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Einrichtung zum Speisenwon Gleichstrom-Lichtbogenapparaten, insbesondere
$ogenlampenscheinwerfern; aus einem Gleichstromnetz normaler Spannung-Es tritt häufig
dies Aufgabe auf, Gleichstrom-Lichtbogenapparate aus einem vorhandenen Gleichstromnetz
normaler Spannung zu speisen. Die mit Gleichstrom zu speisenden Lichtbogenapparate
können dabei ganz verschiedenartiger Natur sein. Es kann sich dabei beispielsweise
um Bogenlampen für Kinobetrieb,: um Schweißlichtbogen, um Lichtbogdn für metallurgische
Zwecke oder auch um Scheinwerfer handeln: Alle diese Lichtbogenapparate -haben im
allgemeinen eine Betriebsspannung, die wesentlich unter den normalen Gleichstromnetzspannungen
liegt. Ein unmittelbarer Anschluß an das. vorhandene Gleichstromnetz ist also nicht
oder höchstens über Vorwiderstände möglich. Es kommt hinzu, daß der Betrieb von
Licht-Bogenapparaten von der speisenden Stromquelle eine Spannungsstromkennlinie
erfordert, die mit wachsendem Strom zunächst langsam und dann immer steiler abfällt.
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Man hat aus diesen Gründen bisher bei der Speisung von Lichtbogenappäraten
aus einem Gleichstromnetz normaler Spannung rotierende Umformer benutzt, die die
Spannung auf ,den gewünschten Betrag herabsetzen und möglicherweise auch noch die
.angegebene zweckmäßige Form - der Spannungsstromkennlinie besitzen. Rotierende
Umformer, die auch die letztgenannte Eigenschaft hinsichtlich ihrer Kennlinie aufweisen,
sind verhältnismäßig teuer, da hierfür nur Sonder-, konstruktionen, wie z: B. Querfeldmaschinen,
in Betnacht kommen. Überdies müßte bei
gleichzeitiger Speisung mehrerer
Lichtbogen für jeden ein besonderer Umformer vorgesehen_ werden, da j a die erzeugte
Spannung mit dem jeweiligen Betriebszustand dee Lichtbogens stark veränderlich ist
und zwei' in verschiedenen Betriebszuständen befind=' liehe Lichtbogen Speisespannungen
ganz versohiedener Höhe erfordern. Der Fall des gleichzeitigen Betriebes mehrerer
Lichtbogenapparate tritt beispielsweise bei den Scheinwerfern von Schiffen auf.
Dort sind meist mehrere Scheinwerfer, z: B. vier; zu einer Gruppe zusammengefaßt,
d. h. an räumlich nicht allzüweit voneinander entfernten Stellen aufgestellt: Dabei
steht als speisendes Netz im allgemeinen ebenfalls nur ein Gleichstromnetz normaler
Spannung, z. B. von iro oder :22o Volt, zur Verfügung. Wollte man hier für jeden
Scheinwerfer einen besonderen Umformer aufstellen, so würde das sehr hohe Kosten
verür#sachen und würde außerdem bereits . aus Gründen des Platzmangels in den meisten
Fällen scheitern müssen.
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Alle die genannten Nachteile werden durch die Erfindung vermieden.
Die erfindungsgemäße Betriebsschaltung für Lichtbogenapparate ist durch .die Verwendung
einer Umformereinrichtung gekennzeichnet, .bei der der Gleichstrom zunächst in Drehstrom
und dann dieser mittels Kontaktgleichrichter wieder in Gleichstrom umgewandelt wird,
wobei den Kontakten des Kontaktgleichrichters Schaltdrosseln vorgeschaltet sind.
Es sei hierzu bemerkt, daß es an sich bekannt ist, Bogenlampen aus einem Wechselstromnetz
über Kontaktgleichrichter zu speisen: Zweckmäßig wird die von dem Gleichstrom-Drehstrom-Umformer
erzeugte Drehspannung so gewählt, @daß der Kontaktgleichrichter bei unmittelbarer
Verbindung die für den Lichtbögenbetrie@b erforderliche Leerlaufspannüng liefert.
Die Kontakte des- Kontaktgleichrichters werden vorteilhaft in der sogenannten Graetzschen`
Schaltung angeordnet, wenn man es nicht vorzieht, das Drehstromnetz finit einem
Nulleiter zu versehen und für den Gleichrichter ebenfalls eine Nullpunktschaltung
zu verwenden: Die Umformung von Gleichstrom- in Gleichstrom anderer Spannung mit
Hilfe von Kontakteinrichtungen über den Umweg der Gleichstrom-Wechselstrom-Uniformung
und der Rückverwandlung des Wechselstromes in Gleichstrom ist an sich bereits bekannt.
