Einrichtung zur Steuereng eines elektrischen Stromes, insbesondere zwecks Regelung elektrischer Maschinen. Es sind bereits zahlreiche. Anordnungen vorgeschlagen worden, die eine elektrische Grösse hei. einem Verbraucher, zum Beispiel einer elektrischen 1Vlaschin.e mittelst gesteuer ter Entladungsstrecken beeinflussen. Ver wendet man Elektronenröhren, so hat man zwar den Vorteil einer kontinuierlichen Steuerung; bei den üblichen Spannungsver hältnissen, insbesondere bei der Steuerung von Maschinen, würde sich jedoch ein zu grosser Spannungsabfall ergeben.
Man wird daher, wie bereits vorgeschlagen ist, vor zugsweise gittergesteuerte Dampfentladungs- gefässe verwenden, die den Vorteil eines sehr kleinen Spannungsabfalles haben. Bei den bekannten Schaltungen wird der dem Ver braucher zugeführte Strom und die Span nung hinsichtlich der Grösse geregelt. Viel fach, insbesondere beim Betrieb elektrischer Maschinen, ist nun die Aufgabe gestellt. Grösse, Richtung und Zeitdauer des einem Verbraucher zuzuführenden Stromes zu steuern.
Bisher behalf man sich in der Weise, dass die Steuerung der Energie durch Widerstände und Umschalter in den Haupt kreisen erfolgte. Gemäss der vorliegenden Erfindung kann man nun die gestellte Auf gabe auch mit gittergesteuerten Dampfent- la.dungsgefässen lösen, und zwar wird der einem Verbraucher von einer Speisewechsel spannung zugeführte Strom allein durch die Beeinflussung der Gittersteuerung minde stens zweier Gruppen gittergesteuerter Dampfentladungsstrecken bestimmt,
von denen in jedem Augenblick höchstens eine einer möglichen Richtung zugeordnete Gruppe leitend ist und die zu dieser Gruppe gehörenden gittergesteuerten Dampfentla.- dungsstreeken einzeln gesteuert werden, während sämtliche übrigen Entladungs strecken gesperrt sind.
Die Vorteile, die die vorliegende Erfin dung bietet, sollen an einem Anwendungs beispiel kurz erläutert werden. Es möge sich um einen rauhen Betrieb, zum Beispiel einen reversierbaren Walzwerksantrieb, handeln. Auf Grund der vorliegenden Erfindung ist es nun möglich, einerseits normale Gleich strommotoren zu verwenden, anderseits auf jegliche Schalter, die bei einen rauhen Be trieb und häufiger Umschaltung besonders störanfällig sind, in den Motorkreisen zu ver zichten. Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung für selbsttätige Regelungen.
In den Fig. 1 bis 5 der Zeichnung sind verschiedene Schaltanordnungen als Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Zu nächst soll die Wirkungsweise der Erfindung anhand der Fig. 1 .erläutert werden.
Das Wechselstromnetz speist über eine Primärwicklung 1 und die beiden Sekundär wicklungen mit den Wicklungsteilen 8-11 eines Transformators. und die Gleichrichter- gruppen 2 und 3 den Verbraucher 16, bei spielsweise eine zusätzliche Wicklung einer elektrischen Maschine. Im zunächst betrach teten Zeitabschnitt möge den Gittern 12 und 13 .der Gruppe 2 eine positive Spannung ge geben sein, so.dass die Gruppe 2 im Sinne des ausgezogenen Pfeils dem Verbraucher 16 Strom liefert.
Zu gleicher Zeit möge den Gittern 14 und 15 der Gruppe 3 eine solche negative Spannung gegeben sein, dass die Gruppe 3. keinen Strom liefern kann. Wäh rend eines andern Zeitabschnittes möge die Spannung der Gitter der Gruppe 2 negativ ünd die der Gitter der Gruppe 3 positiv ge wählt werden. Dann erfolgt die Stromliefe rung im Sinne des gestrichelten Pfeils.
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 Git tersteuerung kann von Hand oder selbsttätig geschehen. Bei der geschilderten Betriebs weise ist es nicht erforderlich, dass eine Sym metrie hinsichtlich der elektrischen Grössen der beiden Gruppenkreise besteht.
So ist zum Beispiel eine Strumbegrenzung bei der Gruppe 3 dadurch vorgesehen, dass@ ein zu sätzlicher Widerstand 17 in den Stromkreis eingeschaltet ist.
In der Fig. 2 ist eine andere Ausfüh rungsform dargestellt. Die Gruppen von Entladungsgefässen sind hier in zwei Paare 21 und 24 bezw. 22 und 2'3 aufgelöst, wobei die Entladungsgefässe 21 und 24 mit den Ka thoden 25 und 28 und Anoden 29 und 32 die eine Stromrichtung und die Entladungs gefässe 22 und 23 mit den Kathoden 26 und 27 und Anoden 3-0 und 31 die andere Strom richtung in dem Verbraucher 33 hervorrufen. Bei der Anordnung nach Fig. 2 vermeidet man
eine zweite Sekundärwicklung des Transformators, so dass der Transformator nur aus den Sekundärwicklungen 19 und 20 und der Primärwicklung 18 besteht.
Auch in einer Brückenschaltung entspre chend der Fig. 3 lassen sich die einzelnen Entladungsgefässe anordnen, wenn zum Bei spiel der Brücke bei 42 und 43 vom Trans formator 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 der ausgezogenen Pfeile fliessen.
Es sind dann in der einen Halbperiode des Wechselstromes die Entladungsgefässe 75 und 76 stromdurchlässig, während alle andern stromundurchlässig sind. In der andern Halb periode sind die Entladungsgefässe 77 und 78 leitend. Erfolgt die Stromlieferung im Sinne des punktierten Pfeils, so sind die Entla dungsgefässe 79 und 80 bezw. 81 und 82 an ,der Stromleitung beteiligt. Selbstverständ lich kann man auch die acht einzelnen Ent ladungsgefässe in vier Entladungsgefässen mit einer Kathode und zwei Anoden zusam menfassen; also zum Beispiel 75 und 77, 79 und 81, 76 und 80, 78 und 82.
In der Fig. 4 ist ein Anwendungsbeispiel ;der Gittersteuerung für die Spannungsrege lung einer elektrischen Maschine durch geführt. 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 Dampfentladungsgefässe 60, 61, 62 und 63 gespeist. Die Gitterkreise erhalten neben ge eigneten negativen Gleichvorspannungen 58, 67 und 70 Wechselspannungen durch die Transformatoren 56, 57, 71 bezw. 68, 69. Wie aus. der Fig. 4 zu ersehen ist, wird jedes Entladungsgefäss, das heisst jede Entladungs strecke, einzeln gesteuert. Durch die Einzel steuerung wird es ermöglicht, dass jede Ent ladungsstrecke zu dem vorgesehenen Zeit punkt leitend wird.
Weiter ist ein span nungsabhängiger Schalter 85 mit einer Span nungsspule 52 und einem Kontaktstück 53, welches je nach der Spannung Kontakt mit 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 werden jetzt zeitweise positiv, so dass die Entladungs gefässe 60 und 63 leitend werden. Der Wick lungssinn der Spule 51 ist nun so, dass ihr Feld dem Feld der Wicklung 50 entgegen wirkt. Die weitere Folge ist, dass die Span nung des Generators 48 bezw. 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 nun mehr die Entladungsgefässe 61 und 62 in folge der zeitweise positiven Gitter 66 und 65 stromführend, so dass sich der Strom in der Spule 51 umkehrt und das Feld der Wick lung 50 verstärkt, das heisst die Spannung des Generators 48 bezw. 47 erfährt eine Er höhung. Die Schnelligkeit des Regelvor- güges, der wie oben beschrieben tirillartig verläuft, Hängt, abgesehen von den Induk- tivitäten, von der Trägheit des Schalters 85 ab.
Da dieser Schalter nur -kleine, praktisch leerlaufende Transformatoren zu- und ab schaltet, kann man ihn im Gegensatz zu an dern 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, gegebenen falls unter Verwendung einer Übersetzung, mit einem Drehfeldmagneten erfolgen. Eine dementsprechende Schaltanordnung zeigt Fig. 5. Ein von der Spannung des Genera- tors 42 gespeister und abhängiger Drehfeld- kn 86 ist durch die Welle 87 mit dem Drehfeldtransformator 88 gekuppelt und wird durch irgend eine nachgiebige Spann vorrichtung 89 am Umlaufen verhindert.
Auf .der Achse 87 sind im DreItfeldtransfor- mator 88 zwei Spulen 90 und 91 in einem Phasenwinkel gegeneinander verschoben so angeordnet, dass sie den Gittertransformato ren 56, 57, 71 bezw. 68, 69 Spannungen zu führen, die beispielsweise annähernd 180 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. Dreh transformators 88.
Für den Fall, .dass der Drehfeldtransfor- mator 88, 90, 91 einphasig gespeist wird, ist Amplitude und Phase der in den Spulen 90 und 91 induzierten und den Gittertransfor matoren zugeführten Spannung veränderlich. Für eine zwei- oder dreiphasige Speisung ist die Amplitude konstant- und die Phase ver änderlich, so dass immer eine Einwirkung auf die Entladungsröhren durch die Gitterwech selspannungen stattfindet.
Erwähnt sei noch, .dass in den Anordnun gen nach Fig. 4 und 5 die Gitter durch die Batterien 58, 67 und 70 vorzugsweise so negativ vorgespannt werden, dass die Entla- dungs..gefäss,e ohne überlagerte Wechselspan- nung undurchlässig sind und nur durch die positive Halbwelle der Wechselspannung bezw. zusammen mit der Phasenverschiebung der Gitterspannung gegen die Anodenspan nung früher oder später leitend werden.
Selbstverständlich kann auch der Erfin- dungSgedanke bei Verbrauchern Anwendung finden, bei denen mehr als zwei Stromrich tungen möglich sind, beispielsweise bei Ver brauchern 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 Git tersteuerung notwendig.
Device for controlling an electrical current, in particular for the purpose of regulating electrical machines. There are already numerous. Arrangements have been proposed that have an electrical quantity called hot. a consumer, for example an electrical 1Vlaschin.e by means of controlled discharge paths. If you use electron tubes, you have the advantage of continuous control; however, with the usual voltage conditions, especially when controlling machines, the voltage drop would be too great.
As has already been suggested, grid-controlled vapor discharge vessels, which have the advantage of a very small voltage drop, will therefore preferably be used. In the known circuits, the current supplied to the consumer and the voltage is regulated in terms of size. In many cases, especially when operating electrical machines, the task is now set. To control the size, direction and duration of the current to be supplied to a consumer.
So far, people made do in the way that the control of the energy was done by resistors and switches in the main circuits. According to the present invention, the problem can now also be solved with grid-controlled vapor discharge vessels, namely the current supplied to a consumer by an alternating supply voltage is determined solely by influencing the grid control at least two groups of grid-controlled vapor discharge paths,
of which at any given moment at most one group assigned to a possible direction is conductive and the grid-controlled Dampfentla.- dungsstreeken belonging to this group are individually controlled, while all other discharge paths are blocked.
The advantages offered by the present invention will be briefly explained using an application example. It may be a rough operation, for example a reversible rolling mill drive. Due to the present invention, it is now possible on the one hand to use normal direct current motors, on the other hand, to waive any switches that are particularly prone to failure in rough loading and frequent switching in the motor circuits. The invention is of particular importance for automatic controls.
In Figs. 1 to 5 of the drawings, various switching arrangements are shown as Ausfüh approximately examples of the invention. First of all, the mode of operation of the invention will be explained with reference to FIG.
The AC network feeds via a primary winding 1 and the two secondary windings with the winding parts 8-11 of a transformer. and the rectifier groups 2 and 3 the consumer 16, for example an additional winding of an electrical machine. In the time period considered initially, the grids 12 and 13 of group 2 may be given a positive voltage, so that group 2 supplies power to consumer 16 in the direction of the solid arrow.
At the same time, the grids 14 and 15 of group 3 may be given such a negative voltage that group 3 cannot supply any current. During another period of time the voltage of the grids of group 2 may be negative and that of the grids of group 3 positive. Then the power delivery takes place in the sense of the dashed arrow.
The grid control is not specified in more detail in FIG. 1; it can be done in a manner known per se using a commutator, a grid transformer, a rotary transformer or a variable DC voltage. The change in the grid control can be done manually or automatically. In the operating mode described, it is not necessary that there is a symmetry with regard to the electrical parameters of the two group circuits.
For example, a current limitation is provided for group 3 in that an additional resistor 17 is switched on in the circuit.
In Fig. 2, another Ausfüh is shown approximately. The groups of discharge vessels are here in two pairs 21 and 24 respectively. 22 and 2'3 dissolved, with the discharge vessels 21 and 24 with the cathodes 25 and 28 and anodes 29 and 32 one current direction and the discharge vessels 22 and 23 with the cathodes 26 and 27 and anodes 3-0 and 31 the other Cause current direction in the consumer 33. In the arrangement according to FIG. 2 one avoids
a second secondary winding of the transformer, so that the transformer only consists of the secondary windings 19 and 20 and the primary winding 18.
The individual discharge vessels can also be arranged in a bridge circuit according to FIG. 3, if, for example, the bridge at 42 and 43 is supplied with voltage from the transformer and the direct current is fed to the load 33 at the bridge nodes 44 and 45. During a certain time interval, current should flow through the consumer 33 in the direction of the solid arrows.
The discharge vessels 75 and 76 are then current-permeable in one half-cycle of the alternating current, while all the others are current-impermeable. In the other half period, the discharge vessels 77 and 78 are conductive. If the electricity is supplied in the direction of the dotted arrow, the discharge vessels 79 and 80 respectively. 81 and 82 on, the power line involved. It goes without saying that the eight individual discharge vessels can also be grouped together in four discharge vessels with one cathode and two anodes; for example 75 and 77, 79 and 81, 76 and 80, 78 and 82.
4 shows an application example; the grid control for the voltage regulation of an electrical machine is carried out. A prime mover 46 drives a single or multi-phase generator 47, which feeds the network 83. The excitation winding 49 receives power from the excitation machine 48, which has two field windings 50 and 51. The field winding 50 of the generator 48 is excited itself or externally.
The additional field winding 51 is fed from the transformer 84 with the primary winding 74 and the secondary windings 72 and 73 via the vapor discharge vessels 60, 61, 62 and 63. The grid circles received in addition to ge suitable negative DC biases 58, 67 and 70 AC voltages by the transformers 56, 57, 71 respectively. 68, 69. How out. 4 can be seen, each discharge vessel, that is to say each discharge path, is controlled individually. The individual control enables each discharge path to become conductive at the intended time.
Next, a voltage dependent switch 85 is provided with a voltage coil 52 and a contact piece 53 which, depending on the voltage, makes contact with 54 or 55.
The control process may be. run as follows. The voltage of the generator 47 increases when the load is removed. This has the consequence that the switch 85 switches off the transformer 68, 69 at 55 and switches on the transformer 56, 57, 71 at 54. The grids 59 and 64 of the discharge vessels 60 and 63 are now temporarily positive, so that the discharge vessels 60 and 63 become conductive. The winding sense of the coil 51 is now such that its field counteracts the field of the winding 50. The further consequence is that the voltage of the generator 48 BEZW. 47 goes back. The voltage-dependent switch 85 drops out, switches the transformer 56, 57, 71 off and the transformer 68, 69 on.
Instead of the discharge vessels 60 and 63, the discharge vessels 61 and 62 are now more live as a result of the temporarily positive grid 66 and 65, so that the current in the coil 51 is reversed and the field of the winding 50 is strengthened, i.e. the voltage of the Generators 48 respectively. 47 experiences an increase. The speed of the control process, which, as described above, proceeds in a tirillike manner, depends, apart from the inductances, on the inertia of the switch 85.
Since this switch only switches-small, practically no-load transformers on and off, you can keep it very small in contrast to other high-speed switches and train it to increase the sensitivity in the manner of a polarized relay.
The grid voltage can also be regulated with the aid of a rotary transformer in a fixed mechanical coupling, if necessary using a translation, with a rotating field magnet. A corresponding switching arrangement is shown in FIG. 5. A rotating field kn 86, which is fed and dependent on the voltage of the generator 42, is coupled by the shaft 87 to the rotating field transformer 88 and is prevented from rotating by some flexible tensioning device 89.
On the axis 87 in the three-field transformer 88, two coils 90 and 91 are arranged offset from one another at a phase angle in such a way that they connect the grid transformers 56, 57, 71 respectively. 68, 69 to carry voltages that are, for example, approximately 180 shifted from one another. The axis 87 is rotated to the right or left against the directional force 89 by the voltage-dependent rotating field magnet, and thus also the coils 90 and 91 in the field of the rotating transformer 88.
In the event that the rotating field transformer 88, 90, 91 is fed single-phase, the amplitude and phase of the voltage induced in the coils 90 and 91 and fed to the grid transformers can be varied. For a two- or three-phase supply, the amplitude is constant and the phase is changeable, so that there is always an effect on the discharge tubes due to the alternating grid voltages.
It should also be mentioned that in the arrangements according to FIGS. 4 and 5 the grids are preferably negatively biased by the batteries 58, 67 and 70 so that the discharge vessel e are impermeable without superimposed alternating voltage and only by the positive half-wave of the alternating voltage respectively. together with the phase shift of the grid voltage against the anode voltage sooner or later become conductive.
Of course, the concept of the invention can also be used with consumers in which more than two current directions are possible, for example with consumers with current branching. In order to be able to control the current direction in the various branches of the consumer in one sense or the other, a corresponding number of groups of discharge vessels with appropriate grid control are then necessary.