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Anordnung zur Speisung eines Lichtbogens, der parallel zu einem Kondensator
(Drosselspule) liegt, welcher mit einer Drosselspule (Kondensator) und der Wechselspannungsquelle
in Reihe geschaltet ist Die Erfindung bezieht sich auf die Speisung von elektrischen
Lichtbögen aus einem Wechselstromnetz.
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Um trotz des bekannten abfallenden Verlaufs der Stromspannungskennlinie
des Lichtbogens stabile Brennverhältnisse zu erreichen, wird in den üblichen Lichtbogenanordnungen
ein Widerstand mit dem Lichtbogen in Reihe geschaltet, wobei man die dadurch bedingten
Verluste im Interesse guter Brenneigenschaften des Lichtbogens in Kauf nimmt.
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Es sind nun Stromregelungseinrichtungen bekannt, insbesondere die
sog. Boucherot-Schaltung, durch welche einem Verbraucher unabhängig von seinen Widerstandseigenschaften
eine bei konstanter Netzspannung gleichbleibende Stromstärke zugeführt wird, und
Boucherot selbst hat auch vorgeschlagen, diese Einrichtung für Reihenschaltungen
von Glüh- oder Bogenlampen zu benutzen, wodurch die Leuchtstärke bzw. Belastung
der einzelnen in Reihe geschalteten Lampen von der Zahl der in Betrieb befindlichen
Lampen unabhängig und so beispielsweise vermieden wird, daß beim Kurzschluß einzelner
nicht benötigter oder nicht betriebsfähiger Lampen die übrigen überlastet werden.
Durch Anwendung der Boucherot-Schaltung auf einen einzelnen Lichtbogen könnte man
nun offenbar auch ohne einen Ballastwiderstand stabile Brennverhältnisse für den
Lichtbogen schaffen, jedoch hätte diese Anordnung gewisse Nachteile, besonders für
die Anwendung in Verbindung mit den bekannten Einrichtungen zum selbsttätigen Nachstellen
der Lichtbogenlänge. Diese Einrichtungen arbeiten in der Regel so, daß eine Nachstellung
erfolgt, wenn der Lichtbogen infolge zu großer Länge abreißt. Enthält nun das Speisungssystem
eine Boucherot-Schaltung, so würde infolge der selbsttätigen Spannungsregelung dieses
Abreißen praktisch gar nicht eintreten, und statt dessen würde die Lichtbogenspannung
mit zunehmender Länge immer weiter anwachsen. Damit würde einerseits ein Lichtbogen
von solcher Länge entstehen, wie es beispielsweise für Projektionszwecke ganz unerwünscht
ist, und zweitens würde entsprechend der Spannungszunahme auch die aufgenommene
Wattleistung und damit die Heizwirkung zunehmen, wodurch die Apparate beschädigt
werden könnten.
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Durch die Erfindung werden diese Nachteile beseitigt und eine Speisungsanlage
geschaffen, bei der ohne jeden Ballastwiderstand nicht nur
stabile
Brennverhältnisse geschaffen werden, sondern zugleich auch die Lichtbogenlänge begrenzt
werden kann, so daß der Lichtbogen. welcher bei Erreichung dieser Länge abreißt
ohne weiteres in Verbindung mit den bekannte; Nachstelleinrichtungen benutzt werden
kann.' Entsprechend der Boucherot-Schaltung liegt der Lichtbogen entweder parallel
zu einem Kondensator, der mit einer Drosselspule und der Wechselspännüngsqüelle
in Reihe geschaltet ist, oder umgekehrt parallel zu einer Drosselspüle, die mit
einem Kondensator und der Wechselspannungsquelle in Reihe geschaltet ist, und erfindungsgemäß
ist parallel zum Lichtbogen eine erst oberhalb der Betriebsspannung des Lichtbogens
gesättigte Drosselspule angeschlossen. Infolge der angegebenen Sättigungsbedingung
läßt die Drosselspule innerhalb des Betriebsspännungsbereichs des Lichtbogens die
durch die Boucherot-Schaltung bedingten Spannungsänderungen ungehindert zu, während
sie eine Überschreitung der oberen Betriebsspannungsgrenze verhindert.
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Die Benutzung der Sättigungseigenschaften von Eisenkernen zur Spannungsbegrenzung
ist an sich nicht neu. So hat man Ausgleichkondensatoren für Fernleitungen durch
parallel geschaltete Eisendrosselspulen gegen das Auftreten übermäßiger Spannungen
geschützt; die zum Durchschlag der Kondensatoren führen könnten. Ferner sind auch
Schaltungen bekannt, bei denen eine bei der Betriebsspannung des Verbrauchers gesättigte
Drosselspule parallel mit dem Verbraucher und einem Glied eines an eine veränderliche
Netzspannung angeschlossenen Spannungsresonauzkreises geschaltet ist. Im Gegensatz
zur letztgenannten Schaltung wird erfindungsgemäß eine erst oberhalb der Betriebsspannung
des Lichtbogens gesättigte Drosselspule verwendet.. Dadurch wird erreicht, daß,
wie oben erwähnt, im Betrieb des Lichtbogens die Spannung zunächst bei der infolge
Abbrandes der Kohlen zunehmenden Länge des Lichtbogens sich selbsttätig so verändert,
daß die Stromstärke für den Lichtbogen gleichbleibt, während bei Erreichung einer
gewissen Lichtbogenlänge durch die dann gesättigte Drosselspule ein weiteres Anwachsen
der Spannung verhindert und der Lichtbogen so zum Abreißen gebracht wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt,
in welcher Fig. i und 2 Schaltschemata von Stromkreisen . gemäß der Erfindung zeigen.
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Fig. 3 ist ein Schaltbild für eine Ausführungsform der Vorrichtung,
die zum Betrieb einer Gleichstrombogenlampe oder eines Gleichstromschweißlichtbogens
von einem einphasigen Wechselstromnetz aus geeignet ist.
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Fig. ¢ zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Betrieb einer Gleichstrombogenlampe
oder eines Schweißlichtbogens aus einem dreiphasigen Wechselstromnetz.
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'-'=. $ei der Anordnung nach Fig. i sind eine @` Drosselspule z und
ein Kondensator 2 hinteri#arider an die Klemmen 3 und q. einer Wechsel -#",st ömquelle
angeschlossen. Der Belastungskreis 5 ist parallel zum Kondensator a geschaltet.
Ein induktiver Nebenschluß, und.zwar die Drosselspule 6, liegt parallel zum Belastungskreis
5. Die Blindwiderstände der Drosselspule i und des Kondensators 2 sind bei der Frequenz
des Wechselstromnetzes und abgeschalteter Belastung im wesentlichen gleich und entgegengesetzt,
und die Drosselspule 6 ist so bemessen, daß sie einen Magnetisierungsstrom erfordert;
der verhältnismäßig klein ist, wenn die Spannung an den Klemmen des Belastungskreises
5 normal ist, und schnell steigt, wenn diese Spannung anwächst.
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Der Belastungskreis 5, der z. B. eine Bogenlampe. öder ein Schweißlichtbogen
sein kann; hat eine fallende oder veränderliche Widerstandskennlinie und kann unmittelbar
parallel zum Kondensator 2 geschaltet sein, oder in Fällen, in - denen der Belastungskreis
mit Gleichstrom zu beliefern ist, kann ein Gleichrichter, wie in Fig. i gestrichelt
bei 7 angedeutet, vorgesehen sein. In diesem Fall kann der Belastungskreis selbstverständlich
auch aus einer Sammlerbatterie gebildet werden, die von dem Wechselstromnetz aus
geladen wird.
