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Anordnung zur periodischen Einleitung des Lichtbogens eines Lichtbogenstromrichters
durch eine an eine Hilfselektrode gelegte Hilfsspannung Bei Einrichtungen zur Umformung
elektrischer Spannungen. durch Lichtbögen müssen die Lichtbögen periodisch eingeleitet
werden. Es ist bereits bekannt, die Lichtbögen taktmäßig durch eine Hilfsspannung
zu ziinden (s. Erwin M a r x ; »Lichtb:ogen-Stromrichter für sehr hohe Spannungen
und Leistungen«, Verlag Julius Springer, Berlin. 1932; ETZ 1933, Bd.
17, S. 396). Die Hilfsspannung, kann den Iiauptelektroden auf verschiedenen
Wegen zugeführt werden. Die bisher bekannten Verfahren sind jedoch sämtlich mit
,nicht unerheblichen Mängeln'behaftet.
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Es ist ferner vorgeschlagen worden, in der Nähe der Hauptelektroden
eine besondere Zündelektrode vorzusehen, von der aus beim Auftreten der Zündspannung
Überschläge nach beiden Hauptelektroden hin eintreten. In vielen Fällen, insbesondere
bei Anlagen für hohe Spannungen und große Stromstärke, entstehen jedoch bei dieser
vorgeschlagenen Anordnung dadurch Schwierigkeiten, daß die Zündelektrode nach längerer
Betriebszeit verbrennt und daß sie während der Sperrzeit zu Störungen des elektrischen
Feldes nvischen den Hauptelektroden und dadurch zu Rückschlägen führt.
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Außerdem ist eine Funkenstreckenanordnung zur Gleichrichtung hoher
Wechselspannungen bekannt, bei der in der Nähe einer plattenförmigen Elektrode eine
Hilfselektrode angeordnet ist. Diese Hilfselektrode ist von der Hauptelektrode :durch
eine Isolierstoffplatte getrennt :und liegt im elektrischen Feld der Hauptelektroden.
Die Hilfselektrode :dient bei dieser Anordnung zur Erzeugung von Gleitfunken auf
der Isolierstoffplatte, wodurch das elektrische Feld zwischen den Hauptelektroden
beeinfllußt wird. Bei einer weiteren bekannten Funkenstreckenanordnung sind in der
Nähe :der Hauptelektroden eben. falls Hilfselektroden vorgesehen, die jedoch, mit
keiner Spannungsquelle verbunden sind. Es können .also lediglich Funken :entstehen,
wenn die Hilfselektrode auf Grund der kapazitiven Spannungserhöhung ein anderes
Potential als die Hauptelektroden annimmt. Das Potential der Hauptelektrode wird
hierbei nicht beeinflußt.
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Demgegenüber betrifft die Erfindung eine Anordnung zur periodischen
Einleitung des Lichtbio:gens. :eines Lichtbogenstromxichters dturch eln:e .an. eine
Hilfs,el,elztxode gelegte Hilfsspannung, bei der erfindungsgemäß die Hilfselektrode
eine derartige Hilfsspannung besitzt, daß durch den überschlag eines "defunkens
von der Hilfselektrode zur zugehörigen Hauptelektrode die Spannung dieser Hauptelektrode
aus dem Hilfsstromkreis bis zur Zündspannung aufgeladen wird, wodurch der Zündüberschlag
zwischen den beiden Hauptelektroden erfolgt.
Die Anordnung gemäß
der Erfin -Jung unterscheidet sich daher gegenüber den bekannten Anordnungen dadurch,
daß das elektrische Feld zwischen den Hauptelektroden nicht beeinilußt wird und
an der Hilfselektrode ein, -Hilfsspannung liegt, die einen Funkenüberschlag zwischen
Hilfs- und Hauptelektrode bewirkt, wodurch die Spannung dieser Hauptel.ektrode derart
erhöht wird, daß zwischen den Hauptelektroden ein Überschlag erfolgt.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise
dargestellt. In der Abb. i ist eine einphasige Gleichr:chtungsanordnung gezeigt.
Das Verfahren kann natürlich in der entsprechenden Weise in iVIehrphasenanlagen
sowie für dieUmformung von Gleichstrom in Wechselstrom oder für Periodenumformung
usw. benutzt werden. Der .Tr,ansformator A soll über die Lichtbogenstrecke B-C die
Gl@eichstroml,eitung D speisen. Zur periodischen Einleitung der Lichtbögen
zwischen B-C dient die in der Hauptsache aus den Kreisen E, H bestehende Zündanlage.
F ist ein Teslatransformator; seine Primärseite wird durch den Schwingungskrcis,E
gespeist. Der Zeitpunkt des Auftretens der TeslaschwIngungerl läßt sich durch die
rotierende l#'unkenstreckeG verstellen (s. hierzu z. B. Erwin M a r x, »Lichtb:ogen-Stromrichter
für sehr hohe Spannungen und Leistungen;<, Abb. 53). Parallel zur Sekundärsp:ul.e
des Teslatransformators liegt der Kondensator J, der beim Auftreten der Schwingungen
auf eine hohe Spannung aufgeladen wird. Der weitere Kondensator I( ist über den
sehr großen. Widerstand L geschlossen; er wird durch die Schwingungen zunächst nicht
aufgeladen, da zuerst kein geschlossener Stromkreis vorhanden ist. Die Zündelektrode
Q1-1 wird also dieselbe Spannung gegen Erde erhalten, auf die der Kondensator J
aufgeladen ist. Ist diese Spannung genügend hoch, dann wird zwischen M und B ein
überschlag auftreten. B erhält 'dadurch stoßweise annähernd dieselbe Spannung wie
Al gegen Erde. Die Verhältnisse müssen nun so gewählt werden, daß durch den Spannungsstoß
an B die Strecke B-C überschlagen wird, so daß dort ein Lichtbogen infolge
der Transformatorspannung eingeleitet, d.h. der Betriebslichtb,ogen gezündet wird.
Man wird also die Spannungshöhe und die Polarität der Zündschwingungen so einrichten,
daß beim Gberschl.ag von A1 nach B die Spannungsdifferenz zwischen B-C ausreichend
groß wird.
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Der Funke zwischen eil und B muß rasch wieder verschwinden,
so daß der Transformatorstrom über diese Funkenstrecke nicht nach Erde abfließen
kann. Um diese Nachfolgen des Betriebsstromes zu vermeiden, ist der Kondensator
I( vorgesehen. Seine Kapazität braucht unter Umständen nur einige ioo cm zu betragen.
Der durch ihm flizßende Strom ist also sehr niedrig, so daß ein Lichtbogen zwischen
AI und B nicht besteben bleiben kann. Der hohe Widerstand L hat die Aufgabe,
I( jedesmal zwischen zwei Zündungen wieder zu entladen. Er kann dementsprechend
.auch leicht so groß gemacht werden, daß der durch ihn fließende Betriebsstrom sehr
klein bleibt. Diese Patallelschaltung von L und I( zur Abriegelung des Betriebsstromes
von der Zündanlage stellt nur ein Ausführungsbeispiel dar. Es können an ihrer Stelle
auch Induktivitäten, Ventile, rotierende Funkenstrecken oder ähnliches benutzt werden.
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Es ist günstig, wenn der an B erzeugte Zündspannungsstoß eine sehr
steile Stirn erhä.1t, s,o daß der Überschlag zwischen B und C eintritt, ehe ein
wesentlicher Strom von B aus nach, dem Transformator hin entstanden ist. Die Anstiegsgeschwindigkeit
dieses Str:)-mes nach dem Transformator hin wird .durch die DrosselspuleN klein
gehalten. Ein Kondensator D kann ferner den Transformator A vor der Zünds.parmung
schützen. Auch zwischen der Elektrode C und der Gleichspannun:gsleitung
D sind eine Drosselspule P und unter Umständen ein K ondens-atbr Q am Platze.
Die Drosselspulen N und P brauchen im ,allgemeinen nur geringe Induktivität
zu besitzen. Es ist jedoch darauf zu achten, daß ihre Windungskapaz.ität gering
ist, weil sonst beim Entstehen der Zündspannung ein zu gr,)ßer Kapazitätsstrom über
sie hinwegfließt.
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Um den Spannungsanstieg an der El.ektrode B sehr steil zu machen,
igt das eIektris.che Feld zwischen !Y1 und B möglichst homogen zu gestalten, so
daß keine Vorentladungen vor dem Überschlag dieser Funkenstrecke eintreten. Es können
auch andere bekannte Mittel, Anordnung dieser Funkenstrecke unter öl oder unter
Druckluft, benutzt werden, um den Spannungsanstieg steil zu machen.
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Die Zündelektrode tll kann natürlich ebenso an die Hauptelektrode
C herangebracht werden. Ferner ist es möglich, Zündelektroden in der Nähe beider
Hauptelektroden anzuordnen, wie das in Abb. 2 -dargestellt ist. Diese Schaltung
wird nach den zu Abb. i gemachten Ausführungen .ohne weiteres verständlich sein.
Es ist in dieser Abb. a die Mitte der beiden Spulen des Teslatransformators R .geerdet.
Eine solche Erdung ist nicht unbedingt nötig. Ferner kann an Stelle der Erdung auch
ein anderes Steuerpotential benutzt werden. - Dadurch erhalten die beiden Zündelektroden
S und T entgegengesetztes Potential gegen Erde. Auch zwischen den
Hauptelektroden
wird dadurch infolge des Überschlages zwischen den Zündelektroden und den dazugehörigen
Hauptelektroden eine besonders hohe Spannungsdifferenz erzeugt. Bei hoher Betriebsspannung
kann es zweckmäßig sein, an Stelle der Mitte einen anderen Punkt des Teslatransformators
zu erden. Die Anordnung je einer Zündelektrode in der Höhe von jeder der beiden
Hauptelektroden hat u. a. den Vorteil, daß beim Übe-rsc'hlazwischen den Hauptelektroden
der Zündkreis, völlig kurzgeschlossen ist. Die in demZündkreis enthaltene
Energie wird dann in diesem kurzgeschl5ss.enen Kreis durch Wärme vernichtet. Sie
wird demnach in den übrigen Teilen der Anlage nicht mehr durch große Spannungserhöhung
wirksam werden können.
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Um die mit der Zündanlage zu erzeugende Energie möglichst klein halten
zu können, ist es notwendig, die Kapazität der Hauptelektr,oden und der in unmittelbaier
leitender Verbindung mit ihnen stehenden Teile gegen Erde klein zu halten. Bei kleiner
Energie der Zündanlage wird .auch der Schutz der übrigen Anlageteil,e gegen die
hohen Zündspannungen einfacher durchführbar.
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An Stelle der hier dar,-es;tellten Anlage zur Erzeugung der Zündspannungen
kann natürlich auch jeder andere Weg beschritten werden. In sehr vielen Fällen wird
man mit Zündanlagen auskommen, wie sie beispielsweise bei Automobilmotoren üblich
sind.
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Der Vorteil dieser neuen Zündanordnung besteht also darin, daß eine
oder mehrere besondere Zündelektroden benutzt werden und daß sich diese Zündelektroden
nicht in dem Gebiet befinden., in dem der H.auptlichtb,ogen brennt. Die Lichtbogenwanderun7
und die Rückzündungsverhältnisse werden also durch die Zündelektroden gar nicht
gestört. Zwischen den Zündelektroden und den Hauptelektroden entstehen bei dieser
neuen Anordnung nur schwache Funken, die eine wesentliche Verbrennung der Elektroden
ausschließen..