DE655053C

DE655053C - Device for controlling arc or glow discharge paths

Info

Publication number: DE655053C
Application number: DES113987D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Max Bosch; Dipl-Ing Johannes Sauer
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1934-05-16
Filing date: 1934-05-17
Publication date: 1938-01-07

Description

Einrichtung zur Steuerung von Lichtbogen- oder Glimmentladungsstrecken Die Erfindung bezieht sich auf gittergesteuerte Lichtbogenstrecken und Glimmentladung;sstrecken, beispielsweise auf Gleichrichter mit flüssiger Kathode oder Glühkathode mit Gefäßen, die mit Metalldampf -oder Edelgas gefüllt sind, oder ,auch ,auf Lichtbogenstrecken zwischen festen Elektroden in Luftoder anderem Gasen Moder schließlich .auf gesteuerte Glimmrohre. DieEntladung dieser Entladungsstrecken wird bekanntlich vorzugsweise dadurch geregelt, da.ß die Wechselspannung, welche die Hauptstromkreise der Entladungsstrecken speist, über Tra:ns£ormatoren, Widerstände o. dgl. den die Zündung der Entladungen beherrschenden Steuerkörpern, d. h. Steuergittern, Steuerbelägen Moder Zündelektrodien, zugeführt wird. Die Entladu-ngsstrekken werden gezündet, sobald die den Steuerkörpern zugeführte Spannung eine bestimmte Grenze, die sog. Zündspannung, überschreitet. Wichtig ist bei diesen Steuerungen, daß der Zeitpunkt der Zündung, d. h. der Zeitpunkt, in dem .die Zündspannung überschritten wird, eindeutig nur von der Regelung der Steuerspannung abhängig ist. In vielen Fällen werden den Steuerkörpern der Entladungsstrecken. nicht sinusförmige We.chselspannun-, gen zugeführt; hierzu werden Mittel vorgesehen, um Spannungen Moder Ströme bestimmter, von der Speisefrequenz abweichender Frequenzen zusätzlich der Sinuswelle zu überlagern und dadurch beispielsweise steil verlaufende Zündimpulse an den Steuerkörpern zu erhalten. Bei derartigen Steuerungseinrichtung-en ist die Forderung, daß der Zündzeitpunkt ausschließlich von der Regelung der Steuerspannung abhängig ist, nur dann erfüllt, wenn der Wechselstromkreis, dem die durch Überlagerung von. Oberwellen zu verzerrende Steuerspannung entnommen wird, eine Spannung von genau sinusförmigem Verlauf führt. Das trifft im allgemeinen nur selten zu. Wird z. B. die zu verzerrende Wechselspannung, wie es vielfach üblich ist, den Anodenzuleitungen der Entladungsstrecken ,entnommen, so ist es nicht zu vermeiden, daß gewisse Störfrequenzen, vor allem die beim Stromübergang von einer Anode auf die nächstfolgende auftretenden Spannungsstöße, sich auch im Steuerkreis bemerkbar machen und die Stetigkeit der Steuerung beeinträchtigen. Weiterhin kann die Steuerung in sehr ungünstiger Weise durch Störungen b@eeinflußt werden, die von fremden Quellen, z. B. von anderen Gleichrichtern, ausgeben, welche an das gleiche Wechselstromnetz angeschlossen sind, oder die durch Schaltvorgänge und luftelektrische Störungen im Netz bedingt werden.Device for controlling arc or glow discharge paths The invention relates to grid-controlled arc sections and glow discharge; sections, for example on rectifiers with a liquid cathode or hot cathode with vessels, which are filled with metal vapor or noble gas, or, also, on arc gaps between fixed electrodes in air or other gases moderately Glow tubes. The discharge of these discharge paths is known to be preferred regulated by the fact that the alternating voltage, which the main circuits of the discharge paths feeds, via transformers, resistors or the like, which ignites the discharges dominant control bodies, d. H. Control grids, control coverings moder ignition electrodes, is fed. The discharge lines are ignited as soon as the control bodies supplied voltage exceeds a certain limit, the so-called ignition voltage. It is important with these controls that the time of ignition, i. H. point of time, in which .the ignition voltage is exceeded, clearly only from the regulation of the Control voltage is dependent. In many cases the control bodies are the discharge paths. non-sinusoidal alternating voltages supplied; funds are provided for this purpose around voltages moderate currents of certain frequencies deviating from the supply frequency in addition to superimpose the sine wave and thereby, for example, steeply extending To receive ignition pulses on the control bodies. With such control devices is the requirement that the ignition point exclusively depends on the regulation of the control voltage depends, only fulfilled if the alternating current circuit to which the superimposed from. Harmonics to be taken from the control voltage to be distorted, a voltage of leads exactly sinusoidal course. This is rarely the case in general. Will z. B. the alternating voltage to be distorted, as is often the case, the anode leads taken from the discharge path, it cannot be avoided that certain interference frequencies especially those that occur when the current passes from one anode to the next Voltage surges, are also noticeable in the control circuit and the continuity of the Affect control. Furthermore, the control can be very unfavorable be influenced by disturbances from external sources, e.g. B. from other rectifiers, output which are connected to the same alternating current network, or which through Switching processes and air-electrical disturbances in the network are caused.

