DEP0003739BA - Vorrichtung zur Lichtbogenunterbrechung bei Stromrichtern - Google Patents

Description

Es ist bekannt, dass bei Stromrichtern, insbesondere Quecksilberdampfgleichrichtern, mit durch negative Potentiale gesteuerten Gittern, die vor den Anoden angebracht sind, der Zündeinsatz des Lichtbogens in beliebigem Maße verzögert werden kann und dass dadurch das Netz scheinbar induktiv belastet wird. Dagegen ist es bisher nicht möglich gewesen, den einmal gezündeten Lichtbogen vor dem Nulldurchgang des Stromes auf die gleiche Weise wieder zum Erlöschen zu bringen, jedenfalls nicht bei nennenswerten Stromstärken (> 5A).

Die Erfindung behandelt mehrere Steuerverfahren und -vorrichtungen, mit denen das vorzeitige Abreißen des Lichtbogens zum Zwecke kapazitiver Belastung des Netzes bis zu den größten Leistungen möglich ist. Während bei dem zeitlich verzögerten Zündeinsatz ein scheinbares Nacheilen des Stromes gegenüber der Spannung bewirkt wird, eilt bei vorzeitiger Lichtbogenlöschung umgekehrt die Spannung dem Strome nach, was gleichbedeutend mit kapazitiver Belastung des Netzes ist. Wendet man beide Verfahren gleichzeitig an, was nach der Erfindung ohne weiteres möglich ist, indem man z.B. aus der Mitte der Sinuswelle in der Nähe ihres Scheitelwertes ein Stück herausschneidet, so lassen sich sämtliche bisher angewandten Regelvorgänge mit ohmscher Belastung des Netzes durchführen.

Das Prinzip der neuen Steuerung besteht darin, dass dem Lichtbogen der Weg zur Kathode zu gewünschter Zeit mechanisch versperrt wird. Im folgenden werden mehrere Beispiele zur technischen Ausführung dieses Prinzips beschrieben. Grundsätzlich sind zwei Arten der Steuerung zu unterscheiden, nämlich die Blendensteuerung gemäß Abb. 1 und die Ventilsteuerung gemäß Abb. 2. Bei der ersten Steuerungsart wird der räumliche Weg zwischen einer Anode und dem übrigen Gefäßraum nur bei der zuletzt beschriebenen Anordnung vollständig abgeriegelt, bei der zweiten ist das prinzipiell der Fall.

1. Die Blendensteuerung

In Abb. 1 sind von der Anode in an sich bekannter Weise zwei Gitter angeordnet, die die Anode vollständig umschließen und von denen das eine Gitter 2 um die Anodenachse rotieren kann, während das andere Gitter 3 feststehend angeordnet ist. Auf der Kathodenseite besitzen die Gitter schlitzförmige Öffnungen, die wegen der Drehbarkeit des einen Gitters gegenseitig zur Deckung gebracht werden können und somit dem Lichtbogen den Weg zur Kathode versperren. Es verbleibt zwar auch bei geschlossener Blende noch ein enger Spalt, der aber durch Anlegen negativer Potentiale an das eine oder beide Gitter entionisiert werden kann, so dass der Lichtbogen mit Sicherheit zum Erlöschen gebracht wird. Der Antrieb des rotierenden Gitters erfolgt durch einen Synchronmotor, dessen Rotor 4 mit ausgeprägten Polen versehen ist und im Vakuum liegt, während der Stator 5 außerhalb des Gefäßes angeordnet ist. Wird der Luftspalt zwischen Rotor und Stator wegen des dazwischenliegenden Anodenisolators 6, wie in der Zeichnung dargestellt, zu groß, so kann man den Antrieb außerhalb des Isolators verlegen und das Vakuumgefäß durch eine Kappe aus unmagnetischen und elektrisch schlecht leitendem Material, z.B. Manganin, (wegen der Erwärmung durch Wirbelströme) abschließen. Wählt man derartiges Material, so ist es gegen Amalgamieren durch Hg-Dampf zu schützen. 7 ist ein Gitterisolator, 8 ein Isolator.

Das zeitlich richtige Schließen dieser Gitterblenden erfolgt in bekannter Weise wie bei der üblichen Gittersteuerung durch einen Induktionsregler, der sämtliche Statoren über Transformatoren in der entsprechenden Schaltung speist. An diesem Induktionsregler wird auch der Transformator für die Entionisierungsspannung der Gitter angeschlossen.

Die Gitter können für den verzögerten Zündeinsatz in bekannter Weise durch Speisung aus einem zweiten Induktionsregler mitbenutzt werden. Je nach der gestellten Aufgabe, ob rein kapazitive Last, gesteuerter Gleichrichterbetrieb mit ohmscher Last usw. verlangt wird, kommt man auch mit einem Induktionsregler für Zündung und Löschung aus. Das eine Gitter kann auch auf Gefäßpotential gebracht werden oder als Anodenschutzrohr ausgebildet sein.

Da die betriebssichere Anordnung einer rotierenden Gitterblende vakuumtechnisch schwierig ist, kann man auch einen Magnetantrieb vorsehen, der eine hin- und hergehende Blendenöffnung und -schließung hervorruft. Unterteilt man jetzt die Blende in eine große Anzahl von Sektoren, so kommt man mit sehr kleinen hin- und hergehenden Drehbewegungen (Vibrationen) aus, wodurch das in der Abb. erkenntliche obere Kugellager entbehrlich wird. Alsdann ist es auch nicht mehr erforderlich, die Blenden in zwei Ebenen wie in Abb. 1 anzuordnen, sondern in einer einzigen Ebene, wodurch eine vollständige Schließung der Blende ohne schädlichen Spalt ermöglicht wird.

2. Die Ventilsteuerung

Geht man bei der zuletzt beschriebenen Ausführung von der Drehbewegung in horizontaler Ebene zur Hubbewegung in vertikaler Richtung über, so kommt man zur Ventilsteuerung nach Abb. 2, bei der von vornherein ein vollständiges Schließen der beiden Gitterteile gewährleistet ist. 1 ist wiederum die Anode, 2 das bewegliche Gitter, 3 das feststehende Gitter. Das bewegliche Gitter führt in diesem Fall kleine Bewegungen in vertikaler Richtung aus, die von einem an sich bekannten Antrieb 4 hervorgerufen werden. Beide Gitter sind an den einander zugekehrten ebenen Bodenflächen mit einer Art Verzahnung versehen. Die Verzahnung besteht aus einer größeren Anzahl konischer Ringschlitze, die im geschlossenem Zustand ineinandergreifen. Auf diese Weise kommt man mit kleinen Hüben (Vibrationen) aus. Die Konusflächen der Ringschlitze können auch mit ganz geringer Steigung ausgeführt werden oder man verwendet vollständig ebene Abschlussplatten, deren Aussparungen sich überdecken. Damit kommt die Ventilsteuerung obiger Blendensteuerung nahe.

Bezüglich Schaltung und Betrieb gilt hier das gleiche wie bei der Blendensteuerung.

Claims (6)

1) Vorrichtung zur Lichtbogenunterbrechung bei Stromrichtern zum Zwecke, den Leistungsfaktor des speisenden Netzes in beliebigen Grenzen nach der induktiven und kapazitiven Seite hin verändern oder gleich eins halten zu können, dadurch gekennzeichnet, dass die Anoden von Gittern umschlossen sind, die durch mechanische und elektrische Steuerung den Lichtbogenweg zur Kathode zu entsprechenden Zeiten sperrt.

2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Gitter als rotierender oder hin- und hergehender (vibrierender) Teil einer Schlitzblende ausgebildet ist, der durch einen Synchronmotor bzw. durch eine Magnetsteuerung von außen durch die Gefäßwand angetrieben wird, und dass das andere Gitter den feststehenden Teil dieser Blende bildet, dessen Aussparungen mit denen des beweglichen zur Deckung gebracht werden können.

3) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in horizontaler Richtung vibrierende Blende so ausgebildet ist, dass die beiden Blendenhälften mit ihren Aussparungen in einer Ebene liegen und in geschlossenem Zustande keinen Spalt bilden.

4) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Gitter als Ventilsitz, das andere als Ventilteller ausgebildet ist, der in vertikaler Richtung vibrieren kann und durch eine an sich bekannte Vorrichtung in Auf- und Abwärtsbewegungen versetzt wird.

5) Vorrichtung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Gitter auf Gefäßpotential gebracht wird.

6) Vorrichtung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Gitter gleichzeitig als Anodenschutzrohr ausgebildet ist.