DE754928C - Einrichtung zur periodischen Einleitung von Lichtboegen mittels eines Hilfslichtbogens bei Lichtbogenstromrichtern (Marx-Stromrichtern) - Google Patents

Description

• Einrichtung zur periodischen Einleitung von Lichtbögen mittels eines Hilfslichtbogens bei Lichtbogenstromrichtern Zur Erzeugung eines Hilfslichtbogens, der für die Zündung eines Hauptlichtbogens, z. B. bei Lichtbogenstromrichtern, dienen soll, ist erstens eine Hochspannung nötig, die den Spalt zwischen Zünd- und Hauptelel@troden mit Sicherheit zu überschlagen vermag. Zweitens muß nach dem Überschlag ein genügend großer Strom fließen können, damit sich ein Lichtbogen ausbilden kann. Man kann dabei entweder Strom und Spannung aus einer einzigen Stromquelle (Einkneiszündschaltung) oder zwei getrennten Stromquellen (Zweikreiszündschaltung) entnehmen.
• Die Einkreiszündschaltung zeichnet sich durch große Einfachheit aus, erfordert jedoch einen großen Energieaufwand, da für den Zündfunken eine Mindestspannung von ungefähr ro kV und für den Hilfslichtbogen, eine Stromstärke von ungefähr z Ampere effektiv nötig ist. Dadu>:ch wird die Typenleistung des Zündtransformators sehr groß.
• Bei der Zweikreisziindschaltung werden diese Nachteile zwar vermieden, jedoch ist hier der Aufwand an Geräten wesentlich größer und daher kostspieliger. Bei den bisher vorgeschlagenen bzw. bekannten Zweikreiszüiidsclia,ltun0ren sind ferner Maßnahmen erforderlich, de eine Entladung der Hochspannung über einen N iederspannungs@kreis, z. B. durch .°lektrische Ventile (ReihenparalleIschaltung der beiden und Drosselspulen (reine Parallelschaltung der beiden Zündstromkreise), verhindern. Dabei müssen die elektrischen Ventile einerseits eine der Zündspannung angemessene Sperrfestigkeit aufweisen, anderseits aber in der Lage sein, den Hi.lfs@lichthogenstrom ohne nennenswerten `Verlust hindurchzulassell. Mit Drosselspulen ist aber nur eine unvollkommene .lbriegelun@s der Hochspannung zu erreichen. Durch diese unvollkommene l-,bri.egelung der Hochspannung durch die Drosselspule- treten bei der erwähnten normalen Zweikreiszündschaltung, bei der die h eiden Zündstromkreise in reiner Parallelschaltung angeordnet sind, infolgedessen erliebliche Energie-verltls:te auf.
• Die Erfindung vermeidet die vorstehend geschilderten Nachteile der bisher bekannten bzw. vorgeschlagenen Zweikreisschaltung unter Beibehaltung ihrer Vorteile, dadurch, daß hei einer Einrichtung zur periodischen Einleitung von Lichtbögen mittels eines Hilfslichtbogens hei Lichtboge.nstromrichtern (Marx-Stromrichtern), bei der eine: Stromduell@e für die zur Zündung des Hilfslichtliogals nötige Spannung (Hilfs.lichtbogenspannungsquelle) und eine Stromduelle für den Hilfslichthogeiistrom (Hilfslichtbogenstromquelle) vorgesehen sind, erfindungsgemäß diese beiden Stromquellen in bezug auf die beiden Elektroden des Hilfslichtbogens sekundärseitig in reiner Reihenschaltung angeordnet sind.
• Die- Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht.
• Die Abb. i zeigt den grundsätzlichen Aufbau der neuen Schaltung. In Reih mit der Zündelektrode i und der Hauptelektrode 2 des Lichtbogenstromrichters, zwischen denen der Hilfslichtbogen gezündet werden soll, liegt der Transformator 3, der den Strom für den Hilfslichthogenliefert, fernerein, weinnötig, zur Strombegrenzung dienender Widerstand 4, die Sekundärspule 6 des Teslatransforinators 5 und, falls erforderlich, eine Funkenstrecke B. Transformator 3 und Widerstand q. sind. durch einen Kondensator 9 überbrückt.
