DE687543C

DE687543C - Rotating machine part with a rectifier-like discharge vessel

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Publication number: DE687543C
Application number: DE1933K0130617
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1933-06-28
Filing date: 1933-06-28
Publication date: 1940-01-31

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen umlaufenden Maschinenteil, auf den ein gleichrichterartiges Entladungsgefäß untergebracht ist. Eine derartige Anordnung von Entladungsgefäßen ist hauptsächlich beim Ersatz von Kommutatoren bei elektrischen Maschinen erforderlich.The present invention relates to a rotating machine part on which a rectifier-like discharge vessel is housed. Such an arrangement of Discharge vessels are mainly used when replacing commutators in electrical Machines required.

Werden für diesen Zweck feststehende Entladungsgefäße verwendet, die dann erschütterungsfrei und gut zugänglich angeordnet sein können, so ergeben sich Schwierigkeiten oder doch zum mindesten Komplikationen im Aufbau und in der Schaltung der betreffenden elektrischen Maschinen.If fixed discharge vessels are used for this purpose, they are then vibration-free and can be arranged easily accessible, difficulties or at least complications arise in the Structure and circuitry of the relevant electrical machines.

Werden die Entladungsgefäße aber auf den umlaufenden Maschinenteilen selbst angebracht, so verbietet sich aus naheliegenden Gründen die Anwendung von Quecksilberkathoden u. dgl., während andererseits bei Anwendung von fremd geheizten Glühkathoden durch die Notwendigkeit der Zuführung besonderer Heizströme Schwierigkeiten entstehen. However, if the discharge vessels are attached to the rotating machine parts themselves, the use of mercury cathodes is forbidden for obvious reasons and the like, while on the other hand when using externally heated hot cathodes difficulties arise from the need to supply special heating currents.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, in solchen Fällen Metallgleichrichter nach Art der bekannten Kupferoxyd- oder Selengleichrichter zu verwenden. Abgesehen davon, daß solche Gleichrichter aber nicht auf einfache Weise steuerbar sind, gestatten sie auch nur die Umsetzung relativ geringer Energiebeträge, wenn sie nicht sehr groß werden sollen, können insbesondere nur eine sehr beschränkte Sperrspannung je Element bewältigen und besitzen einen geringen Wirkungsgrad.In order to avoid these difficulties, it has already been suggested in such Cases metal rectifiers like the well-known copper oxide or selenium rectifiers to use. Apart from the fact that such rectifiers are not in a simple manner are controllable, they also only allow the implementation of relatively small amounts of energy, if they are not to be very large, only a very limited one can be used in particular Manage reverse voltage per element and have a low level of efficiency.

Erfindungsgemäß werden deshalb in solchen Fällen als Entladungsgefäße Röhren mit festen, durch den Entladungsstrom selbst aufgeheizten aktivierten Kathoden vorgesehen.According to the invention, tubes are therefore also used as discharge vessels in such cases fixed activated cathodes are provided, which are heated by the discharge current itself.

Obwohl es an sich möglich wäre, die Schaltung der Maschinen in bekannter Weise so vorzunehmen, daß man eine einzige Gleichrichterkathode besitzt, die als Nullpunkt eines Vielphasensystems ausgebildet ist, deren Einzelphasen die einzelnen, verschiedenen Anoden zugeordneten Ankerspulen darstellen,. so ist dies doch aus verschiedenen Gründen nicht immer wünschenswert. Insbesondere wird ein derartig vielphasiger Gleichrichter (da man in den praktischen Fällen doch meistens mit einer minimalen Ankerspulenzahl von z. B. 10 Spulen wird rechnen müssen) doch recht kompliziert und es empfiehlt sich daher, solche vielphasigen Gleichrichter in an sich bekannter Weise durch eine große Anzahl einphasiger Elemente zu ersetzen, die dann ziemlich einfach und klein dimensioniert werden können, da jedes Einzelelement je Zeiteinheit nicht sehr hoch belastet wird, wenn auch der tatsächliche Belastungsstoß im Augenblick der vollen Einschaltung eines Elementes recht hoch sein kann.Although it would in itself be possible to switch the machines in a known manner make so that you have a single rectifier cathode, which is used as the zero point of a Multi-phase system is formed, the individual phases of which the individual, different Represent armature coils associated with anodes. it is for various reasons not always desirable. In particular, such a polyphase rectifier is used (because in practical cases you usually have a minimal number of armature coils from Z. B. 10 coils will have to calculate) but quite complicated and it is recommended therefore, such polyphase rectifiers in a manner known per se by a large number to replace single-phase elements, which are then dimensioned fairly simply and small since each individual element is not very heavily loaded per unit of time, if also the actual load surge at the moment of full activation of a Element can be quite high.

