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. Einrichtung zur Beeinflussung der äußeren Charakteristik
von Stromrichtern Es gibt eine ganze Reihe von Stromrichtersteuerungen, die es ermöglichen,
die Änderung des Aussteuerungsgrades lediglich durch Änderung eines bzw. mehrerer
Widerstände vorzunehmen. Diese für den Aussteuerungsgrad maßgebenden Regelwiderstände
lassen sich wiederum bei vielen Steuereinrichtungen durch ein Elektronenrohr ersetzen,
dessen Durchgangswiderstand durch Gittersteuerung veränderbar ist. Zu dieser Gruppe
von Steuerungseinrichtungen gehören vor allen Dingen diejenigen, bei denen der Lade-
bzw. Entladevorgang eines Kondensators für die Lage des Schnittpunktes der Stenerspannung
mit der Zündkennlinie der Gas- oder Dampfentladungsstrecken maßgebend ist.
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Die Erfindung betrifft nun eine Einrichtung, mit der es auf einfachste
Weise und mit einem Minimum an zusätzlichen Schaltmitteln gelingt, bei derartigen
Steuerungen, bei denen die Zündzeitpunkte der Gasentladungsstrecken von der Durchlässigkeit
eines Hochvakuumrohres abhängen, eine in weiten Grenzen beliebig einstellbare Spannungskompoundierung
zu erzielen. In erster Linie soll die Erfindung dazu dienen, eine Spannungsstromkennlinie
der Stromrichteranordnung, vielfach auch als äußere Charakteristik bezeichnet, zu
schaffen, die im normalen Betrieb verhältnismäßig starr ist, d. h. nahezu
horizontal verläuft, die aber im Falle des Kurzschlusses die Höhe des auftretenden
Kurzschlußstromes auf ein ungefährliches Maß herabsetzt. Das ist beispielsweise
von großer Wichtigkeit, wenn die Stromrichteranordnung an Stelle eines Leonard-Umformers
zür Speisung und Regelung von elektrischen Antrieben dienen soll, bei denen man
mit Betriebsstörungen rechnen muß, die zu einem Kurzschluß des Stromrichters führen.
Für
einen derartigen Strornrichter ist eine Spannungsstrornkennlinie erwünscht, die,
wie b
schon oben erwähnt, zunächst horizontal läuft bzw. zum Ausgleich etwaiger
Spannungs-I abfälle sogar noch etwas ansteigt, dann aber bei Cberschreitung des
Nennstromes schad unilenkt und schnell bis auf Null herabsink t.
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Gemäß der Erfindung wird die Verbundwirkung dadurch erzielt, daß die
für sie maßgebende Betriebsgröße, vorzugsweise also der Belastungsstrorn des Strornrichters,
ein i-na-- gn etisches Feld erzeugt, welches -unter Ausnutzung des sog. Magnetroneffektes
die Durchlässigkeit bzw. den inneren Widerstand des Elektronenrohres beeinflußt.
Der Magnetroneffekt kommt bekanntlich dann züistande, wenn bei zylindrischer Anordnung
(ler Anode eines Elektronenrohres mit der Glühkathode als Achse ein in Richtung
der Zylinderachse liegendes Magnetfeld auf die Entladung einwirkt. Dadurch werden
die Elektronenbahnen, die sonst radial von der Kathode nach der Anode übergehen
und dort senkrecht auftreffen, abgelenkt, so daß sie nuninehr die Form von Kreisen
bzw. Spiralen annehmen. Da die Austrittsgeschwindigkeit der Elektronen ganz verschieden
ist, so sind auch die Bahnkrümmungen der austretenden Elektronen verschieden stark,
verteilen sich jedoch tun einen bestimmten, von den elektrischen Größen abhängigen
statistischen Mittelwert. Bei zunehmender Stärke des Magnetfeldes werden schließlich
die Bahnen der langsamsten Elektronen so stark gekrümmt, daß diese die Anode nicht
mehr erreichen, wodurch eine Verminderung des gesamten Entladungsstromes bewirkt
wird. Bei noch weiterer Zunahme hört schließlich der E-nfladungsstroin vollkommen
auf, da auch die schnellsten Elektronen die Anode nicht mehr erreichen. Die Kurve,
nach der die Leitfähigkeit des Rohres von dem Magnetfeld abhängt, verläuft im allgemeinen
zunächst lange Zeit auf einem konstantenWert, um darin bei weiterer Steigerung der
Stärke des Magnetfeldes schnell bis auf Null abzufallen.
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Nimmt man nun einmal an, daß mit sinkender Leitfähigkeit des Elektronenrohres
der Aussteuerungsgrad und damit die Spannun- einer Stromrichteranordnung abnimmt,
so läßt sich für diese Stromrichteranordnung unschwer eine Spannungsstromkennlinie
erzielen, wie sie in Fig. i mit A bezeichnet ist, wenn man beispielsweise
den Belastungsgleichstrom selbst zur Erzeugung des magnetischen Feldes, das die
Hochvakuumröhre durchsetzt, benutzt. Man erkennt, daß die Gleichspannung
U, mit zunehmendem Belastungsgleichstrom ig zunächst nur sehr wenig absinkt;
dieses Absinken rührt ledig-]ich von inneren Spannungsabfällen der Gleichrichteranordnung
selbst her. lii der Nähe des NennstrornesI" inacht sich jedoch der Magnetroneffekt
in der für die Stetierung maßgebenden Hochvakuunientladungsstrecke mehr und mehr
bemerkbar, so daß bei einem verhältnismäßig geringen Kurzschluß-Strom II, bereits
eine Spannung nahe Null er-
reicht wird.
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Selbstverständlich ist die Anwendung der Erfindung keineswegs auf
die Erzeugung der dargestellten Kennlinienforin beschränkt. Zunächst einmal braucht
es nicht der Belastungsstrom zu sein, der das Magnetfeld erzeugt, sondern es kann
hierfür irgendeine andere für die Verbund"virkung maßgebende Betriebsgröße benutzt
werden. Außerdem kann man mehrere, verschiedenen Gesetzen folgende oder auch willkürlich
einstellbare Magnetfelder überlagern. So gelingt es z. B. auch bei der belastungsstrornabhängilgen
Bildung des Magnetfeldes durch ein konstantes, aber einstellbares. Zusatzmagnetfeld,
den Umlenkpunkt der Spannungsstrornkennlinie beliebig zu verschieben.
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In vielen Fällen ist es, wie bereits oben erwähnt wurde, auch noch
erwünscht, den inneren Spannungsabfall des Stromrichters in dem normalen Arbeitsbereich
aufzuheben. Das erfordert einen zunächst ansteigenden Verlauf der Kennlinie für
die innere Spannung des Stromrichters. Einen solchen Verlauf kann man aber bei der
erfindungsgenläßen Anordnung dadurch erzielen, daß man den Belastungsstrom auf die
Durchlässigkeit der Hochvakuumstrecke nicht nur über das Magnetfeld, sondern auch
noch, und zwar im entgegengesetzten Sinne, über eine Steuerelektrode, z. B. ein
Steuergitter, einwirken läßt. Überhaupt lassen sich auch mit Hilfe von statischen
Elektroden erzielbare Steuervorgänge in beliebiger Weise mit den durch die Magnetfelder
hervorgerufenen zusainmensetzen, so daß auch hierin eine Fülle von Möglichkeiten
zur Erzeugung bestimmter 1-,'-ennlinienformen liegt.
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Fig. i zeigt in der Kurve B einen Kennlinienverlauf, bei dem in der
angegebenen Weise die Spannung mit wachsendem Belastungsstrom zunächst steigt, um
dann bei höheren Strömen schnell nach Null umzulenken. Durch die zusätzliche Beeinflussung
der Kennlinie im Sinne einer zunächst erfolgenden Steigerung der Spannung kann man
gleichzeitig auch ein wesentlich schärferes Hervortreten des plötzlichen Umlenkens
der Kennlinie erzielen und erreicht vor allem auch ein nahezu senkrechtes Herabsinken
in der Nähe des Kurzschlußstromes. Die Mög lichkeit, einen derartigen fast senkrechten
KennliniEnverlauf zu erzeugen, macht die erfindungsgenläße
Anordnung
auch geeignet zur b z3
Verwendung als konstanten Stroinwiderstand, d.h. zur
Erzielung eines von der Spannung unabhängigen Stromes.
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In Fig. 2 ist ein Ausführtingsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es handelt sich hierbei um einen dreipliasigen Gleichrichter mit den drei gittergesteuerten
Gas- oder Danipfentladungsstrecken2, die über den Transformator i aus dem Drelistroinnetz
RST gespeist werden. Die Gitterspannung für jede dieser Entladungsstrecken 2 setzt
sich zusammen aus einer in Gegenphase mit der Anodenspannung liegenden Spannung,
die in der Wicklung 21 des ebenfalls an das Netz RST angeschlossenen Transformators
6 induziert wird, und der Spannung an einem Kondensator 4, der durch die
in der Wicklung 2:2 induzierte Spannung über das Gleichrichtereleilient
7 während der positiven Anodenspannungshalbwelle so aufgeladen wird, daß
die an der Kathode liegende Belegung negatives Potential erhält. Je schneller die
Ladung des Kondensators jeweils erfolgt, um so früher wird die negative Gitterwechselspannung
kompensiert und desto früher wird die Zündkennlinie innerhalb der betreffenden Halbwelle
geschnitten. Während der negativeil Anodenspannungshalbwelle entlädt sich dann der
Kondensator wieder über den Parallelwiderstand 5.
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Die Geschwindigkeit, mit der die Kondensatoriadung vor sich geht,
wird nun bestimmt durch ein Elektronenrohr 8 mit der Anode i i ,
dem
Gitter 18 und der Kathode ig, welches in dem Ladestromkreis des Kondensators liegt.
Auf dieses Elektronenrohr wirkt eine Magnetspule 9 ein, die von dem von dem
Verbraucher 3 aufgenommenen Gleichstrom durchflossen wird und die in bezug
auf die Elektroden des Rohres 8 so angeordnet ist, daß das von ihr erzeugte
Magnetfeld in Richtung der Achse der zylindrischen Anode 17
durch den Entladungsraum
hindurchtritt. Sobald der Delastungsstroni k' über ein gewisses Maß hinaus noch
weiter zunimmt, bewirkt dieses von der Spule 9 hervorgerufene Magnetfeld
vermöge des Magnetroneffektes eine verhältnismäßig rasche Erhöhung des Durchlaßwiderstandes
des Rohres 8, damit eine Verzögerung der Ladung des Kondensators 4 und demzufolge
eine Verzögerung des Zündzeitpunktes der Entladungsstrecken 2.
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Zur Aufhebung des inneren Spannungsabfalles des Gleichrichters im
normalen Betrieb kann nun noch durch Öffnen des Kurzschließers 2o der Belastungsstrom
auf das Gitter 18 der Entladungsstrecke 8 zur Einwirkung gebracht
werden. Dieses Gitter liegt normalerweise an einem an dem Spannungsteiler 13 abzugreifenden
nega1iven Potential gegenüber der Kathode. Zusätzlich kann aber noch an dein Widerstand
16 und dem dazu parallel geschalteten Kondensator 15 eine weitere Gitterspannung
erzeug t werden, die das Gitterpotential in positiver Richtung verschiebt. Zu diesem
Zweck sind in dein Sekundärkreis des Transformators 12 eine Luftspaltdrossel it
eine beim Öffnen des Schalters 2o durch den Belastungsstrom vormagnetisierte Drossel
io in Reihe geschaltet. je größer der Belastungsstroni ist, desto kleiner wird die
Induktivität der Drossel io und ein'desto größerer Anteil der Sekundärspannung des
Transformators 12 entfällt auf die Luftspaltdrossel ii. Die Spannung an dieser wird
dann über einen Gleichrichter 14 dem Kondensator 15 zugeführt, so daß also
daC Gitterpotential der Entladungsröhre 8 mit wachsendem Belastufigsstrom
der Stromrichteranlage immer mehr nach positiven Werten hin verschoben wird und
somit dein Einfluß des Magnetfeldes entgegengewirkt wird. Auf dies'e Weise läßt
sich eine zunächst schwach ansteigende und dann plötzlich scharf nach Null umlenkende
Spannungsstronikennlinie erzielen.