• Der Ziindvorgarig ist dann folgender: In der -#Ielcuil(lärspul,e 6 des Teslatransforinators 5 wird von der 1)°riodiscll im Takt der Hauptspannung erregten Primärspule 7 eine Spannung voll solcher Hölle erzeugt, daß sie den Spalt zwischen den Elektroden i und 2 und, wenn diese vorhanden, die Funkenstrecke 8 mit vollkommener Sicherheit überschlägt. Der Kondensator 9 bildet für den hochfrequenten Zündstrom einen Kurzschluß und verhindert das Auftreten hoher Hochfreduenzspannungeil am Hilfslichthogentransformator 3. Aus diesem Transformator folgt sogleich nach dem CTherbrü cken des Zündspaltes und der Funkenstrecke 8 durch den Hochspannungsüberschlag der Hilfslichtbogenstrom in genügender Stärke nach. Das ist möglich, da die Sekundärspule des Teslatransformators 5 im Gegensatz zu anderen Hochspannungstransformatoren nur einen sehr geringen Ohmschen und induktiven Widerstand besitzt. Weiterhin bietet die Verwendurlg eines Teslatransformators in einfacher Weise die Möglichkeit, bei isoliert aufzustell,#ncieil Zündanlagen die Isolierung in deal an sich schon für hohe Spannungen gebauten einfachen Teslatransformator hineinzuver-1egen.
• <unter Umständen ist es günstig, die Kopplung zwischen den Spulen 6 und 7 des Teslatransformators veränderlich zu machen. Weiterhin ist eine Abstimmung der beiden Scliwiiiigungsl;re-is,e vorteilhaft.
• Durch die in Reihe mit der Sekundärspule 6 des "I'eslatransformators 5 liegende Funkenstrecke 8 wird verhindert, daß durch den Hauptlichtbogen, der möglicherweise die Elektroden i und 2 kurzschließt, nachdem der Hilfslichtbogen schon erloschen ist und die Spannung des Hilfslichtbogentransformators in der entgegengesetzten Halllwelle wieder eine gewisse Höhe erreicht hat, eine erneute Zündung (Rüclzzündung) des Hilfslichtbogens e rfolg t.
• Die Funkenstrecke 8 kann auch durch einen synchron umlaufenden Schalter oder ein elektrisches Ventil ersetzt werden. Umlaufender Schalter und Ventil können gegebenenfalls auch in den Primärkreis des Hilfslichtl>ogentrallsformators verlegt werden, da auch auf j diese Weise die zur Zündung nicht benötigte Halbwelle ferngehalten wird.
• Die Erregung des Teslatransformators kann auf verschiedene Art erfolgen, z. B. durch stoßartige Entladungen eines Kondensators io, die mittels Schaltvorrichtungen periodisch ausgelöst werden. Als Schaltvorrichtungen sind anwendbar synchron umlaufende Funkenstrecken i i (Abb. 2) und gesteuerte Entladungsgefäße 12 (Abb. 3). Die .-Anwendung einer ruhenden Funkenstrecke 13 ist möglich, wenn der Kondensator io mit der halben Netzfrequenz aufgeladen wird. Hierzu eignet sich ein gesättigter und gegebenenfalls vormagnetisierter Transformator 14 mit vorgeschalteter Drosselspule 15 (Abb. 4) oder die beim Unterbrechen. eines induktiven Stromkreises auftretende Überspannung. Diese Spannung kann durch eine zweite mit der Primärspule 16 gekoppelte' Spule 17 transformiert werden (Abb. 5). Zum periodischem Unterbrechen des Stromes sind Vorrichtungen 18 geeignet, wie sie für die Zündanlagen von Explosionsmotoren verwandt werden. Wenn der zu unterbrechende Strom nicht mehr von einem bei normalem Luftdruck arbeitenden Unterbrecher bewältigt -,verden kann, so beisteht die Möglichkeit, die, Unterbrechungsstelle in. ein Gas oder eine Flüssigkeit zu verlegen und den Druck zu erhöhen oder die, Unterbrechung im Hochvakuum vor sich gehen zu lassen. In diesem Fall lassen sich besonders große Stromstärken unterbrechen und hohe Überspannungen erzielen.
• Zum Antrieb des Unterbrechers ist ein Synchronmotor geeignet, wenn es sich um Anlagen handelt, die mit Netzen unveränderlicher Frequenz. zusammen arbeiten, oder auch ein in seiner Drehzahl veränderlicher und regelbarer Motor, z. B. für selbstgeführte Wechselrichter veränderlicher Frequenz.
• Die Unterbrechung kann ferner durch schwingende Kontaktsysteme erzielt werden, die durch, das Magnetfeld einer mit Wechselstrom oder Stromstößen geeigneter Frequenz erregten Spule angetrieben werden. Um hierbei eine weitgehende Unabhängigkeit der Antriebskraft von Spannungsschwankungen zu erzielen, kann es zweckmäßig sein, die Erregerspannung der Spule einem besonderen, durch einen Synchron- oder einen in seiner Drehzahl regelbaren Motor angetriebenen Generator zu entnehmen. Auch bei Anwendung schwingender Kontaktsysteme läßt sich die Unterbrechung zur Erhöhung der Unterb recherleistung in ein Gas oder eine Flüssigkeit bei erhöhtem Druck oder in das Hochvakuum verlegen.
• Der Betriebsstrom für den Unterbrecherkreis kann aus einer Batterie oder einem Transformator, z. B. dem Hilfslichtbobgentransformator 3, entnommen werden (Abb. 6). Bei letzterer Betriebsart muß die Transformatorwicklung durch einen Kondensator i9 geeigneter Größe überbrückt werden, um das Entstehen von Überspannungen an dieser Stelle zu vermeiden. Nötigenfalils ist im Unterbrecherstromkreis eine Vorrichtung 2o einzubauen, die die Richtung des Betriebsstromes in bestimmten Zeitabständen umkehrt (Abb. 6), um eine Wanderung des Kontaktmetalls zu verhindern. Die Stro@mwendung muß erfolgen, während der Unterbrecher geöffnet hat. Dies läßt sich durch mechanische oder elektrische Verriegelung der Umschaltvorrichtung bewirken.
• Statt einer Batteriezündanlage könnte auch ein Magnetzünder verwendet werden, wie er an. Automo@bilmoto;renzündanlagen bekannt ist.
• Beim Betrieb des Teslatransformators 5 mit ruhender Funkenstr ecke 13 und periodisch aufgeladenem Kondensator io (Abb. 4 und 5) ist es zweckmäßig, die Funkenstrecke, im Teslakreis so anzuordnen, daß ihr Funkenlicht die Funkenstrecke 8 im Hilfslichtbogenkreis (Abb. i) bestrahlt, da infolge der Aufhebung des Entladeverzugs eine etwa vorhandene Streuung des Zündeinsatzes dieser Funkenstrecke dadurch weitgehend beseitigt wird.
• Man kann den Teslatransformator außer durch Stoß auch durch ungedämpfte Hochfrequenzschwingungen erregen, die z. B. von einem Röhrensender 21 erzeugt werden (Abh.7). Der Sender braucht nur während weniger elektrischer Grade, bezogen auf die Frequenz des Hauptstromes, zu schwingen. Deswegen kann als Anodenspannung die Spannung des Hilfslichtbogentransformators 3 ohne Gleichrichtung benutzt werden. Der Schwingungseinsatz wird durch Gittersteuerung über eine elektrische oder mechanische Schaltvorrichtung, die keine, Leistung zu schalten braucht, b:eeinflußt.
• Bei mehrphasigen Anlagen kann entweder für jeden Lichtbogenstromrichter eine gesonderteZündanlage benutzt werden, oder man verwendet bei den Zündverfahren mit In;duktionsspule und Unterbrecher diese Vorrichtungen gemeinsam für sämtliche Phasen und bildet die im Teslakreis liegende Funkenstrecke als synchron umlaufenden Verteiler aus. Abb. 8 zeigt eine dreiphasige Zündanlage für Stronirichterschaltungen mit gemeinsamer Kathode, Abb. 9 dieselbe für isolierte Kathoden und daher getrennte Zündanlagen und Abb. io eine mit Verteiler 22 betriebene dreiphasige Zündanlage.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur periodischen Einleitung von Lichtbögen mittels eines Hilfslichtbogens bei Lichtbogenstromrichtern (Marx-Stromrichtern), bei der eine Stromquelle für die zur Zündung des Hi,lfs.lichtbogens nötige Spannung (Hilfslichtbobgenspan@nungsquelle) und eine Stromquelle für den Hilfslichtbogenstrom (Hilfslichtbogenstromquelle) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die, beiden Stromquellen in bezug auf die beiden Elektroden des Hilfslichtbogens sekundärseitig in reiner Reihenschaltung angeordnet sind. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe finit der Hilfslichtbogenstromquelle (3) und der Hilfslichtbogenspannungsquelle (5 ) eine FunkenstreekÜ (8) eingeschaltet ist. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Hilfslichtbogenstromquelle (3) und der Hilfslichtboge spannungsquelle (5) ein elektrisches Ventil singgeschaltet ist. a. Einrichtung nach :@n:pruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Hilfsliclitbogenstromquelle (3) und der Hilfslichtbogenspannungsquelle(5) ein synchron rotierender Schalter eingeschaltet ist. 5. Einrichtung nach den Ansprüchen i und ,3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Ventil im Primärkreis des den Hilfslichtbogenstrom liefernden Transformators liegt. 6. Einrichtung nach Anspruch i oder den folgenden, dadurch gelennz.eichnet, daß in Reihe mit der Hilfslichtbogenstromquelle (3) und der Hilfslichtbogenspannungsquelle (5) ein Widerstand (q.) eingeschaltet ist. 7. Einrichtung nach Anspruch i oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, da.