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Anordnung zur Änderung der Phasenlage einer Gitterspannung Zur Erzeugung
der Gitterspannung von gesteuerten Stromrichtern (Gleichrichtern, Wechselrichtern,
Umrichtern) ist es bereits vorgeschlagen worden, die Gitterspannung gesättigten
Transformatoren bzw. Drosselspulen zu entnehmen, da es dadurch möglich ist, günstige
Gitterspannungskurven zu erzielen. So ist es z. B. vorgeschlagen worden, zwei in
Serie geschaltete gesättigte dreiphasige Drosselspulen vorzusehen, bei denen die
Grundwellen der Flüsse um 30° gegeneinander versetzt sind, und deren Wicklungen
derart geschaltet und deren Eisenkerne so ausgebildet sind, daß sich möglichst ungehindert
ein Fluß der durch drei teilbaren Oberwellen ausbilden kann.. Man muß also jede
Dreieckswicklung vermeiden und einen Rückschlußweg für die dritten Oberwellen des
Flusses vorsehen, indem man, wenn die dreiphasige Drosselspule als übliche Drehstromdrossel
mit einem gemeinsamen Eisenkern ausgeführt ist, einen oder mehrere zusätzliche Schenkel
vorsieht oder indem man jede dreiphasige Drosselspule aus drei Einphasendrosselspulen
zusammensetzt. Um die 30° Versetzung der Flüsse in den beiden dreiphasigen Drosselspulen
zu erreichen, wird die eine in Stern und die andere in Doppelzickzack oder beide
in Zickzack mit -I- i5° Drehung geschaltet. Die Gitterspannungen werden den einzelnen
Phasenspannungen entnommen.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, mit Hilfe gesättigter Drosselspulen
bzw. Transformatoren beliebige Kurvenformen zu erzielen. Zu diesem Zweck werden
va gesättigte Transformatoren bzw. Drosselspulen vorgesehen, deren Flüsse gegeneinander
um ## versetzt sind, und es wird die Gitterspannung eines Gitters aus zwei oder
mehreren Spannungen der gesättigten Drosselspulen bzw. Transformatoren zusammengesetzt.
Vorzugsweise werden zur Bildung der einzelnen Gitterspannungen die Spannungen zweier
oder mehrerer Drosselspulen bzw. Transformatoren in zyklischer Folge zusammengesetzt.
Beispielsweise hat man zwei Sätze von je drei gesättigten Einphasentransformatoren
vorgesehen und die Wicklungen des einen Satzes in Stern und die des anderen in Zickzack
mit 3o° Drehung oder beide Sätze in Zickzack um -1- z5° bzw. - i5° Drehung geschaltet.
Die Wicklungen der beiden Sätze sind in Reihe geschaltet. Jeder Transformator erzeugt
dann eine Spannung, die sich aus einer positiven und einer dazu um z8o° versetzten
negativen Dreieckspitze zusammensetzt, deren Basisbreite 3o° beträgt. . Die
Spannung
für ein Gitter wird aus den Phasenspannungen einiger oder sämtlicher Transformatoren
zusammengesetzt, wobei sich die Gitterspannung aus der gleichen Zahl positiver und
negativer Teilbeträge (Dreieckspitzen) oder unter Vermittlung von Gleichrichteranordnungen
aus einer ungleichen Zahl von positiven und negativen Teilbeträgen zusammensetzt.
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Die Erfindung hat Anordnungen zum Gegenstand, die es erlauben, mit
einfachen Mitteln die Phasenlage der Gitterspannung; die an einer Induktivität abgenommen
wird, zu ändern, wobei die Induktivität in Reihe mit der Parallelschaltung eines
Ohmschen Widerstandes und eines Kondensators an eine Wechselspannung angeschlossen
ist. Gemäß der Erfindung ist der Kondensator so bemessen, daß sein Blindwiderstand
ungefähr gleich dem doppelten Blindwiderstand der Induktivität ist, und es wird
zur Regelung der Phasenlage der Gitterspannung die Größe des Ohmschen Widerstandes
öder des ihn durchfließenden Stromes geändert. Soll die Phasenlage einer Gitterspannung,
die an einem Kondensator abgenommen wird, geändert werden, so legt man erfindungsgemäß
den Kondensator in Reihe mit derParallelschaltung eines Ohmsehen Widerstandes und
einer Induktivität an eine Wechselstromquelle und bemißt die Induktivität so, daß
ihr Blindwiderstand ungefähr gleich dem doppelten Widerstand des Kondensators ist.
