-
Schaltungsanordnung zur Gittersteuerung von Gasentladungsgefäßen mittels
Hochfrequenz-Spannungen Zur Steuerung von Gasentladungsgefäßen mit Steuergittern,
insbesondere von Quecksilberdampf-Stromrichtern, sind in überwiegendem Maße Gitterspannungen
in Anwendung, die zur Änderung des Zündeinsatzes der Entladungsstrecke in der Phase
veränderbar sind und zur Herbeiführung eines genau definierten Zündeinsatzes Impulsform
besitzen. Zur Herstellung derartiger impulsförmiger Gitterspannungen mit mehr oder
weniger steiler Vorderflanke sind bereits zahlreiche Schaltungen bekannt.
-
Eine oft angewendete Methode zur Spannungsbildung besteht darin, einen
Strom mit erzwungener Sinusfarm durch eine sättigbare Drossel oder einen Transformator
zu leiten, wobei diese so ausgelegt sind, daß nur in einem relativ kurzen Zeitbereich
der Nulldurchgänge eine Induzierung einer Spannung erfolgt, die abwechselnd aus
einem positiven und einem negativen Impuls besteht. Das Erzwingen der Sinusform
des Stromes kann, wie allgemein üblich, durch die Vorschaltung einer nicht sättigbaren
Drossel genügend großer Induktivität erfolgen. Zur Erzielung möglichst steiler Spannungsimpulse
der sättigbaren Drossel bzw. des Transformators wird die Verwendung eines Kernmaterials
bevorzugt, das eine möglichst rechteckförmige Magnetisierungskurve besitzt. Um diese
Magnetisierungskurve hinreichend ausnutzen zu können, werden die Kerne ohne Stoßfuge,
d. h. als sogenannte Ringkerne ausgebildet. Ein mit solchen Ringkernen hergestellter
Transformator soll weiterhin als Ringwandler bezeichnet werden.
-
Es ist ferner bekannt, derartige Ringwandler mit drei Wicklungen zu
versehen, von denen die erste Wicklung über die nicht sättigbare Drossel an eine
Hilfswechselspannung, die den Takt der Steuerung bestimmt, angeschlossen ist und
die zweite Wicklung einen veränderbaren Gleichstrom führt, während an der dritten
Wicklung die Gittersteuerspannung zur Steuerung der Entladungsstrecke entnommen
wird.
-
Ein erheblicher Nachteil bei der Anwendung derartiger Anordnungen
ist nun, daß sich ein Ringkern nur auf umständliche Weise bewickeln läßt. Außerdem
ist für die Anwendung der genannten Methode nachteilig, daß die Transformatoren
zur Bereitstellung der für die Gittersteuerung erforderlichen Leistung verhältnismäßig
groß bemessen werden müssen.
-
Nun ist bekannt, daß zur Gittersteuerung von Gasentladungsgefäßen
auch Mittel- und Hochfrequenzspannungen, d. h. Wechselspannungen der Frequenz
103 bis 104 Hz und darüber geeignet sind. Derartige Hochfrequenzspannungen
lassen sich auf einfache Weise, beispielsweise durch Anwendung von Hochvakuum-Verstärkerrohren
impulsförmig tasten. Auf diese Weise lassen sich beliebig lange und in beliebigen
Zeitpunkten beginnende Spannungsblöcke als Gittersteuerspannungen herstellen.
-
Andererseits ist aber bekanntlich der Aufwand für die Übertragung
von Wechselspannungen mittels Transformatoren bzw. Ringwandlern nur eine Frage der
gegebenen Frequenz der Spannungen. Die übertragung von Mittel- und Hochfrequenzspannungen
erfordert nur kleine Ring wandlerkerne mit Wicklungen, die um so weniger Windungen
aufweisen, je höher die Frequenz ist. Es ist deshalb mit verhältnismäßig geringem
Aufwand möglich, Einrichtungen zur Gittersteuerung von Stromdichten mit vielen Entladungsstrecken
auszubilden, die auf der Benutzung von Mittel- oder Hochfrequenzspannungen in Verbindung
mit der Anwendung von Ringwandlern beruhen.
-
In einer Schaltungsanordnung zur Gittersteuerung einer Entladungsstrecke
von Gasentladungsgefäßen, bei der ein als Ringwandler ausgebildeter sättigbarer
Transformator mit einem Kern mit annähernd rechteckförmiger Magnetisierungskurve
vorgesehen ist, dessen Primärwicklung über eine nicht sättigbare Drossel mit einer
Hilfswechselspannung der Netzfrequenz verbunden und dessen Sekundärwicklung die
Gittersteuerspannung zur Steuerung des Gasentladungsgefäßes entnommen ist, während
eine weitere Wicklung einer veränderbaren Gleichstromvormagnetisierung dient, ist
gemäß der Erfindung parallel zu der erwähnten Verbindung der Primärwicklung über
die nicht sättigbare Drossel mit der Hilfswechselspannung der Netzfrequenz eine
weitere Verbindung über einen Widerstand mit einer Hochfrequenzspannungsquelle
geschaltet,
so daß die bei jedem Nulldurchgang des Wechselstromes der Netzfrequenz entstehenden
Spannungsimpulse an der ersten Wicklung des Transformators eine Amplitudenmodulation
der Hochfrequenzspannung an dieser Wicklung bewirken.
-
Eine derartige Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist beispielsweise
in Fig. 1 dargestellt. Die Figur gibt die Schaltungsanordnung zur Steuerung eines
Gasentladungsgefäßes 7 mit einer Ventilstrecke wieder, dessen Steuergitter über
einen Widerstand, den Transformator 6 und eine Gleichspannungsquelle mit der Kathode
verbunden ist. Darin ist 1 ein an eine Hilfswechselspannung angeschlossener Transformator.
Die Hilfswechselspannung ist aus einer oder gegebenenfalls aus mehreren Wechselspannungen
des Stromrichters abgeleitet, sie hat also die gleiche Frequenz wie die Netzwechselspannung
des Stromrichters. Die Sekundärwicklung dieses Transformators ist unter Zwischenschaltung
einer nicht sättigbaren Drossel 2 an die erste Wicklung des Ringwandlers 3, die
mit a bezeichnet ist, angeschlossen. In dieser Wicklung fließt infolgedessen ein
sinusförmiger Wechselstrom. Dieser ist mit il bezeichnet, sein Verlauf ist in Fig.
2 als obere Kurve wiedergegeben.
-
Der Kern des Ringwandlers ist aus einem Werkstoff mit annähernd rechteckförmiger
Magnetisierungskurve gefertigt. Die erste Wicklung a bzw. der Ringkern sind so ausgelegt,
daß unter der Wirkung des Wechselstromes il der Kern während nahezu der ganzen Zeitdauer
der positiven und negativen Stromhalbwellen gesättigt ist. Nur in einem relativ
kurzen Zeitbereich während der Nulldurchgänge des Stromes findet eine Ummagnetisierung
des Kernes statt. Abwechselnd erfolgt in diesen kurzen Zeitbereichen der Übergang
von positiver zu negativer bzw. von negativer zu positiver Sättigung des Kernes.
Innerhalb dieser kurzen Zeitbereiche werden in der Wicklung a abwechselnd positive
und negative Spannungsimpulse induziert, die, solange der Wechselstrom il allein
wirksam ist, den in Fig. 2 wiedergegebenen Verlauf haben. Sie sind mit uül bezeichnet.
-
In diesen relativ kurzen Zeitbereichen, in denen diese Spannungsimpulse
induziert werden, durchläuft die magnetische Induktion des Kernes den linken oder
rechten steilen Ast der rechteckförmig angenommenen Magnetisierungskurve. Infolge
der vorausgesetzten Steilheit dieser Äste hat die in diesen kurzen Zeitbereichen
wirksame Impedanz des Ringwandlers hohe Werte, während außerhalb dieser Zeitbereiche,
also während nahezu der ganzenDauer der Stromhalbwelle, die Impedanz infolge der
Sättigung des Kernes praktisch Null ist. Parallel zum Anschluß der Hilfswechselspannung,
und zwar hinter der vorgeschalteten Drossel, ist an die erste Wicklunga des Ringwandlers
die Ausgangsspannung eines Hochfrequenzgenerators 4 unter Zwischenschaltung eines
Widerstandes 5 angeschlossen. Die Frequenz dieser Hochfrequenzspannung beträgt beispielsweise
5 bis 50 kHz oder darüber.
