DE641131C - Einrichtung zur Steuerung eines elektrischen Stromes, insbesondere zur Regelung elektrischer Maschinen - Google Patents

Description

Es sind bereits zahlreiche Anordnungen vorgeschlagen worden, die eine elektrische Größe bei einem Verbraucher, z. B. einer elektrischen Maschine, mittels gesteuerter Entladungsstrecken beeinflussen. Verwendet man Elektronenröhren, so hat man zwar den Vorteil einer kontinuierlichen Steuerung; bei den üblichen Spannungsverhältnissen, insbesondere bei der Steuerung von Maschinen, würde sich jedoch ein zu großer Spannungsabfall ergeben. Man wird daher, wie bereits vorgeschlagen ist, vorzugsweise gittergesteuerte Dampfentladungsgefäße verwenden, die den Vorteil eines sehr kle'inen Spannungsabfalles haben. Bei den bekannten Schaltungen wird der dem Verbraucher zugeführte Strom und die Spannung hinsichtlich der Größe geregelt. Vielfach, insbesondere beim Betrieb elektrischer Maschinen, ist nun die Aufgabe gestellt, Größe, Richtung und Zeitdauer des einem Verbraucher zuzuführenden Stromes und die Spannung zu steuern. Bisher behalf man sich in der Weise, daß die Steuerung der Energie durch Widerstände und Umschalter in den Hauptkrei'sen erfolgte. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann man nun die gestellte Aufgabe auch mit gittergesteuerten Dampfentladungsgefäßen - lösen, und zwar wird der einem Verbraucher von einer Speisewechselspannung unmittelbar zugeführte Strom und die Spannung allein durch die willkürlich oder . selbsttätig erfolgende Beeinflussung der Gittersteuerung mindestens zweier Gruppen gittergesteuerter Dampfentladungsgefäße bestimmt, von denen stets höchstens eine einer möglichen Richtung entsprechende Gruppe leitend ist und die zu dieser Gruppe gehörenden gittergesteuerten Dampfentladungsgefäße einzeln gesteuert werden, während sämtliche übrigen Gefäße gesperrt sind.

Die Vorteile, die die vorliegende Erfindung bietet, sollen an einem Anwendungsbeispiel kurz erläutert werden. Es möge sich um einen rauhen Betrieb, z. B. einen reversierbaren Walzwerksantrieb, handeln. Auf Grund der vorliegenden Erfindung ist es nun möglich, einerseits normale Gleichstrommotoren zu verwenden, andererseits auf jegliche Schalter, die bei einem rauhen Betrieb und häufiger Umschaltung besonders störanfällig sind, in den Motorkreisen zu verzichten. Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung für selbsttätige Regelungen.

In den Abb. 1 bis 6 der Zeichnung sind verschiedene Schaltanordnungen gemäß der Erfindung dargestellt. Zunächst soll die Wirkungsweise der Erfindung an Hand der Abb. 1 erläutert werden. Das Wechselstromnetz speist über eine Primärwicklung 1 und die

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing, Friedrich Bars in Berlin-Lankwitz.

Sekundärwicklungen 8 bis 11 eines Transformators und die Gleichrichtergruppen_v2_; und 3 den Verbraucher i6, beispielsweisejlfne zusätzliche Wicklung einer elektrischenjlvtaschine. Im zunächst betrachteten Zeitabschnitt möge den Gittern 12 und 13 vor den Anoden 4 und 5 der Gruppe 2 eine positive Spannung gegeben sein, so daß die Gruppe 2 im Sinne des ausgezogenen Pfeiles dem Verbraucher 16 Strom liefert. Zu gleicher Zeit möge den Gittern 14 und 15 vor den Anoden 6 und 7 der Gruppe 3 eine solche negative Spannung gegeben sein, so daß die Gruppe 3 keinen Strom liefern kann. Während eines anderen Zeitabschnittes möge die Spannung der Gitter der Gruppe 2 negativ und die der Gitter der Gruppe 3 positiv gewählt werden. Dann erfolgt die Stromlieferung im Sinne des gestrichelten Pfeiles.

