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Einrichtung zur Steuerung eines elektrischen Stromes, insbesondere zur Regelung elektrischer
Maschinen.
Es sind bereits zahlreiche Anordnungen vorgeschlagen worden, die eine elektrische Grösse bei einem Verbraucher, z. B. einer elektrischen Maschine, mittels gesteuerter Entladungsstrecken beeinflussen. Verwendet man Elektronenröhren, so hat man zwar den Vorteil einer kontinuierlichen Steuerung ; bei den üblichen Spannungsverhältnissen, insbesondere bei der Steuerung von Maschinen, würde sich jedoch ein zu grosser Spannungsabfall ergeben. Man wird daher, wie ebenfalls vorgeschlagen ist, vorzugsweise gittergesteuerte Dampfentladungsgefässe verwenden, die den Vorteil eines sehr kleinen Spannungsabfalles haben. Vielfach, insbesondere beim Betrieb elektrischer Maschinen, ist nun die Aufgabe gestellt, Grösse, Richtung und Zeitdauer des einem Verbraucher zuzuführenden Stromes und der Spannung zu steuern.
Bisher behalf man sich in der Weise, dass die Steuerung der Energie durch Widerstände und Umschalter in den Hauptkreisen erfolgte. Gemäss der Erfindung kann man nun die gestellte Aufgabe auch mit gittergesteuerten Dampfentladungsgefässen lösen, u. zw. werden Strom und Spannung die den beiden Klemmen eines Gleichstromverbrauchers mit festliegender Energierichtung von einer Speisewechselspannung zugeführt werden, lediglich durch die willkürlich oder selbsttätig erfolgende Beeinflussung der Gittersteuerung mindestens zweier Gruppen gittergesteuerter Dampfentladungsgefässe bestimmt, von denen stets höchstens eine einer möglichen Richtung entsprechende Gruppe leitend ist, wobei die zu dieser Gruppe gehörenden gittergesteuerten Dampfentladungsgefässe einzeln gesteuert werden,
während sämtliche übrigen Gefässe durch Aufdrücken eines negativen Gitterpotentials gesperrt sind.
Die Vorteile, welche die Erfindung bietet, sollen an einem Anwendungsbeispiel kurz erläutert werden. Es möge sich um einen rauhen Betrieb, z. B. einen reversierbaren Walzwerksantrieb, handeln.
Auf Grund der Erfindung ist es nun möglich, einerseits normale Gleichstrommotoren zu verwenden, anderseits auf jegliche bewegte Schalter, die bei einem rauhen Betrieb und häufiger Umschaltung besonders störanfällig sind, in den Motorkreisen zu verzichten. Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung für selbsttätige Regelungen.
In den Fig. 1-6 der Zeichnung sind verschiedene Schaltanordnungen gemäss der Erfindung dargestellt. Zunächst soll die Wirkungsweise der Erfindung an Hand der Fig. 1 erläutert werden. Das Wechselstromnetz speist über eine Primärwicklung 1 und die Sekundärwicklungen 8-11 eines Transformators und die Gleichrichtergruppen 2 und 3 den Verbraucher 16, beispielsweise eine zusätzliche Wicklung einer elektrischen Maschine. Im zunächst betrachteten Zeitabschnitt möge den Gittern 12 und 13 vor den Anoden 4 und 5 der Gruppe 2 eine positive Spannung gegeben sein, so dass die Gruppe 2 im Sinne des ausgezogenen Pfeiles dem Verbraucher 16 Strom liefert. Zu gleicher Zeit möge den Gittern 14 und 15 vor den Anoden 6 und 7 der Gruppe 3 eine solche negative Spannung gegeben sein, dass die Gruppe 3 keinen Strom liefern kann.
Während eines andern Zeitabschnittes möge die Spannung der Gitter der Gruppe 2 negativ und die der Gitter der Gruppe 3 positiv gewählt werden. Dann erfolgt die Stromlieferung im Sinne des gestrichelten Pfeiles.
Die Gittersteuerung ist in der Fig. 1 nicht näher angegeben ; sie kann in an sich bekannter Weise geschehen durch einen Kommutator, einen Gittertransformator, einen Drehtransformator oder eine veränderliche Gleichspannung. Die Veränderung der Gittersteuerung kann von Hand oder selbsttätig geschehen. Bei der geschilderten Betriebsweise ist es nicht erforderlich, dass eine Symmetrie hinsichtlich der elektrischen Grössen der beiden Gruppenkreise 2 und 3 besteht. So ist z. B. eine Strombegrenzung bei der Gruppe 3 dadurch vorgesehen, dass ein zusätzlicher Widerstand 17 in den Stromkreis eingeschaltet ist.
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In der Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform dargestellt. Die Gruppen von Entladungsgefässen sind hier in zwei Paare 21 und 24 bzw. 22 und 23 aufgelöst, wobei die Entladungsgefässe 21 und 24 mit den Kathoden 25 und 28 und Anoden 29 und 32 die eine Stromrichtung und die Entladungsgefässe 22 und 23
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hervorrufen. Bei der Anordnung nach Fig. 2 vermeidet man eine zweite Selrundärwicldung des Transformators, so dass der Transformator nur aus einer Sekundärwicklung mit den Teilen 19 und 20 und der Primärwicklung-M besteht.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 3. An Stelle der Gruppen bzw. Paaranordnung nach Fig. 1 oder 2 ist ein Gefäss 35 mit drei emittierenden Hauptelektroden 36, 37,. 38 vorgesehen, an dessen Stelle auch zwei Gefässe mit je zwei emittierenden Hauptelektroden verwendet werden können. Zur Steuerung des Stromdurchganges dienen die Gitter 34,39, 40 und 41. Der Verbraucher 33 wird über das gemeinsame Entladungsgefäss 35 von dem Transformator 18, 19, 20 gespeist.
Auch in einer BrÜckenschaltung entsprechend der Fig. 4 lassen sich die einzelnen Entladungsgefässe anordnen, wenn z. B. der Brücke bei 42 und 43 vom Transformator Spannung zugeführt wird und der Gleichstrom an den Brückenknoten 44 und 45 dem Verbraucher 33 zugeleitet wird. Während eines bestimmten Zeitintervalles soll Strom durch den Verbraucher 33 im Sinne des ausgezogenen Pfeiles fliessen. Es sind dann in der einen Halbperiode des Wechselstromes die Entladungsgefässe 75 und 76 stromdurchlässig, während alle andern stromundurehlässig sind. In der andern Halbperiode sind die Entladungsgefässe 77 und 78 leitend. Erfolgt die Stromlieferung zum Verbraucher im Sinne des punktierten Pfeiles, so sind die Entladungsgefässe 79 und 80 bzw. 81 und 82 an der Stromleitung beteiligt.
Selbstverständlich kann man auch die acht einzelnen Entladungsgefässe in vier Entladungsgefässen mit einer Kathode und zwei Anoden zusammenfassen ; also z. B. 75 und 77,79 und 81, 76 und 80, 78 und 82.
In der Fig. 5 ist ein Anwendungsbeispiel der Gittersteuerung für die Spannungsregelung einer elektrischen Maschine durchgeführt. Eine Antriebsmaschine 46 treibt einen Ein-oder Mehrphasengenerator 47 an, der das Netz 83 speist. Die Erregerwicklung 49 erhält Strom von der Erregermaschine 48, die zwei Feldwicklungen 50 und 51 besitzt. Die Feldwicklung 50 des Generators 48 ist selbst oder fremd erregt. Die zusätzliche Feldwicklung 51 wird vom Transformator 84 mit der Primärwicklung 74 und den Sekundärwicklungen 72 und 73 über die Entladungsgefässe 60, 61, 62 und 63 gespeist. Die Gitterkreise erhalten neben geeigneten negativen Gleichvorspannungen 58, 67 und 70 Wechselspannungen durch die Transformatoren 56,57, 71 bzw. 68, 69.
Wie aus den Fig. 1-4 und 5 ersichtlich ist, besitzt jedes Ent- ! adungsgefäss seine eigene Steuerelektrode bzw. wenn mehrere Entladungsstrecken in einem Gefäss angeordnet sind, vgl. Fig. 1, jede Entladungsstrecke ihre eigene Steuerelektrode. Wie ferner aus der Fig. 5 zu ersehen ist, wird jedes Entladungsgefäss, d. h. jede Entladungsstrecke, einzeln gesteuert. Durch die Einzelsteuerung wird es ermöglicht, dass jede Entladungsstrecke zu dem vorgesehenen Zeitpunkt leitend wird. Weiter ist ein spannungsabhängiger Schalter 85 mit einer Spannungsspule 52 und einem Kontaktstück 53, welches je nach der Spannung Kontakt mit dem Kontakt 54 oder 55 macht, vorgesehen.
Der Steuervorgang möge etwa wie folgt verlaufen :
Durch Entlastung steige die Spannung des Generators 47. Dieses hat zur Folge, dass der Schalter 85 den Transformator 68/69 bei 55 abschaltet und den Transformator 56/57/71 bei 54 zuschaltet. Die Gitter 59 und 64 der Entladungsgefässe 60 und 63 erhalten dadurch eine solche Spannung, dass die Ent- ladungsgefässe 60 und 63 Strom führen. Der Wicklungssinn der Spule 51 ist nun so, dass ihr Feld dem Feld der Wicklung 50 entgegenwirkt. Die weitere Folge ist, dass die Spannung des Generators 48 bzw. 47 zurückgeht. Der spannungsabhängige Schalter 85. fällt ab, schaltet den Transformator 56/57/71 ab und den Transformator 68/69 zu.
An Stelle der Entladungsgefässe 60 und 63 sind nunmehr die Entladungs- gefässe 62 und 62 infolge der Änderung der an den Gittern 66 und 65 liegenden Steuerspannung stromführend, so dass sich der Strom in der Spule 51 umkehrt und das Feld der Wicklung 50 verstärkt, d. h., die Spannung des Generators 48 bzw. 47 erfährt eine Erhöhung. Die Schnelligkeit des Regelvorganges, der tirrillartig verläuft, hängt, abgesehen von den Induktivitäten, von der Trägheit des Schalters 85 ab. Da dieser Schalter nur kleine, praktisch leerlaufende Transformatoren zu-und abschaltet, kann man ihn im Gegensatz zu andern Schnellschaltern sehr klein halten und ihn zur Erhöhung der Empfindlichkeit nach Art eines polarisierten Relais ausbilden.
Eine Regelung der Gitterspannung kann auch mit Hilfe eines Drehtransformators in fester mechanischer Kupplung, gegebenenfalls unter Verwendung einer Übersetzung, mit einem Drehfeldmagneten erfolgen. Eine dementsprechende Schaltanordnung zeigt Fig. 6. Ein von der Spannung des Generators 42 gespeister und abhängiger Drehfeldmagnet 86 ist durch die Welle 87 mit dem Drehfeldtransformator 88 gekuppelt und wird durch irgendeine nachgiebige Spannvorrichtung 89 am Umlaufen verhindert. Auf der Achse 87 sind im Drehfeldtransformator 88 zwei Spulen 90 und 91 in einem Phasenwinkel gegeneinander verschoben so angeordnet, dass sie den Gittertransformatoren 56/57/71 bzw. 68/69 Spannungen zuführen, die beispielsweise annähernd 1800 gegeneinander verschoben sind.
Durch den spannungsabhängigen Drehfeldmagneten wird die Achse 87 nach rechts oder links gegen die Richtkraft 89 verdreht und damit auch die Spulen 90 und 91 im Feld des Drehtransformators 88.
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Für den Fall, dass der Drehfeldtransformator 88/90/91 einphasig gespeist wird, ist Amplitude und Phase der in den Spulen 90 und 91 induzierten und den Gittertransformatoren zugeführten Spannung ver- änderlich. Für eine zwei-oder dreiphasige Speisung ist die Amplitude konstant und die Phase veränderlich, so dass immer eine Einwirkung auf die Entladungsröhren durch die Gitterwechselspannungcn stattfindet.
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Selbstverständlich kann auch der Erlindungsgedanke bei Verbrauchern Anwendung finden, bei denen mehr als zwei Stromrichtungen möglich sind, beispielsweise bei Verbrauchern mit Stromverzweigung. Um dann die Stromrichtung in den verschiedenen Zweigen des Verbrauchers in dem einen oder andern Sinne steuern zu können, sind dann eine entsprechende Anzahl von Gruppen von Entladungsgefässen mit entsprechender Gittersteuerung notwendig. Ist es erwünscht, dass die Steuerung möglichst trägheitslos erfolgt, so kann man beispielsweise zwischen dem zu überwachenden Generator und den Steuergitter eine von dem Generator gesteuerte Vorrichtung zur Erzeugung von Kippschwingungen mit Hilfe von Lichtbogenentladungen vorsehen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Steuerung des elektrischen Stromes eines Gleiehstromverbrauchers mit festliegender Energieriehtung, insbesondere zur Regelung elektrischer Maschinen mittels gittergesteuerter Dampfentladungsgefässe, dadurch gekennzeichnet, dass Grösse, Zeitdauer und Richtung des den beiden Klemmen eines Verbrauchers (z.
B. der Feldwicklung einer elektrischen Maschine) von einer Speisewechselspannungsquelle zugeführten Stromes und der Spannung lediglich durch die willkürlich oder selbsttätig erfolgende Beeinflussung der Gitter mindestens zweier Gruppen gittergesteuerter Dampf- entladungsgefässe bestimmt sind, von denen stets höchstens eine einer möglichen Richtung entsprechende Gruppe leitend ist, wobei die zu dieser Gruppe gehörenden gittergesteuerten Dampfentladungsgefässe einzeln gesteuert werden, während sämtliche übrigen Gefässe durch Aufdrücken eines negativen Gitterpotentials gesperrt sind.