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Schaltung zur unmittelbaren Umformung von Wechselstrom gegebener Frequenz
in solchen höherer Frequenz Es ist bekannt, hochfrequenten Wechselstrom aus Gleichstrom
mit Hilfe gesteuerter Lichtbogenentladungen in Verbindung mit schwingungsfähigen
Gebilden (Kapazitäten und Induktivitäten) zu erzeugen. Steht jedoch Gleichstrom
nicht zur Verfügung, so ist es üblich, diesen durch einfache Gleichrichtung von
aus einem Netz entnommenem Wechselstrom herzustellen. Dann ist also eine Anordnung
notwendig, die aus zwei Teilen, nämlich einem Gleichrichter und einem Wechselrichter,
besteht. Bekannt ist es fernerhin, für das Gebiet niederer Frequenzen diese beiden
Entladungsgefäße zu einem einzigen, dem sogenannten Umrichter, zu vereinigen. Damit
werden die Halbwellen des gebildeten Wechselstromes aus einer Anzahl von Teilwellen
des speisenden Wechselstromes zusammengesetzt, so daß sich ein derartiger Umrichter
vorzugsweise zur Erzeugung niederer Frequenzen eignet.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung, bei der
ein Gleichrichter und ein Wechselrichter zur Erzeugung hoher und höchstmöglicher
Frequenzen aus einem Wechselstrom der üblichen Netzfrequenz zu einer Einheit vereinigt
ist und mittels eines Schwingungs- bzw. Löschkondensators die natürlichen Stromimpulse
des Gleichrichters, die sich nach den Zeiten der positiven Höchstspannungen der
einzelnen Anoden richten, in eine beliebige Anzahl wesentlich kürzerer Stromimpulse
zerlegt werden, die die Halbwellen des zu erzeugenden Hochfrequenzstromes bilden.
Man geht hierbei vorteilhaft von einer Schaltung von gittergesteuerten, von einem
an das speisende Netz angeschlossenen Transformator (Eingangstransformator) gespeisten,
zu einzelnen Gruppen mit gemeinsamem Kathodenpotential zusammengefaßten Gas- oder
Dampfentladungsstrecken aus, bei der die Gruppenzahl der mindestens zweifachen Anzahl
der Phasen des zu erzeugenden Wechselstromes entspricht und die Kathode jeder Entladungsstreckengruppe
mit dem einen Phasenende der Primärwicklung eines an das zu speisende Netz angeschlossenen
Transformators (Ausgangstransformator) verbunden ist, deren andere Phasenenden zu
einem mit dem Sternpunkt des Eingangstransformators verbundenen Sternpunkt vereinigt
sind. Erfindungsgemäß sind in einer solchen Schaltung zwischen die Kathoden der
Entladungsstreckengruppen Kapazitäten geschaltet, die zur Löschung der einzelnen
Entladungsstrecken dienen, wobei die einzelnen Entladungsstrecken gemeinsam im Takt
des
speisenden Wechselstromes und einzeln im Takt des zu erzeugenden Wechselstromes
gesteuert werden.
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Hat man eine Anordnung, bei der Einzelentladüngsgefäße verwendet werden,
so wird die Kapazität zwischen zusammengehörige Kathoden der Anordnung geschaltet.
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Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß in jeder Stromrichtung
des Hochfrequenzstromes nur einmal das Spannungsgefälle des Lichtbogens zu überwinden
ist und dementsprechend ein guter Wirkungsgrad der Einrichturig erzielt wird. Weiterhin
ist' es von Vorteil, daß man nicht jede Lichtbogenstrecke, d. h. bei einem mehranodigen
Gefäß jede Anodenstrombahn, für sich zu steuern bzw. zu sperren braucht, sondern
allen Steuergittern gemeinsam die hochfrequente Steuerspannung zuführen kann.. jedoch
kann es auch angebracht sein, jedes einzelne Gitter mit entsprechenden Steuerspannungen
zu beaufschlagen, wenn beispielsweise die Lieferung von voreilenden und nacheilenden
Belastungsströmen im speisenden Netz verlangt wird. Außer der Blindstromregelung
im Primärnetz wird durch die Einzelsteuerung auch eine Spannungsregelung für das
Hochfrequeninetz möglich. Ferner kann durch die Einzelsteuerung noch eine Erhöhung
der Betriebssicherheit infolge Absperrung der Entladungsstrecken innerhalb der Zeit,
während der sie nicht zur Arbeit herangezogen werden, erzielt werden. Bei der Einzelsteuerung
können die Gitter beispielsweise durch einen Kontaktsteuerapparat mit der Steuerspannungsquelle
verbunden werden. Ferner braucht nicht jede einzelne Lichtbogenstrecke für sich
mittels je eines Löschkondensators zur gegebenen Zeit stromlos gemacht zu werden,
sondern es genügt der Anschluß eines gemeinsamen Kondensators an eine gemeinsame
Elektrode aller Lichtbogenstrecken einer Stromrichtung, bei einem mehranodigen Gefäß
also an die Kathode. Dadurch wird erreicht, daß immer nur je eine Lichtbogenstreeke
gezündet wird, und zwar diejenige, welche gerade die höchste Anodenspannung besitzt,
und daß die Lösch- bzw. Unterbrechungswirkung des Kondensators von selbst den jeweils
gerade brennenden Lichtbogen trifft. Hat der Kondensator diesen Strom zeitweise
übernommen, so tritt durch Negativwerden sämtlicher Gitter 'der zugehörigen Lichtbogenstrecke
eine Sperrung derselben, bei einem mehranodigen Gefäß also eine Sperrung des gesamten
Entladungsgefäßes ein.