Die Gittersteuerung ist in der Abb. 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 Gittersteuerung kann von Hand oder selbsttätig geschehen. Bei der geschilderten Betriebsweise ist es nicht erforderlich, daß «ine Symmetrie hinsichtlich der elektrischen Größen der beiden Gruppenkreise 2 und 3 besteht. So ist z. B. eine Strombegrenzung bei der Gruppe 3 dadurch vorgesehen, daß ein zusätzlicher Widerstand 17 in den Stromkreis eingeschaltet ist.

In der Abb. 2 ist eine andere Ausführungsform dargestellt. Die Gruppen von Entladungsgefäßen sind hier in zwei Paare 21 und 24 bzw. 22 und 23 aufgelöst, wobei die Entladungsgefäße 21 und 24 mit den Kathoden 25 und 28 und Anoden 29 und 32 die eine Stromrichtung und die Entladungsgefäße 22 und 23 mit den Kathoden 26 und 27 und Anoden 30 und 31 die andere Stromrichtung in dem Verbraucher 33 hervorrufen. Bei der Anordnung nach Abb. 2 vermeidet man eine zweite Sekundärwicklung des Transformators, so daß der Transformator nur aus den Sekundärwicklungen 19 und 20 und der Primärwicklung 18 besteht.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Abb. 3. An Stelle der Gruppen bzw. Paaranordnung nach Abb. 1 oder 2 ist ein Gefäß 35 mit mehreren emittierenden Hauptelektroden 36, 37. 38 vorgesehen. Zur Steuerung des Stromdurchganges dienen die Gitter 34, 39, 40 und 41. Der Verbraucher 33 wird über das gemeinsame Entladungsgefäß 3 5 von dem Transformator 18, 19, 20 gespeist.

Auch in einer Brückenschaltung entsprechend den Abb. 4 lassen sich die einzelnen Entladungsgefäße anordnen, wenn z. B.

der Brücke bei 42 und 43 vom Transformator Spannung zugeführt wird und der Gleichstrom an den Brückenknoten 44 und 45 dem Verbraucher 33 zugeleitet wird. Während nes bestimmten Zeitintervall soll Strom urch den Verbraucher 33 im Sinne des ausgezogenen Pfeiles fließen. Es sind dann in der einen Halbperiode des Wechselstromes die Entladungsgefäße 75 und 76 stromdurchlässig, während alle anderen stromundurchlässig sind. In der anderen Halbperiode, sind die Entladungsgefäße 77 und 78 leitend. Erfolgt die Stromlieferung im Sinne des punktierten Pfeiles, so sind die Entladungsgefäße 79 und 80 bzw. 81 und 82 an der Stromleitung beteiligt. Selbstverständlich kann man auch die acht einzelnen Entladungsgefäße in vier Entladungsgefäßen mit einer Kathode und zwei Anoden zusammenfassen, also z. B. 75 und 77, 79 und 8i, 76 und 80, 78 und 82. In der Abb. 5 ist ein Anwendungsbeispiel der Gittersteuerung für die Spannungsreglung einer elektrischen Maschine durchgeführt. 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 der Erregermaschine 48 ist selbst- oder fremderregt. Die zusätzliche Feldwicklung 51 wird vom Transformator 84 mit der Primärwicklung 74 und den Sekundärwicklungen 72 und 73 über die Entladungsgefäße 60, 61, 62 und 63 gespeist. Die Gitterkreise erhalten neben geeigneten negativen Gleichvorspannungen 58, 67 und 70 Wechselspannungen durch die Transformatoren 56, 57, 71 bzw. 68, 69. Wie aus den Abb. ι bis 4 und 5 ersichtlich ist, besitzt jedes Entladungsgefäß seine eigene Steuerelektrode bzw. wenn mehrere Entladungsstrecken in einem Gefäß angeordnet sind (vgl. Abb. 1), jede Entladungsstrecke ihre eigene Steuerelektrode. Wie ferner aus der Abb. 5 zu ersehen ist, wird jedes Entladungsgefäß, d. h. jede Entladungsstrecke, einzeln gesteuert. Durch die Einzelsteuerung wird es ermöglicht, daß jede Entladungsstrecke zu dem vorgesehenen Zeitpunkt leitend wird. Weiter ist ein spannungsabhängiger Schalter 85 mit einer Spannungsspule 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

positiv, so daß die Entladungsgefäße 60 und 63 Strom führen. Der Wicklungssinn der Spule 51 ist nun so, daß ihr Feld dem Feld der Wicklung 50 entgegenwirkt. Die weitere Folge ist, daß die Spannung des Generators... 48' bzw. 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 nunmehr die Entladungsgefäße 61 und 62 infolge der positiven Gitter 66 und 65 stromführend, so daß sich der Strom in der Spule 51 umkehrt und das Feld der Wicklung 50 verstärkt, d. h. die Spannung des Generators 48 bzw. 47 erfährt eine Erhöhung. Die Schnelligkeit des Regelvorganges, der, wie oben beschrieben, tirillartig verläuft, hängt, abgesehen von den Induktivitäten, von der Trägheit des Schalters 85

ao ab. Da dieser Schalter nur kleine, praktisch leerlaufende Transformatoren zu- und abschaltet, kann man ihn im Gegensatz zu anderen Schnellschaltern sehr klein halten und ihn zur Erhöhung der Empfindlichkeit nach Art eines polarisierten Relais ausbilden.

Eine Reglung der Gitterspannung kann auch mit Hilfe eines Drehtransformators in . fester mechanischer Kupplung, gegebenenfalls unter Verwendung einer Übersetzung mit einem Drehfeldmagneten, erfolgen. Eine dementsp rechende Schaltanordnung zeigt Abb. 6. Ein von der Spannung des Generators 42 gespeister und abhängiger Drehfeldmagnet 86 ist durch die Welle 87 mit dem Drehfeldtransformator 88 gekuppelt und wird durch irgendeine nachgiebige Spannvorrichtung 89 am Umlaufen verhindert. Auf der Achse 87 sind im Drehfeldtransformator 88 zwei Spulen 90 und 91 in einem Phasenwinkel gegeneinander verschoben so angeordnet, daß sie den Gittertransformatoren 56, 57, 71 bzw. 68, 69 Spannungen zuführen, die beispielsweise annähernd i8o° 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 Drehtransformators 88.

Für den Fall, daß der Drehfeldtransformator 88, 90, 91 einphasig gespeist wird, ist Amplitude und Phase der in den Spulen 90 und 91 induzierten und den Gittertransformatoren zugeführten Spannung veränderlich. Für eine zwei- oder dreiphasige Speisung ist die Amplitude konstant und die Phase veränderlich, so daß immer eine Einwirkung auf die Entladungsröhren durch die Gitterwechselspannungen stattfindet.

Erwähnt sei noch, daß in den Anordnungen nach Abb. 5 und 6 die Gitter durch die Batterien 58, 67 und 70 vorzugsweise so negativ vorgespannt werden, daß die Entladungsgefäße ohne überlagerte Wechselspannung undurchlässig sind und nur durch die positive Halbwelle der Wechselspannung bzw. zusammen mit der Phasenverschiebung der Gitterspannung gegen die Anodenspannung früher oder später leitend werden.

Selbstverständlich kann auch der Erfindungsgedanke bei Verbrauchern Anwendung finden, bei denen mehr als zwei Stromrichtungen möglich sind, beispielsweise bei Verbrauchern mit Stromverzweigung. Um dann die Stromrichtung in den verschiedenen Zweigen des Verbrauchers in dem einen oder anderen Sinne steuern zu können, sind dann eine entsprechende Anzahl von Gruppen von Entladungsgefäßen mit entsprechender Gittersteuerung notwendig. Ist es erwünscht, daß die Steuerung möglichst trägheitslos erfolgt, so kann man beispielsweise zwischen dem zu überwachenden Generator und den Steuergittern eine von dem Generator gesteuerte Vorrichtung zur Erzeugung von Kippschwingungen mit Hilfe von Lichtbogenentladungen vorsehen.

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Steuerung eines elektrischen Stromes, insbesondere zur Regelung elektrischer Maschinen, mittels gittergesteuerter Dampfentladungsgefäße, dadurch gekennzeichnet, daß Größe, Richtung und Zeitdauer des dem Verbraucher von einer Speisewechselspannungsquelle unmittelbar zugeführten Stromes und der Spannung allein durch die willkürlich oder selbsttätig erfolgende Beeinflussung der Gitter mindestens zweier Gruppen gitter-■gesteuerter Dampfentladungsgefäße bestimmt werden, von denen stets höchstens eine einer- möglichen Richtung entsprechende Gruppe leitend ist, wobei die " zu dieser Gruppe gehörenden gittergesteuerten Dampfentladungsgefäße einzeln gesteuert werden, während sämtliche übrigen Gefäße gesperrt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrau- no eher (16 bzw. 33) mit der Speisewechselspannungsquelle über zwei Gruppen zu je zwei Entladungsgefäßen (4, 5; 6, 7 bzw. 21, 22; 23, 24) in Verbindung steht (Abb. ι bzw. 2).

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß diei beiden Gruppen von Entl'adungsgefäßen (21, 22; 23, 24) aus je zwei gegensinnig parallel geschalteten Entladungsgefäßen mit eindeutiger Stromrichtung bestehen und zwei Zweige einer Brückenanordnung

bilden, in deren einer Diagonale der Verbraucher (33) liegt, während an den Eckpunkten der anderen Diagonale die speisende Wechselspannung liegt (Abb. 2).

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden anderen Zweige der Brücke die Sekundärwicklung eines Transformators mit Mittelanzapfung darstellen. ■

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle je zweier gegensinnig parallel geschalteter Entladungsgefäße mit eindeutiger Stromrichtung je ein Entladungsgefäß mit zwei emittierenden Hauptelektroden verwendet wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Entladungsgefäße zu einem Entladungsgefäß mit drei emittierenden Hauptelektroden zusammengefaßt sind (Abb. 3).

7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jeden Brückenzweig je zwei gegensinnig parallel geschaltete Entladungsgefäße mit eindeutiger Stromrichtung geschaltet' sind (Abb. 4).

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils gegenüberliegende Gruppen von Entladungsgefäßen gleichsinnig gesteuert werden.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher über zwei Gruppen (2 und 3) von je zwei Entladungsgefäßen (4, 5 bzw. 6, 7), deren Kathoden miteinander verbunden sind, an zwei getrennte Speisewechselspannungen angeschlossen ist (Abb. 1).

10. Einrichtung nach Anspruch 9, 'dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespannungen zwei getrennten Sekundärwicklungen (8, 9 bzw. 10, 11) desselben Transformators entnommen werden. ·

11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsgefäße, deren Kathoden unmittelbar miteinander verbunden sind, zu einem Entladungsgefäß mit gemeinsamer Kathode und zwei Anoden zusammengefaßt sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsgefäße vorzugsweise durch konstante negative Vorspannungen der Gitter stromundurchlässig gemacht sind und durch eine überlagerte zusätzliche Gitterwechselspannung stromdurchlässig gemacht werden.

13. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, bei der zum Zwecke der Spannungsreglung von elektrischen Maschinen, vorzugsweise Generatoren, die Gitter der Entladungsgefäße in Abhängigkeit von der Spannung des zu überwachenden Ge- 6g nerators gesteuert werden und die von den Entladungsgefäßen gesteuerten Gleichströme beispielsweise der Feldwicklung des Generators zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsänderungen des zu überwachenden Generators kontinuierlich, beispielsweise durch Verdrehen eines ein- oder mehrphasigen, mit einem Drehtransformator fest gekuppelten Drehmagneten, auf die Steuergitter der Entladungsgefäße übertragen werden.

14. Abänderung der Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Gitter unstetig durch ein von der zu regelnden Spannung gesteuertes Relais (Spannungswächter, Kontaktvoltmeter) erfolgt.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsänderungen des zu überwachenden Gene- rators trägheitslos von dem zu überwachenden Generator auf die Steuergitter der Entladungsgefäße übertragen werden, beispielsweise durch eine von dem Generator gesteuerte Vorrichtung zur Erzeugung von Kippschwingungen mit Hilfe von Lichtbogenentladungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen