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Anordnung zur kurvenformgetreuen Übertragung von periodisch aufeinanderfolgenden
Gleichspannungsimpulsen Es ist häufig erforderlich, die Spannungsimpulse, welche
der Steuerung von Gas- oder Dampfentla-. dungen in Stromrichtern dienen, transformatorisch
von einem Stromkreis zu einem anderen zu übertragen, z. B. zum Zwecke der Potentialtrennung.
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Die Steuerimpulse sind dabei häufig Gleichspannungsimpulse, die auf
beliebige Art, z. B. als eine einseitig zur Nullinie liegende Rechteckspannung,
erzeugt sein können.
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Eine Steuereinrichtung dieser Art ist beispielsweise in der Fig. 1
schematisch dargestellt. Aus der Gleichspannungsquelle 1 werden durch einen periodisch
sich öffnenden und schließenden Schalter 2, der z. B. in einer rotierenden kommutatorartigen
Schaltvorrichtung bestehen kann, dem Transformator 3 mit der Primärwicklung 3 b
und der Sekundärwicklung 3 c rechteckförmige Spannungsimpulse zugeführt. Az die
Sekundärwicklung des Transformators ist ein Belastungswiderstand 4 angeschlossen,
der einerseits bei k - gegebenenfalls über eine Gittervorspannungsquelle - mit der
Kathode und andererseits über einen Gittervorw iderstand 5 bei 9 mit dem Gitter
einer Entladungsstrecke verbunden ist.
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Der Magnetkreis des Transformators wird dabei stets nur einseitig
magnetisiert. Hierdurch macht es bei solchen Anordnungen Schwierigkeiten, den Magnetkreis
nach jedem Spannungsimpuls genügend schnell, d. h. vor dem Einsetzen des nächsten
Impulses, zu entmagnetisieren.
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In der Fig. 2 sind die dabei sich abspielenden Vorgänge abhängig von
der Zeit t graphisch dargestellt. Im Zeitintervall t142 werden dem Transformator
3 ein Gleichspannungsimpuls von der Größe e1 (Fig. 2a) aufgedrückt. In der Primärwicklung
3 b fließt während dieser Zeit der Magnetisierungsstrom i," und der Belastungsstrom
ib, der durch den Widerstand 4 und den eventuell über den Widerstand 5 fließenden
Gitterstrom bestimmt ist, wie die Fig. 2 b zeigt.
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In der Sekundärwicklung fließt - wie die Fig. 2c zeigt - nur der Belastungsstrom
ib, der - gleiche Windungszahlen der Primär- und Sekundärwicklung vorausgesetzt
- dieselbe Größe, aber umgekehrte Richtung hat wie der Belastungsstrom in der Primärwicklung.
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Wird nun der Primärstromkreis durch Öffnen des Schalters 2 im Zeitpunkt
t2 unterbrochen, so ensteht durch den nunmehr beginnenden Abbau des Magnetfeldes
des Transformators in beiden Wicklungen eine Spannung e2, welche der aufgedruckten
Spannung im Zeitintervall tj.-t2 entgegengerichtet ist und die nunmehr in der Sekundärwicklung
einen Strom im hervorruft, der die gleiche Richtung und zunächst die gleiche
Größe hat wie vorher der Magnetisierungsstrom i," in der Primärwicklung am Ende
des Zeitintervalls t, -t2, Die Größe der Spannung zu Beginn des Zeitintervalls t2-t"
ist dabei bedingt durch den Widerstand, den der Strom i," zu überwinden hat.
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Ist dieser Widerstand, wie es bei der Anordnung nach der Fig. 1 der
Fall ist, der gleiche, den vorher der sekundäre Belastungsstrom ib zu überwinden
hatte, so verhält sich e2 : e1 wie im : ib.
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Die Spannung e2 und damit auch der Strom im in der Sekundärwicklung
klingt nun entsprechend dem weiteren Verlauf der Kurve e ab, und zwar unter dem
Einfluß einer Zeitkonstante, die dadurch bestimmt ist, daß die von den entsprechenden
Teilen des Linienzuges e umschlossenen Flächen F1 und F2 einander gleich sein müssen.
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Im Zeitpunkt t3 möge ein neuer Gleichspannungsimpuls einsetzen. In
diesem Zeitpunkt ist aber häufig die Spannung e und damit der Magnetfluß im Transformator
noch nicht vollständig abgeklungen. Der neue Spannungsimpuls trifft also auf einen
bereits vormagnetisierten Transformator. Dieser Vorgang wiederholt sich bei jedem
neuen Spannungsimpuls. Die Vormagnetisierung nimmt dabei ständig zu, bis schließlich
eine ordnungsgemäße Impulsübertragung durch den Transformator nicht mehr möglich
ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Abbau des Magnetfeldes
in einem Impulstransforrnator so zu beschleunigen, daß der genannte Nachteil vermieden
wird.