-
Während der relativ langen Zeitdauer der positiven oder negativen
Halbwellen des Stromes il, innerhalb deren der Kern des Ringwandlers gesättigt ist,
ist infolge der praktisch verschwindenden Impedanz des Ringwandlers der Hochfrequenzgenerator
über den Widerstand 5 kurzgeschlossen. In dem jeweiligen kurzen Zeitbereich während
der Nulldurchgänge des Stromes il, in denen die Impedanz hohe Werte hat, ist der
Ringwandler bezüglich seiner ersten Wicklung a keine Belastung des Hochfrequenzgenerators,
so daß diese Wicklung die Hochfrequenzspannung voll aufnehmen kann. Der Strom des
Hochfrequenzgenerators ist mit 12 bezeichnet. Die Hochfrequenzspannung an der ersten
Wicklung des Ringwandlers ist als die untere Kurve in Fig. 2 wiedergegeben und mit
u"2 bezeichnet. Da die Änderung der Impedanz während der jeweiligen Ummagnetisierung
nicht sprunghaft, sondern infolge der Abweichung der Magnetisierungskurve von der
idealen Rechteckform mehr oder weniger allmählich vor sich geht, ist die Hochfrequenzspannung
jeweils aus Spannungswellen mit zu- und abnehmender Amplitude zusammengesetzt.
-
Derartige Spannungsimpulse der gleichen Kurvenform entstehen an jeder
weiteren Wicklung des Ringwandlers, also auch beispielsweise an der dritten, mit
c bezeichneten Wicklung, die zur Entnahme der Gittersteuerspannung des Stromrichters
dient.
-
Es ist bekannt, daß der Zeitpunkt der Ummagnetisierung eines Ringwandlers
mit Wechselstromerregung durch Anwendung einer Gleichstromvormagnetisierung verändert
werden kann, womit auch die Lage des Gitterspannungsimpulses zu beeinflussen ist.
Es ist üblich, auf diese Weise den Zündeinsatz eines Stromrichters zu verändern.
Zur Erzielung der gleichen Wirkung ist die zweite, mit b bezeichnete Wicklung des
Ringwandlers vorgesehen. Sie ist an eine als Netzgerät dargestellte Gleichspannungsquelle
8 angeschlossen.
-
Diese zweite Wicklung ist, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, mit einer
Anzapfung versehen, und es sind nach einer Weiterentwicklung der Erfindung drei
Widerstände 9,10 und 11, über die die Ströme i.;, i3 ' bzw. i"' fließen, vorgesehen,
von denen der Widerstand 10 veränderbar ist. Bei passender Auslegung der Wicklung
und ihrer Anzapfung ist eine Veränderung der Gleichstromvormagnetisierung nach Größe
und Richtung in solcher Weise möglich, daß der abgeleitete Gitterspannungsimpuls
vor- und rückwärts verstellbar ist.
-
Im dargestellten Beispiel haben die durch die Anzapfung gebildeten
Teilwicklungen gleiche Windungszahl. Das freie Ende der linken Teilwicklung nach
der Zeichnung ist über den festen Widerstand 11 mit dem einen Pol der Gleichspannungsquelle
verbunden. Das freie Ende der rechten Teilwicklung ist über den veränderbaren Widerstand
10 an denselben Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen. Die den beiden Teilwicklungen
gemeinsame Anzapfung liegt über den festen Widerstand 9, der den gleichen Widerstandswert
hat wie der Widerstand 11, an dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle.
-
Unter diesen Umständen ist die resultierende Gleichstromvormagnetisierung
des Ringwandlers bei offenem Widerstand 10, also dem Widerstandswert Unendlich,
entgegengesetzt gleich der Gleichstromvormagnetisierung bei der Einstellung des
Widerstandes 10 auf dem Widerstandswert Null. Somit ist auf eine einfache Weise
eine Vor- und Rückwärtsverstellung des abgeleiteten Gitterspannungsimpulses möglich.
-
Durch Wahl eines anderen Windungszahlverhältnisses der Teilwicklungen
als 1: 1 kann man erreichen, daß die Gleichstromvormagnetisierung der einen Richtung
mit der erforderlichen Höhe nicht erst bei einem unendlich großen Widerstand 10,
sondem
bei einem einstellbaren endlichen Widerstandswert eintritt.
-
Das gleiche Ziel kann man mit Anwendung nur einer ungeteilten Wicklungb
b erreichen, wenn man die Einspeisung des Gleichstromes über einen Widerstand als
Potentiometer mit Mittelanzapfung vornimmt, derart, daß die äußeren Anschlußpole
des Potentiometerwiderstandes an eine Gleichspannungsquelle fest angeschlossen sind,
während das eine Wicklungsende der Wicklung mit der festen Mittelanzapfung und das
andere Wicklungsende mit dem Schleifer des Potentiometerwiderstandes verbunden sind.
-
Wie Fig. 2 erkennen läßt, werden durch die beschriebene Anordnung
je Periode der Wechselspannungen des Netzes zwei Gitterspannungsimpulse erzeugt.
Hiervon wird indessen nur ein Impuls je Periode für die Gittersteuerung benötigt.
Es wird nun beispielsweise bei Gleichrichterbetrieb des Stromrichters im allgemeinen
nur einer der beiden Gitterspannungsimpulse innerhalb ihres Verstellbereiches mit
einer positiven Anodenspannung zusammenfallen, so daß der zweite Gitterspannungsimpuls
unwirksam bleibt.
-
Es ist indessen nicht schwierig, diesen zweiten nicht benötigten Impuls
zu beseitigen. Dies empfiehlt sich auch aus dem Grunde, weil bei der angewendeten
Gleichstromvormagnetisierung die Abstände der Impulse ungleich werden, also der
eine nicht benötigte Impuls unter Umständen unzulässig nahe an den anderen heranrücken
kann. Eine Möglichkeit, den zweiten Impuls zu unterdrücken, wird anschließend beschrieben.
-
Die der dritten, mit c bezeichneten Wicklung des Ringwandlers entnommenen
Spannungsimpulse werden durch einen Transformator6, der gleichzeitig zur Potentialtrennung
dient, auf die zur Zündung des Stromrichters erforderliche Höhe gebracht. Die Sekundärwicklung
dises Transformators ist unter Zwischenschaltung einer Gittervorspannung an das
Gitter und die Kathode der zu steuernden Entladungsstrecke des Stromrichters, die
in Fig. 1 als Ventil 7 dargestellt ist, angeschlossen.
-
Eine Schaltungsanordnung der bisher beschriebenen Art mit einer Zusatzeinrichtung
zur Unterdrückung eines der zwei Gitterspannungsimpulse je Periode der Wechselspannungen
ist in Fig. 3 wiedergegeben. Bei dieser Einrichtung ist erfindungsgemäß ein zweiter
Ringwandler 11 mit zwei Wicklungen vorgesehen, dessen zweite Wicklung zu der dritten,
mit c bezeichneten Wicklung des ersten Ringwandlers 3 parallel geschaltet ist. Die
erste Wicklung des Ringwandlers 11 ist über ein Ventil 12 an eine Hilfswechselspannung
der Netzfrequenz von solcher Phase angeschlossen, daß der entstehende Halbwellenstrom
gegen den des vorgenannten Transformators 1 um 90° phasenverschoben ist. Dieser
Halbwellenstrom ist mit 14 bezeichnet. Sein Verlauf ist ebenso wie der Verlauf des
Wechselstromes il in Fig. 3 angedeutet. Auf diese Weise bildet der Ringwandler 11,
der praktisch während der ganzen Dauer der Stromhalbwellen gesättigt ist, für jeden
zweiten Spannungsimpuls an der dritten Wicklung c des Ringwandlers 3 einen Kurzschluß,
wodurch dieser zweite Impuls unterdrückt wird.