Gemäß der Erfindung werden diese Störungserscheinungen dadurch beseitigt, daß in dem Gitterkreis der Entladungsstrecken außer den Verzerrungsmitteln noch Glättungsmittel vorgesehen sind, die die zu verzerrende Spannung praktisch sinusförmig gestalten. Unabhängig von der Kurvenform der Spannung: des Wechselstromnetzes, welches den Gitxkreis speist, sind dann stets die Vorbedingüi9r, gen. für eine stetige Steuerbarkeit -der Ent-' ladungsstreicken erfüllt. Durch die in die Zuleitungen des Gitterkreises eingeschalteten Glättungs:mittel wird das Eindringen unerwünschter Frequenzen vermieden, indem entweder den Störfrequenzen ein sehr hoher Widerstand entgegengesetzt wird oder ein Kurzsübluß für die Störfrequenzfen gebildet wird. Durch entsprechende Ausbildung der Glättungsmittel können auch beide Wirkungen vereinigt werden.According to the invention, these disturbance phenomena are eliminated by that in the grid circle of the discharge paths except the distortion means Still smoothing means are provided, which practically the voltage to be distorted make sinusoidal. Regardless of the voltage waveform: the AC network, which feeds the Gitx circle are then always the preconditions, i.e. for a continuous Controllability of the discharge stretches met. Through the in the supply lines of the grid circle activated smoothing: medium, the penetration becomes undesirable Frequencies avoided by giving either the interference frequencies a very high resistance is opposed or a Kurzsübluß for the Störfrequenzfen is formed. By appropriately designing the smoothing agents, both effects can also be combined will.

Die gesamte Steuerungseinrichtung setzt sich also, aus glättenden und wieder verzerrenden Mitteln zusammen, d. h. die Grundwelle der Steuerwechselspannung Zvird erst von allen fremden Frequenzen gesäubert, welche unerwünscht, unkontrollierbar und zufälliger Art sind, und dann weiden der gesäuberten Spannung durch die Verzerrungsmittel wieder neue zusätzliche Frequenzen zugeführt, welche die für die Steuerung erforderlichen, d. h. beabsichtigten Abweichungen von der sinusförmigen Grundwelle ergeben. Zweckmäßig werden bei der erfindungsgemäßen Steuerungs. einrichtung in vielen Fällen noch energiespeichernde Mittel angewendet, nämlich dann, wenn die gemäß der Erfindung angewendeten Glättungsmittel nur sinusförmige Spannungen und Ströme zu übertragen vermögen.The entire control device is thus made up of smoothing and again distorting means together, d. H. the fundamental wave of the alternating control voltage Zv is first cleaned of all foreign frequencies, which are undesirable, uncontrollable and are of a random nature, and then feed on the cleansed tension by the means of distortion again supplied new additional frequencies, which the necessary for the control, d. H. intended deviations from the sinusoidal fundamental wave. Appropriate are in the control according to the invention. In many cases, the facility is still energy-storing Means used, namely when the smoothing agents used according to the invention can only transmit sinusoidal voltages and currents.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Erfindung im Schaltschema dargestellt.In the drawing, two embodiments of the invention are in the circuit diagram shown.