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Schließlich ist noch hervorzuheben, daß die Schaltung gemäß vorliegender
Erfindung das unerwünschte Eindringen von Hochfrequenzströmen in den Niederfrequenztransformator
zu verhindern gestattet: Man kommt dann mit einer einzigen Sekundärwicklung des
Niederfrequenztransformators aus. Ist die zu erzeugende Frequenz jedoch nicht erheblich
höher als die des speisenden Netzes, so können auch zwei oder mehrere Sekundärwicklungen
vorgesehen werden, die dann erfindungsgemäß eine möglichst kleine gegenseitige Streuung
haben dürfen, was durch bifiläre oder multifilare Wicklungsart zu erreichen ist.
In diesem Falle werden die Ströme der einen Wicklung bei Zündung der nächstfolgenden
Entladungsstrecke am zwanglosesten in die mit der ersten Wicklung bifilar verschachtelte
Sekundärwicklung übergehen und dadurch die Streufelder im Transformator eine geringe
oder gar keine Veränderung erfahren.
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Durch die Zeichnung ist die Erfindung näher veranschaulicht. In Fig.
i wird von, dem Transformator i über die Drosselspule 2- den beiden Umrichtergefäßen
3 und q. ein Wechselstrom der üblichen Netzfrequenz, z. B. 50 Per./Sek.,
zugeführt. Es sind hierbei jeweils zwei entsprechende Entladungsstrecken der beiden
Umrichtergefäße 3 und q. an eine der Ausgangsklemmen q.o bis q:5 der Sekundärwicklung
2 des Transformators i angeschlossen. Die Kathoden der beiden Entladungsgefäße 3
und q. sind mit einem Ausgangstransformator 6 verbunden, und zwischen dessen beiden
Zuleitungen liegt ein. Schwingungs- bzw. Löschkondensator 5. Zwischen den Nullpunkten
der Sekundärwicklung des Transformators i und der Primärwicklung des Ausgangstransformators
6 ist die Glättungsdrossel7 eingeschaltet. Durch die Drosselspülen 2 wird der Transformator
x vor dem Eindringen von Hochfrequenzström geschützt. Der Steuerkreis der Entladungsgefäße
enthält Gitter B. An diese Gitter des Entladungsgefäßes 3 sind Widerstände g zwecks
Begrenzung der den Steuergittern zugeführten Ströme angeschlossen, die mit einer
Spule eines Koppelspulenpaares io verbunden sind. Die Koppelspulen io sind mit einer
Primärspule iz verkettet, die in Brückenschaltung mit den Wider- 1 ständen 12 und
13, der Drosselspule 1q. und dem Kondensator 15 liegt. Durch die Brückenschaltung
werden in der Spule iz Spannungen hervorgerufen, welche transformatorisch auf die
Gitter 8 derart übertragen werden, daß diese in bezug auf ihre zugehörigen Kathoden
die notwendigen Steuerpotentiale erhalten, um zu den gewünschten Zeiten den Stromwechsel
zwischen den Umrichtergefäßen 3 und q: zu ermöglichen. Die Gitter 8 des Entladungsgefäßes
q. sind in entsprechender Weise wie beim Gefäß 3 geschaltet zu denken.
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Der als Sonderbeispiel gezeichnete Kontaktapparat 16 dient zur weiteren
Vervollkommnung dieser Einrichtung. Ein Synchronmotor 17 treibt eine Kontaktwalze
18 an, auf der die Bürsten i9 schleifen. An letztere sind die
Gitter
8 des Entladungsgefäßes 4 angeschlossen, und zwar zyklisch in der Reihenfolge der
Anoden. Ein Schleifkontakt 2o, der von einer der beiden Koppelspulen zo über einen
Widerstand 9d die Steuerspannung erhält, muß eine solche Breite aufweisen, daß jeweils
mindestens eine Bürste mit ihm in leitender Verbindung steht. Das Gefäß 3 erhält
einen entsprechenden Kontaktapparat, der gleichsinnig betätigt wird. Es ist dadurch
möglich, willkürlich den Bereich der positiven Anodenspannung auszuwählen, in dem
gearbeitet werden soll, um so die Spannung des Hochfrequenzstromes verlustlos zu
regeln.
