Verfahren zur Löschung von Rückzündungen und Unterbrechung von Rückströmen in mehranodigen Gleichrichtern. Um Rückzündungen in mehranodigen Gleichrichtern zu unterdrücken, hat man be reits vorgeschlagen, Metallteile im Entla dungsweg des Gleichrichters anzuordnen und diese an Spannung zu legen. Die Ladespan nung war dabei so gewählt, dass jeder zur je weila negativen Anode, welche meist auch die rückzündende Anode ist, fliessende Strom gesperrt wird. Wird zum Beispiel das Poten tial des die Anode schirmenden Metallteils (zum Beispiel Anodenhülse, Gitter oder der gleichen) negativer, das heisst tiefer gehalten als das Potential der negativen Anode selbst, dann kann ein Strom von Metallteil zu Anode nicht fliessen, weil er der Spannungsrichtung entgegenlaufen würde.
Diese Einrichtung hat nun aber den Nachteil, dass sich die Sperrung des Stromes nur auf die jeweils negativen Anoden erstreckt, während die positiven, also die arbeitenden Anoden von dieser Sperrung nicht betroffen werden. Es ist aber nicht un bedingt immer der Fall, dass die Rückzündung sich nur auf die negativen Anoden erstreckt, sondern es könn--n auch Anoden in den Rück- zündungszustand geraten, welche bereits po sitiv aber von niederer Spannung sind, so dass ein Stromübergang von der positiven Anode höchster Spannung und von der Kathode einer seits auf die negative Anode und die positi ven Anoden niederer Spannung anderseits er folgen kann.
Im Normalbetrieb darf natürlich der .Strom der positiven Anoden nicht gesperrt werden, aber im Rückzündungsfalle hat diese Sperrung den Vorteil, dass jeder Rückzün- dungsstrom unbedingt unterdrückt wird.
Es ist nun Gegenstand der Erfindung ein Verfahren und eine Einrichtung zur Lö schung und Unterbrechung von Rückzündun gen in mehrano,digen Gleichrichtern, nach welchen im Falle einer Rückzündung die Stromwege aller Anoden des Gleichrichters durch Ladung von den Anoden zugeordneten Gittern oder deren Äquivalente gesperrt wer den.
Das Anlegen der Gitterspannungen an die Gitter aller Anoden kann vorteilhaft durch polarisierte Rückstromrelais erfolgen, welche in die Anodenstromkreise oder in den Kathodenstromkreis eingeschaltet werden und zweckmässig so ausgebildet sind, dass sie, falls ein Rückstrom fliesst, möglichst schon innerhalb einer Periode des Wechselstromes ansprechen und den Gleichrichter so rasch stromlos machen, dass die Hauptschalterrelais der Gleichrichteranlage nicht zur Auslösung kommen. Die entsprechende Ladung der Git ter erfolgt durch Anlegen der Gitter an eine zur Unterdrückung des Stromes geeignete Spannung.
So kann die :Sperrung aller Strom wege des Gleichrichters @da@durch erfolgen, dass im Rückzündungsfalle die Gitter aller Anoden jeweils an Spannungen gelegt werden, welche sich zu den Spannungen der zuge hörigen Anoden in Gegenphasen befinden. Die Gitter der jeweils negativen Anoden werden dann aber positiv, die Gitter der jeweils posi tiven Anoden werden negativ geladen. In je dem Falle ist dann in einem Teil des Strom weges nie Spannungsrichtung dem Strom ent- gegengerichtet und damit der Stromfluss un terbunden.
Es kann wünschenswert sein, die Phase der Gitterspannung von der erwähnten Gegenphase abweichend zu wählen. Ein ge wisser Spielraum ist durch die Bedingung ge geben, dass die Phasenabweichung der Gitter spannung von der in Gegenphase befindlichen Spannung nicht grösser als 90 sein darf, da mit die Wirksamkeit der Einrichtung nicht Einbusse leidet. Eine wirksame Unterdrük- kung des Stromflusses aller Anoden des Gleichrichters kann auch dadurch erzielt wer den, dass die Gitter aller Anoden im Rückzün- dungsfalle an Spannungen gelegt werden, welche ihnen ein relativ zu den zugehörigen stromführenden Elektroeden negatives Poten tial aufdrücken.
