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Schaltungsanordnung zur Sicherung des Belastungsgleichgewichtes zwischen zwei oder mehreren parallel arbeitenden Anoden von gittergesteuerten Lichtbogengleiehrichtern.
Der Parallelbetrieb von zwei oder mehreren im gleichen oder in verschiedenen Behältern angeordneten Anoden bietet gewisse Schwierigkeiten infolge der negativen Charakteristik des Lichtbogenwiderstandes.
Es ist bekannt, dass man diesen Parallelbetrieb durch verschiedene Verfahren sichern kann. Man kann beispielsweise jeder Anode eine Induktanz vorsehalten, die durch ihren induktiven Spannung- abfall den negativen Widerstand des Lichtbogens ausgleicht. Man kann auch magnetisch die verschiedenen Anodenkreise so koppeln, dass jeweils die folgende Anode infolge der Zündung der vorhergehenden Anoden einen die Zündung hervorrufenden Spannungsstoss empfängt. Eine solche Kopplung gestattet auch, wie leicht ersichtlich, die Unterschiede im Spannungsabfall auszugleichen.
Falls die Anoden, die parallel arbeiten müssen, in ihrer Nähe mit einem oder mehreren inneren oder äusseren Steuergitter versehen sind, die dazu dienen, entweder die nachbleibende Ionisierung zu beseitigen, die zu Rückzündungen Anlass geben kann, oder den Zündungsaugenblick zu steuern, ist vorgeschlagen worden, die Gitter parallel zu schalten und mit der gemeinsamen Steuerspammngsquelle unmittelbar oder über Widerstände zu verbinden. Diese Lösung besitzt einen sehr schweren Nachteil. Wenn ein Gitter die Zündung einer einzelnen Anode beendet hat, fällt seine Spannung sofort ab. Daraus ergibt sich, dass die Zündung der andern Anoden erschwert wird und dass die Anodeninduktanzen verstärkt werden müssen, damit diese andern Anoden zünden können.
Die Erfindung will eine Anordnung schaffen, die es gestattet, für den Parallelbetrieb von zwei oder mehreren mit Gittern versehenen Anoden Anodeninduktanzen zu benutzen, die nur so gross sind, dass sie die Unterschiede im Spannungsabfall der Lichtbogen ausgleichen. Die Gitterkreise sind dabei magnetisch untereinander und mit den Anodenkreisen so gekoppelt, dass das Gitter einer verzögert zündenden parallel geschalteten Anode durch die Zündung der anderen Anoden einen positiven Spannungsstoss erhält, der die Zündung auch dieser Anode veranlasst.
Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigt Fig. 1 eine Schaltung, die auf den Parallelbetrieb von zwei Anoden mit Induktanzspulen und Gittern anwendbar ist ; Fig. 2 die entsprechende Anordnung für drei Anoden, Fig. 3 die Anordnung für den Parallelbetrieb von zwei Anoden, die durch zwei parallele Spulen der gleichen Phase eines Transformators betrieben werden ; Fig. 4 eine Anordnung mit magnetischer Kopplung zwischen zwei Anoden und ihren Steuergittern auf dem gleichen Magnetkern ; Fig. 5 die entsprechende Anordnung für drei Anoden.
In Fig. 1 speist die Hauptsehiene 1, die an einen Pol der Sekundärwicklung des Speisetransformators gelegt ist, die beiden Anoden 2 und 3 über die Induktanzen 4 und 5. Zwischen die Anoden 2 und 3 ist die Primärwicklung 6 eines kleinen einphasigen Transformators geschaltet ; die Sekundärspule. die eine viel höhere Windungszahl hat als die Primärwicklung, besitzt eine Mittelanzapfung 7, die mit der gemeinsamen Steuer spannungs quelle 8 für die Gitter verbunden ist. Die Sekundärwicklung des Gitter-
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wiedergegebene, wobei vorausgesetzt ist, dass die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Gitter- transformators im gleichen Sinne gewickelt sind.
Es sei beispielsweise angenommen, dass die Anode
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zuerst zündet. Dann wird diese Anode einen plötzlichen Spannungsabfall erfahren, u. zw. gleich dem Unterschied zwischen der Zündspannung und dem Spannungsabfall im Lichtbogen. Da die Spannung' der Anode 3 nicht abfällt. wird an den Klemmen der Primärwieldung 6 plötzlich ein Spannungsunter-
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der Klemme 7 und dem Gitter 10 wiederfinden. Das Gitter wird dadurch plötzlich positiv. Da ausserdem die Spannung der Anode 3 dann grosser ist als die der Anode 2 (um den induktiven Spannungsabfall in der Induktanz 4), wird die Anode 3 zünden. Mit andern Worten, es ruft die Zündungsverzögerung an einer Anode einen plötzlichen positiven Spannungsstoss am Gitter der andern hervor.
Dieser Spannungsstoss kann beliebig stark gemacht werden durch Erhöhung des Übersetzungsverhältnisses des Gittertransformators, der im übrigen wegen der Kleinheit der Gitterströme sehr klein ist. Daher zünden die Anoden im wesentlichen im gleichen Augenblick : erfahrungsgemäss ist eine Verzögerung kaum festzustellen. Die Anodeninduktanzen haben nur noch die Unterschiede des Spannungsabfalles im gezündeten Lichtbogen auszugleichen.
Diese Schaltung lässt sich sehr einfach auch auf den Parallelbetrieb von drei mit Induktanzen versehenen Anoden anwenden. Man kann beispielsweise drei Gittertransformatoren anwenden, die gleich dem in Fig. 1 zwischen jeder der drei paarweise aneinander zugeordneten Anodengruppen angeordnet sind : die drei Mittelpunkte der drei Sekundärwicklungen sind zusammengeschaltet und mit der gemeinsamen Speisequelle der Gitter verbunden, und jedes Gitter ist mit je einer Sekundärklemme von zwei Gittertransformatoren verbunden. Es ist dabei leicht zu erkennen, dass jede Anode, die früher zündet. den Gittern der beiden andern einen starken Spannungsstoss zufliessen lässt, der deren Zündung bewirkt. Man kann ohne Nachteil einen der drei Transformatoren weglassen : man kann weiter (s.
Fig. 2) die drei Gittertransformatoren zu einem dreischenkeligen Transformator vereinigen.
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und 17. Auf einem dreischenkeligen Magnetkern sind drei sterngeschaltete Spulen 19, 20, 21 angeordnet, deren freie Enden mit den drei Anoden verbunden sind. Auf dem gleichen Kern finden sich weiter drei Spulen 22,23 und 24, die gleichfalls in Stern geschaltet sind. Ihr Sternpunkt ist mit der Steuerspannungsquelle 25 für die Gitter verbunden. Die freien Enden der Spulen 22,.'23, 24 sind bezüglich mit den Gittern 26,27, 28 verbunden.
Wenn unter dem Einfluss der Gitterspannungsquelle 25 beispielsweise die Anode 12 zuerst zündet, so entsteht ein plötzlicher Spannungsabfall gegenüber den Anoden 13, 14. der in den Spulen 19, 20, 21 einen Strom hervorruft, welcher seinerseits die plötzliche Entstehung eines magnetischen Feldes in dem Eisenkern zur Folge hat. Durch dieses entstehende magnetische Feld werden nun in der Sekundärwicklung, deren freie Enden mit den Gittern verbunden sind, entsprechend dem Über- setzungsverhältnis gegenüber dem Spannungsabfall auf der Primärseite erhöhte Spannungen induziert. welche zufolge des gewählten Wieklungssinnes als positive Gitterpannungen die Zündung des Lichtbogens auch derjenigen Anoden bewirken, die unter dem Einfluss der Gitterspannungsquelle bisher nicht gezündet hatten.
Wenn zwei Anoden vorzünden, so wird das Gitter der dritten ebenfalls einen die Zündung hervorrufenden Spannungsstoss empfangen. Diese Schaltungen lassen sich ohne Schwierigkeit auf eine beliebige Zahl it mit Indu1. -tanzen versehener parallel arbeitender Anoden übertragen, sei es, dass man tu bzw. M-- ? einphasige Gittertransformatoren verwendet oder einen einzigen Transformator mit 11 Schenkeln.
Die beschriebenen Schaltungen können auch angewendet werden, wenn die zum Ausgleich des Unterschiedes in den Lichtbogenabfällen der parallel arbeitenden Anoden dienenden besonderen Vorschaltinduktanzen ersetzt sind durch die Streureaktanzen mehrerer gleichphasiger Wicklungen des Speisetransformators, an die die einzelnen parallel arbeitenden Anoden angeschlossen sind.
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gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen ; doch werden die Anoden hier durch zwei unabhängige Wicklungen 29, 30 gespeist, die sich auf dem gleichen Schenkel des Speisetransformators befinden.
Die Erfindung ist auch anwendbar, wenn statt unabhängiger Anodeninduktanzen magnetisch gekoppelte verwendet werden. Dabei können die von den Anodenströmen durchflossenen und die zur Steuerung der Gitter dienenden Wicklungen auf einem und demselben Magnetkern vereinigt werden.
Das zeigen beispielsweise die Fig. 4 und 5.
In Fig. 4 ist 31 ein zweisehenkeliger Magnetkern, auf dem die vor den Anoden 34,. 35 liegenden Wicklungen 32,33 so angeordnet sind, dass ihre Amperewindungen einander entgegenarbeiten. Die Steuerspannungsquelle 36 speist die Gitter 37, 38 über dünndrähtige Wicklungen 39, 40, die gleichfalls auf dem Magnetkern entgegengesetzt geschaltet angeordnet sind.
Wenn unter der Wirkung der Spannungsquelle 36 die Anode 34 zuerst zündet, entsteht als Folge des plötzlichen Spannungsabfalles an dieser Anode ein magnetisches Feld in dem Eisenkern und dadurch
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Haben beide Anoden gezündet, so gleichen die beiden Wicklungen 32, 33 die Unterschiede der Spannun's- abfälle im Lichtbogen aus. Der Unterschied im Strom, der durch einen gegebenen Unterschied der beiden
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Spannungsabfälle entsteht, ist um so schwächer, je höher die Induktanz der Wicklungen ist. Da die Unterschiede in der Zündspannung durch die diinndrähtige Wicklung ausgeglichen werden und die starkdrähtige Wicklung nur die Unterschiede im Spannungsabfall im Lichtbogen auszugleichen braucht, kann die Induktanz sehr klein sein.
Fig. 5 zeigt die Anwendung einer ähnlichen Schaltung auf den Parallelbetrieb von drei Anoden.
Die Klemme 42 der Sekundärwicklung des Speisetransformators ist mit den drei Anoden 49, 50, 51 mittels dreier starkdrähtiger Wicklungen 43, 44, 45 verbunden, die auf einen dreischenkeligen Magnetkern 56 gewickelt sind. Auf diesem gleichen Kern sind drei dünndrähtige in Stern geschaltete Wicklungen 46 bis 48 angebracht, deren Sternpunkt mit der gemeinsamen Steuerspannungsquelle 65 verbunden ist, während die freien Enden an die Gitter 52, 53, 54 angeschlossen sind. Diese Schaltung wirkt ähnlich der vorbeschriebenen ; die dünndrähtigen Wicklungen rufen die gleichzeitige Zündung der drei Anoden hervor, und die dickdrähtigen Wicklungen gleichen die Unterschiede der Spannungsabfälle des Lichtbogens aus.
Dieser Ausgleich erfolgt nicht vollkommen, wenn nicht die magnetischen Widerstände der den drei Schenkeln entsprechenden Magnetkerne gleich sind, oder wenn nicht die Windungszahlen im umgekehrten Verhältnis zu den magnetischen Widerständen gewählt sind.
Man könnte auch drei Anordnungen ähnlich der der Fig. 4 derartig vereinigen, dass der Parallelbetrieb der drei Gruppen von Anoden, die paarweise einander zugeordnet sind, sichergestellt wird. Weiter könnte man auch diese Anordnungen auf Schaltungen mit beliebiger Anodenzahl ausdehnen.
Im vorstehenden ist angenommen, dass die Steuerelektroden durch Gitter gebildet werden, doch gelten die Schaltungen ohne Abänderung für den Fall der Steuerung durch äussere Steuerelektroden.
Weiter kann man in die Kreise der Steuerelektroden vor oder hinter den beschriebenen Anordnungen Widerstände oder Impedanzen einschalten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur Sicherung des Belastungsgleiehgewichtes zwischen zwei oder mehreren parallel arbeitenden Anoden von gittergesteuerten Lichtbogengleiehrichtern, bei welcher die Unterschiede des Spannungsabfalles im Lichtbogen durch unabhängige oder untereinander gekoppelte Induktanzen ausgeglichen werden, die gegebenenfalls durch die Wicklungen des Speisetransformators gebildet werden können, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Kopplungstransformatoren für die parallel arbeitenden Anoden jeder Phase, die mit ihren Primärwicklungen zwischen die parallel arbeitenden Anoden geschaltet und deren sekundäre Wicklungsenden an die den Anoden zugeordneten Steuergitter angeschlossen sind, während die Steuerspannungsquelle mit dem sekundären Wicklungsmittel-bzw.
- sternpunkt verbunden ist.