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Anordnung zum Betrieb von elektrischen Lichtbögen Der Betrieb eines
elektrischen Lichtbogens erfordert wegen seiner fallenden Charakteristik eine Stabilisierung
des Stromes. Diese erfolgt bei Gleichstromspeisung mit Ohmschen Widerständen, die
ihrerseits zusätzliche Verluste bedingen. Bei Speisung mit Wechselstrom kann die
Stabilisierung mit Hilfe von Drosselspulen erfolgen. Es tritt jedoch hier die Schwierigkeit
auf, daß nach jeder Halbperiode der Bogen ineu gezündet werden muß und daß wegen
des langsamen Nulldurchganges des sinusförmigen Wechselstromes die Ionisierung.der
Lichtbogenstrecke in Frage gestellt ist. Diese Tatsachen bedingen ein häufiges Erlöschen
des Wechselstromlichtbogens.
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Man hat daher vorwiegend die Gleichstromspeisung angewandt. Um die
hohen Verluste im Vorwiderstand zu vermeiden, hat man als Gleichstromquelle einen
gittergesteuerten Gleichrichter vorgesehen und seine Gittersteuerung derart ausgebildet,
daß sie automatisch die Stabilisierung des Lichtbogens bewirkt. Dies wird dadurch
erreicht, daß die Gittersteuerung den Strom durch den Lichtbogen seiner Charakteristik
anpaßt. Die außerdem noch vorhandene Drosselspule gleicht die schnellen Schwankungen
der Lichtbogenspannung aus, so daß die Gittersteuerung relativ langsam geregelt
werden kann.
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Das Ziel der Erfindung besteht darin, bei dem Betrieb von elektrischen
Lichtbögen die Vorteile der Gleichstromspeisung mit denen der Wecb-selstromspeisung
zu vereinigen. Zu diesem Zweck sind im folgenden Anordnungen angegeben, bei denien
der
Lichtbogen mit Wechselstrom rechteckförmiger .Gestalt .gespeist
wird. Dieser rechteckförmige Wechselstrom wird mit Hilfe von gesteuerten Entladungsstrecken,
z. B. gittergesteuerten Entladungsgefäßen oder Ignitrons, und einier Gileichstromdrossel
erzeugt, wobei letztere entweder von Gleichstrom durchflossen ist oder zwar von
Wechselströmen durchflossen ist, jedoch einen magnetischen Gleichfluß aufweist.
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Die Vorteile dieses Erfindungsgedankens bestechen darin, daß durch
die Anwendung eines rechteckförmigen :Wechselstromes der Lichtbogen immer wieder
genügend schnell ionisiert wird und daher ebenso ruhig brennt wie ein Gleichstrombogen.
Andererseits ist jedoch durch die Verwendung von @,%Iechsel,strom die Möglichk eit
.der Spannungsübersetzung gegeben, was bei Teichstrom fortfällt. Schließlich kann
die Regelung und Stabilisierung des Bogens mit Hilfe der Gittersteuerung durchgeführt
werden, wodurch die Verluste weitgehend vermindert sind und .die bekannten Vorteile
der Gittersteuerung auch für Starkstromlichtbögen ausgenutzt werden.
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In den Abb. i bis 5 sind einige Aus@führungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. In Abb, x bedeutet UN die speisende Wechselspannung. Mit
B
ist der elektrische Lichtbogen bezeichnet. Die Speisung von B erfolgt
je nach Polarität und Freigabe der Entladungsstrecken i und 2 über die linke oder
rechte Hälfte der Gleichstromdrossel D. Die gittergesteuerten Ehtladungsstrecken
i und z mit Kathode K und Anode A sind gegensinnig parallel unter Zwischenfügung
der Drossel D geschaltet.
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Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Es sei zunächst die
Entladungsstrecke i freigegeben. Dann brennt in der positiven Halbwelle der Lichtbogen
B über die Entladungsstrecke i und die linke Hälfte der Drossel D.
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In Abb.5 sind die Verhältnisse schematisch wiedergegeben. In Abb.
5 a bedeutet L'N die Speisespannung und LIB die Lichtbogenspannung. Die schraffierten
Flächen stellen die Spannungsdifferenz dar, die an der Drossel liegt, 'beide Flächen
müssen also gleich groß sein. In Abb. 5 b ist der J8 dargestellt. Die Abb. 5 c zeigt
die Spannungsdifferenz LTN-L%B und Abb. 5 d den Spannungsverlauf l" D an
der Drossel.
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Im Punkt X wird die Entladungsstrecke i gezündet. Der in der Drossel
D aufgespeicherte Gleichstrom fließt dann über die Ehtladüngsstrecke i zum Lichtbogen
B. Der Lichtbogen habe die Spannung UB mit der Zündspitze am Anfang. Der
Lichtbogenstrom J8 ist hierzu in Phase und hat die gleiche Kurv enform, da der Lichtbogen
eine reine Wirklast darstellt. Der rechteckige Strom- und Spannungsverlauf am Lichtbogens
ist also erreicht.
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Unter Vernachlässigung des Spannungsabfalles in der Entladungsstrecke
i liegt die Diifferenz UN-L'B an .der linken Drosselhälfte. An der rechten stromlosen
Drosselhälfte wird transformatorisch die gleiche Spannung UD induziert. Die gesperrte
Entladungsstrecke 2 hat also während einer Halbwelle clie doppelte Drosselspannung
:2 UD auszuhalten. Die Drossel nimmt in der Zeit X-Y magnetische Energie auf, die
sie in der Zeit Y-Z wieder abgibt. Im Dauerbetrieb sind die schraffierten Flächenstücke
gleich .groß.
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Im Augenblick der Kommutierung liegt an der Entladungsstrecke 2 die
Spannung 2 UD, die bei der Freigabe der Entladungsstrecke 2- zusammenbricht, weil
beide Ehtladungsstrecken brennen. Der Lichtbogenstrom ist Null, und beide Entladungsstrecken
führen den hal@bien Drosselstrom 1/z JD. Im Augenblick der Neuzündung des
Lichtbogens steht hier (mit umgekehrtem Vorzeichen) die gesamte Netzspannung zur
Verfügung (vgl. Zeitpunkt Z in Abb. 5). Die Ehtladungsstrecke i erlischt, und Ent.
ladungsstrecke 2 führt allein :den Strom. Die Kbmmutierung ist beendet und die Neuzündung
des Bogens wegen der steilen Wellenfront sichergestellt.
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Die Abb. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung,, wobei
die Entladungsstrecken nur noch mit dem einfachen Lichtbogenstrom belastet sind.
Den gegensinnig parallel geschalteten Entladungsstrecken i und 2 sind die beiden
ebenfalls gegensinnig parallel geschalteten Entladungsstrecken 3 und q. je gegensinnig
in Reihe geschaltet, und zwischen ihnen ist die Drossel D vorgesehen. Die Steuerung
der Ehtladungss.trecken muß so erfolgen, daß i und 3 bzw. 2 und d. gleichzeitig
geöffnet sind. Der Stromverlauf ist dann folgender: Von UN über Ehtladungsstrecke
i, Drossel D, Entladungsstrecke 3 über den Lichtbogen B zurück zum Netz. Ehtspnechend
erfolgt in der nächsten Halbwelle der Stromfluß über die Entladungsstrecken 2 und
q..
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Whnn die Spannung des Netzes UN für den Betrieb des Lichtbogens
nicht geeignet ist, kann man in dem Stromkreis den Spannungswandler S vorsehen und
den Lichtbogen B sekundärseitig anschließen, wie in- Abb. 2 angedeutet ist. Die
gleiche Maßnahme läßt sich auch bei der Schaltung nach Abb. i durchführen.
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In der Abb. 3 ist eine vorteilhafte hVeiterbildung der Erfindung dargestellt,
bei der nur die beiden Entladungsstrecken i und 2 vorgesehen sind und die trotzdem
nur die halbe Drosselspannung als. Sperrspannung auszuhalten haben. Außerdem sind
hier die Kathoden der Ehtladungsstrecken i und 2 miteinander verbunden, so daß man
auch gemäß Abb. 4. ein einziges Gefäß G mit einer allen Entladungsstrecken
gemeinsamen Kathode verwenden kann. Ferner gestattet diese Schaltung durch Anordnung
des Transformators> T die Anwendung einer beliebigen Spannungsübersetzung, so daß
auf den Umspanner S verzichtet werden kann. Die übrigen Bezeichnungen sind mit denen
der @bb. i in Übereinstimmung.
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Es sei die Abb. 3 erläutert, bei der der Transformator T als Spartransformator
im Übersetzungsverhältnis i : i ausgebildet ist. Gemäß Abb. q. kann man den Transformator
T auch als Zweiwicklungstransformator mit beliebigem Übersetzungsverhältnis ausbilden.
Im übrigen arbeitet diese Anordnung genau wie die Anordnung nach Abb. 3. Die Strom-und
Spannungsverhältnisse gemäß Abb. j gelten
hier entsprechend mit
der Abänderung, daß die Differenz zwischen Netz und Bogenspannung, UN-UB, am Transformator
T auftritt. Außerdem ist die hier an der Dirossel auftretende Spannung UD (vgl.
Abb. 5 d) nur noch halb so groß.
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Der Stromverlauf ist folgender: In der positiven Halbwelle fließt
der Strom von UN über die freigegebene Entladungsstrecke i, Drossel D (dennEhtladungsstrecke
a ist gesperrt) zu M und über die untere Transformatorhälfte zum Lichtbogen B zurück
zum Netz. Der Strom durch die untere Transformatorhälfte bedingt aus energetischen
Gründen einen gleich großen, aber entgegen-gerichteten Strom durch die obere Transformatorhälfte.
Dieser fließt durch die Entladungsstrecke i und die Drossel D und überlagert sich
dem ersten in diesem Kreis fließenden Strom. Nach der Kommutierung erfolgt in entsprechender
Weise der Stromfluß durch die Entladungsstrecke a. Der in den Entladungsstrecken
i und a und der Drossel D fließende Strom ist also doppelt so groß wie der
Bogenstrom; die Spannungsbeanspruchung der Entladungsstrecken entspricht dabei nur
der einfachen Drosselspannung. Dhr Strom durch die Drossel hat dabei stets die gleiche
Richtung, d. h. von den Entladungsstrecken zu 31 hin. Diese Drossel ist also
eine reine Gleichstromdrossel.
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Die Anpassung an die Charakteristik des Lichtbogens erfolgt durch
Gittersteuerung der Entladungsstrecken i und a. Dies wirkt sich dadurch aus, daß
der Zündpunkt der Gefäße (Punkt X in Abb. 5) längs der Zeitachse verschoben wird.