Auch bei negativer Ladung aller Gitter sind sämtliche Stromwege des Crleichrichters gesperrt. Die Grösse der erfor derlichen Ladespannungen ist meist eine Sache der Erfahrung und der besonderen Ver hältnisse. Es wird daher zweckmässig sein, die Gitter an anzapfbare Wicklungen eines Transformators (des Haupt- oder eines Hilfs transformators) zu legen und die Höhe der Gitterspannung durch Wahl der Anzapfung den Erfordernissen gemäss zu bestimmen.
Es ist nun ganz klar, dass bei negativer Laldung der Gitter die Gefahr eines grossen Rückzün- dungsstromes nicht mit Sicherheit beseitigt wäre, wenn die Gitter selbst einen grossen Strom führen und dadurch an die Stelle der Anoden treten könnten. Dies wird dadurch ver mieden, dass in die Gitterstromkreise in an sich bekannter Weise ohmsche Widerstände eingefügt werden, welche den Gitterstrom be grenzen. Diese ohmschen Widerstände sind demnach von besonderer Wichtigkeit und ihre Verwendung kommt auch in Frage, wenn die Gitterladung einer besonderen Gleichstrom quelle entnommen wird.
In diesem Falle wer den die Gitter über ohmsche Widerstände an den negativen Pol der Gleichstromquelle ge legt, deren positiver Pol mit der Kathode des Gleichrichters verbunden ist. Eine an dere Art, die Gitter für nie Führung eines Rückzündungstromes umgeeignet zu machen, besteht darin, dass man sie (oder ihre Äqui valente, wie zum Beispiel die Anodenhülsen, Metallbänder us,w.) -derart ausbildet. dass ein direkter Stromübergang (Konvektionsstrom) vom Lichtbogen auf das Gitter unmöglich ist.
Dies lässt sich beispielsweise daxdurch er reichen, dass man die Gitter bezw. deren Äqui valente einschliesslich ihrer Stromzuleitungen im Gleichtrichter ganz in Isoliermaterial ein bettet. Sehr geeignet für diesen Zweck ist die Emaillierung dieser Teile, wobei allerdings noch die Möglichkeit besteht, da-ss unter dem Einfluss des grossen Temperaturwechsels, wie er in jedem Gleichrichter, der zeitweilig ab geschaltet wird, auftritt, die Emailleschicht Sprünge erhalten und ihre Schutzwirkung teilweise verlieren kann.
Eine andere Art, den Konvektionsstrom zu vermeiden, ist .durch hie Anordnung der Gitter ausserhalb des den Lichtbogen führenden Raumes gegeben. Zu diesem Zweck werden die Gitter bezw. deren Äquivalente in an sich bekannter Weise nach Art von Metallringen (Bändern) hergestellt, welche aus Isoliermaterial bestehende Gleich richterarme umfassen, die zur Führung des Lichtbogens der innerhalb des Armes jeweils angebrachten Anoden dienen. Die Metall ringe müssen sich dabei eng an das Isolierma terial des Armes anschmiegen, weil sie in die- sein Falle auf den Entladungsraum kapazitiv einwirken sollen.
Die Erfindung sei anhand von Ausfüh rungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1, 2 und 3 stellen Einphasengleich- richter dar, deren Stromwege .durch Ladung gewisser Metallteile beim Auftreten einer Rückzündung gesperrt werden können; Fig. 4, 5 und 6 stellen Mehrphasengleich- richter dar, bei denen diese Sperrung selbst tätig unter Benutzung von Rückstromrelais erfolgt.
In Fig. 1 bedeutet 1 die Sekundärwick lung des den Gleichrichter 7 speisenden Transformators. 2 und 2' sind die Anoden. des Gleichrichters, 4 ist dessen Kathode, ä und 5' sind Metallbänder, welche die Anoden arme 11 und 12 des Gleichrichters umschlie ssen und mit den Klemmen der Sekundär wicklung über die Schalter 8 und 9 verbun den sind. Der Widerstand 10 soll die Bela stung des Gleichrichters darstellen. Fm bei Eintritt einer Rückzündung alle Stromwege dieses Gleichrichters zu sperren, werden im gegebenen Falle nur die Schalter 8 und 9 ein gelegt und damit das Metallband 5' mit Anode 2, das Metallband 5 mit Anode 2' ver bunden.
Die Ladung der Metallbänder mit- telst einer Spannung, welche sich in Gegen phase zur Spannung der zugehörigen Anode befindet, macht den Stromübergang von Anode zur Kathode oder zur andern Anode unmöglich, weil der Lichtbogen teilweise dem Spannungsgefälle entgegenlaufen müsste.
In Fig. 2 wird das gleiche in ähnlicher Weise erreicht wie in Fig. 1. Die Bedeutung der Zahlen ist hier die gleiche bis auf fol gende Abweichungen: Die Anodenarme sind hier in Fortfall gekommen, die Anoden 2 und 2' befinden sich im Innern des Gleichrichter gefässes und tragen die aus Tsoliermaterial hergestellten Hülsen 21 und 21', um welche sich die Metallbänder 5 und 5' legen. Ferner sind in die Leitungen, welche die Metallbän der mit den Klemmen der Sekundärwicklung 1 verbinden, also vor die Schalter 8 und 9, die Strombegrenzungswiderstände 13 und 14 eingefügt.
Diese Widerstände verhindern, dass der Rückzündungsstrom, wenn ihm der Weg zur Anode gesperrt ist, sich über den Gitter stromkreis schliesst; wodurch die ganze Schutzwirkung der Einrichtung in Frage ge stellt wäre.
Fig. 3 unterscheidet sich von Fig. 2 nur durch die Verwendung metallischer Hülsen und durch die Einfügung eines Erregerkrei ses, welcher aus dem Erregertransformator 15, den Erregeranoden 16, 17, dem ohmsehen Widerstand 18 und dem induktiven Wider stand 19 gebildet wird- Auch hier dienen diese Widerstände nur zur Strombegrenzung, wäh rend die ganze Erregereinrichtung den Zweck hat, die Wiederzündung des Gleichrichters zu sichern, wenn nach Löschung der Rückzün dung die Stromwege für den Stromdurchgang wieder frei gegeben werden.
In Fig. 4 bedeutet 1 die Sechspha.sen- sekuudärwicklung des den Gleichrichter spei senden Transformators, 7 den sechsanodigen Gleichrichter, 3 Rückstromrelais, welche in die Anodenstromkreise eingeschaltet sind und die Schalter 6 betätigen, 13 ohmsche Wider stände zur Begrenzung der Gitterströme, 2 die Anoden des Gleichrichters, 4 die Kathode des Gleichrichters, 27 die Anodenhülsen, welche hier als Sperrgitter verwendet werden, 9 einen Gleichstromhauptschalter, 10 einen .die Gleichstrombelastung darstellenden Wider stand.
Im Falle einer Rückzündung treten die Relais 3 in Tätigkeit und schliessen die Schalter 6 innerhalb einer Zeit, welche mög lichst kleiner sein soll, als die Zeit einer Pe riode des primären Wechselstromes. Die Hül sen 27 werden dadurch über die Widerstände 13 an die jeweilige Gegenphase der zugehö rigen Anodenspannung gelegt. Wie bereits er wähnt, führt dies zur sofortigen Unterbre chung des Rückzündungsstromes. Hört dann der Rückstrom auf, dann kehren, bei entspre chender Einrichtung der Rückstromrelais, diese sofort in ihre Ausgangs- bezw. Ruhe lage zurück und öffnen dabei die Schalter 6.
Hierdurch werden somit die Hülsen von den Steuerspannungen abgelöst und die Strom wege freigegeben, so -dass die Anode wieder zünden und der normale Betriebszustand des Gleichrichters wieder hergestellt ist. Während in Fig. 4 die Belastung durch den ohmschen Widerstand 10 dargestellt ist, ist in Fig. 5 als Belastung eine Gleichstrommaschine 10 angenommen, in deren Anker eine der Gleich richterspannung entgegengerichtete Spannung induziert wird. In diesem Falle genügt die Verwendung nur eines einzigen Rückstrom relais 3, welches parallel zu dem in der Kathodenleitung liegenden Shunt 22 geschal tet ist.
Die Bezeichnungen in Fig. 5 sind im übrigen die gleichen wie in Fig. 4.
Während nun in den Beispielen,der Fig. 4 und 5 die Hülsen an eine Wechselstromspan- nung gelegt werden, deren Phase sich in Opposition zur Phase der zugehörigen Ano denspannung befindet, wird in Fig. 6 für alle Hülsen nur eine einzige Steuerspannung, und zwar eine Gleichspannung verwendet. Es ist dies die Spannung der Batterie 20, deren ne gativer Pol mit der einen Klemme des Schal ters 6, deren positiver Pol aber mit der Ka thode des Gleichrichters verbunden ist.
Die Spannung der Batterie 20 ist -so gewählt, da.ss alle Stromwege des Gleichrichters beim Schliessen des Schalters 6 gesperrt sind. Auch hier sind in die zu den Anodenhülsen füh renden Leitungen Begrenzungswiderstände 13 eingeschaltet. Die Hauptschalter 9 werden in vielen Fällen mit Maximalrelais ausgerüstet, welche mit einer gewissen Verzögerung an sprechen. Es lässt sich nun einrichten, dass das Schliessen und Öffnen des Schalters 6 in so kurzer Zeit erfolgt, dass eine Auslösung der Hauptschalter als Folge der Rückzündung nicht zustande kommt.
Die vorstehend beschriebenen Einrichtun gen zur Verhütung der Ausbildung von Rückzündungen bezw. das rasche Verlöschen derselben ist mit besonderen Schwierigkeiten verbunden, wenn der Gleichrichter mit Gleichstromquellen parallel arbeitet, die In- duktivitäten besitzen, wie zum Beispiel beim Zusammenarbeiten mit Gleichstromgenerato ren oder Nebensehlussmotoren (vergleiche Fig. 5 und 6), ferner mit Gleichrichtern selbst oder bei Parallelbetrieb mit Batterien, wenn die Verbindungsleitungen Induktivität be- sitzen (lange Leitung oder eingebaute Drossel spulen).
Wenn nun bei einem Gleichrichter, der parallel zu andern Gleichstrommaschinen arbeitet, eine Rückzündung auftritt, so geht ein Rückstrom von den Gleichstrommaschi nen über den Gleichrichter und die Transfor- matorphase der rückzündenden Anode.
Dieser Rückstrom verläuft nach Fig. 7, das heisst der Rückstrom R geht nicht durch Null, obwohl die Spannung der rückzündenden Phase zeit weise höher wird als die der parallel laufen den Gleichstrommaschinen, weil zu dieser noch die durch die Induktivität erzeugte Spannung hinzutritt. Der Gleichrichter löscht somit nicht aus, sofern -der Rückstrom nicht in bekannter Weise durch einen mit Über- stromauslösung versehenen Schalter in der Verbindungsleitung zwischen Gleichstrom maschine und Gleichrichter unterbrochen wird. Dieser Schalter müsste aber von Hand wieder eingelegt werden, so dass der Betrieb nicht mehr störungsfrei ist.
Gemäss den folgenden Ausführungsbei spielen des Erfindungsgegenstandes wird nun zur Aufrechterhaltung eines störungsfreien Gleichrichterbetriebes der Rückstrom dadurch unterbrochen, dass in die Verbindungsleitung zwischen Gleichrichter und Gleichstromquelle eine selbsttätig wirkende Einrichtung ge schaltet ist, die unter der Wirkung von in der Verbindungsleitung fliessenden Rückströmen oder Überströmen letztere momentan unter bricht, so dass die Rückzündung verlöscht, worauf der Gleichrichter sofort wieder den störungsfreien Betrieb aufnimmt. Hierfür wird zweckmässig ein mit Dämpfung zur Ver zögerung des Einschaltvorganges versehener automatischer Schalter verwendet.
Die Dämp fung hat den Zweck, -dass da,s Wiedereinschal- ten des Schalters nicht eher erfolgt, als bis sämtliche übrigen Anoden des Gleichrichters durch die Gitterladung ebenfalls verlöscht sind.
Es ist nun weiter bekannt, dass beim Auf treten einer Rückzündung durch Einschalten eines Widerstandes in -den Rückstromkreis im Moment des Entstehens des Rückstromes von der Gleichstrommaschine her der Rückstrom durch Null hindurch geht (Fig. 8). Die Rück zündung im Gleichrichter, die nur noch durch diesen Rückstrom aufrecht erhalten war, wird somit zum Verlöschen gebracht.
In weiterer Ausbildung -des Erfindungs gegenstandes wird daher in die Verbindungs leitung zwischen Gleichrichter und Gleich strommaschine ein Schalter gelegt, zu dessen Kontakten ein ohmscher Widerstand parallel geschaltet ist, so dass der Widerstand der Ver bindungsleitung bis zur Unterbrechung des Rück- oder Überstromes erhöht, aber nach Verschwinden desselben wieder herabgesetzt wird.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel Fig. 9 ist der automatische Schalter 9 in der Ver bindungsleitung zwischen Gleichrichter 7 und Gleichstrommaschine 10 so bemessen, dass er bei einem gewissen Überstrom öffnet und den Widerstand 23 einschaltet. Der Schalter 9 ist mit einer Schliessfeder versehen, durch die er automatisch geschlossen wird, sobald der Rückstrom Null geworden ist. Hierfür ist be sonders zweckmässig ein auf Stromänderung ansprechender Schalter zu verwenden. Dieser Schalter hat den Vorteil, dass er bei einer Rückzündung im Gleichrichter sofort, das heisst innerhalb @/looo Sekunde anspricht und nach Verlöschen des Rückstromes sich sofort wieder schliesst.
Der vorstehend erwähnte Widerstand 23 muss unter Umständen einen ziemlich hohen Wert annehmen. Dieses ist in gewissen Fäl len unerwünscht, zum Beispiel dann, wenn für die Abschaltung von Kurzschlüssen in Serie zum Schalter 9 ein weiterer Schalter 24 (Fig. 10) vorgesehen ist, der den Kurzschluss definitiv abschalten soll. Durch einen zu gro ssen Widerstand würde der Rückstrom so ge ring ausfallen, dass der Schalter 24 nicht mehr ansprechen und infolgedessen nicht ab schalten würde. Es wird nun der Widerstand 23 dadurch sehr klein gehalten, dass ein Parallelwiderstand 25 zum Gleichrichter vor gesehen wird, der beim Ansprechen des Schnellschalters 9 eingeschaltet wird.
Beim Ansprechen des Schnellschalters fliesst dem nach der Rückstrom über den Widerstand 23 und von -da einmal über den Gleichrichter 7 und parallel dazu über den Widerstand 25. Die Grösse dieser Zweigströme ist nun umge kehrt proportional den beiden Widerständen oder ihren gegenelektromotorischen Kräften. Je mehr also die Spannung in der rückzün denden Phase,des Gleichrichtertransformators sich ihrem positiven Wert nähert, umso klei ner wird der Rückstrom auf den Gleichrich ter. Der Rückstrom wird ungefähr Null, wenn die Phasenspannung der rückzündenden Phase etwas grösser als die Netzspannung we niger dem Spannungsabfall im Widerstand 23 geworden ist.
Kurz nachdem der Rück strom Null ist, steigt der Strom der vorher rückzündenden Phase im positiven Sinn an, um sich über den Widerstand 25 zu schlie ssen. Die Widerstände 23 und 25 müssen den Verhältnissen des jeweiligen Betriebsfalles angepasst werden. Der Schalter 9 wird zweck mässig so ausgeführt, dass er im Moment, wo der Rückstrom Null geworden ist, wieder in die Anfangsstellung zurückgeht, damit der Gleichrichterbetrieb ungestört weiter geht. Der Schalter kann auch so ausgebildet sein, dass er nach dem Ansprechen mit einer Zeit verzögerung von zirka einer Periode wieder in die Anfangsstellung zurückgeht.
In den Fig. 9 bis 11 sind die für das An legen des Anodengitters an die Steuerspan nungen zwecks Löschung von Rückzündun gen erforderlichen Verbindungen nicht ge zeichnet, sie ergeben sich .aus den fiüher er läuterten Fig. 4 bis 6.
Als selbsttätig wir kende Einrichtung zur Unterbrechung von Rückströmen und zur Aufrechterhaltung eines störungsfreien Betriebes von Gleichrich tern beim Zusammenarbeiten mit Gleich stromquellen kann auch an Stelle des auf Überstrom ansprechenden automatischen Schalters mit Parallelwiderstand in die Ver bindungsleitung zwischen Gleichrichter und Gleichstromquelle eine Ventilzelle oder ein als Ventil wirkender Glas- oder 1Vletalldampf- apparat eingeschaltet werden. Ein Ausfüh rungsbeispiel einer derartigen Einrichtung ist in Fig. 11 dargestellt.
Das Ventil 26 ist mit konstanter Erregung versehen; es lässt nur Vorwärtsstrom hindurch, sperrt aber ge- gen Rückstrom, -der von der ürleichstrom. quelle her entstehen könnte. Infolge der kon stanten Erregung der Ventilzelle kann der Gleichrichter sofort nach Unterbrechen des Rückstromes wieder Vorwärtsstrom abgeben, so dass ein ununterbrochener Betrieb gewähr leistet wird. Die Ventilzelle sowohl, als auch der einen Widerstand überbrückende Schnell schalter kann sowohl in die positive, als auch die negative Leitung des Gleichrichters ver legt werden.