Um die Phasenlage der Gitterspannung zu regeln, wird wieder die Größe des Ohmschen
Widerstandes oder des ihn durchfließenden Stromes geändert. Die genannten Anordnungen
bieten den Vorteil, daß die Gitterspannung nahezu. um z8o° in der Phase lediglich
durch Änderung des Ohmsehen Widerstandes gedreht werden kann, ohne daß sich die
Größe der Gitterspannung dabei ändert. Insbesondere sind die Anordnungen von großem
Vorteil, wenn die Gitterspannung einem gesättigten Transformator entnommen wird,
weil dieser sehr empfindlich auf Änderungen der an ihm herrschenden Spannung ist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele der Erfindung dargestellt.
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Fig. r zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einphasiger
Schaltung. Hier liegt in Reihe mit einer Induktivität .4o, beispielsweise einem
gesättigten Transformator, ein Ohmscher Widerstand 62, zu dem parallel ein Kondensator
63 geschaltet ist. Solange die Drosselspule q.o, im Sonderfalle der gesättigte Transformator,
nur Blindstrom aufnimmt, d. h. solange der Strom durch diese Drosselspule gegenüber
der Spannung der Drosselspule um 9o° verschoben ist, zeigt sich, daß man die Spannung
L's der Drosselspule, die als Gitterspannung dient, um volle r8o° ausschließlich
durchÄnderung derGröße des Ohmschen Widerstandes drehen kann, ohne daß sich die
Spannung US im Verhältnis zur Spannung U, die an der Reihenschaltung von Drosselspule
und Widerstand liegt, ändert, wenn man den kapazitiven Blindwiderstand XC des Kondensators
63 gleich dem doppelten Blindwiderstand XS der Drosselspule 40 macht.
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Der Beweis läßt sich leicht an Hand der Fig. 2 erbringen.
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Das Dreieck ABP stellt die Aufteilung der Spannung U auf die Drosselspule
40 und den Kondensator 63 dar. Die Strecke AB ist gleich der Spannung
U, die Strecke AP ist gleich der Spannung US der Drosselspule und die Strecke
PB ist gleich der Spannung UC des Kondensators. Geht man von der Voraussetzung aus,
daß die Spannung US konstant ist, dann liegt der Endpunkt der Spannung US aus einem
Kreis, und das Dreieck ABP muß gleichschenklig sein. Man sieht nun, daß in diesem
Falle das Dreieck ACP zugleich die Zusammensetzung der Ströme J, JR und JC (Fig.
z) darstellt, wobei J der Strom durch die Drosselspule ¢o, JR der Strom im Ohmsehen
Widerstand 62 und JC der Strom im Kondensator 63 ist. Die Strecke CP wird daher
entsprechend proportional der Größe j # XS # Jc. Da aber andererseits
BP die Spannung am Kondensator 63, also gleich - j # XC # JC ist,
so folgt daraus die Bedingung XC =-2 XS, unter der jeweils US = L'
ist, unabhängig vom Winkel, welchen die beiden Spannungen miteinander einschließen.
Man überzeugt sich leicht, daß auch in den Grenzfällen, also bei Kurzschluß des
Widerstandes R und bei R = oo die Bedingung erfüllt ist, daß Us '= U ist.
Ist, wie das praktisch selbstverständlich der Fall ist, der Transformator bzw. die
Drosselspule 40 kein reiner Blindwiderstand, so wird die Bemessungsbedingung für
den Kondensator etwas abweichend von dem oben angegebenen Verhältnis sein. Andererseits
wird eine strenge Lösung dann nicht mehr in einfacher Weise möglich sein. Man wird
jedoch für einen begrenzten Winkelbereich, den man zum Aussteuern von Großgleichrichtern
im allgemeinen braucht, eine völlig hinreichende Lösung erhalten, zumal es jederzeit
möglich ist, außer dem Kurzschlußpunkt R = 0 einen zweiten Punkt im Regelbereich
auf Übereinstimmung zwischen der Größe der Spannung U und der Spannung Us zu bringen,
so daß die Abweichungen dieser Spannungen voneinander genügend klein bleiben.
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Verwendet man bei dieser Anordnung einen gesättigten Transformator,
so ist die Größe der Induktiv ität dieses Transformators infolge
Eisensättigung
von der angelegten Spannung U abhängig. Man wird daher zweckmäßig die Netzspannung
übgr Anordnungen, welche eine veränderliche Spannung in eine konstante Spannung
umformen, an die Reihenschaltung von Widerstand und Induktivität4o anschließen,
da durch größereNetzspannungsschwankungen sonst unerwünschte Phasenänderungen auftreten
können.
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Um die Phasenlage der Gitterspannung zu ändern, kann man beispielsweise
die Größe des Widerstandes R ändern, und zwar erreicht man bei Vergrößerung des
Widerstandes einen fHiheren Zündeinsatz. Man kann den Widerstand auf mechanische
Weise regeln. Man kann aber auch beispielsweise einen thermonegativen mit einer
besonderen Heizwicklung verwenden und die Stärke des Heizstromes von der zu überwachenden
Größe abhängig machen. Will man beispielsweise eine gleichgerichtete Spannung konstant
halten, so wird man die Heizwicklung unmittelbar von einer dieser Spannung proportionalen
Spannung speisen; bei steigender Spannung wird dann der Widerstand verkleinert und
dadurch eine Verspätung des Zündzeitpunktes erreicht.
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Die Verwendung eines thermonegativen Widerstandes ist auch beispielsweise
vorteilhaft, wenn man mit dem gesteuerten Gleichrichter die Temperatur, beispielsweise,
eines Ofens, konstant halten will, weil man den thermonegativen Widerstand dann
lediglich von der Höhe, der Temperatur abhängig zu machen braucht.
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An Stelle eines einzigen thermonegativen Widerstandes 62 kann
man auch vier thermonegative Widerstände 64 bis 67 in einer Brükkenschaltung verwenden,
wie es in Fig. 3 dargestellt ist, wobei an zwei Brückenpunkte z. B. die konstant
zu haltende Gleichspannung UG, an die anderen beiden der Kondensator 63 angeschlossen
wird. Wird hier die Gleichspannung größer, so wird der Widerstand der Brückenanordnung
kleiner und damit die gewünschte Späterverlegung des Zündzeitpunktes erreicht. Will
man eine andere Größe konstant halten, so wird man eine von dieser Größe abhängige
Spannung an die beiden Diagonalpunkte der Brücke anschließen, an welche bei der
Anordnung nach Fig.3 die Gleichspannung UG gelegt wurde. Die Schaltung nach Fiä.
3 entspricht im übrigen vollständig derjenigen nach Fig. i.
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Verwendet man bei der Anordnung nach Fig. 3 statt der thermonegativen
thermopositiveWiderstände, so muß man, wenn man beispielsweise eine Gleichspannung
konstant halten will, den beiden Diagonalpunkten, an welche der Kondensator nicht
angeschlossen ist, eine Gleichspannung zuführen, die bei steigender Gleichspannung,
die konstant gehalten werden soll, kleiner wird. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise
die Differenz aus der konstant zu haltenden Gleichspannung und einer konstanten
Gleichspannung an diese beiden Diagonalpunkte anlegen. In ähnlicher Weise kann man
auch Wechselspannungen oder andere Betriebsgrößen konstant halten.
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Eine andere Möglichkeit, die Phasenlage der Spannung Us zu ändern,
ist in Fig. 4 dargestellt. Sie besteht darin, daß man statt des Widerstandes
62 (Fig. i) eine Grätzsche Schaltung aus vier Gleichrichtern, insbesondere
Trockengleichrichtern 70, 71, 72 und 73, verwendet und an die Gleichstrompole
eine Gleichspannung Ug anlegt. Da die Wechselspannung, die an dem Kondensator herrscht,
der angelegten Gleichspannung U, proportional ist, kann man auch durch Änderung
von U; eine Änderung der Phasenlage der Spannung Us (Fig..i) erzielen. Will man
beispielsweise die von einem Gleichrichter erzeugte Gleichspannung konstant halten,
so wird man die Differenz aus einer konstanten Spannung und der konstant zu haltenden
Spannung an die Gleichstrompole der Grätzschen Schaltung anschließen, wobei die
konstante Spannung größer gewählt wird als die andere, um bei einer Vergrößerung
der letzteren eine Verringerung der Spannung am Kondensator zu erzielen. Die übrigen
Bezugszeichen der Fig.4 entsprechen denen der Fig. i und 3.
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Ein Ausführungsbeispiel für die Bildung der Gitterspannung eines sechsphasigen
Gleichrichters ist in Fig. 5 dargestellt. Hier sind sechs gesättigte Transformatoren
vorgesehen, die mit I, II, III, IV, V und VI bezeichnet sind. Die Grundwellen der
Flüsse in den Transformatoren I, III und V sind um je 1200 gegeneinander versetzt,
ebenso die Flüsse in den Transformatoren II, IV und VI, während die Grundwellen
in den beiden Transformatorsätzen, also die Grundwellen der Flüsse der Transformatoren
1 und 11
bzw. III und IV bzw. V und VI, um 30° gegeneinander versetzt sind.