Diese Einzelelemente haben den weiteren Vorteil, daß sich bei ihnen in an sich bekannter Weise sehr einfach die Elektroden so ausbilden lassen, daß sie in beiden Richtungen stromdurchlässig sind, wobei zwischen ihnen oder ihrer Nähe ein oder mehrere Gitter oder sonstige Steuerelektroden angebracht sein können, die dann eine Steuerung des Strom-These individual elements have the further advantage that they are known per se In a very simple way, the electrodes can be designed in such a way that they go in both directions are current-permeable, with one or more grids or between them or their vicinity other control electrodes can be attached, which then control the current

durchganges in jeder der beiden Richtungen gestatten.allow passage in each of the two directions.

Hat man aber die Unterteilung in solche Einzelelemente vorgenommen, dann ist es auch möglich, die Schaltung genau so wie bei anderen Kollektorschaltungen vorzunehmen. Für besondere Ausbildung der Entladungsgefäße ist es nun wichtig, daß diese erstens keinem Quecksilberschlag ausgesetzt sind, da ίο dies ja bei normalen transportablen Anlagen schon außerordentlich erschwerlich ist, ganz besonders aber für die hier in Frage kommenden Gefäße. Dies wird dadurch erreicht, daß in an sich bekannter Weise nur eine geringe Quecksilbermenge, möglichst überhaupt nur so viel, als unbedingt für die Aufrechterhal- - tung des günstigsten Druckes notwendig ist, in dem einzelnen Entladungsgefäß vorhanden ist.But if you have made the subdivision into such individual elements, then it is also possible to make the circuit exactly as with other collector circuits. For a special design of the discharge vessels, it is now important that these firstly are not exposed to mercury flash, as this is the case with normal transportable systems is already extremely difficult, but especially for those in question Vessels. This is achieved in that, in a manner known per se, only a small Amount of mercury, if possible only as much as is absolutely necessary for the maintenance - Establishment of the most favorable pressure is necessary, available in the individual discharge vessel is.

Die Entladungsgefäße" könnten natürlich an. sich auch mit Gasen, Edelgasen, Edelgasdampfgemischen und anderen Metallmischungen gefüllt sein, doch hat sich für die Praxis Quecksilber als recht günstig erwiesen. Die festen, vom Entladungsstrom selbst aufgeheizten aktivierten Kathoden haben den Vorteil, daß sie keine besonderen Heizstromzuführungen benötigen, was in diesem Fall die Verwendung von Glühkathoden verbieten würde, daß sie aber andererseits auch keinen so großen Ouecksilbervorrat benötigen, daß dadurch Ouecksilberschlag entstehen könnte und sie an das Arbeiten in einer bestimmten Lage gebunden wären, wodurch sich normale Quecksilberdampfgleichrichter verbieten.The discharge vessels ″ could of course also contain gases, noble gases, noble gas vapor mixtures and other metal mixtures, but has been proven for practice Mercury proved to be quite cheap. The solid ones, from the discharge current itself heated, activated cathodes have the advantage that they do not have any special heating current feeds need, which in this case prohibit the use of hot cathodes would, but on the other hand they do not need such a large supply of mercury silver that this could result in smack of silver and they work in a particular Position would be bound, whereby normal mercury vapor rectifiers prohibit themselves.