Diese bekannte Umformüngseinrichtung ist jedoch nicht zum Betrieb von Lichtbogenapparaten
bestimmt und würde dazu auch wenig geeignet sein, da sie im Wechselstromzwischenkreis
noch zwei zusätzliche Wechselstrommaschinen benötigt. Außerdem sind auch zwei Transformatoren
erforderlich. Dadurch wird ein derartig großer Aufwand bedingt; daß im Vergleich
mit dieser bekannten Anordnung die Verwendung :der bisher für den Lichtbogenbetrieb
"x@ülichen Querfeldmaschinen doch vorteilhaftesein würde.
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,° @ln wesentliches Merkmal des @rfin@ungsgegenstandes besteht in
dem Vorhandensein von Schaltdrosseln in Reihe mit den Kontakten des Kontaktumformers.
Unter Schaltdrosseln sind Drosselspulen zu verstehen; die dis Eigenschaft haben,
sich hei einem verhältnismäßig geringen Strom, der an den Kontakten noch funkenlos
unterbrochen werden kann, sprunghaft zu sättigen und dabei ihre Indüktivität bis
auf einen ganz geringen Rest zu verlieren. Hierdurch wird eine bei jeder Belastung
funkenlöse Kommutierung erzielt, und .außerdem bieten die Schältdrosseln noch die
für Lichtbogenapparate sehr wichtige Möglichkeit, lediglich durch Änderung ihrer
Vorerregung die abgegebene Gleichspannung in weiten Bereichen verlustlos
zu
regeln. Die Wirkungsweise derartiger Schaltdrosseln. beim Betrieb des Kontaktgleichrichters
ist kurz folgende." Die Schaltdrosseln sind beispielsweise so angeordnet, daß stets
mit der abzulösenden und der- ablösenden Phase je eine Schaltdrossel in Reihe geschaltet
ist. Wird nun der Kontakt der ablösenden Phase geschlossen, so bildet sich über
diesen Kontakt-. und den noch geschlossenen Kontakt der abzulösenden. Phase ein
Kurzschlußkreis aus, indem zwei Drosseln hintereinanderliegen. Die Drossel, die
der ablösenden Phase vorgeschaltet ist, ist zunächst noch ungesättigt, besitzt also
ihre volle Induktivität. Infolgedessen geht der Übergang ,des Stromes von der einen
zu der anderen Phase zunächst nur mit sehr geringer Geschwindigkeit vor sieh. -
Überschreitet der Strom in der ablösenden Phase den Sättigungswert, so verschwindet
die Induktivität der zugehörigen Schaltdrossel sprunghaft, und es setzt nunmehr
eine rasche Stromänderung ein; so daß_ in - ganz kurzer Zeit die Stromführung im
wesentlichen auf die Folgephase übergegangen ist.. jetzt unterschreitet der Strom
in der abzulösenden Phase den Sättigungswert. Die dieser Phase zugehörige Drossel
vervielfacht sprunghaft ihre Indüktivität; und- es tritt wiederum eine starke Verlangsamung
des Stromübergabevorganges auf. Der Strom in der ablösenden Phase geht also ganz
langsam durch Null hindurch, so daß für die funkenlose Kontakttrennung ein längeres
Zeitintervall zur Verfügung steht. Der Zeitpunkt, in dem innerhalb der betreffenden
Periode die Stromführung von .der einen zur anderen Phase übergeht, ist dabei fast
ausschließlich bestimmt durch .den Augenblick, in dem nach erreichter
Sättigung
der der Völgephase zugeordneten Schaltdrossel die schnelle Stromänderung beginnt.
-Da man durch entsprechende Vormagnetisierung der Schaltdrossel den Sättigungsstrom-
verändern 'kann, so ist es auch möglich, damit den Zeitpunkt des Einsetzensder raschen
Stromänderung zu verschieben. Man kann also durch Änderung der Vormagnetisnerung
der Schaltdrossel den Aussteuerungsgrad .des Kontaktgleichrichters, d'. h. die mittlere
abgegebene Gleichspannung,, verändern.
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Die erfindungsgemäße Anordnung hat zunächst den Vorteil eines sehr
-hohen Wirkungsgrades." Ein rotierender Gleichstrom-Drehstrom-Umformer, der aus
normalen Mascliinenbesteht, weist nur verhältnismäßig geringe Verluste auf, insbesondere,
wenn er ständig .mit gleichbleibender Drehspannung betrieben wird. Der Spannungsabfall
in dem Kontaktgleichrichter ist im Gegensatz zu den bisher .üblichen Ventilgleichrichtern
ebenfalls äußerst gering. Gegenüber etwa 20 Volt bei Gleichrichtern mit Entladungsstrecken
beträgt er meist nur einen. Bruchteil von i Volt. Der Betrieb des Gleichstrom-Drehstrom-Umformers
mit konstanter Spannung ist möglich, da -die Erzeugung der angestrebten Spannungsstromkennlänie
ausschließlich -in dem Kontaktgleichrichter erfolgen kann. Außerdurch Veränderung
der Vormagnetisierüng kann man hier unter Umständen auch noch mit einer stromabhängigen
Veränderung. der Synchronsage der Schaltzeitpunkte arbeiten. Ganz besonders vorteilhaft
ist die: Erfindung für .die Fälle, in denen mehrere Lichtbogenapparate zu einer
Gruppe zusammengefaßt sind. In diesem Fall benötigt man-nämlich für sämtliche Apparate
dieser Gruppe nur einen einzigen Gleichstrom-Drehstrom-Umformer und braucht nur
jedem einzelnen Apparat einen besonderen Kontaktgleichrichter zuzuordnen. , In der
Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Zur Verfügung steht
ein Gleichstromnetz r, das -beispnelsweise eine normale Spannung von 22o oder q:q.o
Volt haben möge. Aus diesem Netz soll eine Gruppe von vier Bogenlampen gespeist
werden. Das Schaltbild'ist in näheren Einzelheiten nur für eine Bogenlampe 15 ausgeführt,
jedoch möge sich die Schaltung für die angedeuteten Anschlüsse 1G, 17 und r8 sinngemäß
wiederholen.
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An das Gletitchstromnetz i ist zunächst ein Motorgenerator, , bestehend
aus der Gleichstrommaschine 2 und dem Synchronmotor 3, angeschlossen, der das Zwischennetz
7 mit Drehstrom, vorzugsweise konstanter Spannung; speist. Mit Rücksicht auf den
Betrieb des Schaltstromrichters ist es vorteilhaft, die Frequenz des Zwischennetzes
7 möglichst konstant zu halten. Bei derb =dargestellten Ausführungsbeispiel ist
deshalb mit dem rotierenden Umfarrner 23 noch' eine Tacho-'..inetermaschine q. gekuppelt,
die über eine nicht näher dargestellte Regelapparatur 5 auf den im. Erregerkreis
des ". Gleich@stxomteiles liegenden Regelwiderstand 6 einwirkt. Der' Schaltgleichrichter
besteht im wesentlichen aus - -den in Graetzscher Schaltung angeordneten Schaltkontakten
8, ;die in zyklischer Reihenfolge von dem Synchronmotor 13, betätigt werden. Die
Schaltkontakte sind hier der Einfachheit halber als gewöhnliche Hebelschalter dargestellt.
Ihre wirkliche Ausbildung sowie die Art des Antritbes spielt jedoch für das vorliegende
Problem keine nennenswerte Rolle. In Reihe- mit den Schaltkontakten liegen. Arbeitswicklungen
io der Schaltdrosseln 9. Die Eiseri-kerne der Schaltdrosseln "bestehen aus hochwertigen
Eisensorten, die eine scharf geknickte Magietisierungskennlinie aufweisen und bereits
bei sehr niedrigen Erregungen ihren Sättigungszustand erreichen. -_ Jeder Schältkantakt
8 ist durch - einen Widerstand 12 - überbrückt. An- Stelle des Ohmschen - Widerstandes
könilte auch "-beispielsweise- ein Kondensator, ein Ventil oder eine ähnliche Widerstandsanordnung
treten. Dieser Parallelpfad zu den Kontakten. hat den Zweck, die Spannung an den
Kontakten unmittelb.ar_vor ihrer Schließung herabzusetzen: Die ..Schaltdrosseln.
können nämlich eine Spannung 'nur dann übernehmen, wenn ein Strom in ihnen fließt
und dieser sich außerdem ändert. Bei geöffnetem Schaltkontakt wäre das nicht ohne
weiteres möglich. Durch die Anordnung des Parallelpfades zu dem Kontakt ist jedoch
,dieser sich ändernde Strom in der Schaltdrossel vor der Kontaktschließurig sichergestellt.
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Die :gekrümmte, zunächst flach und dann steiler abfallende Spannungsstromkennlinie,
die insbesondere für die Begrenzung des Kureschlußstromes beim. Zünden des Lichtbogens
wichtig ist, wird durch Einwirkung des Bogenlampenstronves auf die Vormagnetisierung
der Schaltdross,e:t gerzielt. Zu diesem Zweck sind die Drosselspulen mit einer Vormagnetisierungswicklung
i z ausgerüstet, die unter Umständen von dem Bogenlampenstrom selbst oder von einem
.Teil desselben durchflossen werden kann. Die mit 1q. bezeichnete Einrichtung könnte
also beispielsweise ein gewöhnlicher Meßwiderstand. sein. In vielen Fällen wird
es dagegen zweckmäßig sein, statt .dessen einen besonderen; von dem Bogenlampenstrom
abhängigen Regler zu verwenden., der dann seinerseits die Größe des Vormagnetisierungsstromes
bestimmt.
Man kann statt einer Gleichstromvormagnetisierung auch
eine periodisch wechselnde Vormagnetisierung verwenden und erzielt dadurch unter
Umständen bessere Kommutierungsverhältndsse.