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An Stelle des Kontaktapparates können natürlich auch irgendwelche
anderen Mittel zur Auswahl der gewünschten Anodenspannungen benutzt werden, z. B.
eine Gitterzusatzspannung, welche durch Überlagerung von Wechselstromspannungen
der Anodenfrequenz über die Hochfrequenzspannung gewonnen werden kann. Bei der Verwendung
eines Kontaktapparates _ erweist es sich als vorteilhaft, daß der Kontaktapparat
die Ausnutzung beider Seiten der positiven Anodenspannungshalbwellen gestattet,
also die Möglichkeit bietet, im speisenden Netz voreilende oder nacheilende Belastungsströme
hervorzurufen.
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Für die Erzeugung hochfrequenten Drehstromes ist es wichtig, den Drehsinn
von vornherein festzulegen und es nicht der Schaltung zu überlassen, auf welchen
Drehsinn sie sich bei Inbetriebsetzung der Einrichtung von selbst einstellt. Die
Bestimmung der Drehrichtung kann durch Beeinflussen der Gitter auf verschiedene
Weise geschehen, z. B. durch induktive oder elektrostatische Spannungsänderung und
außerdem durch Einfügung zusätzlicher Gitter und Sonden. Im ersteren _ Falle wird
durch induktive Beeinflussung das Potential der Steuergitter der zeitlich folgenden
Lichtbogenstrecke erhöht und gleichzeitig das Potential der Steuergitter der zeitlichen
vorangehenden Lichtbogenstrecken gesenkt.
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In der Fig. 2 ist ein einfaches Beispiel für Festlegung des Drehsinns
bei der Erzeugung von Mehrphasenhochfrequenz durch Einfügung zusätzlicher Gitter
und Sonden gezeigt. In diesem Falle können die Entladungsstrecken 2z, 22 und 23
an eine der Klemmen 4o bis 45 der Sekundärwicklung des Transformators z angeschlossen
werden. Die Röhren ?r, 22 und 23 haben Steuergitter 24 für die Hochfrequenzbeeinflussung
und ferner Sonden 25 und 26, die zum Hervorrufen einer Sperrwirkung dienen und die
Entladung nur dann einleiten, wenn eine von beiden positiv ist. Die Sonde 26 ist
an den Minuspol und die Sonde 25 an den Pluspol je einer Batterie 27 gelegt. Nimmt
man z. B. den Fall an, daß die Röhre 22 gerade Strom führt, so nehmen deren Sonden
25 und 26 im Lichtbogen ein bestimmtes Potential an. Dadurch wird die in diesem
Moment als Gitter wirkende Sonde 25 der Röhre 23 positiv. Entsprechend wird die
nun als Sperrgitter wirkende Sonde 25 der Röhre 21 negativ. Diese Potentialverteilung
erlaubt nur die Zündung der Röhre 23 und bestimmt damit die zyklische Folge. Die
Sperrpotentiale werden durch Kondensatoren 28 auch nach dem Übergang des Lichtbogens
auf andere Röhren aufrechterhalten. Für mehranodige Gefäße genügt je ein derartiges
Sondenpaar, welches über der Kathode anzuordnen ist.
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Bei der Erzeugung sehr hoher Frequenzen ist es zweckdienlich, Wirbelströme
in den in der Einrichtung verwandten Apparaten und größere induktive Stromschleifen
tunlichst zu vermeiden. Aus diesem Grunde werden die Metallteile zweckmäßig unterteilt
und aus Legierungen von hohem Widerstand und geringer Magnetisierbarkeit hergestellt.
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In der Fig.3 ist eine vorteilhafte Röhrenanordnung zur Umrichtung
von sechsphasigem Niederfrequenzstrom auf dreiphasigen Hochfrequenzstrom gezeigt.
Der Lichtbogen wechselt zyklisch zwischen den Röhren 3i, 32 und 33, die eine Gruppe
bilden, die von einer Phase des Transformators = gespeist wird. Nach Beendigung
des Arbeitsvorganges in dieser Gruppe tritt die Gruppe 34, 35 und 36 in Tätigkeit
und so fort im Sinne des eingezeichneten, Pfeiles 37. Hierdurch werden induktive
Stromschleifen, die bei hoher Frequenz energieabstrahlend wirken können, möglichst
klein gehalten.