DE660698C - Anordnung zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom, insbesondere zur Verwendung bei der Gleichstromumformung für Hausfernmelde-S anlagen u. dgl. Die Erfindung beruht darin, mit Hilfe von gleichrichterartigen Einrichtungen den Gleichstrom in pulsierenden Gleichstrom umzuformen und diesen Wellenstrom mit Hilfe eines Transformators von der Gleichstromkomponente zu trennen, wobei gleichzeitig der gewonnene Wechselstrom transformiert, insbesondere herabtransformiert werden kann.

Es ist bereits bekannt, Gleichstrom dadurch in Wechselstrom umzuformen, daß er gleichrichterartigen, mit Steuergittern versehenen, elektrischen Ventilen zugeführt wird. Benutzt man hier aber reine Elektronenröhren, die sich in Rückkopplungsschaltung unschwer steuern lassen, so· kann man nur recht geringe Energiemengen umformen, während bei gesteuerten Gasentladungsröhren mit selbständiger Entladung besondere Kunstgriffe nötig sind, um die Stromunterbrechung in jeder Phase herbeizuführen, wenn einmal eine Zündung der Gasentladungsröhre stattgefunden hat.

Es ist ferner bekannt, Wechselstrom mittels Glühkathodenröhren durch eine periodische Änderung der Fadentemperatur und damit des Anodenstromes zu erzeugen. Die Fadentemperatur wird dabei durch Beheizung mittels Wechselstrom verändert.

Nach der Erfindung werden nun unter Benutzung dieser an sich bekannten Beeinflus· sung der Kathodenheizenergie die Pulsationen des Anodenstromes durch eine an sich bekannte Rückkopplung des- Anodenstromes auf den die Kathodentemperatur beeinflussenden Hilfsstromkreis erhalten.

Die periodischen Anodenstromschwankungen bzw. der so< entstandene Wellenstrom, werden mit Hilfe eines Transformators, der auch gleich für die Zwecke der Rückkopplung mit verwendet werden kann, in Wechselstrom der gewünschten Spannung umgeformt, der dann, wenn es sich um reine Signalapparate handelt (wie Läutwerke, Fallklappen o. dgl.), unmittelbar benutzt werden kann. Für Zwecke von Fernsprechern oder anderen Apparaturen, welche Gleichstrom zu ihrem Betriebe benötigen, kann der dem Transformator entnommene niedergespannte Wechselstrom durch Metallgleichrichter, z. B. Trokkengleichrichter, gleichgerichtet und geglättet werden.

Der Vorteil der Erfindung gegenüber den bekannten Anordnungen, bei denen mit Hilfe von gesteuerten Entladungsstrecken eine Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom stattfindet, ist der, daß man mit sehr einfach gebauten und daher billigen Entladungsstrekken auskommt, so daß sich diese kaum teurer wie kleine Glühlampen in der Herstellung stellen. Auch ist es möglich, durch entsprechende Bemessung verhältnismäßig hohe

Ströme zu. erhalten, da man die Elektroden, die einfach geformt sind, sehr nahe zusammenrücken kann. Auch kann man durch Gasfüllungen der Entladungsstrecke dafür sorgen, daß die Raumladung durch die Gasionen ausgeglichen wird, so- daß man viel höhere Stromstärken als bei Elektronen-entladwngsgefäßen ohne Kompensation der Raumentladung zur Verfugung hat.

ίο Eine beispielsweise Ausführungsfarm der Erfindung ist in Fig. ι beschrieben. Es ist dort Tr ein Transformator mit drei Wicklungen. Die Wicklung ι ist einerseits unmittelbar mit der positiven Klemme einer Gleichstromquelle und anderseits mit der Anode einer Glühkathodenröhre verbunden. Die Glühkathode 5 ist einerseits unmittelbar an die negative Klemme und anderseits über den Widerstand 4 an die positive Klemme der Gleichstromquelle angeschlossen. Ferner ist die Kathode noch über einen Kondensator 6, welcher einen unerwünschten gleichstrommäßigen Nebenschluß zu dem Kathodenheizstromkreis verhindert, mit einer Wicklung 2 des Transformators Tr verbunden, deren Aufgabe im folgenden erläutert wird.

