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Anordnung zum Betrieb von stabil brennenden Gleichstromlichtbögen
Zusatz zum Patent 658 917 Das Patent 658 917 betrifft eine Anordnung zum Betrieb
von stabil brennenden Gleichstromlichtbögen unter Verwendung von Gleichrichtern
zum Durchführen chemischer Reaktionen, bei der der Lichtbogen über einen Gleichrichter
gespeist wird, dessen Spannung zwecks Stabilisierung des Bogens vom Lichtbogenstrom
oder von der Lichtbogenspannung mittels in der Umgebung der Anoden befindlicher
Gitter selbsttätig gesteuert wird, die ein vom Lichtbogen beeinflußtes Potential
besitzen, das ihnen durch eine trägheitslose oder nur mit geringer Trägheit arbeitende
Steuereinrichtung aufgedrückt wird. Diese Anordnung kann jedoch für die an sich
bekannten Gleichrichter mit Innenzündung nicht ohne weiteres angewendet werden,
weil diese Gleichrichter keine Gitter besitzen, da das Einsetzen der Entladung durch
eine ggsteuerte Zündvorrichtung bewirkt wird.
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Erfindungsgemäß wurde nun gefunden, daß auch diese Gleichrichter mit
Vorteil zur Stabilisierung des Lichtbogens verwendet werden können, wenn hier die
Zündvorrichtung durch die selbsttätig und trägheitslos oder mit geringer Trägheit
arbeitende Steuereinrichtung gesteuert wird.
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Ein solcher Gleichrichter besteht beispielsweise im Gegensatz zu den
gittergesteuerten Quecksilberdampfgleichrichtern.aus je einer Anode mit einem Innenzünder,
die beide in einem einfachen, gekühlten und evakuierten
Entladungsgefäß
angeordnet und von diesem isoliert sind, und einer leitend mit dem Gefäß verbundenen
Bei der Gleichrichtung von Mehrphasenstrom müssen mehrere solcher Einheiten entweder
getrennt angeordnet sein, oder es lassen sich mehrere solcher Gefäße mit je einer
Anode und zugehöriger Oüecksilberkathode und Innenzünder in einem Gefäß mit gemeinsamer
Wasserkühlung und Pumpe aufbauen. Neben den Innenzündern ist keinerlei Erregerlichtbogen
erforderlich. Der Innenzünder, der beispielsweise aus mehr oder weniger gut leitenden
Stoffen besteht, taucht mit seinem unteren Ende 'in das Kathodenquecksilber ein,
während das obere Ende an einem Halter befestigt ist: Wenn an den Innenzünder eine
Spannung angelegt wird und ein kurzzeitiger Strom in Richtung von dem Halter zu
dem Quecksilber fließt, so bildet sich in einigen ro-s Sekunden der Lichtbogen aus.
Die Zündgenauigkeit ist ein wesentlicher Bestandteil dieser Einrichtung.
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Die Arbeitsweise eines solchen Gleichrichters ist folgende: Die Kathode
eines gewöhnlichen Qgecksilberdampfgleichrichters ist durch den Erregerlichtbogen
und das Arbeiten von Anoden, die in demselben Gefäß angeordnet sind, dauernd in
einem Zustand der Emission, und die Gitter haben die Aufgabe, die Zündung der einzelnen
Anoden bis zu einem bestimmten Zeitpunkt zu verhindern. Bei dem Gleichrichter mit
Innenzündung dagegen ist die Kathode üblicherweise in einem nicht emittierenden
Zustand, und der Innenzünder hat die Aufgabe, die Zündung zum gegebenen Zeitpunkt
auf der Kathodenseite einzuleiten. Der Vorteil, der sich daraus ergibt, ist die
Abwesenheit von Gittern in der Strombahn der Entladung. Der Innenzünder hindert
in keiner Weise die Strombahn des Bogens, nachdem ei- sich gebildet hat, während
das Gitter dies tut und damit den Spannungsabfall über ziem Lichtbogen um etwa 2
Volt erhöht.
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Bei der Verwendung von Lichtbögen zur Ausführung chemischer Reaktionen,
wobei die Lichtbögen von Gleichrichtern gespeist werden, muß man im allgemeinen
wegen des großen Spannungsgefälles in den zu verarbeitenden Gasen und Dämpfen Hochspannungsgleichrichter
verwenden, bei denen bei großen Strömen. die Steuerung unter Umständen Schwierigkeiten
bereiten kann. Bei der Ausführung chemischer Reaktionen neigen die Lichtbögen außerdem
zu Spannungsschwankungen, die ihrerseits wieder Ursache hoher Überspannungen sein
können. Diese können bei Verwendung gittergesteuerter Gleichrichter, die auch noch
eine Zünd- und Erregereinrichtung besitzen müssen, Anlaß zu Störungen geben. Auch
der eigentliche Steuervorgang kann bei Verwendung von Steuergittern durch Überspannung
gestört werden, so daß eine Steuerungsart, die Gitter vermeidet und den Zündvorgang
im Gleichrichter von einer restlos entionisierten Gasstrecke aus vornimmt, für den
Betrieb von Lichtbögen für chemische Reaktionen große Vorteile bietet.
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Diese an sich bekannten Gleichrichter mit Innenzündung sind nun ganz
besonders für den Aufbau von trägheitslosen, selbsttätig den Strom regulierenden
Steuerungen für den stabilen Betrieb von Gleichstromlichtbögen zur Durchführung
chemischer Reaktionen geeignet; da nur ein einfacher, vorn Hauptstrom abhängiger
Zündimpuls auf die Innenzünder der Gleichrichtergefäße gegeben zu -werden braucht,
die unempfindlich gegen große Stromstöße, weitgehend rückzündungssicher und einfach
im Aufbau sind.
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Dies läßt sich, wie aus Abb. i ersichtlich ist, z. B. auf folgende
Art erreichen: Der Strom für den Zündimpuls wird von einem Zündtransformator C geliefert,
der unter Zwischenschaltung einer Drossel D, eines Ventils E, damit nur die positiven
Halbwellen zur Wirkung kommen, und eines Vorwiderstandes F nach dem Innenzünder
des Entladungsgefäßes J fließt. Die Drossel D besitzt einen Kern aus hochpermeablem
Material mit scharfem Sättigungsknick. Die positive Halbwelle der Sinuskurve -wird
hierdurch derart verformt, daß ein steiler Anstieg .der Spannung entsteht; die negative
Halbwelle wird jedoch durch die Wirkung des Ventils E unterdrückt: Die Abhängigkeit
vom Lichtbogenstrom wird nun dadurch er- 1 reicht,, daß der Wechselspannung des
Zündtransformators C eine vom Lichtbogenstrom abhängige Gleichspannung überlagert
wird. Diese letztere wird vorn Stromwandler A iin Primärkreis des Gleichrichtertransformators
über Gleichrichter B geliefert und liegt an einem Widerstand H im Steuerkreis. Ihr
entgegen wirkt eine konstante, positive Vorspannung, die an den Widerstand G gelegt
ist. Damit wird erreicht, daß sich die Null-Linie zier Spannung des Zündtransformators
hauptstromabhängig verschiebt. Da aber nur in Richtung nach dem Innenzünder ein
Strom fließen kann, wird auch nur dann die Drossel D magnetisiert und schneidet
aus der Spannung Stücke heraus. Da sich nachweisen läßt, daß beim Verschieben der
Nullinie die Verformung der positiven Halbwelle derartig ist, daß flächengleiche
Stücke aus der ursprünglichen Sinusfläche herausgeschnitten werden, setzt der steile
Anstieg der Spannung vom Hauptstrom abhängig zu verschiedenen
Zeiten
ein und damit natürlich auch der Zündstrom für den Gleichrichter mit Innenzünder
J.
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Eine andere Einrichtung, mit der sich beispielsweise eine trägh einslose,
stromabhängige Steuerung der Gleichspannung erreichen läßt, ist in Abb. z schematisch
dargestellt.
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Über Stromwandler A und Gleichrichter B
wird wieder eine
dem Lichtbogenstrom proportionale Gleichspannung gewonnen, die einem Hilfszündkreis
zugeführt wird. . Dieser Hilfskreis besteht aus einem kleinen Glasgleichrichter
C mit der gleichen Anodenzahl wie der Hauptgleichrichter, der auf einen Widerstand
K belastet wird. Dieser Hilfsgleichrichter enthält nun einen. Steuerkreis, der aus
Gittertransformator D, aus Drossel E, Ventilen F und Vorwiderständen G besteht.
Im Nullpunkt des Gittertransformators ist der Gitterwechselspannung die Steuerspannung
und dieser entgegen eine konstante, positive Vorspannung überlagert, d. h. die Nullinie
der Gitterwechselspannung wird vom Hauptstrom abhängig verschoben. Die Steuerspannung
und die konstante, positive Vorspannumg .liegen an den Widerständen J und H. Drosseln
E bewirken einen steilen Anstieg der positiven Halbwellen der Gitterwechselspannung.
Durch Verschieben der Nullinie der Gitterwechselspannung werden ebenso wie bei der
Anordnung in Abb. i jeweils flächengleiche Stücke aus der Gitterwechselspannung
herausgeschnitten, r1. h. der positive Zündimpuls des Hilfsgleichrichters erfolgt
abhängig vom Hauptstrom zu verschiedenen Zeiten. Damit ändert sich aber auch der
Anodenstrom des Hilfsgleichrichters C, d. h. der den Zündstrom für den Gleichrichter
mit Innenzündern liefernde, über Stromwandler M entnommene Anodenstrom des Hilfsgleichrichters
bewirkt eine vom Hauptstrom abhängige, zu verschiedenen Zeiten der Halbwelle der
Anodenspannung erfolgende Initialzündung des Hauptgleichrichters L.