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Mehrphasigen Glühkathodengleichrichter.
Die Erfindung betrifft eine mehrphasige Gleichrichtervorrichtung und eine gasgefüllte mehrphasige Gleichrichterröhre mit einer Glühkathode.
Es ist üblich, in einer Gleichrichteranlage den einer Wechselstromquelle entnommenen Strom einer Gleichrichterröhre über einen Transformator zuzuführen, dessen Übersetzungsverhältnis derart gewählt ist, dass die mittlere Klemmenspannung, mit der der gleichgerichtete Wechselstrom einer Gebrauchsvorrichtung zugeführt wird, einen bestimmten Wert hat. Die Kosten des Transformators betragen einen bedeutenden Prozentsatz der Ansehaffungskosten einer solchen Anlage, und überdies wird ein grosser Teil des von der Anlage eingenommenen Raumes für den Transformator beansprucht. Ferner tragen die Energieverluste des Transformators zur Verringerung des Wirkungsgrades der Anlage bei. Es ist ferner üblich, in Reihe mit den Anoden mehrphasiger Gleichrichterröhren Regulier-oder Sehutzwiderstände zu schalten.
Durch den Jouleschen Verlust in diesen Widerständen wird der Wirkungsgrad der Anlage herabgesetzt.
Zweck der Erfindung ist, den Strom eines mehrphasigen Wechselstromnetzes ohne Verwendung des obenerwähnten Transformators und vorzugsweise ohne Schutzwiderstände mit geringem Energieverlust in Gleichstrom mit normaler, bei verschiedenen Belastungen nahezu konstanter Spannung zu verwandeln. Wird ein Gleichstromnetz durch ein Drehstromnetz von ähnlicher Spannung ersetzt, so ermöglicht die Erfindung, den Strom für die zuvor benutzten Gleichstromvorrichtungen mit geringem Energieverlust und mit einer Spannung, die überhaupt nicht oder wenig von der Belastung abhängt, dem Drehstromnetz zu entnehmen.
Eine mehrphasige Gleiehrichtervorrichtung gemäss der Erfindung enthält eine gasgefüllte Gleichrichterröhre und ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem solchen Spannungsabfall arbeitet, dass bei Anschluss an das mehrphasige Wechselstromnetz ohne Zwischenschaltung eines Transformators der mittlere Wert der auf der Gleiehstromseite zur Verfügung stehenden Spannung, wenigstens bei gewöhnlichen Belastungen, dem effektiven Wert der Phasenspannung des Netzes oder dem nächsten für Gleichstrom als normal geltenden Wert praktisch gleich ist.
Die Verbindungen zwischen den Anoden der Gleichrichterröhre und den Anschlusspunkte sowie die in der Vorrichtung zu den Gleichstromanschlusspunkten führenden Leitungen haben zweckmässig praktisch keine Impedanz.
Eine mehrphasige Gleichrichterröhre gemäss der Erfindung enthält eine Glühkathode (zweckmässig eine Oxydkathode) und eine Gasfüllung. Die Röhre ist dadurch gekennzeichnet, dass sie, wenn sie an ein mehrphasiges Wechselstromnetz von gebräuchlicher Spannung angeschlossen ist, mit einem solchen Spannungsabfall arbeitet, dass, wenigstens bei normalen Belastungen, der mittlere Wert der zur Verfügung stehenden Spannung dem effektiven Wert der Phasenspannung des Netzes oder dem nächsten für Gleichstrom als normal geltenden Wert praktisch gleich ist. Mit dem Wort"praktiseh"ist gemeint,
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normalen Belastungen der mittlere Wert der zur Verfügung stehenden Spannung praktisch 220 Volt beträgt.
Ein geeigneter Mittelwert des Spannungsabfalles dürfte etwa 38 Volt betragen.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1 ist ein Schaltungsschema einer Gleiehrichtervorrichtung gemäss der Erfindung, Fig. 2 ist ein lotrechter Schnitt eines Ausführungsbeispieles einer Gleichrichterröhre gemäss der Erfindung, und Fig. 3 zeigt Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise.
In Fig. 1 sind 1, 2, 3 und 4 die drei Phasenleiter und der Nulleiter eines Dreiphasennetzes. Die effektive Spannung zwischen diesen Leitern kann z. B. 380 Volt betragen. 4 ist der Nulleiter des Netzes, so dass zwischen diesen und den Phasenleitern eine effektive Spannung von 220 Volt herrscht. Der Strom wird von den Anschlusspunkte über die Sicherungen 5 und den dreipoligen Schalter 6, den Anoden 7, 8und 9 der Entladungsröhre 10 zugeführt. 11 ist die Glühkathode. Der Heizstrom für diese wird von einem kleinen Hilfstransformator 12 geliefert, dessen Primärwicklung zwischen den Phasen 2 und 3 angeschlossen ist und von dessen Sekundärwicklung in der Mitte ein Leiter. M abgezweigt ist.
Dieser Leiter 13 kann über einen Widerstand 14 mit dem positiven Pol der Gleichrichtervorrichtung verbunden werden, während der Leiter 15 den Nulleiter 4 mit dem negativen Pol verbindet. 16 ist eine Gebrauehsvorrichtung, z. B. ein Gleichstrommotor. Der Strom fliesst nun wechselweise von einem der Phasenleiter 1, 2 und. 3 über eine der Anoden 7, 8 und 9 zu der Kathode 11, verteilt sich über die beiden Hälften der Sekundärwicklung des Hilfstransformators, fliesst von der Mittelabzweigung zu der Gebrauchsvorrichtung und dann zurück nach dem Netz.
Die Gleichrichterrohre, von der eine Ausführungsform an Hand der Fig. 2 beschrieben wird, hat, wenn die zu den Gleichstromanschlusspunkten führenden Leitungen keine Impedanz besitzen, eine solche Betriebsspannung, dass der mittlere Wert der zur Verfügung stehenden Spannung, wenigstens bei normalen Belastungen, dem effektiven Wert der Phasenspannung des Netzes praktisch gleich ist.
Wünscht man in den Gleichstromleitungen 1. 3 oder 15 einen Widerstand 14 anzubringen, so muss die Grösse der Betriebsspannung mit Rücksicht auf den Widerstand geregelt werden. Es ist klar, dass man statt eines Widerstandes auch eine andere Impedanz benutzen kann. Zweckmässig wird eine solche Impedanz in den Leiter 1. 3 eingeschaltet..
In Fig. 2 stellt 17 eine gläserne Hülle dar, die an beiden Enden durch die Füsschen 18 und 19 abgeschlossen ist. Die Glühkathode. 20 wird von den in die Quetschstelle 21 eingeschmolzenen Poldrähten 22 getragen. Die Anoden 23, 24 und 25, die z. B. aus zylindrischen Kohlenstüekehen bestehen können, befinden sich innerhalb kleiner Glasrohre 26,27 und 28, die etwas vor den Anoden eine Verengung aufweisen. Die getroffene Einrichtung dient dazu, eine Entladung zwischen den Anoden zu verhindern
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in Reihe mit den Anoden zu schalten. Die Zuführungsdrähte der Anoden werden durch Buchsen 29, .' ? und. 31 aus isolierendem Stoff, z. B. Hartglas, vor Zerstäubung geschützt.
Die Röhre kann mit Argon unter einem Druck von etwa 0'73 mm Quecksilbersäule gefüllt sein.
Die Glühkathode besteht zweckmässig aus einem Kerndraht aus-hoch schmelzendem Metall, z. B. Wolfram, der in Form einer weiten Schraubenlinie gewunden ist und auf den ein zweiter Draht, z. B. aus Nickel, ebenfalls schraubenlinienförmig aufgewickelt ist. Auf letzteren Draht ist der elektronenaussendende Stoff, z. B. Bariumoxyd, aufgebracht. Andere Glühkathoden, z. B. Wolfram-, Thoriumoder Molybdän-Thorium-Glühkathoden, können ebenfalls verwendet werden, aber Oxydkathoden werden bevorzugt, weil sie neben andern Vorteilen auch einen höheren Wirkungsgrad'ergeben, Indem man die Windungen der Kathode weit macht, erreicht man, dass nicht nur der auswärts gekehrte Teil der Kathodenoberfläche Elektronen aussendet, sondern auch, dass die Oberfläche über den ganzen Drahtumfang an der Emission teilnimmt.
Von geringen Änderungen infolge von Nebenumständen abgesehen, ist in Fig. 3 die Spannung E, die die Kathode in bezug auf den Nulleiter des Drehstromnetzes haben kann, an das die Röhre angeschlossen ist, durch die Kurve-32 graphisch dargestellt. Die Kurven 33,. 34 und 35 stellen in dieser Figur die Spannungen zwischen den Anoden und dem Nulleiter dar. Beim Betrieb einer Gleichrichterröhre gemäss Fig. 2 wird zwischen den Elektroden eine Bogenentladung herbeigeführt. Die Bogenspannung eh ist in jedem Augenblick der Unterschied der Spannungen, die die in Tätigkeit gesetzte Anode und die Kathode in bezug auf den Nulleiter haben.
Der über die Zeit, während der die Anode Strom liefert (welche Zeit in dem Fall, für den Fig. 3 gilt, ein Zeitraum von etwa 1/6 Periode vor bis etwa Vg Periode nach dem Augenblick ist, in dem diese Spannung ihren Scheitelwert ss erreicht), berechnete mittlere Wert eg der Spannung zwischen einer Anode und dem Nulleiter beträgt, wenn sich die Netzspannung
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Nennt man ferner den mittleren Wert der Spannung zwischen Kathode und Nulleiter Eg, so ist die mittlere Bogenspannung eb, :
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welcher Wert z. B. oszillographisch bestimmt werden kann.
Wenn nun ein Dreiphasennetz benutzt wird, dessen effektive Phasenspannung 220Volt ist, und wenn eine Gleichspannung von 220 Volt verlangt wird, so folgt aus Formel (2), dass ek, betragen muss
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Steht ein Dreiphasennetz mit einer verketteten Spannung, deren effektiver Wert 220 Volt beträgt, zur Verfügung, und soll die Gleichrichterröhre eine mittlere Spannung von 110 Volt liefern, so findet man für
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ist, ändert sich die zur Verfügung stehende Spannung praktisch nicht mit der Belastung. Unter geeigneten Umständen kann z. B. gemessen werden, dass bei einer Stromstärke, die zwischen 3 mA und mehr als 20 Ampere variiert, die Spannung sich praktisch nicht ändert.
Da Energietransformatoren und Beruhigungswiderstände überflüssig werden, kann man mit einer Gleichrichteranlage mit einer Gleichrichterröhre gemäss der Erfindung einen sehr hohen Wirkungsgrad erreichen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Mehrphasige Gleichriehtervorriehtung mit gasgefüllter Glühkathodenentladungsröhre, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einem solchen Spannungsabfall arbeitet, dass bei Anschluss an ein mehrphasiges Wechselstromnetz ohne Zwischenschaltung eines Transformators der mittlere Wert der auf der Gleichstromseite zur Verfügung stehenden Spannung, wenigstens bei normalen Belastungen, dem effektiven Wert der Phasenspannung des Netzes oder dem nächsten für Gleichstrom als normal geltenden Wert praktisch gleich ist.