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Mehrphasige Stromrichteranlage Für die Gleichrichtung von Wechselströmen
bzw. für die Erzeugung von Wechselströmen aus Gleichstrom und für Umrichterzwecke
benutzt man. im weitgehenden Maße ruhende Stromrichteranlagen mit elektrischen Entladungsgefäßen.
Hierbei macht man, sobald es sich um die Übertragung größerer Leistungen handelt,
vorwiegend von elektrischen Entladungsgefäßen mit Quecksilberkathode Gebrauch. Bei
der Schaffung solcher Anlagen ging das Bestreben bisher stets in der Richtung einer
möglichst festen Zusammenfassung aller für den Stromrichterb.etrieb, erforderlichen
Anlagenteile. Dieses Bestreben wirkte sich ganz besonders in der Zusammenfassung
aller für eine Anlage mit Mehrphasenbetrieb erforderlichen Entladungsstrecken zu
einem gemeinsamen mehrphasigen Entladungsapparat aus. Auf diese Weise entstanden
die. vielanodigen Gleichrichtergefäße, welche. heute für Anlagen. großer Leistung
in den meisten Fällen verwendet werden. Es ist jedoch bekannt, vor allem zur Vermeidung
von Rückzündungen, an Stelle, von mehranodigen Gefäßen einan.odige zu verwenden.
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Die Erfindung geht nun, davon -aus, daß sieh durch eine besondere
Ausbildung der einanodigen
Gefäße noch weitere wesentliche, bisher
nicht erkannte Vorteile erzielen lassen. Die besondere Ausbildung der Gefäße besteht
gemäß der Erfindung darin, daß jedes der Einanodengefäße ohne Anschluß an einer
Vakuumpumpe betrieben wird, bis auf die notwendigen elektrisch isolierenden Durchführungen
bzw. Isolationen zwischen Gefäßteilen eine metallische Gefäßwand aufweist, an seiner
Gefäßwand und seinem Kathodenteil mittels Flüssigkeit gekühlt ist, während für den
Anodenraum eine Luftkühlung sowie eventuell eine zusätzliche Beheizung benufzt sind
und. an seinem inneren Aufbau die Anode für die Erreichung eines nur geringen Brennspannungsabfalles
möglichst nahe der Kathode angeordnet ist bei gleichzeitiger Anwendung eines Leitkörpers
zwischen Anode und Kathode für die Ablenkung des aufsteigenden Metalldampfstromes
in einen besonderen. konzentrisch zur Anoden-Kathoden-Strecke liegenden erweiterten
ringförmigen Kondensationsraum.
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Diesen Maßnahmen liegen folgende Erkenntnisse zugrunde: Beim Betrieb
mehrphasiger Stromrichteranlagen, insbesondere bei solchen, bei welchen mehrere
Anoden in Parallelschaltung für jede einzelne Phase vorgesehen sind, kommt es sehr
darauf an, daß die zu den einzelnen Anoden gehörenden Entladungsstrecken in ihren.
physikalischen Eigenschaften eine möglichst weitgehende Übereinstimmung zeigen.
So ist es für alle Regelzwecke erwünscht, daß die einzelnen Entladungsstrecken untereinander
die gleiche Zündspannung aufweisen. Damit die einzelnen Gefäße im Betrieb die Last
möglichst gleichmäßig übernehmen, ist auch eine möglichst gute Übereinstimmung der
Brennspannungen anzustreben. Dies kann man durch die Unterteilung der Stromrichteranlage
in zahlreiche einano.dige Gefäße sehr weitgehend erreichen. Es hat sich nämlich
gezeigt, daß es möglich ist, bei den. einanodigen Entladungsgefäßen durch einfache
Maßnahmen, wie sie gemäß der Erfindung verwendet werden, eine derart weitgehende
Übereinstimmung in bezug auf die Dampfströmungs- und damit die Entladungsverhältnisse
zu erreichen, daß die Zünd- und Brennspannungen der einzelnen Gefäße praktisch einander
vollkommen. gleich sind.