Ferner bietet die Aufteilung in einphasige Gefäße sowohl für die Lagerhaltung wie für die Herstellung und auch für den Ersatz große Vorteile, da die einzelnen Gefäße einfach werden und die Form gewöhnlicher Röhren annehmen, die beispielsweise in an sich bekannter Weise an ihren beiden Enden die zwei Hauptelektroden besitzen, während die Außenwand oder Innenwand der Röhren zwischen beiden Elektroden mit Manschetten o. dgl. als Steuerelektrode versehen sein kann (s. Abb. 2). Endlich ist diese Ausbildung mit den genannten, durch die Entladung selbst aufgeheizten Kathoden, die, wie anderwärts vorgeschlagen, aktivierte Strukturkathoden mit relativ geringer Oberfläche bei großer Masse aufweisen sollen, wichtig bei gesteuerten Gefäßen, da diese Entladungsgefäße manchmal unter dem Einfluß der Steuerspannung während mehrerer Perioden fast keinen Strom führen und dann natürlich andere feste oder flüssige'Metallelektrode!! wegen der eventuell hohen Löschwirkung, die sie normalerweise besitzen, sofort eine vollkommene Unterbrechung schaffen wurden, während fremdgeheizte Glühkathoden durch die notwendigen besonderen Heizstromzuführungen außerordentlich kompliziert wurden.Furthermore, the division into single-phase vessels offers both for storage and for the production and also for the replacement are great advantages, since the individual vessels are simple and take the form of ordinary tubes, for example in known per se Way, have the two main electrodes at both ends, while the outer wall or inner wall of the tubes between the two electrodes with cuffs or the like Control electrode can be provided (see Fig. 2). Finally this training with the named, cathodes heated by the discharge itself, which, as suggested elsewhere, activated structural cathodes with a relatively small surface area and a large mass, important for controlled vessels, because these discharge vessels sometimes have almost no current for several periods under the influence of the control voltage lead and then of course other solid or liquid 'metal electrode !! because of the possibly high extinguishing effect that they normally have, a complete interruption immediately create, while externally heated hot cathodes by the necessary special heating current feeds were extremely complicated.

Insbesondere gilt das dann, wenn man die einzelnen Entladungsgefäße so anordnet, daß nicht alle oder ein größerer Teil der Kathoden gleiches Potential haben, was schaltungstechnisch eine außerordentliche Einengung bedeuten würde.This applies in particular when the individual discharge vessels are arranged in such a way that not all or a larger part of the cathodes have the same potential, which is in terms of circuitry would mean an extraordinary narrowing.

Dies ist z. B. immer der Fall, wo Stromdurchgang in wechselnder Richtung vorhanden sein soll und ferner, wenn Entladungsgefäße in normaler Schaltung die Funktion eines Kollektors ersetzen sollen.This is e.g. B. always the case where there is continuity in alternating directions should be and also if discharge vessels function normally to replace a collector.

Wichtig ist ferner auch noch, abgesehen von der Vermeidung des Ouecksilberschlages, die kritische Dosierung mit ganz bestimmten, gerade für die Erzeugung eines in bezug auf Spannungsabfall günstigsten Druckes ausreichenden Quecksilber- o. dgl. Mengen. Da gerade bei einem gesteuerten Entladungsgefäß der Stromdurchgang sehr verschieden sein kann und bei normalen, mit Quecksilberdampf arbeitenden Gefäßen der Dampfdruck vom Stromdurchgang abhängt, so arbeitet man in einem solchen Fall dauernd mit wechselndem Spannungsabfall im Entladungsgefäß. Wenn hingegen wie im vorliegenden Falle nur eine solche Ouecksilbermenge vorhanden ist, die gerade den günstigen minimalen Spannungs- go abfall oder die günstigste hohe Rückzündungsspannung ergibt, sind die Verhältnisse in hohem Maße stabiler, da die Anordnung dann so getroffen wird, daß dieser kritische Quecksilbervorrat bereits bei relativ geringer Be- "95 lastung vollkommen verdampft ist und sich der Zustand dann auch bei steigender Belastung nicht mehr sehr wesentlich ändern kann.It is also important, apart from the avoidance of the oack silver strike, the critical dosage with very specific, just for the generation of one with respect to Voltage drop of the most favorable pressure of sufficient mercury or similar quantities. Right there The passage of current can be very different with a controlled discharge vessel and with normal, with mercury vapor working vessels the vapor pressure depends on the passage of current, one works in in such a case continuously with an alternating voltage drop in the discharge vessel. if on the other hand, as in the present case, there is only such an amount of mercury that especially the favorable minimum voltage drop or the most favorable high re-ignition voltage results, the conditions are to a large extent more stable, since the arrangement is then made so that this critical mercury supply is already completely evaporated at a relatively low load and is the condition then no longer changes very significantly even with increasing stress can.

Sind nur relativ kleine Spannungen zu bewältigen, so kann man natürlich mit Edelgasfüllungen arbeiten. Werden die Spannungen aber höher, so - wird man meistens auf alle Fälle schon wegen der besseren Beherrschung von Rückzündungen zu Quecksilber übergehen. If only relatively small tensions have to be dealt with, then, of course, you can use noble gas fillings work. But if the tensions get higher, then - in most cases, you will in any case because of the better control move from re-ignition to mercury.

