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Einrichtung zur Steuerung von Gasentladungsröhren
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung von Gasentladungsröhren, welche als Schaltröhren für einen Stromverbraucher wirken, der unter Verwendung von zwei Kippspannungsgeneratoren periodisch an das Stromversorgungsnetz zu-und abgeschaltet werden soll. Die Einrichtung eignet sich besonders für die Programmund Leistungssteuerung bei Nahtschweissmaschinen.
Beim elektrischen Nahtschweissen werden für gewisse Zwecke in der Stromzuführung regelmässige Pausen eingeschaltet, d. h. das Zu-und Abschalten erfolgt nach einem Programm. Beispiele solcher Schweissprogramme zeigen Fig. 1 a bis 1 d. In der Fig. 1 sind in Abhängigkeit der Zeit die periodisch durchgelassenen Stromhalbwellen (ausgezogen) und die jeweils folgenden gesperrten Halbwellen (punktiert) dargestellt. Den durchgelassenen Halbwellen entspricht die Arbeitszeit und den gesperrten Halbwellen entspricht die Pausenzeit. In der Fig. 1 a ist der Betriebsfall gezeigt, wo immer eine Halbwelle durchgelassen wird und dazwischen zwei Halbwellen gesperrt sind. Bei Fig. l b kommen auf eine Halbwelle Durchlass vier Halbwellen
Sperrung. Die dabei für die Schweissung übertragene Leistung ist bzw. i der kontinuierlichen vollen Leistung.
In der Fig. 1 c folgen zwei
Durchlasshalbwellen zwei gesperrten Halbwellen, in der Fig. 1 d folgen vier Durchlasshalbwellen zwei
Sperrhalbwellen. Die übertragene Leistung ist bzw. der kontinuierlichen vollen Leistung.
Die verlangten Unterbrechungen, also die Pausenzeiten'des Schweissstromes kann man durch Synchronschalter erreichen. Bei grossen
Schweissmaschinen ergeben sich jedoch Schwierig- keiten, und man verwendet dann mit Vorteil ge- steuerte Gleichrichter, insbesondere sogenannte
Ignitrons. Zur Steuerung dieser Ignitrons dient die nachstehend beschriebene erfindungsgemässe
Einrichtung.
Die Erfindung besteht darin, dass zwei ge- steuerte Kippspannungsgeneratoren derart zu- sammengeschaltet sind, dass die an je einem Wider- stand in jedem Kippgenerator auftretenden Kipp- spannungen sich summieren als resultierende
Steuerspannung auswirken, wobei jedem Kipp- generator wenigstens eine von der Netzfrequenz abhängige Spitzenspannung zugeführt wird und dass die genannte resultierende Steuerspannung die Steuerung der Gasentladungsröhren bewirkt, derart) dass eine periodische Zu-und Abschaltung des Stromverbrauchers nach eine n Programm erfolgt.
Die Erfindung wird nun an Hand eines Ausführungsbeispieles beschrieben :
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung unter Verwendung zweier, zusammengeschalteter gesteuerter und je zwei Verstärkerröhren aufweisender Kippspannungsgeneratoren A und B. Die Zusammenschaltung erfolgt so, dass sie in bezug auf die Zuführung der Anodengleichspannung hintereinander geschaltet sind.
Die Hintereinanderschaltung besteht darin, dass beim Kippgenerator A in der Kathodenleitung der Röhre 2 der Ohmsche Widerstand 5 liegt, welcher mit dem in der Anodenleitung der Röhre 22 liegenden Widerstand 25 des Kippgenerators B zusammengeschaltet ist. Mit Rücksicht auf diese Zusammenschaltung der Widerstände 5 und 25 ist der Aufbau der an sich gleichwertigen Kippgeneratoren A und B verschieden. Beim Kippgenerator A ist die Kathode des zweiten Ver- stärkerrohres 1 mit dem Kathodenwiderstand 4 und über den Kondensator 3 mit der Kathode der Röhre 2 gekoppelt.
Das Gitter des Rohres 1 ist über einen Ohmschen Widerstand und den
Kondensator 8 mit der Kathode verbunden, des- gleichen das Gitter des Rohres 2 über die Sekun- därwicklung eines Transformators 11 und den
Kondensator 9 mit der Kathode von 2 verbunden.
Über die Widerstände 6 und 7 erfolgt eine Ab- leitung der beiden Gitter an die negativen Punkte der Kathodenwiderstände 6 und 7. Die Anoden der Röhren sind zusammen mit dem +-Pol der
Anodenspannungsquelle verbunden. Der Kipp- generator B unterscheidet sich von A im wesent- lichen dadurch, dass in den Anodenleitungen der
Röhren 21 und 22 die Widerstände 24 und 25 eingeschaltet sind, während die Kathoden unter sich verbunden und an dem negativen Spannungs- pole (-) der Anodenspannungsquelle ange- schaltet sind. Die Anoden der Röhren sind über den Kondensator 23 gekoppelt.
Ferner sind die
Anoden der beiden Röhren über die Konden- satoren 28 und 29 mit den Gitterkreisen der je- weils anderen Röhre verbunden. Über die Wider- stände 26 und 27 stellen sich Gittervorspannungen
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ein, wie sie für den richtigen Betrieb der Generatoren erforderlich sind.
Die Steuerung der Kippgeneratoren zur Einleitung bestimmter Kippentladungen erfolgt über Transformatoren. In die Gitterkreise werden dabei Spitzenspannungen induziert, welche von der Netzfrequenz abhängig sind. Die Spitzenspannungen werden dem Generator A über den Transformator 11 und dem Generator B über die Transformatoren 31 und 32 zugeführt.
Durch die geeignete Wahl der Gitter-, Kathoden-und Anodenwiderstände sowie der Koppelkondensatoren 3 bzw. 23 ist es in bekannter Weise möglich, die Einleitung von Kippvorgängen so festzulegen, dass ein Kippvorgang z. B. bei jeder eintretenden Spannungsspitze erfolgt. Es ist aber auch möglich, den Kippvorgang erst nach zwei oder erst nach drei usw. algelaufenen Spannungsspitzen eintreten zu lassen. Der Generator A ist z. B. so eingestellt, dass mit jeder Spitzenspannung ein Einkippen und nach Verschwinden derselben ein Auskippen erfolgt.
Die Folge ist dann, dass am Widerstand 5 kurz- zeitige Spannungsimpulse mit jeder steuernden
Spannungsspitze auftreten. Bei Verwendung von 50periodigem Wechselstrom werden somit
100 Spannungsimpulse pro Sekunde erzeugt. Der Generator B jedoch ist so eingestellt, dass bei Auftreten einer steuernden Spannungsspitze über 31 und 32 am Widerstand 25 ein Spannungsabfall entsteht und dass bei der nächsten eintretenden Spannungsspitze der Spannungsabfall wieder verschwindet. Es entstehen dann am Widerstand 25 Spannungsimpulse von jeweils 11lOo Sekundendauer. Der nächste Impuls kann nun wieder nach einer weiteren hundertstel Sekunde einsetzen. Die Pausendauer kann aber auch länger dauern, was einfach durch eine entsprechende Änderung an den Widerständen 26 und 27 erreicht werden kann.
Es ist auf jeden Fall immer möglich, die Impulse zeitlich genau definiert ablaufen zu lassen. Die Impulsfolge kann nach einem bestimmten, wählbaren, zeitlichen Programm erfolgen.
Als Verstärkerröhren werden zweckmässig gasgefüllte Entladungsröhren (Thyratrons) verwendet.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende :
Es sei angenommen, dass im Ruhezustand im
Generator A das Rohr 1 stromdurchlässig, also gezündet ist, während das Rohr 2 gesperrt ist.
Dann liegt praktisch die gesamte Gleichspannung Va des Generators A am Widerstand 4. Der
Kondensator 3 ist über den Widerstand 5 auf- geladen, u. zw. so, dass der Anschluss an die Kathode von 1 positiv ist. Entsprechend ist Kondensator 8 über den Widerstand 6 aufgeladen. Nun wird die Röhre 2 durch das Auftreten einer positiven
Spannungsspitze am Gitter stromdurchlässig.
Die Kathode dieser Röhre, die bisher das Null- potential der Leitung 0 aufwies, wird auf nahezu das volle Potential der positiven Spannungs- zuführung gehoben. Dadurch wird aber über den geladenen Kondensator 3 die Kathode von 1 vorübergehend über das volle positive Potential der positiven Spannungsxuführung gehoben.. Die Spannung an der Röhre 1 wechselt daher, so dass der Anodenstrom verschwindet. Dieser Vorgang vollzieht sich in Form eines Kippvorganges und am Widerstand 5 tritt eine plötzliche Kippspannung auf. Durch entsprechende Wahl des Zeitkreises 8 und 6 wird dafür gesorgt, dass Röhre 1 in sehr kurzer Zeit (zirka 1-1 Halbwelle) wieder zündet, wodurch der Ausgangszustand wieder hergestellt wird.
Der nächste Spitzenimpuls kann dann den Vorgang wieder auslösen. Die Kippspannungen erscheinen daher in Abständen von 1/100 Sekunde.
In etwas anderer Weise arbeitet der Kippgenerator B. Es sei angenommen, dass das Rohr 21 gerade stromführend, also gezündet ist. Dann ist dasRohr 22 gesperrt und die Spannung am Widerstand 25 ist Null. Treten nun an den Transfor- matoren 3i und 32 Spannungsspitzen auf, so werden die Gitter von 21 und 22 gleichzeitig positiv gesteuert. Da das Rohr 21 bereits stromführend ist, tritt hier keine Änderung ein. Dagegen zündet das Rohr 22 und es vollzieht sich ein
Kippvorgang. Nahezu die ganze Gleichspannung zwischen 0 und-tritt nun plötzlich am Widerstand 25 auf und die Spannung an der Röhre 22 sinkt auf wenig über das-Potential. Die Anode von 21 wird über den Kondensator 23 auf nahezu das Doppelte negative Potential gebracht. Dadurch setzt der Strom durch das Rohr 21 aus.
Ein Wieder- zünden ist zunächst nicht möglich, da das Gitter gleichzeitig über den Kondensator 29 auf nega- tives Potential gebracht wird. Gleichzeitig wird der Kondensator 23 umgeladen. Daraufhin ent- ladet sich der Kondensator 29 über den Wider- stand 26 und die Röhre 22. Die Entladezeit- konstante wird bestimmt durch die Grösse des
Kondensators 29 und des Widerstandes 26. Die
Entladung des Kondensators 29 erfolgt nach der bekannten Exponentialkurve, wobei derselben die vom Transformator 32 gelieferte Spitzen- spannung überlagert ist. Sobald nun eine dieser
Spitzen das Gitter der Röhre 21 genügend positiv macht, zündet diese Röhre, wodurch Röhre 22 über den Löschkondensator 23 gelöscht wird, dieser selbst umgekehrt wieder aufgeladen und das
Gitter der Röhre 22 vorerst negativ gehalten wird.
Dann wiederholt sich der geschilderte Vorgang an Röhre 22, wobei als Zeitelemente Kondensator 28 und Widerstand 27 wirken. Es ergibt sich somit, dass an den Widerständen 4 oder 5 bzw. 24 oder 25 Spannungen auftreten, deren Verlauf durch sprunghafte Änderung zwischen Null und einem Maximalwert charakterisiert ist. An den Widerständen 5 und 25 treten Impulsspannungen U5 und U25 auf, die sich summieren und sich als resultierende Steuerspannung auswirken. Sie dient dazu weitere Röhren zu steuern, welche ihrerseits die Zu-und Abschaltung des Stromverbrauchers, z. B. eines Schweisstransformators, ausführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 3 dargestellt, auch hier werden zwei Kippspannungsgeneratoren A'und A" verwendet. Sie ent-
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sprechen dem Aufbau des Generators A der Fig, 1. Die Zuführung der Anodenspannung an die
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weist je einen Widerstand 5'bzw. 5"auf, welcher an der negativen Anodenspannungszuführung angeschlossen ist. An den beiden Kathodenpunkten dieser Widerstände werden die auftretenden Kippspannungen U"'und Ur,"zunächst einzeln abgenommen. Diese Spannungen können je einem Steuergitter einer Mischröhre zugeführt werden. Im Anodenkreis dieser Röhre wird die resultierende Steuerspannung entnommen.
Es ist auch möglich, wie aus Fig. 4 hervorgeht, die beiden äusseren Enden der Widerstände 5'und5" über je einen Widerstand R auf einen gemein-
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Steuerpunkt kann die resultierende Steuerspannung Us'+ 'abgenommen werden.
Die Erzeugung der spitzen Steuerspannung, welche über die Transformatoren 11, 31 und 32 geführt werden, können in einer Schaltung erzeugt werden, gemäss Fig. 5. Der 50 Hz Netzstrom gelangt über einen Transformator 41 und über phasenbeeinflussende Mittel, nämlich dem Regulierwiderstand 42 und dem Kondensator 43, auf den Gleichrichter 44. Auf der Gleichstromseite ist ein Transformator 45 angeschaltet, an welchem die Steuertransformatoren 11, 31 und 32 angeschlossen sind. Im Primärkreis des Transformators 45 fliesst ein pulsierender Gleichstrom, dessen Spannungskurven gleichgerichtete Sinushalbwellen sind. Im sekundären Kreis treten die gleichen Wechselstromkomponenten auf. Diese
Spannungen weisen spitze positive Halbwellen und flache negative Halbwellen auf. Die Spitzen folgen sich in Abständen von 1/100 Sekunden.
Die Phasenschieberelemente 42 und 43 dienen dazu, die Phasenlage des Zündeinsatzes in einem
Bereich von 0 bis 180 nach Bedarf einzustellen.
Insbesondere kann so der Zündzeitpunkt in bezug auf den Nulldurchgang des Stromes durch die Schaltröhre nach Wunsch und Bedürfnis ge- wählt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Steuerung von Gasent- ladungsröhren, welche als Schalter für einen an ein Netz periodisch zu-und abzuschaltenden Stromverbraucher wirken, nach einem Programm unter Verwendung von zwei gesteuerten Kippspannung generatoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Kippspannungsgeneratoren so zusammengeschaltet sind, dass die an je einem Widerstand in jedem Kippgenerator auftretenden Kippspannungen sich summieren als resultierende Steuerspannung auswirken, wobei jedem Kippgenerator mindestens eine von der Netzfrequenz abhängige Spitzenspannung zugeführt wird und dass die genannte resultierende Steuerspannung
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des Stromverbrauchers nach einem Programm erfolgt.