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Die Spannung eines Gitters wird aus den Sekundärspannungen der einzelnen
Transformatoren zusammengesetzt, und zwar erhält man die Gitterspannung für die
einzelnen Gitter durch entsprechende cyclische Vertauschung der Einzelspannungen.
Bei der Anordnung nach Fig. 5 ist ferner noch davon Gebrauch gemacht, daß man nicht
symmetrischeSpannungsspitzen zusammensetzt, sondern Spitzen, die entweder einen
steilen Anstieg und flachen Abfall oder einen flachen Anstieg und steilen Abfall
besitzen. Zu diesem Zweck sind jeweils zwei Transformatoren I und II bzw. III und
IV bzw. V und VI, deren Flüsse um 30' gegeneinander
versetzt
sind, auf einem dreischenkligen Eisenkern angeordnet. Die äußeren Schenkel tragen
die Wicklungen der Transformatoren, während durch den mittleren Schenkel die Differenz
der um 30° versetzten Flüsse hindurchgeht. Die Wicklungsschaltung muß daher so getroffen
werden, daß im linken Transformator der Fluß als positiv gerechnet wird, wenn er
von oben nach unten geht, der Fluß im rechten Schenkel dagegen positiv ist, wenn
er die Richtung von unten nach oben besitzt.
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Die Primärwicklungen 81, 82, 83, 84, 85 und 86 der Transformatoren
sind an die einzelnen Phasenleitungen R, S und T angeschlossen. Die Primärwicklungen
sind in Zickzack mit -I- i5° Drehung geschaltet. Wie bereits erwähnt, erfolgt die
Schaltung so, daß durch das gemeinsame Mitteljoch die Differenz aus zwei um 30°
versetzten Flüssen hindurchgeht. Wählt man den Querschnitt dieses Weges, den der
Differenzfluß durchsetzt, derart, daß sein Widerstand im ungesättigten Gebiet nicht
mehr gegenüber dem magnetischen Widerstand der Außenschenkel im ungesättigten Gebiet
zu vernachlässigen ist, dann treten unsymmetrische Spannungsspitzen auf. Die Sekundärwicklungen
sind mit 9i bis 96 bezeichnet.
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Die Zusammensetzung der Gitterspannungen ist bei der Anordnung nach
Fig. 5 so getroffen, daß jeweils fünf positive und sieben negative Spitzen zusammengesetzt
sind, wobei die -Umkehrung der Richtung der einen positiven Spitze mit Hilfe von
Gleichrichtern in Grätzscher Schaltung erfolgt. Die Spannung des Gitters G1 wird
zusammengesetzt aus Spannungen der Transformatoren I, 1I, III, IV und V, wobei der
Wicklungssinn der Sekundärwicklungen der Transformatoren III und IV umgekehrt wie
der der übrigen ist, und aus der über die Gleichrichteranordnung io2 gewonnenen
Spannung des Transformators VI. Durch diese Zusammensetzung der Spannung erhält
man eine Gitterspannungskurve, wie sie in Fig.6 dargestellt ist. In dieser sind
auch gleichzeitig die Spannungsspitzen, die von den einzelnen Transformatoren herrühren,
mit denselben Ziffern wie die zugehörigen Transformatoren versehen. Parallel zum
Gleichrichter i o-9 liegt ein Widerstand io5, um den positiven Spannungsspitzen
einen Durchgang zu gewährleisten. K ist der Anschlußpunkt für die Kathode des zu
steuernden Gleichrichters. Die Gitterspannung für die übrigen Gitter G2 bis G6 erhält
man durch die cyclische Vertauschung der einzelnen für das Gitter G1 in der Fig.
5 dargestellten Spannungen. ioo und ioi sind noch die Gleichrichter, die für die
anderen Gitter die positiven Teilspannungen der Transformatoren II und IV in jeweils
negative Spannungen umformen. io3 und 104 sind die zu diesen Gleichrichtern parallel
liegenden Widerstände.