Zwar ist die Anregungsspannung bei Quecksilberdampf sehr niedrig; für die Rückzündungsgefahr ist jedoch nicht nur die Anregungsspannung maßgebend, sondern auch der Kathodenfall. Dieser ist bei reinem Quecksilberdampf gegenüber festen Elektroden sehr hoch (z. B. 500 Volt bei Eisenelektroden), während er bei Edelgasfüllungen sehr viel niedriger liegt.It is true that the excitation voltage in the case of mercury vapor is very low; for the risk of re-ignition However, not only the excitation voltage is decisive, but also the cathode drop. This is with pure mercury vapor compared to fixed electrodes very high (e.g. 500 volts for iron electrodes), while it is very high for noble gas fillings is lower.

Zwischenwerte kann man durch Quecksilberdampfgemische o. dgl. beherrschen, wobei mit steigender Spannung im allgemeinen der Gas- bzw. Edelgasanteil immer geringer werden wird.Intermediate values can be controlled by mercury vapor mixtures or the like, whereby with increasing voltage, the proportion of gas or noble gas generally decreases will be.

Für die Inbetriebsetzung muß man allerdings, wenn man bei höheren SpannungenFor commissioning, however, you have to if you are using higher voltages

nur reinen Quecksilberdampf verwendet, besondere Hilfsmittel zur Zündung anwenden. Die normalen Steuerelektroden können natürlich für die Zündung mit herangezogen werden.only use pure mercury vapor, use special ignition aids. The normal control electrodes can of course also be used for the ignition.

Man wird die einzelnen Entladungsgefäße zweckmäßig so unterbringen, .daß sie sich ziemlich nahe zueinander in einem gemeinsamen Raum befinden, so daß durch den BetriebThe individual discharge vessels will expediently be accommodated in such a way that they are located fairly close to each other in a common space, so that by operating

ίο eines Gefäßes jeweils die benachbarten angewärmt "bzw. warmgehalten werden, wodurch die dauernd betriebsfähig bleiben, auch wenn einzelne Gefäße infolge der angelegten Steuerspannung manchmal längere Zeit keinen nennenswerten Strom führen. Bei kurzzeitigenίο one vessel warmed the neighboring one "or kept warm, which means that they remain permanently operational, even if Because of the applied control voltage, individual vessels are sometimes neglected for a long time Conduct electricity. For short-term

Betriebspausen wird man zweckmäßig einen sehr schwachen Strom zur Aufrechterhaltung der Betriebsbereitschaft übergehen lassen.A very weak current is expediently used to maintain operational breaks let the operational readiness pass.

Die bisher hauptsächlich behandelten Entladungsgefäße galten dem Betrieb mit Wechselstrom, bei dem man auf Grund einer durch Phasenverschiebung der Gittersteuerspannung gegenüber der Anodenspannung bewirkten Steuerung den effektiven Energiedurchlaß regeln kann. Wird jedoch eine solche Anordnung mit Gleichstrom gespeist, dann muß man entweder Steuerspannungen anwenden, die in gleicher Größenordnung wie die wirksamen Spanungen an den Elektroden, sind, oder aber man muß die Prinzipien der Wandsteuerröhren bzw. -anordnungen, bei denen die Steuerelektroden sich in kritischer Entfernung innerhalb der freien Weglänge befinden, anwenden.The discharge vessels mainly dealt with up to now were intended for operation with alternating current, in which one due to a phase shift of the grid control voltage against the anode voltage caused control can regulate the effective energy transmission. However, such an arrangement will fed with direct current, then one must either use control voltages, which are in the same order of magnitude as the effective voltages on the electrodes, or you have to follow the principles of wall control tubes or assemblies where the control electrodes are at a critical distance within the free path, use.

Das im übrigen über Elektrodenausbildung (Selbstaufheizelektroden) und Einstellung kritischer Dampfdrücke durch genaue Dosierung der verdampf baren Substanz Gesagte gilt auch hier.Incidentally, about electrode training (self-heating electrodes) and setting critical vapor pressures by precise dosing of the vaporizable substance also applies here.

Ganz kleine Quecksilberüberschüsse, die infolge ihrer geringen Masse ein Zustandekommen von Quecksilberschlag vollkommen! ausschließen, kann man unter Umständen entweder im Hauptraum oder in einem vom Hauptentladungsraum abgetrennten Raum, aus dem man sie nach Bedarf in den Hauptraum befördert, vorsehen, um eventuell die Betriebsbedingungen nach Wunsch verändern zu können.Very small surpluses of mercury, which occur because of their low mass of mercury completely! can be excluded under certain circumstances either in the main room or in a room separated from the main discharge room, from which they can be brought into the main room as required conveyed, provide in order to be able to change the operating conditions as desired.

Bei Verwendung sehr hoher Spannungen kann es, zweckmäßig sein, erst mit Niederspannung (unter anderem zur Schonung der Kathode) die Entladungsgefäße auf Betriebstemperatur zu bringen und dann erst auf Hochspannung überzugehen. Der Übergang kann automatisch durch die gezündete Niederspannung bewirkt werden. Da die Niederspannung selbst zum Zünden "unter Umständen nicht ausreicht, würde dann das Entladungsgefäß drei Phasen durchlaufen; zuerst reiner Zündspannungsstoß durch einen Unterbrechungsfunken, Hochfrequenzfuriken o. dgl., dann anfängliche Brennphase mit Niederspannung und Übergang nach richtigem Zünden der Niederspannung auf Hochspannungs- ^6s betrieb.When using very high voltages, it can be useful to first bring the discharge vessels to operating temperature with low voltage (among other things to protect the cathode) and only then to switch to high voltage. The transition can be brought about automatically by the ignited low voltage. Pure Zündspannungsstoß first o by an interruption spark Hochfrequenzfuriken the like, then initial combustion phase at low voltage and transition to proper ignition of the low-voltage to high-voltage ^6s operation; since the low voltage itself is not sufficient for igniting "under certain circumstances, then, the discharge vessel would pass through three stages.. .

Wie bereits erwähnt, ist es bei mehreren Einzelgefäßen nicht notwendig, bei jedem Gefäß einen Zündungsmechanismus vorzusehen, sondern es kann im wesentlichen ein Gefäß einer Gruppe mit den Zündmitteln ausgestattet werden, wobei dann durch die Erwärmung durch das gezündete Gefäß auch die anderen Gefäße sich auf Betriebstemperatur erhitzen und dann durch Spannungsstöße 0. dgl. zünden lassen.As already mentioned, it is not necessary for several individual vessels, for each vessel to provide an ignition mechanism, but essentially one vessel of a group can be provided with the ignition means The others are also heated by the ignited vessel The vessels heat up to operating temperature and then ignite by voltage surges, etc. permit.

In Abb. ι ist ein Entladungsgefäß einfacher Form dargestellt. Es ist dort A die Anode und K die Kathode. Z ist eine Zündelektrode und G ist ein außerhalb des Entladungsgefäßes aufgebrachter Steuerbelag. Gegenüber der für viele einfache Fälle ausreichenden Bauart der Abb. 2, bei der die Elektroden einfach an den Enden der Röhren eingeschmolzen sind, empfiehlt es sich für größere Einheiten, in ⁸S an sich bekannter Weise den Aufbau der Abb. ι zu wählen. Auch eine Einbettung der Entladungsgefäße in wärmeisolierendes Material kann zweckmäßig sein. Die Zündelektrode Z kann die oben besprochene Hilfsniederspannungsentladung führen, worauf dann nach genügender Erhitzung der Kathode und Verdampfung des Quecksilbers die Einschaltung der eigentlichen Anode A erfolgen kann.In Fig. Ι a discharge vessel of a simple shape is shown. There A is the anode and K is the cathode. Z is an ignition electrode and G is a control coating applied outside the discharge vessel. Opposite the sufficient for many simple cases design of Fig. 2, in which the electrodes are simply melted at the ends of the tubes, it is advisable for larger units, ι to choose ⁸ S a conventional manner the structure of Fig.. Embedding the discharge vessels in heat-insulating material can also be expedient. The ignition electrode Z can carry the auxiliary low-voltage discharge discussed above, whereupon the actual anode A can be switched on after the cathode has been sufficiently heated and the mercury has evaporated.

Claims

Patent claims:

ι. Rotating machine part with a rectifier-like discharge vessel, especially to replace a commutator, characterized in that as discharge vessels with activated solid Tubes equipped with self-heating cathodes are provided.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the discharge vessels with such small amounts of a vaporizable material, such as mercury, are provided that the material is just sufficient to achieve the required vapor pressure.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the discharge vessel used is set up for current continuity on both sides.

1 sheet of drawings