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Anordnung zur Erzeugung steil ansteigender Spannungen Bekanntlich
verschiebt sich die Steuerkurve von gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken
mit im wesentlichen lichtbogenförmiger Entladung im Betrieb, vor allem ist sie vom
Dampfdruck abhängig. Damit die Zündung nun stets im selben Augenblick der Wechselstromperiode
einsetzt, werden den Steuergittern vielfach steil ansteigende Gitterspannungen zugeführt.
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Unter den zahlreichen Möglichkeiten, solche steil ansteigende Spannung
zu erzeugen - erinnert sei an Einrichtungen mit Glimmlampen, Gleichrichtern und
Hochvakuumröhren -, ist die bekannteste die Reihenschaltung einer Drossel mit gerader
Kennlinie, also einer Drossel, deren Fluß ganz oder teilweise in Luft verläuft,
und einer mit gekrümmter Charakteristik, z. B. einer eisenhaltigen Drossel. Bei
Anlegen einer sinusförmigen Spannung fließt in dem Kreise auch ein annähernd sinusförmiger
Strom. Der Fluß der Eisendrossel hat infolge der mit wachsender Sättigung absinkenden
Permeabilität eine trapezförmige Kurvenform. In der Nähe des Stromscheitelwertes
ändert er sich kaum, um in der Nähe des Nulldurchganges fast augenblicklich von
hohen positiven Werten zu großen negativen Werten zu springen. Dementsprechend-ist
die von ihm induzierte Spannung als Differentialquotient der Flußkurve während eines
großen Teiles der Halbperiode sehr klein, nämlich in der Zeit, in der sich der Fluß
nur wenig ändert, um beim Umspringen des Flusses beträchtliche Werte anzunehmen.
Die Form der Spannung der Eisendrossel ist also eine ausgeprägte Spitze und somit
zum Steuern von Dampfentladungsgefäßen geeignet, Die Anordnung hat jedoch erhebliche
Nachteile. Die Spannungsspitze tritt nur dann auf, wenn der Strom annähernd sinusförmig
ist, also sein Verlauf von der vorgeschalteten Luftdrossel vorgeschrieben ist, d.
h. der Wechselstromwiderstand der Luftdrossel muß groß sein gegenüber dem der eisenhaltigen
Drossel. Die an der Luftdrossel liegende Spannung muß ein Mehrfaches der Spannung
an der Eisendrossel betragen; hierdurch ist wiederum eine geringe Belastbarkeit
der spitzenförmigen Spannung bedingt, da mit zunehmender Belastung die dem Kreis
aufgedrückte Spannung sich mehr und mehr an die Luftdrossel legt und die ' Nutzspannung
an der Eisendrossel zusammenbricht.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Steuereinrichtung für
mehrphasige Steueranordnung recht teuer wird. Will man z. B. eine 12phasige' Umformungseinrichtung
steuern., so muß zunächst ein Transformator das Drehstromsystem des speisenden Netzes
in ein i:2-Phasen-System umformen, dann müssen für je zwei Anoden mindestens je
eine
Luft- und eine Eisendrossel vorgesehen werden.
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Der Vorzug der Anordnung nach der Erfindung besteht einmal in einer
wesentlich höheren Belastbarkeit, zum anderen darin, daß Phasenvervielfachungstransformator
und Einrichtung zu Spannungsumbildung in einer Betriebseinheit zusammengebaut «erden,
also eine Verbilligung erzielt wird.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß n # p-phasige, gesättigte
Transformatorsysteme primärseitig in Reihe geschaltet und die in Zickzackschaltung
angeordneten Primärwicklungen derart bemessen sind, daß die in den Sekundärwicklungen
induzierten Gitterspannungen zusamn%ngesetzt einen Spannungsstern von der Phasenzahl
2 fzp bilden (za = eine ganze Zahl). Dabei können zum Aufbau der ii.-Systeme
entweder p # n Einzeltransformatoren vorgesehen sein, oder aber es können auch sämtliche
Phasensysteme auf einem einzigen Kern mit freiem magnetischem Rückschluß und Zwischenjochen
zusammengefaßt sein.
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An einem Ausführungsbeispiel, welches für die Steuerung eines i2-Phasen-Systerns
geeignet ist, möge der Gegenstand der Erfindung näher erläutert werden. In Abb.
i sind sechs einzelne Transformatoren dargestellt, deren Eisenkörper .gegebenenfalls
zu einem Fünfschenkeltransformator mit durchlaufendem Zwischenjoch zusammengebaut
werden können. Auf dein Eisenkörper selbst sind die Primärwicklungen dargestellt,
welche mit den Klemmen U, V, W an das speisende Drehstromnetz angeschlossen
sind; die Sekundärwicklungen, welche Abb.3 zeigt, werden mit den Klemmen i bis 12
an die Gitter angeschlossen, während die den Klemmen i, bis 12 gegenüberliegenden
Enden aller Sekundärwicklungen miteinander verbunden und mit der mit Minus bezeichneten
Klemme an die Kathode des zu steuernden Entladungsgefäßes, gegebenenfalls unter
Zwischenschaltung von Widerständen, gelegt sind. Wie Abb. i zeigt, sind die Primärwicklungen
in Zickzack geschaltet. Jeder der Wicklungszüge zwischen dem Nullpunkt und einer
der Klemmen U, h, W besteht aus vier Einzelwicklungen, die im Windungszahlverhältnis
sin 45 : sin 15 : sin 45 : sin 15 stehen. Durch dieses Windungszahlverhältnis und
die Zickzackschaltung wird erreicht, wie aus der Abb. 2 hervorgeht, daß die an den
oberen Transformatoren anliegenden Primärspannungen gegen die Spannungen zwischen
dem Nullpunkt und den Klemmen U. V, W um 15° # e1 # voreilen, die Spannungen an
den unteren Transformatoren dagegen um 15° nacheilen, daß also beide Drehstromsysteme
um 30° e1. gegeneinander verschoben. sind, so daß die Sekundärwicklungen in Abb.
3 einen i2phasigen Spannungsstern ergeben. Die geforderte i2-Phasigkeit der Steuerspannungen
ist erreicht.
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Der Fluß in den einzelnen Transformatoren bleibt nun nicht sinusförmig,
wie man zunächst auf Grund der sinusförmigen Netzspannung annehmen sollte, sondern
die Forderung kleinster Energiespeicherung in jedem mit Induktivität behafteten
Gebilde erzwingt bei Drosseln mit nichtlinearer Charakteristik eine Absenkung des
Flusses. Der Fluß der einzelnen Transformatoren erzeugt Oberwellen derart, daß durch
sie sein Scheitelwert abgeflacht und seine Sinusform in ein Trapez umgebildet wird.
Dabei können sich nur solche Oberwellen' ausbilden, deren Suinme zwischen zwei Klemmen
des speisenden Netzes verschwindet, wie es die sinusförmige 1NTetzspannung vorschreibt.
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Im beschriebenen Beispiel kann der Fluß, wie sich nachweisen läßt,
maximal von ioo °J0 auf 80,39 °/o abgesenkt werden. Die Kurve des Flusses
.0' wird, wie Abb. 4. zeigt, in ein Trapez umgebildet, dessen im wesentlichen flach
verlaufender Teil sich über i 5o° el. erstreckt, während innerhalb kurzer Zeit die
Kurve von ihrem positiven auf den negativen Höchstwert und umgekehrt springt. Infolge
des plötzlichen Umspringens des Flusses enthält die von ihm induzierte Spannung
eine sehr steil ansteigende Spitze (Kurve E in Abb..I), ist also zum Steuern von
Dampfentladungsgefäßen sehr geeignet.
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Die Überlegungen werden bestätigt durch das Oszillogramm der Abb.
5, welches die versuchsmäßig aufgenommenen Formen von Fluß .0' und Spannung E der
beschriebenen Schaltung zeigt. Die praktischen Kurven erreichen nicht ganz den theoretischen
Grenzwert der Abb. d, da die Transformatoren aus normalem Transformatorblech bestanden.
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Durch Wahl eines Materials mit möglichst rechteckiger Magnetisierungskurve,
wie Elektrolyteisen, Mu-Metall, Permalloy usw. kann jedoch der theoretische Grenzwert
beliebig nahe erreicht werden.
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Mit dem beschriebenen Beispiel sind die Schaltmöglichkeiten nicht
erschöpft. In Abb. 6 rechts sind vier Dreiphasensysteme hintereinandergeschaltet,
von denen jedes folgende gegen das vorhergehende um 15° versetzt ist. Erreicht wird
diese Versetzung durch Wicklungszüge, welche, wie das Schaltbild zeigt, zwischen
Nullpunkt und einer der Klemmen U, h oder W aus acht Einzelwicklungen besteht,
die ihrerseits vom Nullpunkt aus gerechnet im Verhältnis 0,703 : o,4.,.12
: o,916 : o, i 5 i o,916 : 0,15i : 0,703 : 0,442 stehen.
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Durch die Verschiebung von 15° ei. wird ein 2,I-Phasen-System geschaffen,
so daß an die Sekundärwicklungen i bis 24 (Abb. 6) die
24. Gitterspannungen
zur Steuerung beispielsweise eines 24anodigen Entladungsgefäßes abgenommen werden
können. Die mit Minus bezeichnete Klemme der miteinander verbundenen Sekundärwicklungen
wird wieder in gleicher Weise wie bei der Schaltung nach Abb. 3 an die Kathode des
zu steuernden Entladungsgefäßes angeschlossen. Die Anordnung nach Abb.6 kann natürlich
auch aus zwölf Einzeltransformatoren bestehen.
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Der Fluß und die Schenkelspannung der Anordnung nach Abb. 6 sind in
Abb. 7 dargestellt, der Fluß kann von iooo/o auf 78,999o absinken und ist über r65°
konstant, um dann plötzlich umzuspringen, die Spannung (Abb. 7, Kurve E) steigt
außerordentlich steil an, hat also die gewünschte Form.
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Die Erfindung ist nicht nur auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern z. B. auch für aus Zweiphasennetz gespeiste 8- bzw. i6phasige
Anordnungen usf. verwendbar.