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Verfahren, eine Phasendifferenz von Wechselströmen gleicher Frequenz
mittels gittergesteuerter Entladungsröhren wirksam zu machen zur Betätigung einer
Anzeigevorrichtung, eines Relais, eines Reglers o. dgl. Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zum Vergleich von zwei Wechselströmen gleicher Frequenz, aber versetzter
Phase, und zur Anzeige oder sonstigen Nutzbarmachung einer solchen Phasie,nverschiebung,
beispielsweise zur Synchronisierung von Wechselstrommaschinen, zur Frequenzüberwachung
solcher Maschinen USW.
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Zu diesem Zweck sind besonders die bekannten, unstetig steuerbaren
gas- oder dampfgefüllten Entladungsröhren geeignet. Eine solche Röhre hat bekanntlich
die Eigenschaft, daß, wenn das Steuergitter über einen kritischen Wert hinaus negativ
ist, kein Anodenstrom fließt, selbst wenn die Anode sehr stark positiv ist. Wenn
jedoch die Anode positiv gemacht und die negative Gitterspannung unter den kritischen
Punkt hinaus verringert wird, beginnt Anodenstrom zu fließen und fließt dann weiter,
bis die positive Vorsspannung der Anode aufhört. Den Lichtbogen durch die Röhre
kann man dann nur dadurch wieder zum Einsetzen bringen, daß man dem: Gitter die
kritische Spannung zuführt. Nach dem Einsetzen des Lichtbogens kann dieser durch
das Gitter nicht mehr beeinflußt, dagegen durch Entfernen der Anodenspannung zum
Erlöschen gebracht werden. Die Röhre arbeitet also mit einer intermittierenden Lichtbogenentladung,
deren durchschnittlicher Strom durch das Gitter gesteuert wird.
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Wenn daher Wechselspannungen von verschiedener Phase dem Gitter und
der Anode einer derartigen Röhre zugeführt werden, dann hängt die Größe des Teils
der positiven Hälfte einer Periode der zugeführten Anodenspannung, währenddessen
Anodenstrom fließen, d. h. sein Lichtbogen oder eine Entladung .stattfinden kann,
von dem Zeitpunkt ab"zu dem die Gitterspannung zugeführt -wird. Dieser Zeitpunkt
hängt seinerseits wieder davon ab, ob die Gitterspannung der Anodenspannung vor-
oder nacheilt, und ferner von dem Betrage, um den die zugeführten Spannungen gegeneinander
versetzt sind; das letztere folgt daraus, daß kein Lichtbogen einsetzt, selbst wenn
dem Gitter die kritische
Spannung zugeführt wird, wenn nicht zu
gleicher Zeit die Anode positive Spannung führt.
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Es ist nun bereits vorgeschlagen worden, unstetig steuerbare gas-
oder dampfgefüllte Röhren mit lichtbogenartiger *Entladung zur Messung des Leistungsfaktors
zu verwenden, indem die eine Wechselspannung dem eine Stromanzeigevorrichtung enthaltenden
Anodenstromkreis, dagegen die ändere dem Gitterkreis der Entladungsröhre bzw: der
Röhren zugeführt wird: Eine solche Schaltung ist aber unsymmetrisch bezüglich der
beiden Spannungen, da wohl eine Beeinflussung der mit der Anode verbundenen Wechselspannung
durch die' dem Gitter zugeführte möglich ist, aber nicht umgekehrt. Infolge dieser
Unsymmetrie ist diese Schaltung bisweilen nicht geeignet, insbesondere für solche
Fälle, wo beide Spannungen gleichberechtigt sind und sowohl eine Regelung der einen
durch die andere wie auch umgekehrt erforderlich ist, wie es z. B. beim Zusammenschalten
zweier Stromnetze oder der Synchronisierung und Überwachung zweier elektrischer
Maschinen der Fall sein kann.
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Diese Aufgabe wird von dem Verfahren gemäß der Erfindung, bei dem
Phasendifferenzen von Wechselströmen gleicher Frequenz mittels gittergesteuerter
Entladungsröhren wirksam gemacht werden zur Betätigung einer Anzeigevorrichtung,
eines Relais, eines Reglers o. dgl., dadurch gelöst, daß die zu vergleichenden Spannungen
zwei unstetig steuerbaren gas- oder .dampfgefüllten Entladungsröhren derart zugeführt
werden, daß die eine Spannung -über geeignete Zwischenglieder dem Gitter der ersten
und der Anode der zweiten Röhre und die andere Spannung in entsprechender Weise
dem Gitter der zweiten und der Anode der ersten zugeführt wird und daß jeder der
Anodenströme Widerstände durchfließt, die :ein Anzeigegerät, ein Relais o. dgl.
oder verschiedene solcher Einrichtungen gleichzeitig betätigen. Man erkennt leicht,
däß diese Schaltung vollkommen symmetrisch ist; da jede der beiden Wechselspannungen
ohne Veränderung der Schaltung die andere Spannung zu regeln vermag. Vor allem ergibt
die oben gekennzeichnete Schaltung die Möglichkeit, jede Phase von o bis 36o° anzuzeigen,
während. bei einer unsymmetrischen Schaltung nur jeweils ein Bereich von i8o° erfaßt
wird. Wise man aus der Abb. 2 ,ersehen kann, besteht nur in den zwei ersten Quadranteneine
Abhängigkeit des Anodenstroms von der Phase der Gitterspannung, in den beiden letzten
Quadranten dagegen fließt immer der höchstmögliche Anodenstrom: unabhängig von der
Phase der Steuerspannung in diesen Quadranten. Das gilt auch für Schaltungen, ;
bei denen zwei Entladungsröhren nach Art eines Doppelweggleichrichters geschaltet
sind, da hierbei die Lage der brauchbaren. und der unbrauchbaren Quadranten zusam;nenfällt.
In der erfindungsgemäßen Schaltung ist dagegen immer ein Unterschied der Ströme
der beiden Röhren vorhanden.
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An Hand der Zeichnungen ist die Erfindung näher erläutert. In Abb.
i sind q. und ,l' zwei unstetig steuerbare- gas- oder dampfgefüllte Röhren mit Steuergittern
2, 2', Anoden 6, 6' und Kathoden 8, 8' und mit Heizbatterien 5, 5'. Die Kathoden
können direkt oder indirekt geheizt werden oder auch als Quecksilber, napfkathoden
ausgebildet sein.
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Die Steuerelektroden sind in dem Ausführungsbeispiel über die Sekundärwicklungen
i o, i o' der Transformatoren T1, T2 und über Batterien 12, 12' mit den Kathoden
verbunden: Die Anöden sind über ein zweites Sekundärwicklungspaar 1q., i4.' dieser
Transformatoren mit den Kathoden verbunden. Die Kreise zwischen den Anoden und Kathodenenthalten
Stromanzeiger J, und J. und Relaiswicklungen i 6.und 16'. 17 ist ,ein
Relaisanker, der, mit zwei Kontakten 13 und 15 zusammenarbeitend,
Kreise der Steuervorrichtung 2o schließt, die zur Synchronisierung von Wechselstrommaschinen
oder zur Frequenzüberwachung oder zur Abstimmung von Röhrensendern u. dgl. dienen
können.
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Die Primärwicklungen 22, 22' der Transformatoren TL und T2 sind mit
den nicht gezeichneten Wechselstromquellen verbunden, die eine gleiche Frequenz
haben, deren Phasenverhältnis sich aber- ändern kann. Jeder Transformator enthält
also zwei Sekundär-Wicklungen i o, i ¢ bzw. i o', 14' derart; daß die Wechselspannung
von T, dem Steuergitter der Röhre . und der Anode der Röhre q.' und die Wechselspannung
von 72 dem Steuergitter von q.' und der Anode von 4. zugeführt wird. Die Steuergitter
werden meist durch die Quelle 12, 12' negativ vorgespannt, derart, daß wenn die
den Anoden durch die Sekundärwicklungen i q., 14' 'zugeführten positiven Spannungen
bis nähe an diesen kritischen Wert heranreichen.
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Es werde nun, wie erwähnt, angenommen, 7 daß zwei Wechselströme gleicher
Frequenz, aber mit veränderlicher Phase, den Primärwicklungen der Transformatoren
zugeführt werden. Wenn nun die Phase der einen dieser Primärspannungen gegenüber
der anderen voreilend ist, erhält man Änderungen in J1 und J2 gemäß den Kurven nach
Abb. 2 und 3. Ob das Ansprechen nach Abb. 2 oder nach Abb. 3 erfolgt, hängt von
der jeweiligen Polarisation der Sekundärwicklungen i o, i q. und i o', 14' ab. Unter
gewissen Bedingungen erhält man eine Kennlinie gemäß Abb: -- und durch Umkehren
einer
der Sekundärwicklungen, wobei die anderen ungeändert bleiben, die Kennlinie gemäß
Abb.o3. Jede dieser Kennlinien ist geeignet, das Phasenverhältnis zwischen den beiden
Primärspannungen anzuzeigen. Bei der Abb.3, wo sich die Phasen der zugeführten Wechselströme
um 9o° unterscheiden, sollen die beiden zugeführten Ströme, d. h. die in J1 und
J. fließenden Ströme, gleich sein.
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Der Stromanzeiger Ji und die Relaiswicklung 16 sind überbrückt durch
einen Kondensator 3 und der Stromanzeiger J2 und die Wicklung i6' durch einen Kondensator
3'. Diese Kondensatoren verhindern, daß Wechselströme von der den Röhren zugeführten
Frequenz, die von diesen durchgelassen werden könnten, die Anzeigegeräte und die
Relaiswicklungen 16, 16' erreichen; sie haben also die Wirkung, ein Klappern des
Relais zu verhindern.
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Die jeweilige Stellung des Relaisankers 17 hängt davon ab, ob die
Wicklungen 16, 16' keine Ströme oder gleiche Ströme oder Ströme von verschiedener
Stärke führen. In dem Fall, wo keine Ströme oder Ströme gleicher Stärke in diesen
Wicklungen fließen, nimmt der Anker 17 eine neutrale Stellung zwischen den Kontakten
13 und 15 an, so daß der mit 2o verbundene Kreis nicht geschlossen ist. Dieselbe
neutrale Stellung nimmt der Anker ein, wenn gleiche Ströme in den Wicklungen fließen.
Wenn dagegen der in einer Wicklung, etwa 16, fließende Strom stärker ist als der
Strom in 16', wird der Anker den Kontakt 13 schließen.