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Stromrichter (Gleichrichter, Wechselrichter, Umrichter) mit flüssigem
Kontaktmaterial Zusatz zum Zusatzpatent 900 852 Gegenstand des Patents goo 852 ist
ein Stromrichter (Gleichrichter, Wechsieilrichber, Umrichter) mit in deinem Vakuum
oder Schutzgas enthaltenden Gefäß rotierendem Quecksilberstrahl mit E:inschluß des
Antrieb mobors in das Gefäß. Das Kennzeichen besteht darin, daß der Quecksilbierstrahl
zur Verriingerwng des übergangsw iderstandes bei geringem Abstand der Elektroden
breit gequetscht wird, und d:aß die hierbei sich bildende Qwecksilberschleppe durch
die Zentrifugalkraft nach außen geschleudert wird, um wilde Kurzschlüsse zu vermeiden.
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Gemäß der Erfindung wird als Weiterbwldung der Erfindung des Hauptpatents
eine besondere Ausführung der Elektroden und ihrer Anordnung im Zentri:fugenkörper
vorgeschlagen, derart, daß die Hauptschaltdrosseln überflüssig werden, ioder zumundest
nur mit sehr geringen Anforderungen an ihre Qualität hergestellt zu werden brauchen.
Man erhält damit die Möglichkeit, auf verschiedene Art und Weise eine Kontaktzeit-
und Spannungsregelung bzw. -steuerurig vorzunehmen untererheblich verringertem Aufwand
als nach den bekannten Einrichtungen. Wie im Hauptpatent beschrieben, wird zur Verringerung
des D°archlaßwider standes der Quecksilbierstrahl breit gequetscht. Es hat sich
nun aber als zweckmäßig erwiesen, während der Kommutierungszeit den Strahl besteh@enzulassen,
wodurch sich der Kommutierunigswiderstanderheblich erhöht.
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Die Kontaktflächen bestehen z. B, aus einer Art Flachbahmkonektor,
die so angeordnet sind, daß die Quecksilberstrahlen bzw. der Quecksilberstrahl von
unten
den Kollektor berühren und daß die ,Elektroden; des Zentrnfugenkörpers in @einean
solchen Abstand sich bewegen, daß, der Quecksilberstrahl wähnend der Hauptberührungszeit
mit dem Elektroden breit gequetscht wird. In der Nähe der KontaktlÜcken wird aber
der Abstand der Elektroden von der rotierenden Elektrode so vergrößert, daß der
Quecksilberstrahl nicht mehr oder nur teilweise breit gequetscht wird. Hierdurch
verstärkt sich der übergamgswiderstand nicht nuir im Verhältnis des verringerten
Quemscbnitbes, sondern auch durch .die größere Länge des Quecksilberstrahles.
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Zum überlappung beim Elektrodenwechsel gehören meist zwei oder mehrere
QuedksilbierstraMen, da dner nur bei sehr schmaler Kontaktlücke eine genügende überlappung
bildet, die jedoch nur für sehr kleine Spannungen in Frage kommt. Die Quecksilberstrahlen
werden, wie im Hauptpatent beschrieben, voreilend mit der Drehrichtung angebracht,
damit die nacheilende Queckslherschleppe die rotierende Kontaktfläche völlig bedeckt.
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Fig. i .der Zeichnung veranschaulicht ein Beispiel der Erfindung.
Es . bedeutet i o den Lückenabstand der beiden Elektroden 2 rund 3. Die roti:erende
Elektrode ¢ mit den Quecksilbierstrahlen 5 und 6 hat grade die Elektrade 2 verlassen.
Vorher haben die beiden Quecksilberstrahlen 5 und 6 die Elektroden 3 und 2 überbrückt.
In. dem, dargestellten Augenblick berührt der Quecksilberstrahl 5 die Elektrode
3, wobei der Abstand 7 noch zunächst so groß ist, daß @er nicht oder .nur :sehr
wenig breit gequetscht wird. Der Abstand verringert sich je-.doch vermöge der Abschrägung
der Elektroden auf die Größe 8, bei welcher penne vollständige Breitquetschung beider
Strahlen 5 und 6 erfolgt. Die Vorgänge beim Verlas-sieneiner Elektrode verlaufen
umgekehrt. Vielflach ggeinügt ges auch, nur eine der Elektroden entweder ian :der
anlaufenden oder -an der ablaufenden Elcktrodenkante nach Fig. i anzuschrägen. Diesle
Maßnahme entspricht z. B. einer Bürste bei Kollekbarimascldnen, di!e ihren übiergangswid@erstand
beim Wechsel von einem Kollektorsegment auf das andere erheblich vergrößert.