In Fig. i bedeutet i ein Drehstromnetz, aus welchem ein Gleichrichter 4. über einen Transformator 2 gespeist wird. Die Drosselspule 5 dient zur Glättung des Gleichstromes. Die Gitter sind angeschlossen an den gesättigten Transformator 6, welcher über einen Drehtransformator 7 und über die aus den Kondensatoren 8 und Drosseln 9 bestehenden Schwingungskreise !ebenfalls aus dem Netz i gespeist wird. An die Zuleitungen von den Drosseln 9 zum Drehtransformator 7 sind noch in Parallelschaltung die Kondensatoren i o angeschlossen. Die Wirkungsweise ist folgende: Durch Betätigung des Drehtransformators 7 wird der Gleichrichter q. in an sich bekannter Weise durch Verstellung des Phasenwinkels der Lichtbog enzündungen gesteuert. Die Kondensato,ren 8 sind mit den Drosseln 9 auf Resionanz mit der Frequenz des Netzes i abgestimmt. Die Folge davon ist, daß aus dem Netz nur rein sinusförmige Ströme zu der Primärwicklung des Drehtransformators fließen können. Nun sind aber die Gitterströme, mit denen der Transformator 6 sekundärseitig belastet ist, keineswegs sinusförmig, und auch der Magnetisierungsstrom dieses Transforma-,:bArs weicht erheblich von der Sinusform ab. 1)er Drehtransformator ist also sekundärmit nicht .snusförmigen Strömen be-.,.1astet und muß infolgedessen auch auf der Primärseite des Drehtransformators Ströme aufnehmen, die von der Sinusform abweichen. Wenn auf der Primärseite des Drehtrans£ormators 7 aber keine. Spannungsquelle vorhanden wäre, die die erforderlichen höheren Harmonischen zu liefern imstande wäre, so würde die nicht sinusförmige Strombelastung eine Verzerrung der von dem Drehtransformator abgegebenen, Spannung bewirlwn. Dem wird dadurch abgeholfen, daß parallel zu der Primärwicklung des Drehtransformators Kondensatonen i o vorgesehen werden, die in dein Zeiten, in -denen der Gitterstrom klein ist, Energie aufspeichern und diese an den Drehtransformator abgeben, wenn die Strombelastung größer ist. Der sinusförmige Verlauf der Primärspannung des Drehtransformators läßt sich auch dadurch aufrechterhalten, daß man parallel zu ihm eine Hilfsbelastung, beispielsweise aus Ohmschen Widerständen, vorsieht. Die Spannung stimmt dann im wesentlichen mit dem Spannungsabfall überein, der durch den sinusförmig :n Strom in den Hilfsbelastungswiderständen hervorgerufen wird.In Fig. I i means a three-phase network, from which a rectifier 4. is fed via a transformer 2. The choke coil 5 is used for smoothing of direct current. The grids are connected to the saturated transformer 6, which via a rotary transformer 7 and via the capacitors 8 and Chokes 9 existing oscillation circuits! Is also fed from the network i. The supply lines from the chokes 9 to the rotary transformer 7 are still connected in parallel the capacitors i o connected. The mode of operation is as follows: By actuation of the rotary transformer 7 is the rectifier q. in a manner known per se Adjustment of the phase angle of the arc ignitions controlled. The condensers 8 are matched with the chokes 9 to resonance with the frequency of the network i. The consequence of this is that only purely sinusoidal currents from the network to the primary winding of the rotary transformer can flow. But now the grid currents are with them the transformer 6 is loaded on the secondary side, by no means sinusoidal, and also the magnetizing current of this transforma - ,: bArs deviates considerably from the sinusoidal shape away. 1) The rotary transformer is therefore secondarily loaded with non-snus-shaped currents -.,. 1 and must consequently also absorb currents on the primary side of the rotary transformer, which deviate from the sinusoidal shape. If on the primary side of the rotary transformer 7 but none. Voltage source would be present that would provide the required higher harmonics would be able to deliver, the non-sinusoidal current load would be a distortion the voltage delivered by the rotary transformer. This is remedied by that capacitors i o are provided parallel to the primary winding of the rotary transformer who store energy in your times when the grid current is small and deliver them to the rotary transformer when the current load is greater. The sinusoidal course of the primary voltage of the rotary transformer can also maintained by having an auxiliary load parallel to it, for example from ohmic resistances, provides. The tension then essentially agrees corresponds to the voltage drop caused by the sinusoidal: n current in the auxiliary load resistors is caused.