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Ferner ist es bei einanodigen Entladungsgefäßen möglich, ja sogar
empfehlenswert, die Anordnung so zu treffen, daß sich ein möglichst kleiner Spannungsabfall
im Lichtbogen ergibt. Zu@ diesem Zweck kann man die Anode nahe an die Kathode heranbringen
und durch geeignete Ausbildung des Gefäßes dafür sorgen, daß eine Dampfströmung
entsteht, welche von der Entladungssäule weg im wesentlichem. nach außen gerichtet
ist. Dabei ist es empfehlenswert, dafür zu sorgen, daß die Dampfströmung möglichst
frei vor sich geht, also nur durch Volumen- und Temperaturverhältnisse im Gefäß
bestimmt ist, während im übrigen in dem Raum, in dem sich die Dampfströmung ausbildet,
möglichst wenig störende Flächen oder Körper vorhanden sind. Dieses Ziel läßt sich
beispielsweise dadurch erreichen, daß man dem Entladungsgefäß eine solche Form gibt,
daß ein die Entladungsspule umgebender, verhältnismäßig weiter ringförmiger Kondensationsraum
entsteht, in dem sich eine freie Dampfströmung entwickeln kann. Der ringförmige
Kondensationsraum hat vorzugsweise mindestens den doppelten Durchmesser wie der
Anodenraum. Vor der Anode ist vorzugsweise eine Blende oder ein ähnlich wirkender
Körper angebracht. Auer der Gefäßform hat auf die Strömung im Gefäß auch noch die
Temperaturverteilung einen wesentlichen Einfluß. Diese läßt sich durch entsprechende
Regelung der Kühlung und durch Anodenheizung in der gewünschten Weise beeinflussen..
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In Fig. r ist eine Stromrichteranlage nach der Erfindung schematisch
dargestellt. Es handelt sich dabei uni eine zwölfanodige Anlage mit sechs Phasen,
bei der je zwei Anoden parallelgeschaltet sind. Die Anlage läßt sich natürlich sinngemäß
auf größere Anodenzahlen, z. B. achtzehn, vierundzwanzig und mehr Anoden erweitern.
Von dem Gleichrichtertransformator r werden die zwölf Entladungsgefäße 2 bis 13
gespeist. Die Gefäße 2 und 3, q. und 5 usw. sind parallel geschaltet und besitzen
gemeinsame Anodendrosseln, z. B. 1q. und 15- Die Gefäße sind vorzugsweise aus Eisen
oder Eisenlegierungen hergestellt und von der Pumpe abgeschmolzen. Die vollkommene
Trennung der Gefäße von der Pumpe hat den: Vorteil, daß bei der Verschlechterung
des Vakuums in einem Gefäß nicht auch das Vakuum in den, übrigen Gefäßen über die
Pumpleitung verschlechtert wird. Zur Erleichterung der Zündung kann in die Gefäße
Edelgas von niedrigem Druck eingefüllt sein. Die Gefäße sind zentralsymmetrisch
aufgebaut und in der oben erläuterten Weise ausgebildet. Je sechs Gefäße sind in
einem Gerüst 16 untergehracht, aus dem jedes einzelne Gefäß mit Hilfe entsprechender
Hilfsvorrichtungen, z. B. Stützteile, entfernt werden kann. Eine Auswechslung der
einzelnen Gefäße ist dadurch unter Umständen sogar ohne Stillegung der Anlage ohne
weiteres möglich. Gegenüber den mehranodigen Stromrichtergefäßen bedeutet dies einen
großen Vorteil, da beim Versagen einer Entladungsstrecke nicht gleich die ganze
Anlage ausfällt.
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Die Stromrichtenanlage nach der Erfindung ist besonders dann mit Vorteil
verwendbar, wenn es sich um große Leistungen handelt, wenn also z. B. der Gesarxrtstrom
derAnlage einige tausendAmpere beträgt. Die Vorteile treten insbesondere dann hervor,
wenn der Phasenstrom so groß wird, daß er von einer einzelnen Anode nicht mehr geführt
werden kann, sondern eine Parallelschaltung mehrerer Entladungsstrecken je Phase
erforderlich wird. Bei mehranodigen Stromrichtergefäßen bedeutet eine solche Fehlschaltung
eine Vergrößerung des Gefäßdurchmessers und zugleich eine Verlängerung der Entladungsbahn,
wodurch der Spannungsabfall in der Entladungsstrecke erhöht wird. Bei der Anlage
nach der Erfindung tritt dieser Nachteil nicht auf. Man kann sogar die einanodigen
Stromrichtergefäße, die gemäß der Erfindung verwendet werden, noch höher- belasten
als
eine. Anode eines gebräuchlichen mehranodigen Gleichrichters.
Während bei diesem Gleichrichter die Belastungsgrenze der Anode bei ungefähr 5oo
Ampere Mittelwert liegt, kann man bei den geschilderten Einanodengefäßen mit der
Belastung noch höher gehen, so daß also die Anwendung der Stromrichteranordnung
nach der Erfindung besonders vorteilhaft ist, wenn der Strom für eine Anode mehr
als 5oo Ampere betragen soll.
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Die Kühlung der Gefäße erfolgt am besten gleichzeitig durch Luft und
ein strömendes Kühlmittel, z. B. Wasser. Man erhält dadurch die Möglichkeit, nicht
nur jedem einzelnen. Gefäß große Leistungen zu entnehmen, sondern auch die Temperaturverhältnisse
während des Betriebes genauestens zu regeln. Es empfiehlt sich ferner, jedem Gefäß
eine besondere Anodenheizung zuzuordnen, so daß man imstande ist, alle Temperaturverhältnisse
in der gewünschten Weise zu regeln und damit das einzelne Gefäß bezüglich der Brenn.-
und Zündspannung vollkommen zu beherrschen. Man kann auf diese Weise eine Stabilität
der genannten Spannungswerte erzielen, welche bei vielanodigen Großstromrichtern
in diesem Maße nicht zu erreichen, ist.
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In Fig. i sind gewisse Einzelheiten, der Kühlvorrichtung ersichtlich.
Man erkennt, daß die Wasserkühlmäntel der Gefäße einer Gruppe sämtlich hintereinandergeschaltet
sind, so däß alle Gefäße von der gleichen Kühlmittelmenge durchflossen werden. Durch
entsprechende Schaltung kann man es erzielen, daß die kleinen Temperaturunterschiede,
die sich dadurch in den einzelnen Gefäßen ergeben, einen möglichst geringen Einfluß
auf das Zusammenarbeiten der Gesamtanordnung ausüben. Bei der gebräuchlichen Saugdrosselschaltung
kann man beispielsweise die Anlage so betreiben, daß jeweils diejenigen beiden Entladungsstrecken
gleichzeitig brennen, deren Brennspannungsunterschied infolge der nicht ganz gleichmäßigen
Kühlung möglichst klein ist, so daß im Mittel ein möglichst kleiner Ausgleichstrom
über die Saugdrossel fließt. Auch durch Anordnung von vorzugsweise verstellbaren
Drosselspulen parallel zu den Gefäßen läßt sich der gewünschte Ausgleich erzielen.
Im übrigen kann man durch entsprechend reichliche Bemessung der Kühlmittelmengen
diese Temperaturunterschied sehr klein halten.
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In Fig. 2 ist ein Entladungsgefäß, wie es vorzugs-,veise für die Anordnung
nach der Erfindung verwendet wird, schematisch dargestellt. In dieser Figur ist
mit 17 die eiserne Gefäßwand, mit 18 die Anode und mit i9 die Kathode bezeichnet.
2o ist ein Steuergitter, während 2r eine Blende bedeutet, die vor der Anode angebracht
ist. Vor dieser Blende entsteht im Betriebe ein Dampfpolster, durch das die Dampfströmung
nach außen abgelenkt wird. Es entwickelt sich eine Strömung, die in den Kondensationsraum
22 hinein. gerichtet ist. Der Durchmesser des durch die Gefäßwand begrenzten Kondensationsraumes
22 ist vorzugsweise mindestens zweimal so. groß wie der des Anodenraum-es 23. Außerdem
ist der Kondensationsraum durch einen Kühlmantel gut gekühlt. Die Zündung kann durch
das Steuergitter, aber auch durch eine Spritzzündvorrichtung oder eine Initialzündein.richtung
erfolgen.
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Für die Luftkühlung sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
zwei Ventilatoren 25 und 26 vorgesehen, von denen jeder je ein Gerüst mit sechs
Gefäßen mit der notwendigen Kühlluft versorgt. Durch Klappen und Schieber läßt sich
die Luftmenge regeln, die den Gefäßen zugeleitet wird. Bei 27 und 28 sind in der
Zeichnung derartige Regelorgane angedeutet.
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Die Anordnung einer Gruppe von sechs Gefäßen in einem gemeinsamen
Gerüst hat den Vorteil, daß die notwendigen Verbindungen mit dem Gleichrichtertransformator
in besonders einfacher Weise hergestellt werden können, wenn man jedem Transformatorstern
ein derartiges Gerüst zuordnet und je zwei Gefäße parallel schaltet. Mehrere Gerüste
lassen sich in einfacher Weise zu einem Block vereinigen, der auch die Hilfsapparate
enthalten kann. Es ist empfehlenswert, in jedem Gerüst ein Hilfsfach für diese Apparate
anzuordnen. Ein solches Hilfsfach ist in der Zeichnung bei 2g und 3o angedeutet.
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Es hat sich gezeigt, daß eine in der beschriebenen Weise aufgebuute
Stromrichteranlage nicht nur die oben geschilderten Vorteile aufweist, sondern daß
mit der neuen Bauart auch eine erhebliche Raum-und insbesondere auch Gewichtsersparnis
verbunden ist.