DE646551C - Anordnung zur Erzeugung einer Wechselspannung in Abhaengigkeit von einem (insbesondere sehr kleinen) Gleichstrom - Google Patents

Description

Es tritt häufig die Aufgabe auf, in Abhängigkeit von einem verhältnismäßig kleinen Gleichstrom Regelungen anderer Größen durchzuführen. Ein solcher Fall ist beispielsweise die Regelung in Abhängigkeit von irgendwelchen Temperaturzuständen mit Hilfe von Thermoelementen. So handelt es sich beispielsweise häufig darum, die Temperatur elektrischer öfen dadurch genau konstant zu halten,' daß der sehr kleine Gleich- · strom eines in dem Ofen angeordneten Thermoelementes auf die Steuerung eines gittergesteuerten Gleichrichters (Quecksilberdampfgleichrichter) einwirkt. Dieser Gleichrichter beeinflußt oder liefert dann den Heizstrom für den Ofen und wird von dem Thermoelement bei Temperaturschwankungen geregelt. Die Schwierigkeit einer solchen Regelung besteht darin, daß das Thermoelement eine derart niedrige Spannung, etwa in der Größe eines Millivolts, liefert, daß man diese Spannung für Regelzwecke nicht verwenden kann. Diese Schwierigkeit wird gemäß der Erfindung überwunden. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß es möglich ist, mit einer Transformatorschaltung, wie sie in dieser Form bisher nur zum Zwecke der Frequenzvervielfachung verwendet wurde, die gestellte Aufgäbe zu lösen, wenn man für die Einzelteile der Anordnung bestimmte Bemessungsregeln einhält. Die hier in Betracht kommende Frequenzvervielfachungseinrichtung besteht aus zwei gleich bemessenen Magnetkreisen, die mit Wechselströmen erregt werden, welche gleichzeitig durch Null hindurchgehen. Außerdem werden diese beiden Magnetkreise noch zusätzlich durch einen Gleichstrom in entgegengesetztem Sinne magnetisiert, und •schließlich ist mit jedem Magnetkreis noch eine* Wicklung verkettet, die mit der entsprechenden Wicklung des anderen Magnetkreises so hintereinandergeschaltet ist, daß beide in entgegengesetztem Sinne induziert werden.

Gemäß der Erfindung werden nun diese Magnetkreise so bemessen, daß sie von den Erregerwechselströmen gesättigt werden, und daß der Gleichstrom als Steuergröße für die erzeugte Wechselspannung dient, die dann vorzugsweise zur Steuerung von Entladungsstrecken benutzt wird. Wie später gezeigt werden soll, gelingt es auf diese Weise in Abhängigkeit von dem Gleichstrom, und zwar auch dann, wenn der Gleichstrom nur außerordentlich geringe Werte besitzt, die Größe der von der Anordnung erzeugten Wechselspannung in starkem Maße zu beeinflussen. Die Erregerwechselströme der beiden magnetischen Kreise können entweder

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

Dr. Max Steenbeck in Berlin-Siemensstadt.

gleichphasig sein; in diesem Fall sind die beiden Wicklungen des induzierten Stromkreises gegensinnig hintereinandergeschaltet. Die Erregerwechselströme können jedoch auch entgegengesetzte Phasenlage aufweisen. In diesem Falle sind die beiden Wicklungen des induzierten Stromkreises gleichsinnig hintereinandergeschaltet. In diesen beiden magnetischen Kreisen erzeugt nun dar steuernde Gleichstrom überlagerte magnetische Flüsse, und zwar derart, daß dadurch der Wechselfluß des einen Kreises verstärkt wird, während der Wechselfluß des zweiten magnetischen Kreises gleichzeitig geschwächt wird. Die in den beiden Wicklungen induzierten Wechsel-EMK heben sich, da in den magnetischen Kreisen gleiche Punkte der Magnetisierungslinie im gleichen Zeitpunkt erreicht werden, gegenseitig auf, wenn die Gleichstrommagnetisierung den Wert Null . hat. Diese EMK besitzen bei sinusförmigem oder nahezu sinusförmigem Wechselstrom bekanntlich infolge der Eisensättigung die Form von einzelnen durch spannungslose Zeitabstände voneinander getrennten Spannungsspitzen. Infolge der Überlagerung eines vom Gleichstrom erzeugten magnetischen Flusses in den beiden magnetischen Kreisen tritt nun eine zeitliche Verschiebung dieser Spannungsspitzen in den beiden Wicklungen gegeneinander auf, und die beiden Wicklungen liefern nunmehr trotz ihrer Gegeneinanderschaltung eine resultierende Wechselspannung. Die Verschiebung und damit auch die Größe dieser Wechselspannung ist dabei in weiten Grenzen der Größe des überlagerten magnetischen Gleichflusses proportional.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In Fig. 1 sind ι und 2 zwei Transformatoren mit im Eisen geschlossenen magnetischem Fluß, durch deren nicht näher bezeichnete Primärwicklungen eine Wechselstromquelle 3 einen sinusförmigen Wechselstrom schickt. Um dies zu erreichen, ist in den Stromkreis noch eine Drosselspule 4 eingeschaltet, die nicht mit Eisensättigung arbeitet und deren magnetischer Widerstand ein Mehrfaches des Summenwiderstandes der beiden Transformatoren ι und 2 ist (oder ein Ohmscher Widerstand). Der Wechselstrom ist so groß, daß die Transformatoren 1 und 2 sehr stark gesättigt werden. In bekannter Weise treten dann in den Sekundärwicklungen 5 und 6 der beiden Transformatoren Spannungsspitzen im Augenblick des Nulldurchganges des Stromes in der Primärwicklung auf. Die beiden Sekundärwicklungen 5 und 6 sind gegeneinandergeschaltet, so daß an den Ausgangsklemmen A und B des gemeinsamen Stromkreises dieser Sekundärwicklungen bei vollkommener Symmetrie der beiden Transformatoren die Spannung Null auftritt. Wird nun durch besondere Gleichstromwicklungen 7 und 8 an den Transformatoren ein Gleichstrom geschickt, derart, daß die magnetischen Gleichflüsse in den Transformatoren, bezogen auf den magnetischen Wechselfluß, entgegengesetzte Richtung haben, so ist die Spannung zwischen den Klemmen A und B nicht mehr Null. Es treten zwar sowohl am Transformator ι als auch am Transformator 2 nach wie vor die gleichen Spannungsspitzen auf, jedoch nicht mehr im gleichen Augenblick. Die Spannungsspitze tritt stets im Augenblick des Durchgangs der Magnetisierung durch Null auf, wie aus dem Diagramm der Fig. 2 zu erkennen ist. Wird daher dem Wechselfluß der Transformatoren 1 und 2 ein Gleichfluß überlagert, so tritt die Spannungsspitze in dem Augenblick auf, in dem die Summe aus Gleichfluß und Augenblickswert des Wechselflusses gleich Null ist. Die Magnetisierung ist dann in Fig. 2 nicht mehr durch die Kurve a, sondern für den einen Transformator durch die Kurve b und für den anderen durch die Kurve c bestimmt. Diese Kurven durchschreiten die Nullinie in verschiedenen Zeitpunkten, da an dem einen Transformator die Gleichstrommagnetisierung bezüglich des Wechselstromes entgegengesetzt gerichtet ist wie an dem zweiten Transformator. Dadurch werden aber auch die von dem Gesamtfluß in den beiden Transformatoren induzierten Spannungsspitzen gegeneinander zeitlich verlagert, und ihre Summe an den Klemmen A und B (Fig. 1) ist nicht mehr gleich Null, sondern bekommt den in Fig. 2 durch die Kurve d eingezeich- too neten Verlauf. Je stärker die Gleichstrommagnetisierung gemacht wird, desto weiter rücken die beiden Spannungsspitzen in den Transformatoren 1 und 2 zeitlich auseinander, um so größer wird dann auch die zwisehen den Klemmen A und B auftretende Wechselspannung. Da bereits eine beliebig kleine \^rerschiebung der Spannungsspitzen gegeneinander das Auftreten einer Differenzspannung zwischen den Klemmen A und B no bewirkt, entsteht eine Wechselspannung bereits bei beliebig kleinen Gleichströmen. Die Wechsel spannungen haben dabei die in der Kurve d angedeutete Spitzenform und sind daher namentlich zur Steuerung der Gitter von Quecksilberdampfgleichrichtern besonders geeignet. Die Höhe der resultierenden Spannungsspitzen ergibt sich im wesentlichen unabhängig von der Höhe des magnetisierenden Wechselstromes. Wird der Wechselstrom größer, so werden zwar die Spannungsspitzen jedes einzelnen Transformators höher

und schmaler, dafür wird aber die zeitliche Verschiebung der beiden Spannungsspitzen gegeneinander kleiner, so daß die Differenz-Spannung an den Klemmen A und B im wesentlichen eine Wechselspannung mit konstanter Spitzenhöhe ergibt.

Fig. 3 veranschaulicht das Zustandekommen der resultierenden Wechselspannung an den Klemmen A und B der Fig. ι durch die gegenseitige Verschiebung der in den Sekundärwicklungen 5 und 6 der Transformatoren auftretenden Spannungsspitzen, g und io sind dabei die beiden Spannungsspitzen am Transformator i, Ii und 12 die entsprechenden Spannungsspitzen am Transformator 2. Diese besitzen bezüglich der Abszissenachse die umgekehrte Lage wie die Spitzen 9 und 10. Bei fehlender Gleichstrommagnetisierung würden sich die Spitzen 9 und 11 bzw. 10 und 12 an den Klemmen A und B gegenseitig aufheben. Infolge der durch die Gleichstrommagnetisierung bewirkten und in Fig. 3 dargestellten Verschiebung um den Winkel α tritt an den Klemmen A und B eine resultierende Spannungswelle 13 auf.

In Fig. ι sind für die Gleichstrommagnetisierung der beiden Transformatoren gesonderte Wicklungen 7 und 8 vorgesehen; man kann aber auch eine der bereits am Transformator vorhandenen Wicklungen, insbesondere die Wicklungen 5 und 6, für diesen Zweck benutzen. Fig. 4 veranschaulicht eine solche Schaltung. Sie gibt gleichzeitig an, wie man beispielsweise in Abhängigkeit von der Spannung eines Thermoelementes 14 eine Wechsel-EMK erzeugen kann. 1 und 2 sind wieder die Transformatoren. Das Thermoelement 14 schickt seinen Gleichstrom durch deren beide Sekundärwicklungen 5 und 6. Da der Wechselstromwiderstand eines Thermoelementes verschwindend klein ist, muß in den Stromkreis des Thermoelementes 14 und der Wicklungen 5 und 6 noch ein Wechselstromwiderstand eingeschaltet werden, da sonst die gemäß Fig. 3 in diesem Stromkieis erzeugte resultierende Wechselspannung kurzgeschlossen wäre. Es ist daher in Reihe mit dem Thermoelement 14 und den Wicklungen S und 6 noch eine Drossel 15 geschaltet. An den beiden Klemmen dieser Drossel tritt dann die durch die Gleichstromvormagnetisierung erzeugte resultierende Wechselspannung gemäß der Erfindung auf. Um die Höhe dieser Wechselspannung zu vergrößern, wie es namentlich für die Steuerung der Gitter von Quecksilberdampfgleichrichtern erwünscht ist, kann man die Drossel 15, wie dargestellt, auch als Transformator ausbilden.

Fig. 5 zeigt, in welcher Weise die in Fig. 4 in Abhängigkeit von der Spannung des Thermoelementes 14 erzeugte Wechselspannung (an den Klemmen A, B abgegriffen) für die Steuerung der Temperatur eines elektrischen Ofens benutzt wird. 16 ist die Heizwicklung des elektrischen Ofens, die von einem nicht näher bezeichneten Wechselstromnetz gespeist wird. Für die Regelung des Heizstromes und damit der Temperatur sind der Heizwicklung 16 noch die beiden Drosselspulen 17 und 18 vorgeschaltet. Die beiden Drosselspulen besitzen Sekundärwicklungen, durch die sie in Abhängigkeit von der den Klemmen A und B zugeführten Wechselspannung mit Gleichstrom vormagnetisiert werden und dadurch einen in Abhängigkeit von der Ofentemperatur veränderlichen Widerstand für den Strom in der Heizwicklung 16 darstellen. Um dies zu erreichen, sind zwei Gleichrichterrohre 19 und 20 vorgesehen, über die die gegensinnig geschalteten Sekundärwicklungen der Drosselspulen von dem nicht näher bezeichneten Wechselstromnetz aus mit Gleichstrom beschickt werden. Das Rohr 19 besitzt ein Steuergitter, dem die gemäß der Erfindung erzeugte Wechselspannung zugeführt wird. Dementsprechend ändert sich dann auch die Vormagnetisierung der Drosselspulen 17 und 18 und damit der Wechselstrom in der Heizwicklung 16.

τ-,

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anordnung zur Erzeugung einer Wechselspannung mittels zweier von gleichzeitig durch Null gehenden Wechselströmen erregter, gleichbemessener Magnetkreise, die zwei in einen Stromkreis hintereinandergeschaltete Wicklungen in entgegengesetztem Sinn induzieren und von einem Gleichstrom in entgegengesetztem Sinn zusätzlich erregt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkreise so bemessen sind, daß sie von den Erregerwechselströmen gesättigt werden und daß der insbesondere sehr kleine Gleichstrom als Steuergröße für die erzeugte, vorzugsweise zur Steuerung von Entladungsstrecken benutzte Wechselspannung dient.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen