, damit sie sich entladen können. Die Hauptelektroden
können in bekannter Weise als Umformungselektroden ausgebildet werden.
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Die in der Abbildung dargestellte Zündanlage stellt nur ein Beispiel
einer erfindungsgemäßen Zündeinrichtung dar. Statt mit Spannungsstößen, die durch
plötzliche Entladungen des Kondensators F entstehen, können die Zündspannungen auch
einem in bekannter Weise geschalteten Teslatransforinator oder der Kombination einer
Stoß- und Teslaschaltung entnommen werden. Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung
keine sehr großen Zündenergien nötig sind, kann eine Magnetzündung oder Batteriezündung,
wie sie zur Zündung von Verbrennungsmotoren vielfach in Gebrauch sind, Verwendung
finden. In Anlagen, in denen sich mehrere Ventile befinden, erfolgt die Zündung
zweckmäßig über einen Verteiler von einer einzigen Zündeinrichtung aus.
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Eine besondere Schwierigkeit besteht darin, den Betriebsstrom von
der Zündeinrichtung abzuriegeln bzw. einen Erdschluß des Wechselstromkreises zu
verhindern. Dies kann erfindungsgemäß dadurch geschehen, daß zwischen Zündelektrode
und Erde hohe Widerstände, Kapazitäten, Funkenstrecken oder Ventile eingeschaltet
werden, die einen Stromdurchgang nach der Erde hin unterbinden oder stark vermindern.
Eine weitere Aufgabe ist es, den Abbrand der Zündelektroden so gering zu halten,
daß sie nur selten ausgewechselt werden müssen. Das geschieht erfindungsgemäß einerseits
dadurch, -daß durch Luftströme oder Magnetfelder oder beide und durch eine geeignete
Formgebung dieser Elektrode die Lichtbogenfußpunkte jedesmal nur ganz kurze Zeit
auf der Zündelektrode verbleiben. Die Luftströmung kann hierbei derart angeordnet
sein, daß die Zündelektrode an der hauptbeanspruchten Stelle durch einen starken
Luftstrahl gekühlt wird. Derselbe kann aus dein Inneren der Zündelektrode herausströmen.
Ferner soll die Zündelektrode derart beschaffen sein, daß die Zündungen nicht stets
von der gleichen Stelle aus erfolgen. Wenn die Fläche der Zünd-"elektrode groß ist,
oder wenn die Zündelektrode kammartig oder ringförmig ausgebildet igt; so werden
die Fußpunkte der Zündfunken oft wechseln und somit nicht an einer Stelle der Elektrode
einen starken Abbrand hervorrufen. Erfindungsgemäß kann der Abbrand der Zündelektrode
auch dadurch klein gehalten werden, daß dieselbe von innen mit einer Kühlflüssigkeit
oder einem Gas gekühlt wird.
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Die Zündung, insbesondere die Teilung des Zündfunkens nach beiden
Hauptelektroden hin, kann um so leichter erfolgen, je steiler der Anstieg der Zündspannung
ist. Zur Versteilung sollen die Leitungen an der Zündanlage möglichst kurz gehalten
werden, und die Funkenstrecke E kann z. B. durch eine Kugelfunkenstrecke, Druckluft-
oder Ölfunkenstrecke ersetzt werden. Die Spannungsdifferenz zwischen Zünd- und Hauptelektrode
wird dann groß, und die Durchschlagsspannung wird schon durch einen niedrigeren
Absolutwert der Zündspannung erreicht.
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Es liegt die Annahme nahe, daß die Sperrspannung der Funkenstrecke
A durch die in der Nähe befindliche Zündelektrode F erniedrigt wird. Auf Grund von
Versuchen kann jedoch gesagt werden, daß durch geeignete Formgebung der Zündelektrode,
durch einen etwas größeren Abstand derselben von den Hauptelektroden und durch ausreichende
Kühlung eine Verringerung der Sperrspannung fast völlig vermieden wird. Ferner kann
das Potential der Zündelektrode erfindungsgemäß so gesteuert werden, daß in der
Sperrzeit die Durchschlagsspannung zwischen den Hauptelektroden möglichst hoch wird.
Diese Potentialsteuerung kann über einen sehr hohen Widerstand oder eine Induktivität
oder eine Kombination aus beiden erfolgen. Um der Zündelektrode in der Sperrzeit
das Mittelpotential zwischen den Hauptelektroden zu geben, kann z. B. eine Verbindung
der Zündelektrode über gleich große, hohe Widerstände mit beiden Hauptelektroden
vorgenominen werden. Bei Umformungseinrichtungen wird diese Zündung im allgemeinen
periodisch vorgenommen -werden müssen. Die gleichen Anordnungen kommen aber auch
für die einmalige, künstliche Einleitung eines Lichtbogens zu einem gewollten Zeitpunkt
in Frage.
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Die in der Erfindung beschriebene Anordnung zur Einleitung von Lichtbögen
mit Hilfe einer Zündelektrode ist wesentlich einfacher, betriebssicherer und billiger
als alle bisher bekannten Zündanordnungen für Lichtbogenstromrichter.