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Parallel den Primärwicklungen 8i bis 86. liegen die Kondensatoren
63. In Reihe mit den Primärwicklungen liegen die Widerstände 62, deren Größe veränderbar
ist. Bei der Anordnung nach Fig. 5 ist von der Möglichkeit Gebrauch gemacht, die
für das Drehstromsystem erforderlichen drei Widerstände an den Sternpunkt der ganzen
Anordnung zu legen, so daß man sie, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, einfach
durch Verschiebung einer gemeinsamen Kurzschlußbrücke ändern und damit den Phasenwinkel
in weiten Grenzen regeln kann.
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Der zu steuernde Gleichrichter selber ist der Übersichtlichkeit halber
nicht dargestellt. Die Lage der Gitterspannungen gegeniiber den Anodenspannungen
kann man einmal dadurch festlegen, daß man die Lage der Phasenspannungen RST, von
denen die gesättigten Transformatoren gespeist werden, gegenüber den Anodenspannungen
festlegt. Eine andere oder auch gleichzeitig anzuwendende Möglichkeit besteht darin,
durch entsprechende Auswahl der Gitterspannungen die Lage der Spannung eines Gitters
gegenüber der zugehörigen Anodenspannung festzulegen.
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. Will man andere Gitterspannungskurven erreichen, die kürzere oder
längere positive Rücken aufweisen, so muß man mehr oder weniger Gitterspannungen
gleichrichten.
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Man kann auch sechs Einzeltransformatoren verwenden, die miteinander
nicht verkettet sind. Man erhält dann symmetrische Spitzen und kann z. B. je nach
Bedarf die Spannung eines Gitters aus sechs positiven und sechs negativen Spitzen
oder aus weniger Spitzen oder aus einer verschiedenen Anzahl von positiven und negativen
Spitzen zusammensetzen.
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Um unsymmetrische Spitzen zu erhalten, kann man auch für allesechsTransformatoren
einen gemeinsamen Eisenkern verwenden, der zweimal sechs Schenkel und ein Mitteljoch
besitzt.
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Wie bereits erwähnt, kann man symmetrische Spitzen dadurch erzeugen,
daß 'man sechs Einzeltransformatoren unverkettet verwendet. Man kann aber auch je
drei Transformatoren I, III und V bzw. II, IV und VI einen gemeinsamen Eisenkern
geben.
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Wie bereits erwähnt, ist die Anordnung nach der Erfindung nicht nur
dann anwendbar, wenn die Gitterspannung einem gesättigten Transformator entnommen
wird, sondern überall da, wo man die Gitterspannung in weiten Grenzen ändern will.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Fig. 7. An
den Leitungen mit der Spannung U, welche gleich der Netzspannung
oder
einer von dieser abhängigen Spannung ist, werden über die Widerstände 62 die drei
gesättigten einphasigen Drosselspulen 44 und 45 erregt, deren Primärwicklungen miteinander
in Reihe geschaltet sind. Man kann aber auch beispielsweise die Wicklungen je dreier
Einphasendrosseln auf einem gemeinsamen Eisenkern anordnen, der einen oder mehrere
zusätzliche Schenkel erhält. Die Wicklungen der Einphasendrosselspulen 44 sind in
offenem Stern, die der Drosselspulen 45 in Doppel-Zickzack geschaltet, und die Grundwellen
der Flüsse in den beiden dreiphasigen Drosselspulen sind um 30° gegen, einander
versetzt. Durch diese Schaltung der gesättigten Drosselspulen wird erreicht, daß
die Phasenspannung jeder Drossel eine starke Spitze, besitzt, wie es von der sinusförmigen
Erregung einer Einphasendrossel her bekannt ist. Die Primärwicklungen könnten auch
beide in Zickzack mit + i5° Drehung geschaltet sein. Jede einzelne Drosselspule
besitzt eine Sekundärwicklung 51 bzw. 52 bzw. 53 bzw. 54 bzw. 55 bzw. 56, welche
die Gitterspannung für dennichtdargestellten.Gleichrichter liefern. Man kann, wie
bereits erwähnt, für je der drei Einphasendrosselspulen 44 und 45 einen gemeinsamen
Eisenkern vorsehen. Man kann auch den beiden Eisenkernen ein gemeinsames Joch geben,
was denVorteil besitzt, daß in diesemgemeinsamen Joch nur der halbe Fluß eines Schenkels
wirksam ist. Parallel zu den Ohmschen Widerständen 62 liegen Kondensatoren 63, die
entsprechend den früheren Ausführungen bemessen sind. Die Widerstände 62 sind veränderbar,
und .durch die Änderung der Größe dieser Widerstände kann die Phasenlage der Gitterspannungen,
die den Wicklungen 51 bis 56 entnommen werden, geändert werden.