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Stromrichter mit Glühkathode und Verfahren zu seinem Betrieb . Die bei Stromrichtern wegen ihres geringen
Spannungsabfalles mit Vorteil gern verwendeten
Glühkathoden weisen gegenüber den flüssigen Kathoden den Nachteil auf, dass ihre Elastizität, sich mit der Emission stossweisen Belastung- änderungen anzupassen, nicht mit jener des Brennfleckes auf einer Quecksilberkathode konkurrieren kann. Bei plötzlichen Belastungsstössen treten an den Kathoden die bekannten Spratzerscheinungen und Inselbildungen auf, die, abgesehen von der Schädigung der Kathode, auch Anlass zu Rückzündungen der Gefässe sein können, u. zw. schon bei Strömen, die in ruhigem Dauerbetrieb ohne jede Schwierigkeit ertragen werden.
Bei einer bekannten Anordnung nach dem österr. Patent Nr. 144273 brennt innerhalb einer indirekt geheizten Glühkathode eine Hilfsentladung, deren Stromstärke vorzugsweise von der Grössenordnung des Nutzstromes ist. Hiedurch wird erreicht, dass eine gewisse Mindestemission von der Grössenordnung der Nutzemission während des Betriebes dauernd vorhanden ist, derart, dass die relativen Höhen der Belastungsschwankungen der Kathode den Wert Eins nie wesentlich übersteigen können.
Aber auch durch diese Verbesserungen werden die eingangs angeführten Mängel nicht vollständig behoben, weil der Erregerstrom unabhängig von der Last ist, so dass der aus Erregerstrom und Nutzstrom zusammengesetzte Emissionsstrom zwischen Leerlauf und Vollast sich ungefähr im Verhältnis 1 : 2 ändert, was im Falle eines raschen Lastwechsels noch immer zu Schädigungen der Kathode führen kann.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, die Emission der Kathode unabhängig von der Belastung des Stromrichters durch die im folgenden beschriebenen Massnahmen auf annähernd gleicher Höhe zu halten. Es werden eigene Erregeranoden, vorzugsweise in gleicher Anzahl wie die Hauptanoden, in geringer räumlicher Entfernung von der Kathode angeordnet, so dass der Spannungsabfall möglichst klein wird.
Gleichzeitig werden Mittel zur Speisung der Erregeranoden vorgesehen, derart, dass die Schwankungen des resultierenden Emissionsstromes der Kathode wesentlich vermindert werden. Der Erregerstrom muss sich zu diesem Zwecke während des Betriebes gegensinnig mit dem Laststrom ändern, also bei zunehmendem Laststrom abnehmen und bei abnehmendem Laststrom zunehmen. Zweckmässig wird die gegenseitige Beeinflussung so abgeglichen, dass die
Summe aus Erregerstrom und Laststrom angenähert konstant ist, so dass der diese Summe ergebende Emissionsstrom bei plötzlichen Last- änderungen möglichst geringen Schwankungen unterliegt.
Zur Erzielung der gegensinnigen Änderung von Laststrom und Erregerstrom verwendet man zweckmässig eine magnetische Beeinflussung des Erregertransformators durch den Laststrom. Es kann beispielsweise der an der konstanten Netzspannung liegende Erregertransformator in jeder Phase noch zusätzlich Stromspulen enthalten, die von den Anodenströmen des Gleichrichters in solcher Richtung durchflossen werden, dass die in ihnen erzeugten Ampèrewindungen entgegengesetzt gerichtet sind wie jene der Primärspulen, welche an der konstanten Netzspannung liegen.
Bei Erhöhung der Last wird daher der Induktionsfluss des Erregertransformators und damit der Erregerstrom selbst geschwächt.
Eine andere Methode zur Erzeugung eines mit wachsendem Laststrom sinkenden Erregerstromes besteht darin, im Nebenschluss zum Erregerlichtbogen Drosseln zu legen, welche mit einer Gleichstromvormagnetisierungswicklung versehen sind, die vom Kathodengleichstrom oder von einem Teil desselben durchflossen werden. Der Erregertransformator wird ferner mit strombegrenzenden Einrichtungen versehen, was durch Vorschaltung von Drosseln oder Widerständen oder auch dadurch geschehen kann, dass er als Streutransformator ausgebildet wird. Wenn nun der Laststrom zunimmt, steigt die Vormagnetisierung und damit die Sättigung der Drossel, ihre Impedanz nimmt ab, es fliesst mehr Strom durch den Nebenschluss und, da der gesamte Strom durch die angegebenen Mittel begrenzt ist, muss der Erregerstrom abnehmen.
Es ist nicht notwendig, dass die Kompensation eine vollständige wird, dass also die Summe aus Erregerstrom und Laststrom genau konstant ist.
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Die erwünschte Wirkung tritt schon ein, wenn durch die erfindungsgemässe gegensinnige Beeinflussung des Erregerstromes derEmissionsstrom
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einem Belastungsstoss auftretende Stromzunahme pro Zeiteinheit ist nicht der absolute Wert dieser Stromzunahme massgebend, sondern der relative Wert, bezogen auf die Dauervorbelastung. Dieses Verhalten ist zum Teil in der Kathode selbst begründet, zum anderen Teil spielt auch der Dampf-bzw. Gaszustand des ganzen Gefässes eine Rolle, derart, dass bei höherer Vorbelastung auch höhere Stösse leichter ertragen werden können.
Bei Stromrichter, die mit künstlicher lastabhängiger Kühlung arbeiten, erweist es sich als besonders vorteilhaft, den zum Leerlauf des Stromrichters gehörigen Erregergrundstrom so einzustellen, dass er rund drei Viertel jenes Stromes beträgt, bei dem das Gleichrichtergefäss mit natürlicher Luftkühlung seinen optimalen Spannungsabfallswert aufweist. Diese Einstellung des Stromes bzw. Abstimmung der im Gefäss auftretenden Verlustleistung zu seiner natürlichen Kühlungsmöglichkeit gewährleistet einerseits eine ausreichende Emissionselastizität der Kathode, anderseits schafft sie auch günstige Dampfdruckvoraussetzungen für das Lichtbogenplasma.
Man kann weiters den bei der Erfindung relativ hoch einzustellenden Erregerstrom zur Schonung der Heizwendel und der Kathode derart ausnützen, dass der Heizwendel nur die Aufgabe der Hochheizung zur Einleitung der Erregerentladung zufällt. Zu diesem Zwecke wird in vorteilhafter Ausführungsform der Erfindung in den Erregerstromkreis eine relaisartige Vorrichtung, z. B. ein thermisches Relais eingeschaltet, das nach Einsetzen der vollen Erregerentladung die Heizspannung der Glühkathode abschaltet oder reduziert, derart, dass die emittierende Kathode während des Betriebes im wesentlichen nur durch die vom Kathodenfall des Erregerstromes ver- ursache autogene Kathodenheizung auf Emissionstemperatur gehalten wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Stromrichter mit Glühkathode und Erregerkreis, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Erregeranoden in unmittelbarer Nähe der Glühkathode angeordnet sind, so dass zwischen ihnen und der Glühkathode ein Lichtbogen niedriger Spannung brennen kann, und dass diese Erregeranoden über Einrichtungen gespeist sind, die einen in solchem Ausmasse sich gegensinnig mit dem Nutzstrom ändernden Erregerstrom ergeben, dass die Schwankungen des resultierenden Emissionsstromes der Kathode wesentlich vermindert werden.