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Zur Änderung des Magnetflusses im Magnetkreis eines Gleichstromgenerators
hat man bereits Gleichrichterventile und einen mit diesen in Reihe liegenden Widerstand
verwendet, die an eine besondere Wicklung angeschlossen sind und durch deren Wirkung
ein
schneller Aufbau des Magnetfeldes nach einem Kurzschluß der
Maschine erreicht werden soll. Hierbei fließt der die Feldänderung beschleunigende
Ausgleichstrom in Durchlaßrichtung durch das Ventil. Eine solche Anordnung ist für
den vorliegenden Zweck jedoch nicht brauchbar, da der Bürdenwiderstand 4 ständig
mit der Transformatorwicklung 3 c verbunden ist und der resultierende Gesamtwiderstand
für die im Bürdenwiderstand und im Ventilkreis entstehenden Ausgleichströme noch
kleiner ist als der Bürdenwiderstand allein, so daß sich durch eine solche Maßnahme
nicht eine Verkleinerung, sondern sogar eine Vergrößerung der Zeitkonstante für
das Abklingen des Magnetflusses ergibt.
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In besonderen Fällen hat man auch schon an die Wicklungen von Magnetkreisen
mit Hilfe von Schalttransistoren eine der vorhandenen Magnetisierung entgegenwirkende
Spannung angelegt, um eine schnelle Änderung des Magnetfeldes zu erreichen. Auch
derartige Anordnungen sind aus naheliegenden Gründen nicht geeignet, um bei dem
in Rede stehenden Impulstransformator ein schnelles Verschwinden des Magnetfeldes
zu erreichen.
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Bei einer Anordnung zur kurvengetreuen transformatorischen Übertragung
von periodisch aufeina.nderfolgenden Gleichspannungsimpulsen, insbesondere zur Steuerung
von Dampf- oder Gasentladungen, unter Verwendung eines Transformators, dessen Kern
nach jedem Impuls rückmagnetisiert wird und von dem der übertragene Impuls als Spannungsabfall
an einem mit der Sekundärwicklung des Transformators verbundenen Bürdenwiderstand
abgenommen wird, wird nach der Erfindung der genannte Zweck dadurch erreicht, daß
in Reihe mit der Sekundärwicklung und dem Bürdenwidertand ein Gleichrichterventil
- gegebenenfalls mit Parallelwiderstand - derart geschaltet ist, daß der Impulsstrom
in Durchlaßrichtung des Ventils fließt und daß der nach Beendigung eines Impulses
durch das Ventil in entgegengesetzter Richtung fließende Magnetisierungsstrom einen
so hohen Widerstand zu überwinden hat, daß die für den Entmagnetisierungsvorgang
maßgebende Zeitkonstante klein genug ist, um die Endmagnetisierung des Transformators
vor dem Einsetzen des nächsten Gleichspannungsimpulses zu beenden.
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In der Fig.3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Gleiche Teile sind dabei in gleicher Weise bezeichnet wie in der Fig. 1.
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Erfindungsgemäß ist in den Sekundärkreis des Impulstransformators
3 ein elektrisches Ventil, z. B. ein Trockengleichrichter 6, eingeschaltet, zu dem
gegebenenfalls ein gestrichelt gezeichneter Widerstand 7 parallel liegen kann.
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Während der Impulseinwirkung, d. h. im Zeitintervall ti, t2, spielen
sich, wie in der Fig. 4 dargestellt ist, die gleichen Vorgänge ab wie bei der Anordnung
nach der Fig. 1. Der sekundäre Belastungsstrom ib durchfließt dabei den Gleichrichter
6 in Durchlaßrichtung, findet also in diesem Gleichrichter keinen wesentlichen Widerstand.
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Bei der Öffnung des Schalters 2 im Zeitpunkt t2 setzt in der Sekundärwicklung
ein Strom i"z ein, der die gleiche Größe und Richtung hat wie vorher der Strom i.
in der Primärwicklung.
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Dieser Strom muß aber jetzt den hohen Widerstand des Gleichrichters
6 in Sperrichtung bzw. den parallel dazu geschalteten Widerstand 7 überwinden. Zur
Erzeugung dieses Stromes ist daher jetzt eine wesentlich größere Spannung e2 erforderlich
als bei der Anordnung nach Fig. 1. Dieser Größe entsprechend klingt die Spannung
e2 und ebenso das Magnetfeld im Transformator jetzt mit einer viel kleineren Zeitkonstante
ab, was sich aus der Bedingung ergibt, daß wieder die Flächen F1 und F2 einander
gleich sein müssen.
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Durch passende Wahl des in Sperrichtung wirksamen Widerstandes des
Gleichrichters 6 bzw. des Parallelwiderstandes 7 läßt sich stets erreichen, daß
der Abklingvorgang beendet, der Transformator also vollständig entmagnetisiert ist,
bevor im Zeitpunkt t3 ein neuer Gleichspannungsimpuls einsetzt.
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Sofern der Gleichrichter 6 in Sperrichtung bereits einen Widerstand
von passender Größe aufweist, was bei Verwendung eines Trockengleichrichters häufig
zu erreichen sein wird, kann der Widerstand 7 wegfallen.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich somit, wie auch durch
praktische Erfahrung bestätigt wurde, stets eine einwandfreie transformatorische
Übertragung von Gleichspannungsimpulsen erzielen.
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Die zu übertragenden Gleichspannungsimpulse brauchen nicht durch Ein-
und Ausschalten einer Gleichspannungsquelle erzeugt zu sein, sondern können aus
einer Wechselspannung abgeleitet werden, wobei in bekannter Weise mit Hilfe von
Sättigungsdrosseln, Kondensatoren od. dgl. gebildete Ausschnitte aus der positiven
Halbwelle der Wechselspannung als Impulse dienen und die negativen Halbwellen durch
ein Ventil gegen den Impulstransformator abgesperrt werden.