Wird die Anordnung an die Gleichspannung gelegt, so wird zunächst die Kathode 5 geheizt. In dem Augenblick, wo sie Emissionstemperatur erreicht hat, fließt ein Strom zwischen Kathode und Anode und damit durch die Wicklung 1. Die Wicklung 1 induziert nun in der Wicklung 2 einen Stromstoß, der dem Kathodenheizstrom überlagert wird und auf diesen derart schwächend wirkt, daß die Kathodenemission zurückgeht und damit der Strom durch die Wicklung ι wieder verschwindet. Durch das Verschwinden des Stromes in der Wicklung 1 wird nun in der Wicklung 2 ein entgegengesetzter Stromstoß induziert, der nicht nur keine Verminderung des über Widerstand 2 gelieferten Heizstromes zur Folge hat, sondern sogar eine Erhöhung und damit die Kathode wieder zu stärkerer Emission veranlaßt. Dann wiederholt sich der eben geschilderte Vorgang, und es entsteht im Transformatoreisen ein magnetisches Wechselfeld, das in der Wicklung 3 eine Wechselspannung induziert. Diese Wechselspannung kann nun für beliebige Zwecke verwendet werden. Sie kann entweder höher sein als die primäre Spannung und dann besonderen Zwecken dienen, wenn Hochspannung benötigt wird; sie kann aber außerdem auch, und dies ist ein ganz besonders wichtiges Anwendungsgebiet, bedeutend niedrigere Spannung besitzen als die Netzspannung und dann zum Betriebe von Haustelegraphen, Signalanlagen usw. benutzt werden. Durch Gleichrichtung des erzeugten Wechselstromes und Glättung des; Gleichstromes kann man auch solche Apparate mit der Anordnung betreiben, die reinen Gleichstrom benötigen, wie z.B. Fernsprecher. Um höhere Wechselzahlen zu erhalten, ist es notwendig, mit Kathoden zu arbeiten, die keine hohe thermische Trägheit besitzen, also beispielsweise reine Wolframkathoden oder auch Thorkathoden, doch soll keineswegs die Benutzung von thermisch trägeren Kathoden, wie z. B. Oxydkathoden, ausgeschaltet sein, da für viele Anwendungsfälle auch eine geringere Periodenzahl des erzeugten Wechselstromes genügt. Da die Kathoden nur stoßweise geheizt werden, so kann man die Kathode in dieser kur-■zen Heizperiode stark überheizen, wodurch die thermische Trägheit verringert und damit die erreichbare Periodenzahl erhöht wird. Namentlich, wenn eine nachherige Umformung in Gleichstrom gewünscht wird, ist es vorteilhaft, mit hochperiodigen Strömen zuarbeiten, damit dann die Glättungsmittel im Gleichstromkreis und auch die Transformatoren selbst klein und billig werden. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung* ist in Fig. 2 gegeben.. Hier ist wieder Tr der Transformator. Die Wicklung 1 ist mit einer Klemme an die positive Netzspannung angeschlossen, die andere Klemme geht zu der Anode einer gleichrichterartigen Entladungs,-röhre. Von diesem Anodenanschluß der Wicklung ι geht ferner über einen Widerstand 4 ein Zweig zur Kathode 5 und von dort zum negativen Pol der speisenden Gleichstromquelle. Parallel zum Widerstand 4 kann ein Kondensator 6 geschaltet werden.

Die Wirkung dieser Anordnung ist folgende: Im Moment des Einschaltens fließt zunächst über die Anode kein Strom, sondern lediglich durch die Wicklung 1 über den Widerstand 4, die Kathode 5 und von dort ins Netz zurück und dadurch wird die Kathode allmählich aufgeheizt. Im Moment, wo die Emissionstemperatur erreicht ist, bildet sich ein Parallelweg zum Widerstand 4 über κ>5 die Anode der Röhre zur Kathode. Dadurch fällt die Spannung des Verbindungspuanktes der Wicklung 1 mit dem Widerstand 4 und damit sowohl die Anodenspannung als auch die Heizspannung der Röhre. Es treffen also 110 ■ zwei Faktoren zusammen, welche ein Erlöschen der Entladung begünstigen, so daß der Anodenstrom entweder ganz unterbrochen oder stark vermindert wird. Dadurch werden wieder die Verhältnisse wie zu Anfang der Betrachtung geschaffen und der Vorgang wiederholt sich. Diese periodischen Schwankungen des Anodenstromes bewirken Schwankungen des Magnetfeldes im Transformatoreisen und dadurch einen Wechselstrom in 'der Wicklung 3, der als Nutzstrom abgenommen werden kann.

