DE642068C - Einrichtung zur Steuerung eines elektrischen Stromes mittels gittergesteuerter Dampfentladungsstrecken - Google Patents

Description

Gegenstand des Patentes 641131 ist eine Einrichtung zur Steuerung eines elektrischen Stromes, insbesondere zur Regelung elektrischer Maschinen, mittels- gittergesteuerter Dampf-5 oder Gasentladungsgefäße, -und zwar sind Größe, Richtung und Zeitdauer des dem Verbraucher von einer Speisewechselspannung unmittelbar zugeführten Stromes und der Spannung allein durch die willkürlich oder selbsttätig erfolgende Beeinflussung der Gitter mindestens zweier Gruppen gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsstrecken bestimmt, von denen stets höchstens eine einer -möglichen Richtung entsprechende. Gruppe leitend ist, wobei die zu dieser Gruppe gehörenden .gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken einzeln gesteuert werden, während sämtliche übrigen Entladungsstrecken gesperrt sind. Wie ferner im genannten Patent erläutert ist, kann man die Steuerung in verschiedenartiger Weise durchbilden. So kann man z. B. eine aus einer konstanten negativen Vorspannung und einer amplitudenveränderlichen Wechselspannung zusammengesetzte Steuerspannung für die Gitter-

kreise verwenden. Man kann aber auch die Gitterkreise mit einer phasenveränderlichen Steuerwechselspannung, speisen, der gegebenenfalls eine wenigstens annähernd konstante Vorspannung überlagert ist.

Gegenstand der Erfindung stellt eine Weiterbildung des im obigen Patent angegebenen Erfindungsgedankens dar und bezieht sich auf eine zweckmäßige Erzeugung der Steuerspannung. Erfindungsgemäß besteht die Steuerspannung aus zwei Teilwechselspannungen, von denen die eine konstante .Amplitude und Phase, die andere eine konstante, aber gegenüber der ersten Teilspannung verschobene. Phasenlage und eine veränderliche Amplitude hat, wozu noch eine Steuergleichspannung treten kann. Die Amplitudenänderung kann gemäß einer Weiterbildung periodisch erfolgen, wodurch die Erzeugung eines Wechselstromes niedrigerer Frequenz ermöglicht wird.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der- Abb. 1 dargestellt und wird an Hand des Vektordiagramms in Abb. 2 im folgenden erläutert :

In Abb. ι ist mit ίο (oben) eine Wechselstromquelle bezeichnet, aus welcher ein an die Leitungen ii angeschlossener Gleichstromver-, braucher gespeist werden soll. An der Wechselrstromquelle liegt ein Transformator 12, dessen sekundärer Mittelpunkt den positiven Pol des; Gleichstromnetzes bildet. An die äußeren Klemmen der Sekundärwicklung sind je zwei Entladungsgefäße 13, 14 und 15, 16 angeschlossen, und zwar in der Weise, daß die Gefäße 13 und 14 mit ihrer Kathode, die Gefäße 15 und 16 mit ihrer Anode an der Sekundärwicklung des Transformators 12 liegen, während die Anoden der beiden ersten Gefäße und die Kathoden der beiden letzteren über die Widerstände 17 und 18 an dem negativen Pol des Gleichstromnetzes liegen. Jedes der Entladungsgefäße 13 bis 16 besitzt ein Steuergitter. Es sollen vorzugsweise Dampfentladungsgefäße verwendet werden, in welchen der Einsatz der Entladung durch die dem Gitter aufgedrückte Spannung bewirkt wird und durch Verminderung der Anodenspannung die Entladung zum Erlöschen kommt. Die Steuergitter der Entladungsgefäße 13 und 14 sind an die " Sekundärwicklungen 19, 20 eines Steuertransformators 21 derart angeschlossen, daß ihnen gegenphasige Spannungen aufgedrückt werden, ebenso werden die Gitter der Gefäße 15 und 16 von den Sekundärwicklungen 22 und 23 eines Steuertransformators 24 mit gegenphasigen Spannungen gespeist. In jedem der Gitterkreise ist ein Strombegrenzungswiderstand 25 und ein dazu parallel liegender Kondensator 26 vorgesehen. In dem Primärkreise der Transformatoren 21 und 24 liegt die Sekundärwicklung 32 eines Drehtransformators 27, dessen Primärwicklung ebenfalls an die Wechselstromquelle 10 (unten) angeschlossen ist, und außerdem je eine der Sekundärwicklungen 28 und 29 eines Transformators 30, dessen Primärwicklung über einen Ohmschen Widerstand 31 ebenfalls an die Wechselstromquelle 10 (unten) angeschlossen ist. Der Widerstand 31- ruft eine Phasenverschiebung der an den Primärklemmen des Transformators 30 liegenden Spannung gegenüber der Spannung der Wechselstromquelle 10 hervor. Für den Fall, daß an Stelle eines Gleichstromes ein Wechselstrom niedrigerer Frequenz als diejenige der Wechselstromquelle 10 hergestellt werden soll, wird die Sekundärwicklung 32. des Drehtransformators 27 durch den Motor 33 über das Übersetzungsgetriebe 34 kontinuierlich gedreht.

Die Wirkungsweise dieser Einrichtung läßt sich leicht verstehen, wenn man die Entladungsgefäße 13 und 14 und den Transformator 12 . sowie die Entladungsgefäße 15 und 16 und den Transformator 12 als zwei unabhängig voneinander gesteuerte Gleichrichtereinrichtungen betrachtet. Die Gitterspannungen eines Paares der Gefäße sind praktisch in Phasenopposition mit den Anodenspannungen dieser Röhren, so daß bei der Umformung auf Gleichstrom einer bestimmten Richtung jeweils nur ein Paar der Gefäße wirksam ist. Wenn die Gitterspannung !"mit der Anodenspannung eines Entladungs-.-$efäßes genau in Phase ist, ist die Entladungsstrecke jeweils während einer ganzen HaIbperiode in Betrieb, und der Gleichstromkreis 11 wird mit einem doppelseitig gleichgerichteten Strom gespeist. Eilt jedoch die Gitterspannung der Anodenspannung nach, so verschiebt sich der Punkt, an welchem die Entladung einsetzt, innerhalb einer Halbperiode, und es kann somit durch eine Phasenänderung der Gitterspannung der Mittelwert des von dem betreffenden Gefäß gelieferten Stromes geregelt werden.

In welcher Weise die Gitterspannungen erzeugt werden, durch welche ein Paar der Entladungsgefäße völlig nichtleitend gehalten wird, wäh- rend für das andere Gefäßpaar eine Spannung, deren Phasenlage veränderlich ist, hergestellt wird, sei an Hand der Abb. 2 erläutert, die ein Vektordiagramm der für je ein Entladungsgefäß der beiden Gefäßpaare "maßgebenden Spannungen zeigt. Das gleiche Vektordiagramm gilt für das andere Gefäßpaar, jedoch mit vertauschten Phasen. In Abb. 2 bedeutet OA die an der Anode des einen Entladungsgefäßes, beispielsweise des Gefäßes 15, liegende Spannung, während mit OA' die Anodenspannung des Gefäßes 14 bezeichnet ist. Der Widerstand 31 bewirkt eine gewisse Phasenverschiebung der an der Primärwicklung des Transformators 30 liegenden Spannung gegenüber der Spannung der Wechselstromquelle 10. Die Spannungen an den Sekundärwicklungen 29 und 28 des Transformators 30 sind durch die Vektoren OA bzw. OB' dargestellt, während der Vektor BD und B' C jeweils die von der Sekundärwicklung 32 des Drehtransformators 27 gelieferte Spannung angibt. Die Sekundärspannung des Drehtransformators ist je nach dessen Einstellung immer in Phasenübereinstimmung oder in Phasenopposition mit der Spannung der Wechselstromquelle 10, veränderlich ist lediglich die Größe dieser Spannung. Die Gitterspannung des Entladungsgefäßes 15, die von der -Sekundärwicklung 22 des Transformators 24 geliefert wird, ist demgemäß die no Resultierende der Vektoren OB und BD; dießer resultierende Vektor OD ist gegenüber der Anodenspannung des Gefäßes 15 um den Phasenwinkel a, der nahezu i8o° beträgt, verschoben. Die an dem Gitter des Entladungsgefäßes 14 liegende Spannung, die von der Sekundärwicklung 20 des Transformators 21 geliefert wird, ist die Resultierende der Vektoren OB' und B' C; diese resultierende Spannung OC ist gegenüber der Anodenspannung OA' des Ge- iao fäßes 14 um den Phasenwinkel b verschoben. Aus der Abb. 2 geht nun hervor, daß durch

Veränderung der Größe der Spannungsvektoren BD bzw. B' C, die sich durch Einstellung der Sekundärwicklung 32 des Drehtransformators 27 regeln läßt, der Vektor OD praktisch in Phasenopposition zu dem Vektor OA*bleibt; die Grenzlagen des Vektors OD sind dabei durch 'den Vektor OB bzw. OA' gegeben. Das Entladungs-' gefäß 15 und das ihm zugeordnete Gefäß 16 * bleiben daher praktisch während je einer ganzen Halbperiode nichtleitend. Der Vektor OC dagegen, der gegen den Vektor OA' um den Phasenwinkel b verschoben ist, ändert bei Einstellung des Drehtransformators 27 seine Phasenlage beträchtlich, die dem Gitter des Gefäßes 14 zugeführte Spannung wird also durch Einstellung des Drehtransformators 27 erheblich in ihrer Phasenlage geändert. Dasselbe gilt bezüglich der Gitterspannung des Gefäßes 13. Zusammenfassend kann also gesagt werden, daß der den Primärwicklungen der Transformatoren 21 und 24 seitens des Drehtransformators zugeführte Spannungsvektor die Entladung in den Gefäßen 15 und 16 nicht einsetzen läßt, während die den Gefäßen 13 und 14 zugeführte Gitterspannung ihrer Phasenlage nach kontinuierlich veränderlich ist, und zwar von praktisch der Phasenlage Null gegenüber den Anodenspannungen dieser. Gefäße bis zu praktisch einem Phasenunterschied von i8o° gegenüber diesen Anodenspannungen. Wenn der Drehtransformator so eingestellt wird, daß die Primärspannungen der Transformatoren 21 und 24 ungefähr entgegengesetzte Phasenlage besitzen, sind die Gefäße 13 und 14 praktisch während der ganzen Halbperiode nichtleitend, während die Phase der den Gefäßen 15 und 16 zugeführten Gitterspannung sich kontinuierlich ändert, wenn der Drehtransformator weiter verstellt wird, so daß demzufolge in den Gleich-Stromkreis 11 ein Strom fließt, der die umgekehrte Richtung besitzt als diejenige, die in der Abb. ι durch die Zeichen + und — angedeutet ist. Wenn die Sekundärspannung des Drehtransformators 27 praktisch Null geworden ist, eilt die Gitterspannung eines jeden Entladungsgefäßes der betreffenden Anodenspannung um nahezu i8o°.nach. Durch die Widerstände 25 und die ihnen parallel hegenden Kondensatoren 26 in den Gitterkreisen wird eine kleine negative Gittervorspannung erzeugt, welche der Zündung der betreffenden Röhre im letzten Teil jeder Halbperiode, in welcher die betreffende Anode positives Potential hat, entgegenwirkt. Es tritt also mit Rücksicht darauf, daß die betreffenden Gitterspannungen nicht genau um i8o° gegen die betreffenden Anodenspannungen phasenverschoben sind, in dem letzten Teil der Periode keine Entladung in denjenigen Entladungsgefäßen ein,, die bei der betreffenden Stromrichtung im Gleichstromkreis nichtleitend bleiben sollen.

Wenn in dem bisher als Gleichstromkreis bezeichneten Stromkreis 11 ein Wechselstrom erzeugt werden soll,'wird durch den Motor 33 über das Übersetzungsgetriebe 34 der|Drehtransformator 27 mit einer bestimmten Geschwindigkeit ständig angetrieben. Der Motor 33 kann von beliebiger Art sein. Es kann z. B. ein Gleichstrommotor verwendet werden, dessen Geschwindigkeit mit Rücksicht auf die gewünschte Frequenz im Stromkreise 11 gewählt wird. Wenn es sich darum handelt, einen Wechselstrom von konstanter Frequenz herzustellen, wird zweckmäßig ein Synchronmotor benutzt* werden, welcher an eine Wechselstromquelle dieser gewünschten Frequenz anzuschließen ist. In diesem Falle arbeitet die Einrichtung als Frequenzumformer zwischen dem Wechselstromnetz 10 und dem Wechselstromnetz 11. Die Einrichtung zur Umformung von Wechselstrom arbeitet besonders günstig, wenn die Frequenz des Wechselstromnetzes 10 ein ganzes Vielfaches derjenigen des Wechselstromnetzes 11 ist.

Wenn die beschriebene Einrichtung induktiv stark belastet ist, z. B. durch die Erregerwicklung einer Dynamomaschine, und die Stromrichtung in dieser sehr schnell umgekehrt werden soll, kann dasjenige Gefäßpaar, das bei der Umkehrung nichtleitend werden muß, möglicherweise auch noch Strom führen, wenn die beiden anderen Entladungsgefäße bereits gezündet haben. Um hierbei einen vollständigen Kurzschluß des Transformators 12 zu vermeiden, sind die Widerstände 17 und 18 zwischen den Entladungsgefäßen 13 und 14 bzw. den Entladungsgefäßen 15 und 16 und dem Verbraucherstromkreis 11 eingefügt.

Claims (5)

1. Patentansprüche: ^1o°

   I. Einrichtung zur Steuerung eines elektrischen Stromes mittels gittergesteuerter Dampfentladungsstrecken, bei der nach Patent 641131 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 zweier Gruppen gittergesteuerter Dampf entladungsstrecken bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Gitterkreis einer jeden Entladungsstrecke zugeführte Steuerspannung sich aus zwei Teilwechselspannungen der Frequenz der Speisewechselspannung zusammensetzt, von denen die eine eine konstante Amplitude und eine konstante, gegen die Anodenwechselspannung um annähernd i8o° nacheilende Phasenlage, die andere ebenfalls eine konstante, im wesentlichen mit der Phase der Anoden-

   wechselspannung übereinstimmende Phasenlage, aber eine nach Größe und Vorzeichen veränderliche Amplitude hat.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der beiden Teilwechselspannungen derart erfolgt, daß die amplitudenveränderliche Teilwechselspannung bei der gesperrten Gruppe von Entladungsstrecken negatives, bei der stromführenden Gruppe von Entladungsstrecken positives Vorzeichen hat.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2 für zwei Gruppen zu je zwei Entladungsstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklungen der beiden Gittertransformatoren (21, 24) in Reihe geschaltet an der mit einer Mittelanzapfung versehenen Wicklung (28, 29) eines eine Wechselspannung konstanter Phasenlage liefernden Transformators (30) liegen und daß zwischen die Mittelanzapfung und die Verbindung der Primärwicklungen der beiden Gittertransformatoren die amplitudenveränderliche Wechselspannung geschaltet ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Einstellung der » veränderlichen Amplitude ein einphasiger Drehtransformator (27) vorgesehen ist, der motorisch angetrieben sein kann.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, insbesondere zur Erzeugung eines Wechselstromes niederer Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenänderung periodisch erfolgt.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen