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Einrichtung zur Erleichterung der Kommutierung in Entladungsgefäßen
mit Dampf- oder Gasfüllung und Löschgittersteuerung Die Erfindung bezieht sich auf
eine Einrichtung zur Erleichterung der Kommutierung in Entladungsgefäßen mit Dampf-
oder Gasfüllung und Gittersteuerung. Es sind in letzter Zeit . besondere Gitterkonstruktionen,
sog. Löschgitter, bekanntgeworden, welche es ermöglichen, den brennenden Lichtbogen
in Entladungsgefäßen jederzeit willkürlich durch elektrische Beeinflussung zu löschen,
ohne den natürlichen Nulldurchgang des Anodenstromes abwarten zu müssen. Mit derartigen
Einrichtungen lassen sich bei Gleichrichterhetrieb voreilende Blindströme erzeugen,
so daß diese Einrichtungen bei Anschluß an Wechselstromnetze mit nacheilendem Strom
das Netz und die übrigen vorhandenen Blindstromerzeuger (Generatoren, Synchronkompensatoren,
statische Kondensatoren) entlasten.
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Bei der vorzeitigen Löschung des Anodenstromes durch Löschgitter treten
infolge der Streureaktanz derTransformatorwicklunggroße überspannungen auf, welche
das einwandfreie Arbeiten dieser Löschgitter beeinträchtigen. Infolge dieser Überspannungen
können z. B. außer überschlägen in der Anlage auch auf den Gittern selbst Zwischenkathodenflecke
gebildet werden, so daß direkte Zündungen auf die Löschgitter erfolgen, wodurch
ihre Wirksamkeit aufgehoben wird. Man hat versucht, diese Überspannungen durch Anbringen
von Kondensatoren z. B. zwischen zwei sich ablösenden Anoden zu beseitigen oder
wenigstens auf zulässige-Werte zu beschränken. Da diese Kondensatoren große Abmessungen
erhalten, bedeutet ihre Verwendung eine beträchtliche Verteuerung für die- Anlage.
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Gemäß der Erfindung werden die auftretenden Überspannungen auf einen
Bruchteil vermindert und besondere Kondensatoren dadurch
entbehrlich
gemacht, daß die Sekundärwicklung des die Anoden des Entladungsgefäßes speisenden
Transformators in Polygon finit herausgeführtem Sternpunkt geschaltet ist, wobei
jede Seite des Polygons aus zwei oder mehreren Teilwicklungen gebildet ist,.: deren
Verbindungspunkte zu Anoden mit Löschgittern geführt sind, sowie daß ferner die
"Peilwicklungen auf den Säulen des Transformators so angeordnet sind, daß die Streureaktanz
zwischen den sekundären Teilwicklungen und der Primärwicklung klein, die Kapazität
zwischen den Teilwicklungen groß ist: In der % eichnung sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung schematisch in Fig. i und 4. an Gleichrichterentladungsgefäßen mit
Quecksilberkathode dargestellt, die Fig.2, 3 und y zeigen Wicklungsscheinate der
als Zylinderwicklung ausgeführten Sekundärwicklung des Transformators nach Fig.
i. Die Fig.6 bis 5 zeigen Diagramme der während eines Kommutierung svorgangs auftretenden
Ströme an Hand des Ersatzschemas Fig.9.
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In den Figuren bedeutet a das Entladungsgefäß mit der Quecksilberkathode
b, den Anoden c und den diesen vorgelagerten Löschgittern cl. Mit e ist die
Sekundärwicklung des Speisetransformators bezeichnet, die in Polygon mit herausgeführtem
Sternpunkt geschaltet ist. Die Seiten des Polygons, z. B. A-B oder :11-B1
(Fig. i ), sind in je vier Teilwicklungen i bis ,1 zerlegt, die in Reihe geschaltet
sind und an deren Verbindungspunkte A bis E bzW. A1 bis El die Anoden
c angeschlossen sind. Zweckmäßig wird die Anzahl der Teil-«'icklungu n so
bemessen, daß der von den Endpunkten einer jeden Teilwicklung und dem Sternpunkt
gebildete Phasenwinkel kleiner als `` ist. [edr Teilwicklum; kann aus einer 3 oder
mehreren Spulen bestehen. Die aus (lern Transformator zu speisenden 2.1 Anoden können
auf zwei oder mehrere Entladungsgefäl-ie verteilt sein. Jede der Teilwicklungen
i bis q. jeder Polygcnseite wird auf den Säulen des Transformators so angeordnet,
daß die Streureaktanz zwischen ihnen und der nicht gezeichneten Primärwicklung klein,
die Kapazität zwischen den Teilwicklungen aber groß ist.
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lm Moment, da die am Verbindungspunkt D! liegende Anode den Strom
übernehmen soll, erhält das zugehörige Gitter einen positiven Impuls, während das
Gitter der zu löschenden, am Verbindtmgspunkt C liegenden Anode negativ aufgeladen
wird. Denkt man sich die verteilte Kapazität zwischen den Teilwicklungen 2 und 3
konzentriert in eine Kapazität i¢ (Fig.9) zwischen den Verbindungspunkten C und
Di, so tritt im Moment der Sperrung der am Verbindungspunkt C liegenden Anode der
Strom von Teilwicklung t und 2 über diese Kapazität zur aufnehmenden Anode am Verbindungspunkt
D- über, welche außerdem von der Teilwicklung 3 direkt gespeist wird. Die Teilwicklung
2 ist während des kurzen Moments, da die an den Verbindungspunkten C, L@ liegenden
Anoden gleichzeitig brennen, kurzgeschlossen; die Stromrichtung dieser Teilwicklung
2 wird sodann umgekehrt, wobei dieser Vorgang durch die Entladung der Kapazität
zwischen C und D- erheblich beschleunigt wird.
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Diese Wirkung ergibt sich klarer unter Betrachtung der Vorgänge an
Hand der Diagramnie Fig. 6 bis B. Wie Fig. 6 zeigt, nimmt im Zeitpunkt x die am
Punkte D, angeschlossene Anode Strom auf. Sie wird von der Teilwicklung E, L: oder
3 her direkt und von der Teilwicklung A C oder i her übel- den Kondensator 14 gespeist,
und ihr Strom 23 steigt damit auf den als konstant angenommenen Gleichstrom an,
welcher im Zeitpunkt @ erreicht ist. Das Gitter der an Punkt C angeschlossenen Anode
wird im Zeitpunkt x gesperrt, so daß der Strom 12 dieser Anode innerhalb des Intervalls
a_, ,3 abklingt Die Summe der Anodenströme innerhalb dieses Intervalls ist dabei
konstant gleich dem an der Kathode abgegebenen Gleichstrom. Die Ströme in den Teilwicklungen
ergeben sich aus Fig. ; ,worin der Einfachheit halber aigenominen ist, daß die von
A und E her zufließenden Ströme i und 3 innerhalb . des gesamten betrachteten Zeitintervalls,
d. h. während des ganzen Kommutierungsvorgangs, ahgenähert konstant bleiben, während,
streng genommen, nur ihre Summe konstant bleibt.
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Der Strom in der Teilwicklung 2 kommutiert innerhalb des Zeitintervalls
x, Y, wobei die Strnmänderung vom Zeitpunkt @ an rascher erfolgt, da nun der gesamte,
von der Teilwicklung A, C oder i her fließende. Strom der an D angeschlossenen Anode
abgegeben wird. Der hieraus resultierende Strom im Kondensator 14 ergibt sich aus
Fig. B. Die Kommutierung des Stromes findet also lediglieh in der Teilwicklung C,
D, oder 2 statt, da während des ganzen Kommutierungsvorgangs die Stromrichtung in
den Teilwicklungen A, C oder i bzw. E, Dl oder 3 unverändert bleibt. Auf
diese Weise wird beim Stromübergang von eitler Anode auf die nächstfolgende nicht
die Streuinduktivität der ganzen Wicklung A, B in Fig. i, sondern nur eines
kleinen Bruchteils, z. B. C, D!, derselben wirksam; d. h. an die Stelle einer
Strom-; Wendung mit einer großen Induktivität tretet mehrere Stromwendungen mit
entsprechend geringerer lnduktivitä t, infolgedessen treten statt eines überspannungsstoßes
mehrere
Stöße mit vieF kleinerer Amplitude auf, was eine geringere
Beanspruchung der Isolation ergibt.
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In der eben beschriebenen Weise wird nach '/24 Periode die am Verbindungspunkt
D: liegende Anode durch die am Verbindungspunkt F liegende Anode abgelöst.
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Zum Zweck der gegenseitigen Entkopplung der einzelnen Spulen der Teilwicklungen
und zur Verlängerung des Streupfades werden die Spulen. der Teilwicklungen über
die ganze Säulenlänge verteilt. Um gleichzeitig die Kapazität zwischen zwei sich
ablösenden Anoden zu erhöhen und dadurch die Restüberspannungen zu vermindern, können
gleichzeitigdie nacheinander arbeitenden, auf derselben Transformatorsäule liegenden
Teilwicklungen untereinander gemischt werden. Eine gute Untermischung läßt sich
z. B. dadurch erreichen, daß die vier Teilwicklungen i bis auf der ganzen Säulenlänge
als mehrfachkonzentrische Zylinderwicklung ausgeführt werden, wobei aus Gründen
gleichmäßiger Spannungsverteilung das obere Ende einer Teilwicklung mit dem unteren
Anfang der nächstfolgenden verbunden wird, wie in Fig. 2 dargestellt. Auf diese
Weise wird neben der Herabsetzung der Streureaktanz im Wendekreis auch eine solche
der Streureaktanz zwischen den Teilwicklungen und gleichzeitig eine beträchtliche
Erhöhung der Kapazität zwischen den einzelnen Teilwicklungen erreicht, was für eine
reibungslose Abwicklung des Kommutierungsvorgangs von Vorteil ist. Die vier Teilwicklungen
einer _ Polygonseite können auch in Wicklungsabschnitte (Spulen) zerlegt und die
Wicklungsabschnitte (Spulen) von mindestens zwei Teihvicklungen dieser Polygonseite
,auf ein und demselben Durchmesser auf der gleichen Säule des Transformators untermischt:
miteinander angeordnet werden. In Fig.3 liegen die vier Teilwicklungen untermischt
auf demselben Durchmesser. Die Verkleinerung der Streureaktanz der sich ablösenden
Phasen durch die Polygonschaltung tritt um so mehr in Erscheinung, je größer die
verwendete Phasenzahl ist. Beil gewöhnlicher 6-Phasen-Polygonschaltung wird die
Streurea.ktanz gegenüber der Sternschaltung ungefähr im Verhältnis i : 2 reduziert.
Bei Verwendung von 24 Phasen gemäß dem Beispiel Fig. i wird die Streureaktanz im
Wendekreis gegenüber Sternschaltung auf etwa. 1/2 . (1/.l) 2 =1/s2 = 3 % reduziert.
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Fig. ¢ zeigt ein Ausführungsbeispiel der Schaltung der Sekundärwicklung
des Transformators für einen 36anodigen Betrieb, wobei z. B. zwei Entladungsgefäße
mit je 18 Anoden verwendet werden können. Das angegebene Polygon ist aus einem gewöhnlichen
6-Phasen-Polygon in der Weise abgeleitet, daß die Wicklungen der einzelnen Polygonseiten
um einen bestimmten Betrag über die Eckpunkte des sechseckigen Polygons verlängert
sind. jede Polygonseite A, B besteht aus den Teilwicklungen i bis 6. Es ist
ohne weiteres klar, daß sich auch an Stelle des in Fig. i ,angegebenen Schaltbeispiels
für 24 Anoden ein .ähnliches Polygon, wie in Fig. 2 dargestellt, entwickeln läßt.
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In Fig.5 ist als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung die Ausführung
der Sekundärwicklung als Mehrfachspirahvicklung dargestellt. Hierbei ist ebenfalls
bezweckt, die Kapazität zwischen den sich ablösenden Anoden, also auch zwischen
den aufeinanderfolgenden Teilwicklungen derselben Säule, so groß wie möglich zu
machen, indem die Windungen dieser Teilwicklungen spulenweise in derselben Windungsebene
angeordnet und in der Reihenfolge der Teilwicklungen aufeinander gewickelt sind.
Eine weitere Kapazitätserhöhung ergibt sich dadurch, daß diese Windungen aus breitem.
dünnem Kupferband hergestellt und flach gewickelt werden. Endlich kann man den Kupferquerschnitt
der Teilwicklungen in mehrere parallel geschaltete Teilquerschnitte mit gleicher
Bandbreite und verminderter Dicke unterteilen und die so erhaltenen Spulen parallel
schalten, wodurch die Kapazität im Verhältnis der Unterteilung erhöht wird.
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Fig.5 zeigt eine derartige Spiralwicklung mit vier Teilwicklungen
je Polygonseite und je drei Windungen. für jede Spule und Teilwicklung, mit zwei
parallelen Zweigen in jeder Teilwicklung. Die Teilwicklungen i bis ¢ jeder Polygonseite
der Sekundärwicklung e, z. B. A-B und A,-B, (Fig. i), sind in zwei parallel
geschaltete Spulenpaare f1, f2 und f", /1.2 bzw. g1, g2 und all, g12 unterteilt,
die Spulen der Spulenpaare sind in Reihe geschaltet. Die Spulen sind aus Flachkupfer
in Mehrfachspiralenwicklung mit je drei Windungen je Spule und je Teilwicklung so
.ausgeführt, daß die Windungen in der Reihenfolge der Teilwicklungen aufeinanderliegen.
Die .eine Spule jedes Spulenpaares ist von außen nach innen, die zweite von innen
nach außen gewickelt, so daß die Verbindungen der Spulen innen und die Anschlüsse
A bis B
außen zu liegen kommen. Die Wicklungsanschlüsse und die Spulenverbindungen
sind nur an den Spulenpaaren f), f2 und f", f12 gezeichnet, sie sind für g), b 2
und g)), g,2 genau gleich. Diese Spulenpaare der gegenüberliegenden
Polygonseiten sind mit den Spulenpaaren ftl, Jt2 und h" /t" der Wicklung der Diagonale
X-Y (Fig. i) längs der Transformatorsäule der Primärwicklung i gegenüber verteilt
gemischt untereinander angeordnet. Die Spulen dieser Spulenpaare ftl, h2 und ltll,
h12
sind ebenfalls aus Flachkupfer als Spiralen gewickelt und in Reihe geschaltet, sind
jedoch nicht unterteilt. Die Spulenpaare der drei Wicklungen einer Säule sind ,nun
in der Weise untereinander gemischt gruppiert, daß ein Spulenpaar der Polygonseite
A-B mit einem Spulenpaar der Polygonseite A,-B,. und einem solchen der Diagonalen
X-Y in der Reihenfolge aufeinanderfolgen, wie in Fig. 5 dargestellt.
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Die in den Ausführungsbeispielen angegebenen Transformatorschaltungen
stellen keine exakten 24- bzw. 36-Phasen-Systeme dar, weil die einzelnen Phasenwinkel
verschiedene Größe besitzen. Der ungleiche Phasenwinkel ist jedoch für den Betrieb
der Entladungsgefäße nicht von Nachteil, bedeutet aber für die im Transformator
auszuführenden Verbindungen eine beträchtliche Vereinfachung, da die Verbindungen
von Wicklungsteilen verschiedener Schenkel auf ein Minimum herabgesetzt werden.
Die aufeinanderfolgenden Abschnitte können dabei mit gleicher Windungszahl ausgeführt
werden. Die Vorteile der kleinen Streureaktanz des Wendekreises und der großen Kapazität
der sich ablösenden Phasen können natürlich auch mit Schaltungen von exakten Mehrphasenpolygonen
erreicht werden, bei welchen sowohl die zwischen den einzelnen Anzapfpunkten liegenden
Spannungen als auch die einzelnen Phasenwinkel gleich groß sind.
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Anstatt als Zylinderwicklung kann die Transformatorwicklung auch als
Scheibenwicklung ausgeführt werden. Es ist vorteilhaft, die Primärwicklung derartiger
Transformatoren in Dreieck zu schalten.