DE649729C - Anordnung zum Schutze von ueber gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken intermittierend gespeisten Wechselstromkreisen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
7.8EPTEMBER1937

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d ² GRUPPE 42 oi

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*)

Patentiert im Deutschen Reiche vom 3. Januar 1936 ab

Bekanntlich, können zum Steuern großer Wechselstromleistungen gegensinnig parallel geschaltete gittergesteuerte Entladungsstrekken verwendet werden; durch entsprechende Einstellung der Phasenlage zwischen Anodenspannung und zugehöriger Gitterspannung wird dabei die Brenndauer jeder Anode auf einen gewolltten Wert gebracht und damit eine Regelung des Leistungsflusses im Wechselstromkreis 'erzielt. Bei solchen Anordnungen ist auf den Schaltaugenblick zu achtem, in dem jede Anode freigegeben wird. Ist z. B. der Wechselstromverbraucher ein leerlaufender Transformator, so können· erhebliche Überströme auftreten, wenn man bei jeder Halbwolle dear Wechselstromperiode in der Nähe des Spannungsnulldurchganges schaltet; bei genügend großer Remanenz des Transfoirrnators kann unter Umständen der Transfoirmaitorstrom schließlich ganz einseitig von der Nullinie schwingen, kann also nur eines der beiden mit gegensinniger Stromdurchlaßrichitung vorgesehenen Entladungsgefäße durchfließen. Abb. 1 gibt schematise!! einen

₂g Überblick: Kurve« sei der Strom, mit dem eines der gegensinnig parallel geschalteten Entladungsgefäße normal belastet ist, während Kurve λ' den 'einseitig verlagerten Strom angibt. Mit der Annahme, daß auch der verlagerte Strom sinusförmig bleibt, besitzt die Kurven' rund den dreifachen Effektivwert der Kurve a, dagegen nur den zweifachen Effektivwert des ursprünglichen Gesamtstromes für beide Entladungsstrecken, also des Stromes nach Kurven samt den entsprecbenden negativen Halbwellen. Damit ist aber das betreffende Gefäß schon dreifach überlastet, trotzdem eine Schmelzsicherung oder sonst ein Überstromschutz der ganzen Anlage erst den zweifachen Nennstrom führt.

Noch unübersichtlicher werden die Verhältnisse bei' aussetzendem Betrieb, wie er beispielsweise bei Nahtschweißmaschinen vorliegt. Denn je länger die Kühlpausen im Verhältnis zu den Zeiten der Stroniführung sind, desto höher darf· jedes Entladungsgefäß während der Stromzeit belastet werden. Sei etwa Kurve« in Abb. 2 der zulässige Dauerstrom eines Stromrichters, so wird man ihn etwa mit dem Strom & belasten dürfen, wenn auf zwei Perioden eine Periode Pause folge, mit einem Strome für ein Zeitverhältnis Stromflußdauier : Pausendauer = 1 : 1, mit einem Strömt für ein Zeitverhältnis Stromflußdauer : Pausendauer =1:2.

Infolge ihrer Wärmeträgheit stellt eine Schmelzsicherung keinen genügenden Schutz gegen Überströme bei solchen verschieden

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

Hans-Werner Pieplow in Berlin.

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lange aussetzenden Betrieben dar. Auch ein Übers tr omrelais müßte für jedes Verhältnis der Stromführungszeiten zu den Pausen neu eingestellt werden. Außerdem würde es bei stark einseitig verlaufenden Ausgleichsströmen (vgl. Abb. i) oder bei sehr kurzen Stromzeiten und verhältnismäßig langen Pausen nicht genau und gut definiert ansprechen. Hierzu ist vielmehr ein Gerät ίο notwendig, das auf die Scheitelwerte des Stromes bei gleichzeitiger Berücksichtigung der Kühlpausen anspricht.

Erfindungsgemäß wird dieser Schutz der intermittierend gespeisten Wechselstromkreise dadurch erreicht, daß ein Kondensator mit parallel geschaltetem Ableitwiderstand vorgesehen wird, der über einen Strom- oder Spannungswandler und mindestens eine Entladungss'trecke in Abhängigkeit von den ao Augenblickswerten jeder positiven und bzw. oder negativen Stromhalbwelle aufgeladen wird. Dabei wird die Kondensaitorspannumg im Gitterkreis einer weiteren, gleichstromgespeisten Relaisentladungsstrecke, vorzugsweise mit Dampf- oder Gasfüllung, einer festen Vergleichsspannung entgegengeschaltet. Optische und akustische Signaleinrichtungen für weitere Schutzeinrichtungen, beispielsweise Relais, werden im Anodenkreis der Relaisröhre vorgesehen, die beim Leiiendwerden der Röhre den Wechselstromkreis gegebenenfalls durch Gktersteuerung der Hauptentladungsstrecken ganz oder zeitweilig unterbrechen. Abb. 3 zeigt die Schaltung: Ein belastbarer Widerstand 2 ist in den Zug der Betriebsstromleitung, d.h. in Reihe mit den zu überwachenden Entladungsstrecken, geschaltet. Die an ihm abgegriffene Spannung von wenigen mV wird im Transformator 3 (Spannungswandlerj hinauftransformiert und lädt in an sich bekannter Weise den Kondensator 4 über ein Ventilrohr 5 auf, und zwar im Grenzfall bis zur Höhe der sekundären Scheitelspannung des Transformators 3, die dem Scheitelstrom in der Leitung ι unmittelbar proportional ist. Statt eines Spannungswandlers könnte auch ein Stromwandler verwendet werden. Der Ableitwiderstand 6 sorgt erstens dafür, daß das Gitter des dampf- oder gasgefüllten Entladungsrohres 8 so lange über die Batterie 7 genügend sicher negativ gehalten wird, bis die Spannung am Kondensator 4 die negative Vorspannung der Batterie 7 überwiegt; in diesem Augenblick möge die Entladungsstrecke 8 zünden, und der von der Spannungsquelle 9 gelieferte Anodenstrom hält die Schutzvorrichtung (Glühlampe, Hupe oder ein kleines Relais 11) so lange eingeschaltet, bis z. B. der Anodenstromkreis durch den handbetätigten Druckknopf 10 wieder unterbrochen wird. Um eine bessere Einstellmöglichkeit mit Rücksicht auf die zulässige Überlastungsgrenze zu erhalten, kann der Ableitwiderstand 6 zweckmäßig einstellbar ausgebildet sein. Weiter ist es vorteilhaft, die Entladungsstrecke 5 im Aufladekreis des Kondensators als Elektronenröhre auszubilden und unter Umständen sogar mit veränderlichem Sättigungsstrom arbeiten zu lassen.

Die zweite Aufgabe des Ableitwiderstandes 6 besteht darin, in den stromlosen Zeiten (Kühlpausen) wieder eine teilweise Entladung des Kondensators 4 herbeizuführen, so daß, je langer die Kühlpausen werden, desto höhere Spannungsstöße zwischen den Kühlpausen liegen müssen, um den Kondensator 4 auf gleiche Werte aufzuladen und das Gasentladungsrohr 8 zum Ansprechen zu bringen. In Abb. 2a sind die Kurven α und c der Abb. 2 noch einmal eingetragen; sie bedeuten jetzt die Sekundärspannung des Transformators 3, sind aber nach wie vor ein Maß für die Belastung des einen in die Leitung eingefügten Gefäßes. Außerdem sind die Kondensatorspannungen u_ia für die Kurve α und u_iC für die Kurvec eingezeichnet; infolge des durch den Ableitwiderstand 6 bedingten exponentiellen Abfalles der Kondensatorspannung in den stromlosen Zeiten erreicht die Kondensatorspannung die zum Zünden der En/tladungsstrecke 8 erforderliche kritische Höhe Uk nicht, obwohl die treibenden Spanntragsamplituden von α und c verschieden hoch sind. Werden dagegen die Kühlpausen bei eimer Stromstärke entsprechend Kurve c auch nur zeitweilig kurzer, oder erhöht sich bei gleicher Pausenfolge der Strom, so steigt die Kondensatorladung bzw. -spannung u_iC stufenweise bis auf den kritischen Wert Uk an.

Der Einfachheit halber ist in Abb. 2a jeweils der Anstieg der Kondensatorspannuing linear gezeichnet; est ist also vorausgesetzt, daß das Ventilrohr 5 im Bereich seines Sättigungsstromes arbeitet. Dies ist selbstverständlich nicht erforderlich; denn ändert sich der Ladestrom mit der treibenden Spannung, so stehen in dem veränderlichen Ladestrom und in dem Ableitwiderstand 6 gleich zwei Mittel zur Verfügung, um einen bestimmten Arbeitspunkt genau einzustellen.

Das Schaltbild nach Abb. 3 gilt für den Fall, daß in der Leitung nur zur Nullinie symmetrische Überströme oder einseitige Verlagerungen nach einer ausgezeichneten Seite überwacht werden sollen. Sind Ausgleichsströme in beiden Richtungen zu erwarten, so wird die Schaltung gemäß Abb. 4 abgeändert. Diese stimmt mit Abb. 3 in allen wesentlichen Teilen überein. Der Kondensator 4 wird jedoch mittels einer mitten angezapften Sekundärwicklung des Transformators 3 und zweier Entladungsstrecken 5' bzw. 5" in Zweiweg-

schaltung aufgeladen. Die Arbeitsweise ist jedoch im übrigen die gleiche wie bei der Anordnung gemäß Abb. 3.

In Abb. S ist als Anwendungsbeispiel der Einbau des Schultzgerätes in eine stromrichtergesteuerte Hahtschweißmaschine gezeigt. Der Widerstand 2, die gegensinnig parallel geschalteten Stromrichtergefäße 20 und 30 und der Schweißtransformator 40 liegen an Reihe am Wechselstromnnetz 50. Die Gitter der Gefäße 20 und 30 werden durch anderweitig vorgeschlagene Regeleinrichtungen 15 und 16 gesteuert. An den Widerstand 2 wird die Schutzeinrichtung 17 angeschlossen, die etwa dem Schaltbild nach Abb. 3 öder 4 entspricht, wobei bei Auftreten eines Überstromes des Relais 11 (in Abb. 3) die Schalter 18 und 19 schließt. Damit werden die Regeleinrichtungen 15 und 16 der Gitter kuirzgeschlossen, gleichzeitig erhalten die Gitter dauernd negatives Potential von den Vorspannungsquellea 100 und 110, so daß die ganze Anlage stillgesetzt wird bis zur willkürlichen oder selbsttätigen Öffnung des Relaiskreises der Schutzeinrichtung.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zum Schutz von über

   gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungssitrecken intermittierend gespeisten Wechselstromkreisen, dadurch gekennzeichnet, 'daß ein Kondensator mit parallel geschaltetem Ableitwiderstand vorgesehen ist, der über einen Strom- oder Spannungswandler und mindestens eine Entladungsstrecke in Abhängigkeit von den Augenblickswerten jeder positiven und bzw. oder negativen Stromhalb welle aufgeladen wird, daß die Kondensatorspannung im Gitterkreis .einer weiteren, gleichstromgespeisten Relaisentladungsstrecke, vorzugsweise mit Dampf- oider Gasfüllung, einer festen Vergleichsspannung gegengeschaltet ist, und daß im Anodenkreis der Relaisröhre optische Oider akustische Signaleinrichtungen oder Ansprechorgane für weitere Schutzeinrichtungen, beispielsweise Relais, vorgesehen sind, welche beim Leifiendwerden der Röhre den Wechselstromkreis gegebenenfalls durch Gittersteuerung der Haup'tentladungsstrecken ganz oder zeitweilig unterbrechen.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsstrecke im Aufladekreis des Kondensators' ein Elektronenrohr ist und mit gegebenenfalls veränderlichem Sättigungsstrom arbeiftet.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Kondensator parallel geschaltete Ableitwiderstand je nach der zulässigen Überlastuingsgrenze einstellbar ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen