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Regeleinrichtung für mehrere gittergesteuerte Entladungsgefäße Die
Erfindung bezieht sich auf Energieverteilungsanlagen, bei denen mehrere gittergesteuerte
Entladungsgefäße zu einer Gruppe gehören, die gemeinsam regel- und steuerbar sein
soll. Es kann sich dabei entweder um Anlagen handeln, in denen eine Mehrzahl von
Stromverbrauchern zu einer Gruppe zusamrnengefaßt ist und für jeden dieser Stromverbraucher
ein Entladungsgefäß vorgesehen ist, oder aber um Anlagen, bei denen ein einzelner
Stromverbraucher über mehrere untereinander parallel geschaltete Entladungsgefäße
gespeist wird. Im ersteren Falle können die Stromverbraucher beispielsweise elektrische
Maschinen sein, die zu Beginn eines Arbeitsprozesses angelassen werden sollen, bei
denen aber während des Betriebes die Möglichkeit gegeben sein muß, jeden Motor für
sich den besonderen Arbeitsbedingungen der von ihm angetriebenen Arbeitsmaschine
anzupassen. Für den zweiten Fall sei als Beispiel eine Schmelzelektrolyse für die
Aluminiumherstellung genannt. Die Elektrolysezellen sind dabei an eine Gruppe von
unter sich parallel geschalteten Entladungsgefäßen abgeschlossen. Während des Schmelzprozesses
ändert sich der wirksame elektrische Widerstand der Elektrolysezellen, weil die
Elektrolysespannung während des Schmelzprozesses zunimmt. Die Entladungsgefäße müssen
daher, um bei der sich ändernden Elektrolysespannung stets gleichen Strom aufrechtzuerhalten,
gemeinsam geregelt werden. Andererseits muß für jedes einzelne-der untereinander
parallel geschalteten Entladungsgefäße eine besondere Regeleinrichtung vorgesehen
sein, weil die Charakteristiken der Stromkreise der Entladungsgefäße, beispielsweise
infolge verschiedener Streuungen der speisenden Transformatoren oder aus anderen
Gründen, untereinander verschieden sind.
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Die geschilderten Verhältnisse können nicht nur dann auftreten, wenn
es sich darum handelt, Gleichstromverbraucher aus einem Wechselstromnetz gegebener
Spannung und Frequenz zu speisen, sondern auch bei Anlagen, in denen eine andersartige
Umformung bzw. Steuerung oder Regelung elektrischer Energie vorgenommen wird. Im
allgemeinen wird es sich bei den Entladungsgefäßen um solche mit Gittersteuerung
und Gas- oder Dampffüllung, wie z. B. um Quecksilberdampfgleichrichter, handeln.
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Man könnte nun daran denken, die Regeleinrichtung so aufzubauen, daß
für die gemeinsame Regelung sämtlicher Entladungsgefäße deren Steuerkreise sämtlich
an eine gemeinsame Regeleinrichtung angeschlossen sind, und daß lediglich für die
Einzelregelung noch jedem Entladungsgefäß eine besondere
Regeleinrichtung
zugeordnet ist. Es hat sich nun aber herausgestellt, daß in diesem,#Fall eine unabhängigeEinzelregelung
der verschiedenen Entladungsstrecken sehr erschwer,. wenn nicht sogar unmöglich
gemacht werde` kann. Im Augenblick der Zündung. springt: nämlich das Potential der
Steuerelektrode, einer Entladungsstrecke von dem zur Zündung erforderlichenWert
etwa auf das Potential der zugehörigen Anode. Dadurch ent-. stehen in der Steuerleitung
Spannungswellen, die sich auch auf die Steuerspannungsquellen übertragen. Sind nun
dieSteuerkreise mehrerer Entladungsstrecken über eine und dieselbe zur gemeinsamen
Regelung dienende Regeleinrichtung miteinander verbunden, so werden diese Spannungswellen,
die von der Zündung eines Entladungsgefäßes herrühren, auch die Steuerspannungen
der anderen Entladungsgefäße beeinflussen. Das kann bei Dampfentladungsgefäßen in
schweren Fällen unter Umständen dazu führen, daß es überhaupt nicht mehr möglich
ist, an den einzelnen Entladungsgefäßen verschiedene Aussteuerungsgrade einzustellen.
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Diese Schwierigkeiten werden nun gemäß derErfindung dadurch überwunden,
daß jedes Entladungsgefäß mit zwei voneinander unabhängigen, je für sich verstellbaren
Regeleinrichtungen zur Einstellung der Zündzeitpunkte versehen wird, von denen je
eine Regeleinrichtung mit den entsprechenden Regeleinrichtungen der anderen Entladungsgefäße
gemeinsam verstellbar verbunden ist, derart, daß seine Verstellung auf alle Entladungsgefäße
in gleichem Sinne einwirkt. Die zweite Regeleinrichtung jedes Entladungsgefäßes,
die nicht mit Regeleinrichtungen anderer Entladungsgefäße verbunden ist, dient dann
dazu, das betreffende Entladungsgefäß bzw. bei mehreren Stromverbrauchern den an
das zugehörige Entladungsgefäß angeschlossenen Stromverbraucher gesondert und entsprechend
seinen eigenenBetriebsbedingungen zu steuern und zu regeln.
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Das Erfindungsprinzip sei zunächst an Hand eines Ausführungsbeispieles
näher- erläutert, welches sich auf die bekannte Regeleinrichtung zur Zündpunkteinstellung
bezieht, bei der eine mit der Anodenspannungsfrequenz synchron umlaufende Steuereinrichtung,
beispielsweise ein Kontaktapparat, von einem Hilfssynchronmotor angetrieben, wird,
dessen Wechselstrom- bzw. Drehstromwicklung an das Anodenwechselstromnetz bzw. an
ein mit der gleichen Frequenz betriebenes Wechselstromnetz angeschlossen ist. In
dem in der Zeichnung dargestellten Schaltungsschema sind drei Stromverbraucher i
an ein Drehstromnetz 2 angeschlossen, welches über einen Transformator 3 von den
Sammelschienend. gespeist wird. Jedem Stromverbraucher i ist ein gittergesteuertes
Entladungsgefäß, beispielsweise ein Quecksilberdampfgleichrich--@ ter 5, zugeordnet,
der die in den Netz z zur . 'Verfügung stehende Wechselstromenergie in ,,-die für
die Stromverbraucher i erforderliche '-""1lergieform umwandelt. Jedem der Entladungsgefäße
5 ist eine Kontakteinrichtung 6 zugeordnet. Die Kontaktscheiben dieser Kontaktapparate
bzw. andere Träger der an die Steuergitter angeschlossenen Einzelkontakte sind über
ein Getriebe - in der Zeichnung ist ein Schneckentrieb angenommen - mit Verstellmotoren
7 gekuppelt, damit die Kontakte gegenüber der umlaufenden Kontaktbürste' verdreht
werden können. Die VerstellmOtOren 7 sind in beliebiger Weise entweder von Hand
oder auch selbsttätig in Abhängigkeit von irgendwelchen Bestimmungsgrößen der Anlage
in der einen oder anderen Drehrichtung einschaltbar, Außer der durch die Motoren
7 gegebenen Einrichtung zur Zündpunkteinstellung der Entladungsgefäße ist gemäß
der Erfindung noch eine zweite Einrichtung zur Zündpunkteinstellung vorgesehen.
Sämtliche Kontaktbürsten der Kontaktapparate 6 sind zu dem Zweck mit einem gemeinsamen
Synchronmotor 8 gekuppelt, .welcher wechselstromseitig an das Anodenwechselstromnetz
-- angeschlossen ist. Der Motor ist mit zwei Gleichstromerregerwicklungen g und
io ausgerüstet, die, wie in der Zeichnung angedeutet ist, zwei in der Phase gegeneinander
versetzte Komponenten der Erregung des Synchronmotors 8 liefern. Durch Verstellung
der den beiden Erregerwicklungen zugeordneten Regler i i und 1z kann die resultierende
Erregung des Synchronmotors 8 der Phase nach verändert werden, so daß die umlaufenden
Kontaktbürsten der Kontaktapparate 6 relativ zu dem Anodenwechselstromnetz z verschied@ene
Synchronlagen einnehmen können. Da sämtliche Kontaktbürsten mit dem gleichen Synchronmotor
gekuppelt sind, wird durch diesen Teil der Regeleinrichtung der Zündpunkt sämtlicher
Entladungsstrecken gemeinsam und im gleichen Sinne verstellt. Die Regler ii und
1z können entweder von Hand oder selbsttätig in Abhängigkeit von für den Betrieb
maßgebenden Bestimmungsgrößen gesteuert oder geregelt werden.
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Für die Verstellung der Synchronlage des Hilfssynchronmotors 8 können
noch andere Mittel verwendet werden. Man kann beispielsweise in die Verbindungsleitung
zwischen dem Wechselstromnetz z und der Wechselstromwicklung des Motors 8 eine Einrichtung
zur Phasenverschiebung schalten. Besonders vorteilhaft sind Drosselspulen, die mit
einer Gleichstromhilfserregung ausgerüstet
sind, weil mit dieser
Regeleinrichtung die Möglichkeit gegeben ist, in einfacher Weise die Synchronlage
selbsttätig von irgendwelchen Strom- oder Spannungswerten abhängig zu machen.
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An Stelle der. in der Zeichnung dargestellten Kontaktapparate 6 können
auch andere Steuerungseinrichtungen verwendet werden, welche synchron mit dem Anodenwechselstromnetz
der zugeordnetenEntladungsgefäße betrieben werden. Man kann beispielsweise einen
Synchrongenerator verwenden, dessen Rotor mit dem Rotor des Hilfssynchroninotors
8 gekuppelt ist, und dessen Rotorwicklung über Schleifringe an die Steuergitter
des Entladungsgefäßes angeschlossen ist. Im Stator des Generators liegen ähnlich
wie bei dem Hilfssynchronmotor 8 mehrere gegeneinander versetzte Gleichstromerregerwicklungen,
deren Erregerströme je für sich regelbar sind. Bezogen auf gleichbleibende Synchronlage
des den Rotor antreibenden Motors läßt sich dadurch der Zündpunkt des Entladungsgefäßes
einstellen. Zweckmäßig werden dabei in den Gitterkreis noch an sich bekannte Mittel,
beispielsweise in Form von Transformatoren oder Drosselspulen, eingeschaltet, durch
die die Gitterwechselspannung eine spitze Wellenform erhält.
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Die Reihe der Beispiele für Steuerungsein-" r ichtungen, welche mit
dem Anodenwechselstromnetz synchron umlaufen, ließe sich noch erweitern. Wichtig
ist in jedem Fall, daß sowohl an dem Teil der Steuerungseinrichtung, welcher zum
Antrieb der synchron umlaufenden Steuerungsmittel dient, Einrichtungen zur Verstellung
der Synchronlage gegenüber dem Wechselstromnetz vorgesehen sind, als auch daß außerdem
an jedem einzelnen Steuerungsapparat noch ein zweites Regelmittel vorgesehen ist,
um den Zündpunkt jedes einzelnen Entladungsgefäßes für sich einzustellen.
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Die Erfindung ist nicht nur auf solche Gittersteuerungseinrichtungen
beschränkt, die mit mechanisch umlaufenden Teilen arbeiten, sondern kann unter Beibehaltung
des Prinzips der Erfindung auch für sogenannte ruhende Gittersteuerungseinrichtungen
angewendet werden, d. h. für Steuerungseinrichtungen, bei denen der Zündpunkt ohne
Verwendung umlaufender Teile lediglich durch Eingreifen in elektrische Stromkreise
verstellt wird. Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens sei aus der Fülle der bekannten
oder vorgeschlagenen ruhenden Gittersteuerungseinrichtungen nur ein Beispiel angeführt.
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Es wurde vorgeschlagen, in den Gitterkreis eines Entladungsgefäßes
eine Drosselspule bzw. einen Transformator zu schalten, welcher mit zwei Wechselstromerregungen
ausgerüstet ist und in seinem Magnetkreis so bemessen ist, daß Änderungen des Magnetflusses
nur dann eintreten, wenn die resultierende Erregung, die aus mehreren Einzelerregungen
zusammengesetzt ist, durch Null geht. Der Gittertransformator bzw. die Gitterdrosselspule
wird zu dem Zweck beispielsweise mit zwei gegeneinander geschalteten und in der
Phase gegeneinander um einen bestimmten Winkel verschobenen Wechselstromerregungen
versehen, und die Amplitude einer dieser beiden Wechselstromerregungen ist veränderlich.
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Bei dieser ruhenden Gitterst:euerungseinrichtung kann zur Einstellung
des Zündpunktes jedes einzelnen Entladungsgefäßes ein Regelwiderstand verwendet
werden, der in den Erregerstromkreis einer der beiden Wechselstromerregungen geschaltet
ist, um die Amplitude des betreffenden Erregerwechselstromes zu ändern. Für den
Zweck der gemeinsamen Zündpunkteinstellung sämtlicher Entladungsgefäße dient eine
dritte Erregerwicklung, die über besondere gleichstromvormagnetisierte Drosselspulen
an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist. Die Gleichstromerregerwicklungen dieser
letztgenannten Drosselspulen sind für sämtliche Entladungsgefäße hintereinandergeschaltet
und über einen gemeinsamen Regler an eine Gleichstromquelle angeschlossen. Durch
diese Regler werden somit sämtliche Entladungsgefäße im gleichen Sinne und gleichzeitig
gesteuert, während durch die vorstehend-erwähnten Regler -in der Wechselstromerregerwicklung
der Zündpunkt jedes Entladungsgefäßes für sich einstellbar ist.
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Eine andere ruhende Gittersteuerungseinriclitung kann beispielsweise
derart ausgebildet werden, daß die Steuergitter der Entladungsgefäße je über einen
Drehtransformator an das Anodenwechselstromnetz angeschlossen sind und daß die drehbaren
Teile sämtlicher Drehtransformatoren miteinander mechanisch gekuppelt sind. Dieser
Teil der Regeleinrichtung dient zur gemeinsamen Zündzeitpunkteinstellung sämtlicher
Entladungsgefäße. Außerdem ist dann in den Gitterkreis jedes einzelnen Entladungsgefäßes
noch eine besondere Regeleinrichtung geschaltet, beispielsweise ein zweiter Drehtransformator,
welcher bei jedem Entladungsgefäß für sich die Phasenlage gegenüber derAnodenwechselspannung
ändert.
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Die Steuerungseinrichtung zur gemeinsamen Zündpunkteinstellung mit
Hilfe mehrerer untereinander mechanisch gekuppelter Drehtransformatoren kann übrigens
auch für Steuerungseinrichtungen mit umlaufenden Kontaktapparaten verwendet werden;
beispielsweise
derart, daß in die Wechselstromkreise der zum Antrieb
der Kontaktapparate dienenden Synchronmotoren die Drehtransformatoren geschaltet
werden, um die Synchronlage der Synchronmotoren von der Wechselstromseite her zu
verändern.