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Es ist klar, daß im Betrieb die dem Belastungskreis 5 aufgedrückte
Spannung, wenn der Scheinwiderstand des Belastungskreises 5 völlig öder nahezu den
normalen Wert hat, wie es z. B. der Fall ist, wenn der Lichtbogen einer Bogenlampe
oder Schweißmaschine normal arbeitet, selbsttätig durch die Wirkung der hintereinandergeschalteten
Drosselspule i und des Kondensators 2 auf einen Wert eingestellt wird, der einen
im wesentlichen konstanten Strom in dem Belastungskreis aufrechterhält, wobei die
Drosselspule 6 nahezu unwirksam ist. Wenn jedoch der Lichtbogen vor oder während
der Kurzschließung des Bogens unterbrochen wird, so daß der Scheinwiderstand des
Belastungskreises 5 unendlich hoch oder sehr hoch wird, so wächst die Spannung am
Kondensator 2 auf einen Wert, der bewirkt, daß die Drosselspule 6 von einem verhältnismäßig
hohen Magnetisierungsstrom durchflossen wird, der mit der aufgedrückten Spannung
rasch ansteigt. Unter diesen Umständen bildet die Drosselspule 6 einen merklichen
Belastungskreis, der bestrebt ist, die Spannung am Kondensator 2 auf einen niedrigeren
Wert zu begrenzen, wenn der Scheinwiderstand des Belastungskreises 5 unendlich groß
wird. Die Drosselspule 6 arbeitet somit als ein selbsttätig veränderlicher künstlicher
Belastungskreis, der die höchste Spannung am Kondensator 2 begrenzt und somit
verhindert,
daß diese -Spannung einen unerwünscht hohen Wert erreicht, wie es sonst infolge
des Resonanzzustandes des durch die Drosselspule x und den Kondensator 2 gebildeten
Stromkreises eintreten würde.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung sind der Belastungskreis
5 und die Drosselspule 6 parallel zur, Drosselspule = anstatt parallel zum Kondensator
2 geschaltet, doch ist die Wirkungsweise die gleiche wie die der Anordnung gemäß
Fig. i.
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Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Vorrichtung,
die in Fig.3 dargestellt ist, um den einer Gleichstrombogenlampe oder einem Gleichstromschweißlichtbogen
8 zugeleiteten Strom zu regeln, sind ein Kondensator 2 und eine Drosselspule i in
Reihenschaltung an dieKlemmen 3 und 4 eines Wechselstromnetzes angeschlossen, und
die Klemmen des Kondensators 2 sind an die Klemmen der Primärwicklung 9 eines Transformators
io angeschlossen, dessen Sekundärwicklung ii den Belastungskreis, etwa eine Bogenlampe
oder einen Schweißlichtbogen 8, über einen geeigneten Vollweggleichrichter 12 speist.
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Der Magnetisierungsstrom des Transformators io ist so bemessen, daß
er bei normaler Spannung des Belastungskreises verhältnismäßig niedrig ist und schnell
anwächst, wenn sich diese Spannung bei Verlängerung oder Abreißen des Lichtbogens
steigert.
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Der Kondensator 2 kann von etwas niedrigerer Kapazität, als sie für
die vollkommene Resonanz mit der in Reihe geschalteten Drosselspule i erforderlich
ist, gewählt werden und - wird dadurch nicht nur weniger teuer, sondern es wird
dadurch zugleich vermieden, daß der Leistungsfaktor des Stromkreises unerwünscht
niedrig ist, wenn der Scheinwiderstand des Belastungskreises niedrig ist.
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Soll ein Belastungskreis aus einem Drehstromnetz versorgt werden,
so können Reihenschaltungen von Kondensator und Drosselspule in jeder Phase zu einer
Sternschaltung zusammengeschaltet werden, und die gemeinsamen Klemmen zwischen Kondensator
und Drosselspule jeder Reihenschaltung können mit den in Sternschaltung liegenden
Primärwicklungen eines Mehrphasentransformators bzw. einer Gruppe von Einphasentransformatoren
verbunden werden. Die Sekundärwicklungen dieses Mehrphasentransformators oder dieser
Einphasentransformatoren können in Sternschaltung an eine Gruppe von Gleichrichtern
angeschlossen werden, die den Lichtbogen mit Gleichstrom versorgt. Verschiedene
andere Schaltungen können jedoch verwendet werden, die Stern- oder Dreiecksschaltungen
der Kondensatoren, der Drosselspulen und der Transformatorwicklungen bedingen.
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Um den Strom, wenn der Lichtbogen gebildet wird, auf einen erheblich
unternormalen Wert zu verringern, können Schalter in jeder oder ,bestimmten Primär-
oder Sekundärwicklungen 'des Mehrphasentransformators bzw. der Transformatoren eingeschaltet
werden und diese Schalter so angeordnet sein, daß sie unabhängig geschlossen werden
oder in Gruppen geschlossen werden, so daß sie eine Begrenzung oder Staffelung des
Stromes im Belastungsstromkreis nach Wunsch ermöglichen. Wird z. B. eine Gleichstrombogenlampe
oder ein Gleichstromschweißlichtbogen aus einem dreiphasigen Wechselstromzuführungskreis
gespeist, so kann die in Fig.4 dargestellte Anordnung verwendet werden. Wie aus
der Zeichnung ersichtlich, sind hier die Klemmen des Dreiphasenzuleitungskreises
mit 13, 14, 15 bezeichnet. Die Klemme 13 ist durch einen Schalter 16 und die hintereinandergeschaltete
Induktanz 17 und Kondensator 18 mit dem neutralen Punkt i9 verbunden, während die
Klemmen 14, 15 in gleicher Weise mit dem neutralen Punkt i9 durch Schalter 2o, 23,
die Induktanzen 21 bzw. 24 und Kondensatoren 22 bzw. 25 verbunden sind. Die Punkte
26, 27, 28 zwischen den in Reihe geschalteten Induktanzen 17, 21, 24 und Kondensatoren
18, 22, 25 sind an die Primärwicklungen 29 bzw. 3o bzw. 31 eines Dreiphasentransformators
32 angeschlossen, und zwar sind diese Wicklungen in Sternschaltung mit einem neutralen
Punkte 33 verbunden. Die in Sternschaltung liegenden Sekundärwicklungen 34, 35 bzw.
36 des Transformators 32 sind in bekannter Weise durch eine Reihe von Vollwellengleichrichtern
37 an- ..die Bogenlampe bzw. den Schweißlichtbogen 8 angeschlossen.
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Der Transformator 32 ist so bemessen, daß er einen Magnetisierungsstrom
erfordert, der verhältnismäßig niedrig bei der normalen Spannung der Sekundärwicklungen
34, 35, 36 des Transformators ist, während dieser Magnetisierungsstrom schnell anwächst,
wenn die Spannung im Lichtbogen 8 durch eine Verlängerung oder ein Abreißen des
Lichtbogens anwächst.
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Die Schalter 16, 20, 23 sind angeordnet, um eine Verringerung des
Belastungsstromes auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert zu ermöglichen, während
der Lichtbogen gebildet wird, wobei zwei von diesen Schaltern, z. B. die Schalter
16, 2o, zusammen geöffnet und geschlossen werden, so daß sie einen Doppelpolschalter
bilden, während der Schalter 23 unabhängig betätigt wird. Wenn der Lichtbogen gebildet
werden soll, werden die Schalter 16, 2o geschlossen, während der Schalter 23 offen
bleibt, so daß der Apparat als ein einphasiges System wirkt, das dem Lichtbogen
8 Strom von etwa 2/3 des Normalwertes liefert. Sobald der Lichtbogen normal arbeitet,
wird der Schalter 23 geschlossen, so daß der Dreiphasenbetrieb mit normaler Stromzuleitung
hergestellt wird.
Im Falle der dreiphasige Zuleitungsstromkreis
einen verfügbaren neutralen Leiter hat, wie er bei 38 in gestrichelten Linien angedeutet
ist, der in der üblichen Weise mit den neutralen Punkten ig und 33 verbunden ist,
können die drei Schalter 16, 2o, 23 so angeordnet werden, daß sie unabhängig nacheinander
geschlossen werden, wenn der Lichtbogen gebildet werden soll; und so die Möglichkeit
schaffen, daß der dem Lichtbogen zugeführte Strom in drei Stufen oder Schritten
gestaffelt wird: Die in Reihe geschalteten Induktanzen und Kondensatoren und die
Transformatorwicklungen können offenbar auch in einer Dreiecksschaltung oder einer
andern geeigneten Schaltung auf Wunsch angeordnet werden, und um den dem Lichtbogen
8 während seiner Bildung zugeführten Strom zu regeln, können diese Schaltungen so
angeordnet werden, daß sie aus der Sternschaltung in die Dreiecksschältung umgesetzt
werden.
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Diese Erfindung kann, wenn sie auch besonders auf Belastungsstromkreise
mit negativer Widerstandscharakteristik, wie Stromkreise, die Lichtbogen enthalten,
anwendbar ist, offenbar auch für andere Arten von- Belastungsstromkreisen, die eine
veränderliche Widerstandscharakteristik aufweisen, benutzt werden, z. B. bei Stromkreisen
zur Ladung von Batterien.
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Die Erfindung ist nicht auf die besonderen beschriebenen und dargestellten
Schaltungen beschränkt, vielmehr können diese in vieler Beziehung geändert werden,
ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.