In Fig. 2 ist als weiteres Erfindungsbeispiel ein sechs:anodiger Gleichrichter gewählt, dessen Hauptstromkreise der Einfachheit halber fortgelassen sind. Die Gitterei bis 26 des Gleichrichters werden aus Sekundärwicklungen des Transformators 27 gespeist, welcher primär über die Drosseln 28 und 29 an die Anodenzuleitungen des Gleichrichters mit drei voneinander getrennten Phasenwicklungen angeschlossen ist. Jede dieser drei Phasen ist zwischen den Drosseln 28 und 29 ülh°.rbrückt durch einen Kondensator 3o. Die drei Tertiärwicklungen des Transformators 27 sind in Reihe geschaltet und werden aus einer Batterie 3 i über einen Spannungsteiler 32 mit regelbar veränderlichem Gleichstrom gespeist. Die aus den Drosseln 28 und 29 und .den Kondensatoren. 30 gebildete Schaltgruppe bezeichnet man mit Drosselkette. Eine solche Anordnung hat die Eigenschaft, daß sie für Frequenzen @oberhalb einer gewissen Grenze `einen sehr- hohen, unterhalb dieser Grenze einen sehr niedrigen Widerstand bildet. Im vorliegenden Fall soll sie so abgestimmt sein, daß nur die Grundfrequenz zur Erregung des Transformators 27 freigegeben wird. Der resultierende Magnetfluß im Transformator wird durch die Einstellung des Spannungsteilers 32 bedingt. Ist der Transformator 27 hoch gesättigt, so. werden nur in demjenigen Intervall vier Magnetisierungskurve Spannungsimpulse an die Gitter abgegeben, wo die Ampereivindungen der Wechselstrom- und der Gleichstromerregunge:n sich nahezu aufheben. Eine Rückwirkung der durch die Belastungsströme des Gleichrichters im Wechselstromnetz _erzeugten Spannungsioberw@ellen auf die Gitter- .. steuerung wird hier wie bei der Anordnung nach Fig. i verhindert, da die Drosselkettenanordnung für die Oberwellen praktisch undurchlässig ist.In FIG. 2, a six-anodic rectifier is selected as a further example of the invention, the main circuits of which have been omitted for the sake of simplicity. The grid to 26 of the rectifier are fed from secondary windings of the transformer 27, which is primarily connected via the chokes 28 and 29 to the anode leads of the rectifier with three separate phase windings. Each of these three phases is bridged between the chokes 28 and 29 by a capacitor 30. The three tertiary windings of the transformer 27 are connected in series and are fed from a battery 3 i via a voltage divider 32 with controllably variable direct current. From the chokes 28 and 29 and .the capacitors. The vector group formed 30 is referred to as a throttle chain. Such an arrangement has the property that it forms a very high resistance for frequencies @ above a certain limit, and a very low resistance below this limit. In the present case, it should be tuned in such a way that only the fundamental frequency for exciting the transformer 27 is released. The resulting magnetic flux in the transformer is determined by the setting of the voltage divider 32. If the transformer 27 is highly saturated, so. four magnetization curve voltage pulses are emitted to the grid only in the interval where the ampere connections of the alternating current and direct current excitation: n almost cancel each other. A reaction of the voltage surges generated by the load currents of the rectifier in the alternating current network on the grid control is prevented here, as in the arrangement according to FIG.

Mit den genannten Glättungs- und Speichermitteln sind die Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung natürlich nichterschöpft, z. B. können auch sog. Siebketten Verwendung finden, welche die umgekehrten Eigenschaften wie die Drosselketten aufweisen. Die Siebketten sind vorzugsweise derart abzustimmen, daß sie noch für die störenden Frequenzen glättend wirken, aber gewünschte Kurvenverzerrungen nicht beeinträchtigen. Gegebenenfalls werden auch bereits einfache Drosselspulen in dein Zuleitungen der Gitterkreise genügen. Die Glättungs- und Speichermittel sind in ihrer Lage nicht auf die Zuleitungen zu den Gitterkreisen beschränkt, sondern können auch an einer anderen geeigneten Stelle der Gitterkreise angeordnet werden. Infolge der Anordnung der Glättungsmittel abseits vom Hauptkreis brauchen diese nur für verschwindend geringe. Leistungen bemessen zu werden. überdies können noch Ersparnisse dadurch erzielt werden, daß bei Anordnungen, wie sie Fig. i zeigt, die Glättungsmittel S, 9 m einer Phase fortgelassen werden, oder bei Anordnungen nach Fig.2 nur in drei von sechs Zuleitungen vorgesehen werden. Die Glättungs,mittel können ,auch mit Phasenverschiebungsmitteln kombiniert werden, vor allem bei einphasiger Speisung. Der Erfindungsgegenstand bezieht sich nicht nur auf Gleichrichter, sondern auch auf Wechselrichter und Umrichter. Beim selbsterregten Wechselrichter ist bekanntlich die Wechselspannun- nicht sinusförmig, so, daß der Erfindung.s.gegenstand hier besondere Bedeutung gewinnt. Es kann zweckmäßig sein, besonders für den Umrichterbetrieb, Spa xnnungen mehrerer Frequenzen in den Steuerkreis einzuführen, wobei gegebenenfalls für jede Frequenz eine besondere Glättungsanordnung vorgesehen werden kann. Zweckmäßig können aber auch für ,alle Frequenzen gemeinsame Glättungsmittel ;angewendet werden, welche so abgestimmt sind, d.aß alle Spannungen der gewünschten Frequenz"#ii in vorbestimmter Höhe den Gittern zugeführt werden. Mit Hilfe derartiger Mittel ist es ferner auch möglich, gewünschte Frequenzen, welche im Netz bereits vorhanden sind, von ungewünschten zu trennen und daher besondere Spannungsquellen für die Bereitstellung derselben zu erübrigen.With the mentioned smoothing and storage means, the execution options are the invention of course not exhausted, e.g. B. so-called. Sieve chains can also be used find which have the opposite properties as the choke chains. the Sieve chains should preferably be coordinated in such a way that they are still suitable for the troublesome Frequencies have a smoothing effect, but do not affect the desired curve distortion. If necessary, simple choke coils are already installed in your supply lines Lattice circles are sufficient. The smoothing and storage means are not in their position limited to the leads to the grid circles, but can also be attached to a be arranged at another suitable point of the grid circles. As a result of the arrangement the smoothing agents away from the main circle only need this for vanishing low. Benefits to be measured. Moreover, savings can still be made thereby be achieved that in arrangements as shown in Fig. i, the smoothing means S, 9 m of a phase can be omitted, or in the case of arrangements according to FIG. 2 only in three of six supply lines can be provided. The smoothing means can also use phase shifting means can be combined, especially with single-phase supply. The subject of the invention refers not only to rectifiers, but also to inverters and converters. In the case of a self-excited inverter, it is well known that the alternating voltage is not sinusoidal, in such a way that the subject of the invention gains particular importance here. It can be expedient especially for inverter operation, spans of several frequencies in the Introduce control circuit, where appropriate for each frequency a special smoothing arrangement can be provided. However, it can also be useful for all frequencies common Smoothing agents; are used which are so tuned that all tensions the desired frequency "#ii are fed to the grids at a predetermined height. With the help of such means, it is also possible, desired frequencies, which already exist in the network, to be separated from unwanted ones and therefore special To make voltage sources unnecessary for the provision of the same.

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Claims

PATE \ 'TANS PRÜ CHR i. Device for controlling arc or glow discharge paths in a converter circuit, in which the grid alternating voltage is taken from the inverter circuit and is arbitrarily distorted by distortion means, characterized in that in the grid circle, in addition to the distortion means, smoothing means are provided which make the voltage to be distorted practically sinusoidal design.

2. Device according to claim i, characterized in that d.aß Means still storing between the smoothing agents and the distortion agents, z. B. condensers, or secondary consumers, z. B. Ohmic resistors switched on are.

3. Device according to claim i and 2, characterized in that the smoothing means consist of thrush or sieve flutes.

4 .. Device according to claim i and 2, characterized characterized in that as a smoothing agent in the course of the connecting lines of the grid circles on the supply source lying capacitances and inductances are used, which are tuned to the basic frequency.

5. Device according to claim i to:;., Characterized characterized that with it-phase supply the grid circle has less than n smoothing and storage means, e.g. B.; t-1 or are provided.

6. Device according to claim i to 5, characterized in that when several alternating grid voltages are supplied different amplitude, phase position or frequency the smoothing means for the individual Lattice alternating voltages are arranged individually or separately in groups.