-
Anordnung zur Umformung von elektrischen Spannungsarten mit Funkenstrecken
Die Umformung von Wechselspannungen in Gleichspannungen oder von Gleichspannungen
in Wechselspannungen verschiedener Frequenzen bei hohen Spannungen und sehr großen
Leistungen mit Funkenstrecken ist deshalb schwierig, weil hierbei Lichtbögen im
richtigen Zeitpunkt zum Abreißen gebracht werden müssen und weil ein Rückschlag
der Spannung von der Gleichspannungseite in die Wechselspannungseite oder umgekehrt
vermieden werden muß. Die Gleichrichtung von Wechselspannungen durch umlaufende
Gleichrichter oder Funkenstrecken mit unhomogenem Felde in Luft ist bekannt.
-
Für solche Umformungen mit Funkenstrecken ist die nachstehende Erfindung
in erster Linie bestimmt. Es ist bereits bekannt, an solchen Funkenstrecken den
elektrischen Lichtbogen durch Anblasen zu unterbrechen. Erfindungsgemäß wird jedoch
die Wirksamkeit dieses Anblasens dadurch ganz bedeutend erhöht, daß in einem solchen
Gasstrom eine der Elektroden in bestimmter Weise bewegt wird. Wenn möglich, wird
der Unterbrechungszeitpunkt in den Augenblick gelegt, in dein die Stromstärke durch
Null geht.
-
Die Ionisierungsvorgänge beim Durchschlag der Luft sind bekannt. Ein
Lichtbogen läßt sich auch beim Nulldurchgang des Stromes schwer löschen, weil die
Luft durch den Lichtbogen stark ionisiert ist. Der Luftstroin dient zur Beseitigung
dieser Ionisation kurz nach Löschung des Lichtbogens und dadurch zur Verhinderung
der Rückzündung. Eine gleichzeitige Bewegung einer der Elektroden ist deshalb sehr
günstig, weil dadurch die Elektrode von dem Ionisierungsgebiet entfernt wird. Die
Luftbewegung dient zugleich zur Kühlung der Elektroden; da$ ist ebenfalls sehr wichtig,
weil ein Lichtbogen zu seiner Existenz eine hohe Temperatur der Kathode braucht..
Es ist also besonders wichtig, die Elektrode zu kühlen, die während der Sperrzeit
Kathode ist.
-
Erfindungsgemäß müssen Gasbewegung und Elektrodenbewegung periodisch
so gewählt werden, daß während der Sperrzeit die relative Geschwindigkeit des Gases
zu der bewegten Elektrode in dein gesamten Gebiete, in dem ein Rückschlag eintreten
kann, größer ist als während der Durchschlagzeit. Dadurch wird die zur Umformung
nötige Zündspannung niedrig, die Rückschlagspannung, die eine Kurzschlußgefahr mit
sich bringt,-wird dagegen erhöht. Außerdem werden die Verluste, die durch den Lichtbogen
entstehen, klein gehalten, wenn die Luftgeschwindigkeit während des Bestehens vom
Lichtbogen an der angeblasenen Elektrode klein ist. Diese Verluste können außerdem
durch geeignete Elektrodenformen und durch Schirme ver mindert werden.
Auf
Abb. i und 2 sind Beispiele dargestellt, die das Gesagte erläutern sollen. In Abb.
i ist A eine Spitzenelektrode, die sich in einer Düse D aus Isolierstoff befindet.
Der Düse kann durch die Eintrittsöffnung E Preßluft zugeführt werden. Die Spitzenelektrode
wird durch eine Nockenwelle, durch ein Exzenter oder ähnliches in der Richtung ihrer
Achse im Takte der vorhandenen oder der gewünschten Wechselspannung bewegt. In der
dargestellten Lage der Spitzenelektrode ist durch diese der Austritt der Preßluft
nach der Gegenelektrode B versperrt. In diesem Zeitpunkt kann also ein Überschlag
zwischen A und B eintreten und ein Lichtbogen zwischen diesen Elektroden
bestehen bleiben. Wenn jedoch die Elektrode A zurückgezogen wird, dann strömt die
Preßluft nach B hin aus, kühlt die Spitze von A und löscht durch die
große Luftgeschwindigkeit den Lichtbogen aus. Soll z. B. eine Wechselspannung von
5o Hertz gleichgerichtet werden, so muß die Spitzenelektrode Somal in einer Sekunde
zurückgezogen und dann wieder in die aufgezeichnete Lage gebracht werden. Das Entsprechende
muß der Fall sein, wenn eine Gleichspannung in eine Wechselspannung von 5o Hertz
umgeformt werden soll. Die Gegenelektrode B muß, damit der bekannte Polaritätsunterschiedzwischen
Spitze und Platte erreicht wird, einen großen Krümznungsradius erhalten. An sich
ist eine Plattenelektrode günstig, hier ist jedoch eine gekrümmte Elektrode aufgezeichnet,
damit die ausströmende Druckluft auf dem ganzen Wege zwischen den beiden Elektroden
eine möglichst große Geschwindigkeit erhält und die vom Lichtbogen her vorhandenen
Ionen so rasch wie möglich entfernen kann. Die Form der Düse D kann ähnlich gewählt
werden, wie dies im Turbinenbau üblich ist. Die aufgezeichnete Gestalt stellt nur
ein Beispiel dar. Es ist ebenso möglich, der Elektrode B eine trichterförmige oder
siebähnliche Gestalt zu geben.
-
Eine andere Ausführungsart der Erfindung stellt Abb.2 dar. Hier ist
eine Spitzenelektrode E auf einer Scheibe F befestigt. Die Scheibe F wird durch
die Welle G in Umdrehungen versetzt. Bei einer Wechselspannung von 5o Hertz müssen
5o Umdrehungen in einer Sekunde erfolgen. Der Luftstrom k, der parallel zur Plattenelektrode
H verläuft, muß so gerichtet sein, daß jedesmal während der "Zünd- und Überschlagdauer
die Bewegung der Spitze und der Luft gleichgerichtet, während der Sperrzeit jedoch
entgegengesetzt gerichtet sind. Ist die Luftgeschwindigkeit gleich der Umfangsgeschwindigkeit
der Spitze,-so kann man es erreichen, daß während der Dauer des Lichtbogens die
Relativgeschwindigkeit zwischen Spitze und Luft gleich Null, während der Sperrzeit
dagegen gleich der doppelten Luftgeschwindigkeit ist. Zugleich wird durch diese
Anordnung erreicht, daß Zündung und Rückzündung an verschiedenen Stellen des Raumes
auftreten, so daß eine Vorionisierung des 'Gberschlagweges während der Sperrzeit
nach Möglichkeit vermieden wird.
-
Eine Anwendung der angegebenen Erfindung kommt in erster Linie in
Gleichrichterschaltungen in Frage. Die Erfindung ermöglicht jedoch eine sehr weitgehende
Erhöhung des Polaritätseffektes und dadurch in vielen Fällen auch das Arbeiten mit
einer einzelnen Funkenstrecke Spitze-Platte.
-
Zur besseren Kühlung kann an Stelle von Luft ein anderes Gas benutzt
werden.