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Schutzeinrichtung für Umformer, insbesondere Gleichrichter, mit für
jede Phase getrennten einanodigen Entladungsgefäßen mit lichtbogenartiger Entladung,
insbesondere Quecksilberdampfentladungsgefäßen Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung
für Umformer, die zur Übertragung von elektrischer Energie zwischen Gleichstrom-und
Wechselstromkreisen dienen und elektrische Entladungsgefäße enthalten. Der Zweck
der Schutzeinrichtung ist, die Entladungsgefäße gegen die zerstörenden Wirkungen
von Rückzündungen zu schützen- und ein ununterbrochenes Arbeiten der Energieumformungseinrichtung
zu ermöglichen.
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Bei den Entladungsgefäße enthaltenden Umformungseinrichtungen treten
nämlich gelegentlich Rückzündungen auf, durch die nicht nur im Innern des Entladungsgefäßes
selbst ein von Anode zu Anode brennender Lichtbogen entsteht und die Zerstörung
der Anode und ihrer Schutzrohre zur Folge hat, sondern es werden auch die Wicklungen
der Speisetransformatoren sowie andere mit dem gestörten Entladungsgefäß verbundeneKreise
durch den außerordentlich hohen Kurzschlußstrom beschädigt.
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Es sind bereits zahlreiche Verbesserungen an solchen Entladungsgefäßen
angebracht worden; es ist jedoch bisher nicht gelungen, die Rückzündungen mit Sicherheit
zu verhüten bzw. durch schnell wirkende Schalteinrichtungen das Entladungsgefäß
gegen die dabei auftretenden Störungen zu schützen. Den Gegenstand der Erfindung
bildet eine Schutzeinrichtung für solche Umformer, .insbesondere für Gleichrichter,
bei der diese Störungen dadurch vermieden werden, daß für jede Phase getrennte einanodige
Entladungsgefäße mit lichtbogenartiger Entladung, insbesondere Ouecksilberdampfentladungsgefäße,
vorgesehen sind, und bei der in jeder Phase mindestens zwei parallel geschaltete
gleichartige Entladungsgefäße angeordnet sind, die je mit einer Zünd- und Erregungseinrichtung
versehen sind, die nach Ablauf von mehreren Perioden die Erregung des etwa durch
Rückzündung außer Betrieb gesetzten Entladungsgefäßes wieder einschaltet.
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Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, zum Zweck der Verhütung
von Rückzündungen zwischen den Anoden der verschiedenen PhasengetrennteeinanodigeDampfentladungsgefäße
in jeder Phase des Wechsel-bzw. Drehstroms zu verwenden. Bei dieser bekannten
Anordnung
können aber Rückzündungen zwischen der Anode und der Kathode der einzelnen Gefäße
auftreten. Eine solche Störung hat den Ausfall der betreffenden Phase für wenigstens
mehrere Perioden zur Folge. Zur Beseitigung dieser Schwierigkeit werden erfindungsgemäß
in jeder Phase mindestens zwei einanodige Entladungsgefäße verwendet, die parallel
geschaltet und mit selbsttätig wirkenden Zünd- und Erregungseinrichtungen versehen
sind. Tritt bei einer solchen Anordnung in einem der Entladungsgefäße eine Rückzündung
zwischen Anode und Kathode eines Gefäßes auf, dann kehrt sich die Richtung des Kathodenstroms
um, so daß diie Hilfsentladung zwischen der Kathode und der Erregerelektrode gelöscht
wird. Die Folge davon ist, daß nach Beendigung der Sperrphase dieses Entladungsgefäß
außer Betrieb gesetzt ist. In der nun folgenden Vorwärtsperiode kann der Lichtbogen
nicht zünden, da die Kathode nicht emissionsbereit ist. Die parallel geschalteten
Gefäße müssen in diesem Falle den gesamten Strom dieser Phase so lange übernehmen,
bis das infolge der Rückzündung abgeschaltete Lntladungsgefäß selbsttätig wieder
gezündet und erregt wird. Es ist zweckmäßig, diese Wiedereinschaltung des gestörten
Gefäßes nach Ablauf einiger Perioden selbsttätig vorzunehmen.
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Die Parallelschaltung mehrerer Entladungsgefäße ist an sich bekannt.
Bei den bekannten Einrichtungen dient sie jedoch entweder dazu, an Stelle eines
großen Gleichrichters mehrere kleine zu verwenden, oder um einte Anpassung der eingeschalteten
Gleichrichterleistung an den jeweiligen Bedarf zu ermöglichen. Bei den bekannten
Einrichtungen ist ferner nicht durch Parallelschaltung von mindestens zwei Entladungsgefäßen
j e Phase mit selbsttätig wirkenden Zünd- und Erregervorrichtungen dafür Sorge getragen,
daß nach dem- Auftreten einer Rückzündung nur das von ihr betroffene Gefäß vorübergehend
außer Betrieb gesetzt wird. Ein besonderer Vorteil der Schutzeinrichtung gemäß der
Erfindung ist, daß eine Unterbrechung der Umformungseinrichtung vermieden wird,
die eintreten würde, wenn die Rückzündung sich über mehrere Perioden fortsetzen
würde und je Phase nur ein Entladungsgefäß vorgesehen wäre. Eine solche Einrichtung
hätte zudem den Nachteil, daß für die Dauer der Betriebsstörung des Gefäßes einer
Phase die Welligkeit des erzeugten Gleichstroms sehr große Werte annimmt.
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Abb. i zeigt als Ausführungsbeispiel in zum Teil schematischer Darstellung
eine Gleichrichteranordnung. Abb.2 zeigt Einzelheiten der Steuerung der Zünd- und
Erregereinrichtung der Entladungsgefäße. Die Einrichtung enthält Wechselstromleitungen
io und Gleichstromleitungen i 1, die miteinander durch den Transformator 12 und
mehrere Entladungsgefäße 13 bis 18 verbunden sind. Der Transformator 12 ist mit
einer Primärwicklung 19, die an das Wechselstromnetz io angeschlossen ist, und mit
einer Sekundärwicklung2o versehen, deren Sternpunkt an die eine Gleichstromleitung
i1 und deren Wicklungsenden an die Anoden 21 bis 26 der Entladungsgefäße 13 bis
18 angeschlossen sind. Die Anoden 2 1 und 22 der Gefäße 13
und 14 sind
an eine Wicklung 20, die Anoden 23 und 24 der Entladungsgefäße 15 und 16 an eine
andere Wicklung 2o und die Anoden 25 und 26 der Entladungsgefäße 17 und 18 an die
dritte Phase der Wicklung 2o angeschlossen. Die Kathoden 27 bis 32 der Gefäße 13
bis 18 'sind an die zweite Gleichstromleitung i i angeschlossen. Wenn die Behälter
der Gefäße 13 bis 18 aus leitendernMaterial hergestellt sind, ist es natürlich wesentlich,
daß Mittel zum Isolieren der verschiedenen Elektrodenzuführungen gegen den Behälter
vorzusehen sind.
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Die Entladungsgefäße 13 bis 18 werden von einer Spannungsquelle 57
erregt. Diese Quelle ist einerseits mit der unteren Gleichstromleitung i i und andererseits
über die Leitung 58. mit den Erregerelektroden 33 der Entladungsgefäße 13 bis 18
verbunden. Wie ausführlich in Abb. a gezeigt ist, sind ein Widerstand 35 und die
Erregerspule 36 eines Schalters 37 zwischen jede Erregerelektrode und die Leitung
58 geschaltet. .
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Der Schalter 37 ist ein Teil einer Gruppe von zusammen-,virkenden
Elementen. Durch sie wird die Erregung des Entladungsgefäßes automatisch gezündet
oder wiederhergestellt, nachdem sie durch Rückzündung unterbrochen worden war. Diese
Gruppe enthält eine Wechselstromquelle 38, einen Transformator 39, eine Funkenstrecke
4o, einen Kondensator 41, einen Transformator 42 und einen Kondensator 43. Seine
Aufgabe ist es, der Erregerelektrode des Entladungsgefäßes ein hochfrequentes Potential
zuzuführen, welches das Gas zwischen Kathode und Zündelektrode ionisiert und den
Erregerbogen sich zu bilden erlaubt. Wenn der Erregerbogen sich gebildet hat, wird
er durch die Spannungsquelle 57 aufrechterhalten. Der Schalter 37 wird geöffnet,
und die Mittel zum Zünden werden entregt. Strom für das Zünden aller Gefäße kann
einer einzigen Wechselstromquelle entnommen werden, z. B. dem Netz io.
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In Abb. i sind die Vorrichtungen zum Einleiten der Erregung der Gefäße
13 bis 18 durch die Nummern 44 bis 49 angedeutet. Jede dieser Nummern stellt eine
Gruppe zusammenwirkender Elemente ähnlich denen in Abb.2 dar oder führt dieselben
Aufgaben
durch wie diese Gruppe von Elementen. Wie leicht zu verstehen
ist, können irgendwelche geeigneten Mittel zum Zünden an Stelle der in Abb.2 eingesetzt
werden. Es ist wünschenswert, daß jede der Kathoden 27 bis 32 von dem evakuierten
Gefäß isoliert ist, wie es in Abb. 2 durch einen isolierten Topf 5o angedeutet ist,
und daß Schutzmittel, wie die Teile 5 1 bis 56, zum Schutze der Anoden 2
1 bis 26 gegen den aus den Kathoden 27 bis 32 austretenden Dampf vorgesehen sind.
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Wir nehmen an, daß der Transformator 12 und die Leitung 58 Spannung
führen und der Schalter 37 geschlossen ist; dann werden die Erregerelektroden der
Entladungsgefäße einem hochfrequenten Potential unterworfen, welches das Einsetzen
der Erregung durch der Spannungsquelle 57 entnommenen Strom erlaubt. Wenn die Erregung
der Gefäße 13 bis 18 hergestellt ist, wird Belastungsstrom zwischen den Wechselstromleitungen
io und den Gleichstromleitungen i i in bekannter Weise übertragen.
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Ist der Belastungsstrom vergleichsweise klein, so führt in jeder Phase
das eine oder das andere der parallel geschalteten Entladungsgefäße Strom. Bei größerer
Belastung verteilt sich der Strom auf die parallel geschalteten Entladungsgefäße,
von denen zwei oder eine andere geeignete Zahl vorhanden sein mögen.
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Wenn eine Rückzündung auftritt, wird die Erregung des dadurch angegriffenen
Entladungsgefäßes unterbrochen und der Belastungsstrom von einem in derselben Phase
parallel geschalteten Entladungsgefäß übernommen. Nach Ablauf einiger Halbwellen
hat sich die Anode des angegriffenen Gefäßes abgekühlt; die infolge der Rückzündung
entstandenen Gase haben sich verteilt, und die Erregung des Gefäßes wird wiederhergestellt,
wie es eben angegeben worden ist. Wenn die Einrichtung wenig belastet ist, wird
der Belastungsstrom weiterhin von dem Gefäß geleitet, das ihn beim Auftreten der
Rückzündung übernahm. Ist die Belastung der Einrichtung groß, so teilt sich der
Belastungsstrom unter die verschiedenen parallel geschalteten Entladungsgefäße auf,
sobald die Erregung des von der Rückzündung betroffenen Gefäßes wiederhergestellt
ist. Wie leicht einzusehen ist, hat die Anordnung mit parallelen Einheiten, wie
sie hier beschrieben ist,- den Vorteil, daß Arbeitsunterbrechung infolge Rückzündung
vermieden wird. Sie hat den weiteren Vorteil, daß die Belastungsaufnahme der Umformungseinrichtung
je nach Wunsch durch Verändern der Zahl der jeder Phase zugeordneten und parallel
geschalteten Entladungsgefäße vergrößert und verkleinert werden kann.