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Durch diese Einrichtung irr Aufbau und in der Anordnung der Elektroden
hergeben sich für den Stromrichterbetrieberhebliche Vorteile gegenüber den bekannten
Einrichtungen. ' Zunächst gelingt @es, selbst erhebliche Ströme von i ooo A und
mehr funkenfrei zwischen Leerlauf und Vollast zu kommutleren, ohne @daß an der .synchronen
Lage des Antdebsmotors irgend etwas geändert werden ruß.
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Ferner kommt man bei dieser Anordnung ohne Schaltdrosseln bis zu,
Kommutierungssp,annunngen von etwa 5o V aus. Darüber Hinaus empfiehlt es sich; Schaltdrosseln
gegebenenfalls auch zur 'Spamnungs-@oder Stromregelung oder -steuerurig in bekannter
Weise zu verwenden. Diese können jedoch von geringerer Qualität sein als diie, die
bei: Kontaktumformern mit Abhebekontakten verwendet werden. In dem Hauptpatent goo
852 ist eine Brückenschaltung mit zwei Quecksilberturbinen beschrieben, die z. B.
bei 22 V Kommutlerunnigsspannung .etwa. 3o V im Leerlauf abgibt. Bei derselben Kommutierungssp;amnung
mit sekundärer Sechseckschaltung nach Fig.2, bei welcher die Zahl .der Elektroden
jeder Turbine gegenübler der 3-phasigen Brückenschaltung verdoppelt werden müssen.,
ergibt sich bei derselben Kommutierungsspannung Uk-22 V eine Leerlaufsg leichspannvn
g von ungefähr 6o V. Eine weitere Erhöhung ist durch leime weitere Verdoppelung
der Kontaktsegmente auf mindestens zwölf Stück je Turbine möglich, wenn man
.die 'Sechseckschaltung z. B. nach Fig. 3 anzapft und auf diese Weise eine von etwa
i2 o V erzielt.
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Diesle Steigerung der Gleichspannung @ohne'Scbalt-,dross@eln läßt
sich noch durch weitere Unterteilung ermöglichen:, da die Zahl der Kontaktsegmente
bei der Quecksilberturbine ;ohne Vergrößerung derselben erheblich gesteigert werden
kann, was z. B. bei Kontaktgleichrichtern mit Abhebiekontalten nicht der Fall ist.
Damit die Phasenspannungen in allen Fäillen die gleichen bleibien, ergänzt man zweckmäßig
die Siechseckwicklung durch 'Spartrausformaboren, so daß allie Elektrodenanischlüsse
auf einem Kreise liegen mit der Phasenspannung UP1L, wie in Fig. q. dargestellt.
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Unter Umständen kann. man auch zwei Quecksilberturbinnien; fit jede
Gleichstrompiolselte (auch bei Brückenschaltung) verwenden, die um eine Größe Uk
der Kontaktspannung verschoben sind, z. B. um den Oberwellenggehalt der Ströme auf
der Drehstromseäte und die Wellvgkeitt auf der Gleichstromseite zu vermindern. Die
angegebenen Beispiele stellen nur eine Auswahl, aus der großen Zahl von
Mög-
lichkeiten dar.
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Zur Spannungsregielung ist es zweckmäßig, !Schalt-*drosseln zu verwenden.
Für .den vorstehenden Zweck kann. man z. B. die Hauptregelung in ;groben Stufen
mittels Beinges Stufentransiformators :durchführen, während die Feinregelung mit
Schaltdrossielspulen in bekannter Weise, z. B. durch Einsatzverzögerung mittels
Vorerregung, ioder durch Sch@ltzeitpunktverzögerumig vorgenommen wird. Da der Quecksilb;erstrablgleichrichter
viel @ weniger empfindlich ist gegenüber Drudkkontaktgleichrichttetn in bezug auf
Funkeinbildung, genügen Schaltdrosseln geringerer Qualität, z. B. mit Siliziumkernen.
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Gemäß, der Erfindung sind zur Kontaktzeit- und Spannungsregelung bzw.
=steueruing Einrichtungen vorgesehen, -die bei hohem KommutIerungswiderstand vorteilhaft
benutzt werden. Dien für große Stromstärken. vorgesehenen 'Schaltdrosseln fällt
nicht mehr die wesentliche Aufgabe bei der Regelung der Neuerung zu. Man kann z.
B,: außer,dich festen Elektroden noch bewegliche, verstellbare Elektroden anbringen,
mit denen die Kontaktzeit je nach Bedarf verlängert oder verkürzt wird.
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In Fig. 5 der Zeichnung stellen wieder i, 2, 3 bzw. i', 2', 3' die
Elektroden Beines Flachbabnk.ollekbors ;dar, der von unten betrachtet wkd und der
von unten her vom Quecksilberstrahl gemäß dem Hauptpatent Fig. 5 berührt wird. Die
Quecksilbierzentrifuge ist hier irichteingezeichnet. Sie soll rin Qguecksilherspiegeil
im betrachteten Beispiel den Pluspol bilden:. Um die Hauptelektroden herum
befindet
sich ein verdrehbarer Isolierkranz 5 i, ad welchem die Nebieneliektroden 3 i, 23
und 12 montiert sind, mittels derer die Kantaktzeit verändert werden soll.
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Ein Beispiel der Ausführung zeigt die Elektrode 12, die mit der Hauptelektrode
i und i' mittels eines beweglichen Kabels verbunden ist. je nach Stellung, Verdrehung
in Pfeilrichtung :oder :entgegen, trifft die von 2' abfließende Quecksilbürschleppe
die Elektrode 12 und verbindet damit die Hauptelektraden i' und 2' und verlängert
somit die Kontaktzeit. Dreht man die Elektrode 12 rechtsherum zurück, so wird die
Kontaktzeit bis ,auf das Minimum :der überlappung verkürzt.
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Bei idem genannten Gerät handelt ies sich um feinen Stromrichter mit
zweiseitigem Quecksilberstrahl wie im Hauptpatent für 1500 Umdrehungen bei:
5o Hz. Es sind deshalb immer zwei Hauptelektroden, z. B. i und . i', vorhanden.
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Im Gegensatz zum Kontaktgleichrichter mit festen Kontakten bildet
die Vermehrung der Kontaktsegmente keine Schwierigkeiten. Man kann deshalb vor die
Nebenelektroden, hier nur bei 31 und 23 ausgeführt, Beine Schaltdrossel
52 bzw. 53 schalten, die nuir während der Kommutieruugszeit oder nur wähnend
Beines Teiles der Kommutnerungszeit vom Strom urchflio.ssen ist, während im wesentlichen
wieder die Kommutierung unter :erhöhtem Widerstand im Quecksilberstrahl vor sich
geht. Hierdurch wird ies möglich, die Hauptverluste bei der Verwendung von Schaltdrosseln
zu sparen. Zumindest ist @es möglich, bei Verwendung von Haupt- und Nebenschaltdrosseln
die ersteren (hier mit 54, 55, 56 nur angedeutet) für viel geringere Anforderungen,
;also billiger auszulegen, als @es sonst der Kontaktgleichrichter mit festen Kontaktern
gestattet. In: dem betrachteten Beispiel fließt bei Berührung der Hauptelektrode
3 und 3' der Strom zum Pluspol des Gerätes, wie @es die Pfeile der gestrichelten
Linie :anzeigen. (Dier Quecksilberstrahl fließt umgekehrt.) Berührt der Quecksilberstrahl
bzw. die Quecksilberstrahlen die Elektrode i, i' und die Neb:enele'ktrode 3 i, sio
klingt der Strom, der vorher über die Elektrode 3' gefllossen ist, über die Schaltdrossiel
52 und die Elektrode 3 i .ab. Da die Schaltdrossel 52 nur garni kurze Zeit vion
feinem Teil des gleichgerichteten Stromes durchflossen wird, so kann sie lohne Rücksicht
auf die Verluste für eiinen bestmöglichen kleinsten Stufenstrom ausgerüstet werden.
Da außerdem auf Spannungsverluste induktiver Art während der Hauptdurchlaßzeit keine
Rücksicht genammen werden muß, läßt sich .gewöhnlicbes Silizium-Eisen hierfür verwenden;
,e:5 sind nicht einmal Ringkerne -erforderlich, sondern es genügen die üblichen
geschachtelten Kerne.
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Gegebenenfalls läßt sich die Anordnung mit der Elektrode 12 ,auch
so treffen, daß keine bewegliche Verbindung zur Hauptelektrode notwendig ist, sondern.
daß die Verbindung mittels des zurückgelenkten Quecksilberstrahles oder der Quecksilberschleppe
hergestellt wird.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht in einier nacheilenden
Verstellung der rotierendien Qwedksilb,erzentrifuge; die hierdurch vergrößerten
Schaltsträme der Vor- ioder Folgephase werden ebenfalls wieder durch den erhöhten
Kommutierungswiderstaud des Quecksilberstrahles unwirksam gemacht. Die VersW1ung
soll ientweder dadurch geschehen, daß der Motorflansch z. B. mit :einem Zahnradgetriehe
verstellt wird, dessen. Antriebsachse durch das Gehäuse vakuumdicht nach außen geführt
wird. Ferner kann ;auch die Verstellung elektrisch durch einen Antriebsmotor @entweder
im gasdichten Gehäuse oder außerhalb des gasdichten Gehäuses vorgenommen werden.
Die Phasennacheilung kann auch rein elektrisch vorgenommen werden, z. B. durch Verdrehung
der Phasenlage der Drehstromspannung des Antriebsmotors. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, den Anker mit zwei Gleichstromwicklungen, die um 9o° in ihrer Lage
:elektrisch verdreht sind, ,auszurüsten, von denen :entweder die feine fader die
;andere .mehr ioder weniger mit Gleichstrom versorgt wird, so daß sich der Anker
in .diesem Bereich entsprechend verstellen läßt. Zweckmäßig wird man. die Erregerwicklungen
auf der einen Seite an die Ankerwelle anschließen, während sauf der anderen Seite
zwei Schleifringe vorgesehen sind. Die Gleichstromübertragung erfolgt an der Ankerwelle
durch das Quecksilber. Gleichzeitig ergibt sich bei vorhandiener Gleichstromhilfsquielle
das polrichtige Intrittfallen der Q,wecksilb:erturbin:e. Eine weitere Ausführung
der Erfindung besticht darin, zwei Quecksilberzentrifugen in Brückenschaltung arbeiten
,zu lassen, wie auch im Hauptpatent beschrieben, woben zur K:ontaktzeitregelung
bzw. -steuerung die Rotoren gegenüber der synchronen Lage verdreht werden, wie oben
beschrieben. Auch das kann ahne besondere Vorkehrungen vorgesehen werden.
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Brei, größeren Leistungen hat es sich als notwendig erwiesen, das
Innere der Quecksilberturbinen zu beobachten. Hierzu ist @es zweckmäßig, die Eisengefäßie
reit feinem vakuumdichten Schaufenster zu versehen, welches der Wärmebeanspruchung
gewachsen ist. Falls bei größeren Gefäßen ein häufiges öffnen zur Reinigung od.
dgl. nicht zu vermeiden ist, kann das Gefäß entweder :dauernd unter dem Druck z.
B. der städtischen Gasleitung fader von Druckflaschen mit Schutzgas stehen, wobei
vorzugsweise höhere Drücke als der Atmosphärendruck zwecks gustier Löschung verwendet
werden. Unter Umständen kann man auch mit .einer besonderen Hlochvaktuumpump:e arbeiten,
falls die Dichtungen sich, ;auf längere Zeit gesehen, nicht gasdicht halten lassen.
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Bei der Anwendung der Brückenschaltung sind mindesteins zwei Zentrifuigengehäuse
mit je einem Antriebsrniobor vorhanden, da sich sonst die beiden Quecksilbergehäuse
schwer voneinander :elektrisch isolieren: lassen. Brei mehrfach gedichteter Zentrifugenwelle
kann man jedoch außerhalb der Turbinen einen gemeinsamen Antriiebsmator vorsehen,
dessen Antriebsorgane isoliert sein :müssen. Dieser Aufbau i,st besonders dann lohne
Verminderung,des Schutzgases mach längerer Betriebszeit möglich, wenn die Gefäße
von ,außen her unter Druck stehen
oder gegebenenfalls unter Vakuum
gehalten werden. Bei Einschluß. beider Turbinen einschheßUch,eines Motors in: das
gasdichte Gehäuse ist die Isolierung schwierig, @da an der Turbinenwelle austretendes
Quecksilber unter Umständen I<urzschlüss,e hervorrufen kann. Es ruß alsdann für
einen für längere Betriebszeit ;ausreichenden Auffangraum. gesorgt werden und für
Beine ausreichende Quecksilbermenge in den beiden Turbinengefäßen.