Einrichtung zur Steuerung von Gasentladungsröhren. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung von Gasentladungsröhren, wel che als Schaltröhren für einen Stromverbrau cher wirken, der periodisch an das Stromver sorgungsnetz zu- und abgeschaltet werden soll. Die Einrichtung eignet sieh besonders für die Programm- und Leistungssteuerung bei Naht schweissmaschinen.
Beim elektrischen Nahtschweissen hat es sieh nämlich gezeigt, dass man nicht unter allen Verhältnissen mit kontinuierlichem Wechselstrom schweissen kann. Für gewisse Zwecke muss man regelmässige Pausen ein schalten, das heisst das Zu- und Abschalten erfolgt nach einem Programm. Beispiele sol cher Schweissprogramme zeigen die Fig.1a bis <I>7</I> d. In diesen sind die periodisch durchgelasse nen Stromhalbwellen (ausgezogen und schraf fiert) und die gesperrten Halbwellen (gestri chelt) dargestellt. Den durchgelassenen Halb wellen entspricht die Arbeitszeit und den ge sperrten Il albwellen entspricht die Pausenzeit. In der Fig. 1a. 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 1/, resp. 1/, der Leistung bei kontinuierlichem Betrieb. In der Fig. 1e folgen zwei Durchlasshalbwellen zwei gesperrten Halbwellen, in der Fig.1d folgen vier Durchlasshalbwellen zwei Sperr halbwellen. Die übertragene Leistung ist 1j2 resp. 2/., der kontinuierlichen vollen Leistung. Die verlangten Unterbrechungen, also die Pausenzeiten des Schweissstromes kann man durch Synchronschalter erreichen. Bei grossen Schweissmaschinen ergeben sich jedoch Schwie rigkeiten und man verwendet dann mit Vor teil gesteuerte Gleichrichter, insbesondere so genannte Ignitrons.
Zur Steuerung dieser Igni- trons dient die nachstehend beschriebene er findungsgemässe Einrichtung.
Die Erfindung besteht darin, dass zwei ge steuerte Kippspannungsgeneratoren derart zu sammengeschaltet sind, dass die an je einem Widerstand in jedem Kippgenerator auf tretenden Kippspannungen sich summieren und die Summenspannung als Steuerspan nung den Gasentladungsröhren zugeführt wird, wobei jedem Kippgenerator wenigstens eine von der Netzfrequenz abhängige, Spitzen aufweisende Wechselspannung zugeführt wird, das Ganze so, dass die Gasentladungsröhren eine periodische Zu- und Abschaltung des Stromverbrauchers nach einem Programm be wirken.
Die Erfindung wird an Hand zweier Aus führungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung unter Verwendung zweier zusam mengeschalteter gesteuerter und je zwei Ver stärkerröhren aufweisender Kippspannungs- generatoren 1 und B. Die Zusammenschaltung erfolgt so, dass sie in bezug auf die Zuführung der Anodengleichspannung hintereinanderge- schaltet sind, indem die Anodenwiderstände 24 bzw. 25 des Kippgenerators B unmittelbar in Serie geschaltet sind zu den Kathodenwider ständen 4 bzw. 5 des Kippgenerators A.
Mit Rücksicht auf diese Zusammenschaltung der Widerstände 5 und 25 ist der Aufbau der an sich gleichwertigen Kippgeneratoren A und <I>B</I> verschieden. Beim Kippgenerator<I>A.</I> sind die Kathoden der beiden Verstärkerröhren 1, 2 über den Kondensator 3 miteinander gekop pelt. Das Gitter der Röhre 1 ist über einen Ohmschen Widerstand und den Kondensator 8 mit der Kathode verbunden, desgleichen das Gitter der Röhre 2 über die Sekundärwicklung eines Transformators 11 und den Kondensator 9 mit der Kathode von 2 verbunden. Die Git- terableitwiderstände sind mit 6 und 7 bezeich net. Die Anoden der Röhren sind zusammen mit denn. + Pol der Anodenspannungsquelle verbunden.
Der Kippgenerator B unterschei det sich von A im wesentlichen .dadurch, dass in den Anodenleitungen der Röhren 21 und 22 die Widerstände 24 und 25 eingeschaltet sind, während die Kathoden unter sich verbunden und mit dem negativen Spannungspole (- U0) der Anodenspannungsquelle verbunden sind. Die Anoden der Röhren sind über den Kon densator 23 gekoppelt.
Ferner sind die Anoden der beiden Röhren über die Kondensatoren 28 Lind 29 mit den Gitterkreisen der jeweils an dern Röhre verbunden. Über die Widerstände 26 und 27 stellen sich Gittervorspannungen ein, wie sie für den richtigen Betrieb der Generatoren erforderlich sind.
Die Steuerung der Kippgeneratoren er folgt über Transformatoren. In die Gitter kreise werden dabei Wechselspannungen von der in Fig. 5 gezeigten Wellenform induziert, welche von der Netzfrequenz abhängig sind. Diese Spannungen werden dem Generator A über den Transformator 11 und dem Genera tor B über die Transformatoren 31 und 32 zugeführt.
Durch die geeignete Wahl der Gitter-, Ka thoden- und Anodenwiderstände sowie der Koppelkondensatoren 3 resp. 23 ist es in be kannter Weise möglich, den Zeitpunkt des Kippers so festzulegen, dass ein Kippvorgang z. B. bei jeder eintretenden. Spannungsspitze erfolgt. Es ist aber auch möglich, den Kipp- vorgang erst nach zwei oder erst nach drei usw. abgelaufenen Spannungsspitzen eintreten zu lassen. Der Generator A ist z. B. so ein gestellt, dass bei jeder Spannungsspitze ein Einkippen und nach Verschwinden derselben ein Auskippen erfolgt. Die Folge ist dann, dass am Widerstand 5 ein Spannungsimpuls mit jeder steuernden Spannungsspitze auftritt.
Bei Verwendung von 50periodigem Wechsel strom werden somit 100 Spannungnsimpulse pro Sekunde erzeugt. Der Generator B jedoch ist so eingestellt, dass bei Auftreten einer steuernden Spannungsspitze am Widerstand 25 ein Spannungsabfall entsteht und dass bei der nächsten eintretenden Spannungsspitze der Spannungsabfall wieder verschwindet. Es entstehen dann am Widerstand 25 Spannungs impulse von jeweils 111"o Sekunde Dauer. Der nächste Impuls kann nun wieder nach einer weiteren Hundertstelsekunde einsetzen. Die Pause kann aber auch länger dauern, was ein fach durch eine entsprechende Änderung der Widerstände 26 und 27 erreicht werden kann.
Es ist auf jeden Fall immer möglich, die Im pulse zeitlich genau definiert ablaufen zu las sen. Die Impulsfolge kann nach einem be stimmten, wählbaren, zeitlichen Programm er folgen.
Als Verstärkerröhren werden zweckmässig gasgefüllte Entladungsröhren (Thyratrons) verwendet.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist. folgende: Es sei angenommen, dass im Ruhezustand üu Generator A das Rohr 1 stromdurchlässig, also gezündet ist, während das Rohr 2 gesperrt ist. Dann liegt fast die gesamte Gleichspan nung U" am Widerstand 4. Der Kondensator 3 ist über den Widerstand 5 aufgeladen, und zwar so, dass die Kathode der Röhre 1 positiv gegenüber derjenigen der Röhre 2 ist. Ent sprechend ist Kondensator 8 über den Wider stand 6 aufgeladen. Nun werde die Röhre 2 durch das Auftreten einer positiven Span nungsspitze am Gitter stromdurchlässig.
Die Kathode dieser Röhre, die bisher das Nul'1- potential der Leitung 0 aufwies, wird auf nahezu das volle Potential der positiven Span- nungszuführung gehoben. Dadurch wird aber über den geladenen Kondensator 3 die Ka thode von 1 vorübergehend über das volle posi tive Potential der positiven Spannungszufüh rung gehoben, so dass die Röhre 1 gesperrt wird. Am Widerstand 5 tritt eine Spannung auf.
Durch entsprechende Wahl des Zeit kreises 8 und 6 wird dafür gesorgt, dass Röhre 1 in sehr kurzer Zeit (etwa 1/, biss 1/.; Halb welle) wieder zündet, wodurch der Ausgangs zustand wieder hergestellt wird. Die nächste Spannungsspitze kann dann den Vorgang wie der auslösen. Die Spannungsimpulse erschei nen daher in Abständen von l,/1", Sekunden.
In etwas anderer Weise arbeitet der Kipp- generator B. Es sei angenommen, dass die Röhre 21 gerade stromführend, also gezündet ist. Dann ist die Röhre 22 gesperrt und die Spannung am Widerstand 25 ist Null. Treten nun an den Transformatoren 31 und 32 Span- nungsspitzen auf, so werden die Gitter von 21 und 22 gleichzeitig positiv. Da, die Röhre 21 bereits stromführend ist, tritt hier keine Ände rung ein. Dagegen zündet, die Röhre 22, wo durch ein Kippvorgang eingeleitet wird. Nahezu die ganze Gleichspannung zwischen 0 und (- U,<B>)</B> tritt nun plötzlich am Wider stand 25 auf.
Die Anode von 21 wird über den Kondensator 23 auf nahezu das doppelte nega tive Potential gebracht. Dadurch setzt der Strom durch die Röhre 21 aus. Ein Wieder zünden ist zunächst nicht möglich, da das Git ter gleichzeitig über den Kondensator 29 auf negatives Potential gebracht wird. Gleichzeitig wird der Kondensator 23 umgeladen. Darauf hin entlädt sich der Kondensator 29 über den Widerstand 26 und die Röhre 22. Die Entlade zeitkonstante wird bestimmt durch die Grösse des Kondensators 29 und des Widerstandes 26. Die Entladung des Kondensators 29 erfolgt nach einer Exponentialkurve, wobei derselben die vom Transformator 32 gelieferte Span nung überlagert ist.
Sobald nun eine dieser Spitzen das Gitter der Röhre 21 genügend po sitiv macht, zündet diese Röhre, wodurch Röhre 22 über den Löschkondensator 23 ge löscht wird, dieser selbst umgekehrt wieder auf geladen und das Gitter der Röhre 22 vorerst negativ gehalten wird. Dann wiederholt sieh der geschilderte Vorgang an Röhre 22, wobei als Zeitelemente Kondensator 28 und Wider stand 27 wirken. Es ergibt sich somit, dass an den Widerständen 4 oder 5 bzw. 24 oder 25 Spannungen auftreten, deren Verlauf durch sprunghafte Xnderung zwischen Null und einem --Maximalwert charakterisiert. ist.
An den Widerständen 5 und 25 treten Impulsspan nungen U, und U25 auf, deren Summe als re sultierende Steuerspannung verwendet wird. Sie dient dazu, weitere Röhren zu steuern, welche ihrerseits die Zu- und Abschaltung des Stromverbrauchers, z. B. eines Schweisstrans formators, ausführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 3 dargestellt, auch hier werden zwei Röhren-Kippspannungisgeneratoren A' und A" verwendet, deren Aufbau derjenigen des Ge- nerators A der Fig. 1. entspricht. Die Zufüh rung der Anodenspannung an die beiden Ge neratoren erfolgt parallel. Jeder Generator weist je einen Widerstand 5' bzw. 5" auf, wel cher an der negativen Anodenspannungszu- führung angeschlossen isst. An den beiden Ka thodenpunkten dieser Widerstände werden die auftretenden Impulsspannungen U,' und U," zunächst einzeln abgenommen.
In den Anoden zuleitungen der Röhren 2' und 2" können Ohm- sehe Widerstände eingeschaltet sein, so dass die Impulsspannungen auch an den Anoden abgenommen werden können. Diese Spannun gen können je einem Steuergitter einer Misch röhre zugeführt werden. Im Anodenkreis die ser Röhre wird die resultierende Steuerspan nung entnommen. Es ist auch möglich, wie aus Fig. 4 hervorgeht, die beiden mit der Kathode verbundenen Enden der Widerstände 5' und 5" über je einen Widerstand R mit einem ge meinsamen Steuerpunkt zu verbinden.
An diesem Steuerpunkt kann die resultierende Steuerspannung<I>U,'</I> + Ti," abgenommen wer den.
Die Erzeugung der Spitzen aufweisenden Steuerspannung, welche über die Transforma toren 11, 31. und 32 zugeführt werden, kann in einer Schaltung gemäss Fig. 5 erfolgen. Der 50 Hz-Netzstrom gelangt über einen Transfor- mator 41 und über phasenbeeinfluesende Mit tel, nämlich den Regulierwiderstand 42 und den Kondensator 43 auf den Gleichrichter 44. Auf der Gleichstromseite ist ein Transforma tor 45 angeschaltet, an welchem die Steuer transformatoren 11, 31 und 32 angeschlossen sind. Im Primärkreis .des Transformators 45 fliesst ein pulsierender Gleichstrom, dessen Spannungskurven gleichgerichtete Sinushalb wellen sind.
Im sekundären Kreis treten nur die Wechselstromkomponenten auf. Diese Spannungen weisen spitze positive Halbwellen und flache negative Halbwellen auf. Die Spit zen folgen sich in Abständen von 1/100 Sekun den. 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 Zünd- zeitpimkt in bezug auf den Nulldurchgang des Stromes durch die Schaltröhre nach Wunsch und Bedürfnis gewählt werden.