ß die Hilfslichtbogenstromquelle (3) beim Vorhandensein eines Widerstandes (d.) und eines elektrischen Ventils auch diese durch einen Kondensator überbrückt sind. B. Einrichtung nach Anspruch i oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfslichtbogenspannungsquelle ein Teslatransformator vorgesehen ist. g. Einrichtung nach den Ansprüchen i und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen den Spulen des Teslatransformators veränderlich ist. io. Einrichtung nach den Ansprüchen i und 8, dadurch gdcenlizeichnet, daß eine Schaltvorrichtung vorgesehen ist, «-elche die Erregung des Teslatransformators durch einen Spannungsstoß ermöglicht. i i. Einrichtung nach den Ansprüchen i, 8 und io, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltvorrichtung eine rotierende Funkenstrecke vorgesehen ist. 12. Einrichtung nach den Ansprüchen i, 8 und 1o, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltvorrichtung ein gesteuertes eIektrisches Ventil vorgesehen ist. 13. Einrichtung nach den Ansprüchen i, 8 und io, dadurch gekennzeichnet, daß für die zur Erzeugung des Spannungsstoßes nötige Hochspannung ein gesättigter Transformator mit eingeschalteter Drosselspule vorgesehen ist. 1.4. Einrichtung nach den _Xnspriiclien r, 8 und io, dadurch gekennzeichnet, daß eiii Unterbrecher vorgesehen ist. welcher den durch eine Induktionsspule flielien(leri Strom periodisch unterbricht und hierdurch die zur Erzeugung des Spannungsstoßes nötige Hochspannung hervorruft. 15. Einrichtung nach den Ansprüchen i, io und 1q., dadurch geleiin-r-eicliiiet, da?) der durch die Induktionsspüle fließende Strom aus der Hilfslichtbogetistromquelle entnommen wird. 16. Einrichtung nach :@iispruch 1.3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Strom für die Induktionsspule liefernde Wicklung des Hilfslichtbogentransforinators durch einen horideiisator überbrückt ist. 17. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gek e-nuzeichnet, daß zur Transformierung der in der Induktionsspule erzeugten Spannung eine mit der Induktioilsspule gekoppelte Spule @-oi;@@sehen ist. 18. Einrichtung nach .\uspruch i-. dadurch gekennzeichnet, daß zur periodischen Unterbrechung Stromes ein durch einen Synchronmotor oder ein durch einen in der Drehzahl regelbaren -Motor angetriebener Unterbrecher vorgesehen ist,. ig. Einrichtung nach Anspruch i.4, dadurch gekennzeichnet, dal-.7 der Unterbrecher durch eine mit Wechselstrom oder mit Stromstößen gespeiste Spule synchron mit dem Hauptstrotm erregt wird. :2o. Einrichtung nach den Ansprüchen 1.4 und ig, dadurch gekennzeichnet. dali für die zur Erregung der Spule erforderliche Spannung ein besonderer synchron angetriebener Generator vo.rgLseheii ist. 21. Einrichtung nach den _Xusprüchen 14, 18 und den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbrecher in einem gasförmigen oder flüssigen Stoff bei normalem odererhöhtem Druck oder im Hochvakuum vorgesehe ii ist 22. Einrichtung nach den _Xnspriicheii i, 1d., 15, 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, d.aß in dem aus Induktionsspulen. Stromquellen und Unterbrecher gebildeten Stromkreis die Stromrichtung während der Üffnungszeit des Unterbrechers selbsttätig oder von Hand uml@elirl)ar ist. 23. 1?inrichtung nach _Anspruch i oder i q., dadurch gekennzeichnet, daß im Teslakreis eine Einfach- oder- 1lehrfach.funken-:.trecke vorgesehen ist. 2q.. Einriclitulig nach den -\nsprüclien i, 13, 14 und 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Funkenlicht der firn Teslakreis lie-t-enden Funkenstrecke zur Bestrahlung der im Hilfslichtbogenstromkreis liegenden Funkenstrecke vervvendet wird. 25. Einrichtung nach den Ansprüchen i und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Teslatransformator durch periodisch erzeugte ungedämpfte Hochfre:quen.zschwingungen erregt wird. 26. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß für die Hochfrequenzschwingungen ein Röhrensender vorgesehen ist und die Anodenspannung des Röhrensenders aus dem Hilfslichtbogentransformator entnommen wird. 27. Einrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter des Röhrensenders zur Beeinflussung des Schwingungseinsatzes über eine Schaltvorrichtung synchron. mit der Hauptspannung gesteuert wird. ZurAbgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Französische Patentschrift N r. 770 511; Marx, Erwin, Lichtbogen-Stromrichter, 1932, Berlin, S. 88, 92, 98.