In den beiden oben beschriebenen Anordnungen ist es sowohl möglich, mit gasgefüllten als auch mit Hoch vakuumröhren! zu arbeiten. Als Gasfüllung wird zweckmäßig eine Edelgasfüllung, beispielsweise' Argon, mit Drucken zwischen 0,2 bis 2 mm verwendet. An Stelle oder zusammen mit der Gasfüllung kann auch eine Metalldampffüllung, beispielsweise Quecksilberdampffüllung, benutzt werden. Bei der Benutzung von gas- oder dampfgefüllten Entladungsröhren ist darauf zu achten, daß keine Bogenentladung einsetzt, welche eine Selbstaufheizung der Elektroden, z. B. der Kathode, zur Folge haben könnte.

15. Dies kann unter anderem durch geeignete Wahl des Gas- bzw. Dampfdruckes sowie durch geeignete Anodenspännungen vermieden werden.

Um Schwankungen des Kathodenheizstro-

zo mes durch Einwirkung des Anodenstromes hervorzurufen, kann jedes beliebige Mittel angewendet werden. Diese Einwirkung des Anodenstromes auf den Heizstrom kann also entweder auf tranisformatorischem Wege erfolgen, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, oder aber auch durch unmittelbare Übertragung der beim Zünden bzw. Erlöschen des Anodenstromes entstehenden Stromstöße auf den Kathodenheizkreis, wobei dafür zu sorgen ist, daß die Schwankungen der Kathodenemission in richtiger Phasenlage in bezug auf die Anodenstromschwankungen vor sich gehen, um die Anodensitromsch wankungen aufrechtzuerhalten; letzteres kann durch Benutzung von Wechselstromwiderständen geschehen oder durch Ausnutzung der Trägheit, mit der die Kathodenemission Stromschwankungen folgt.

Da die unmittelbare Beheizung der Kathode aus dem Gleichstromnetz hohe Vorschaltwiderstände vor der Kathode erfordert und diese Widerstände Energieverluste bedingen, so kann es vorteilhaft sein, den Kathodenheizstrom entweder ausschließlich oder zum größten Teil mit Hilfe von Transformatoren aus dem erzeugten Wechselstrom zu entnehmen, wobei dann unter Umständen eine besondere Anlaßvorrichtung für die Anordnung notwendig werden kann.

Ferner lassen, sich an Stelle von Entladungsröhren auch Trockengleichrichter, also z. B. Selen-Kupfer-Magnesium-, Kupfer-Sulfur-Magnesium- oder ähnliche Anordnungen verwenden, wobei durch Erwärmung einer Elektrode die Emission derselben gegenüber der Gegenelektrode erhöht werden kann und ^;dann durch Temperaturschwankungen, welche •ähnlich wie die Heizstromschwankungen in den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen zustande gebracht werden, auch wieder eine Schwingungserzeugung erreicht wird.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom unter Benutzung einer im Stromkreis, liegenden Entladungsstrecke mit Gleichrichterwirkung, bei der die Größe des Durchgangsstromes durch Beeinflussung der Katho- dentemperatur veränderbar ist und unter nachheriger Umformung des so entstehenden Wellenstromes in Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsation des Anodenistromes durch eine an sich bekannte Rückkopplung des Anodenstromes auf den die Kathodentemperatur beeinflussenden Hilfsstromkreis erhalten wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Heizstromes, der gerade ausreicht, um eine geringe Emission zu liefern, von der Gleichstromquelle abgezweigt wird, daß ferner dem Heizfaden eine Spule parallel geschaltet wird, in welcher aus 'dem Anodenkreis Induktionsstromstöße induziert werden und daß durch diese Induktionsstromstöße der Heizstrom nach Richtung des Induktionsstromstoßes verstärkt oder vermindert wird.

.3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Kathode der Entladungsstrecke benötigte Heizspannung auf transformatorischem Wege aus dem Anodenetrom der Entladungsstrecke entnommen wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als gleichrichterartiges Entladungsgefäß ein 'solches mit Dampf- oder Gasfüllung: verwendet wird und daß der Aufbau des Entladungsgefäßes oder der Druck der Gasfüllung oder beides so gehalten sind oder durch geeignete Bemessung der Anodenspannung erreicht wird, daß keine Bogenentladung auftritt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen