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Vorrichtung zur Bestimmung des Zündeinsatzpunktes von gesteuerten
Lichthögeneritladungen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Zündeinsatzpunkt
von mit Mehrphasenwachselstrom betriebenen, in einer der Ph,asenzahl des speisenden
Mehrphasenwechselstromes entsprechenden Anzahl vorhandenen und einzelnen gesteuerten.
Entladungsstrecken mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung und lichtbogenförmiger
Entladung zu bestimmen. Bei einer diesem Zwecke dienenden, bereits vorgeschlagenen
Vorrichtung dient zur Bestimmung des Zündeinsatzpunkt.es ein die Steuerelektroden
;speisender, mechanisch bewegter Steuerapparat. Es ist kennzeichnend für diese Vorrichtung,
daß sie zwecks Erzielung einer sinusförmigen hittelwertskurve der von den einzelnen
Entladungsstrecken gelieferten Spannungsstöße von zwei Möglichkeifen der AusgestaLltung
des Steuerapparates Gebrauch macht. Bei der einen Ausführungsform des Steuerapparates
handelt @es sich um einen Kontaktapparat. Bei ungleichmäßiger Verteilung der Kontakte
auf dem Kontaktträger läuft dieser oder die Kontaktbürste ,gleichmäßig um. Nach:
dem .erwähnten Vorschlag findet diese Ausführungsform des Steuerapparates vorteilhaft
in allen: jenen 11ällen Anwendung, wo ein Wechselstrom erzeugt werden soll, dessen
Frequenz zu der des speisenden Mehrphasenwechselstromes in einem festen, dauernd
konstanten Verblähnis steht. In seiner zweiten Ausführungsform würde der Steuerapparat
bei gleichförmiger Bewegung den Steuerelektroden Steuerimpulse zuführen, deren gegenseitige
- zeitliche Abstände einander gleich sind. Dadurch, daß dem Steuerapparat eine ungleichförmige
mechanische Bewegung erteilt wird, kommt es zu .einer Abweichung von der gleichmäßigen
Aufeinanderfolge der den Steuerelektroden zugeführten Steuerimpulse. Die Abweichung
ist von einer solchen Art, daß die Mittelwertskurve der von den einzelnen Entladungsstrecken
gelieferten Spannungsstöße einen angenähert sinusförmigen Verlauf erhält. Auch in
diesem Falle ist als Steuerapparat ein Kontaktapparat gewählt. Die Verteilung der
Kontakte auf dem Kontaktträger ist jedoch :eine gleichmäßige. Um die erwähnte ungleichförmige
Aufeinanderfolge der Steuerimpulse hervorzubringen, wird entweder der gleichförmigen
Umlaufsbewegung de's Kontaktträgers. eine mechanische Schwingung von der Frequenz
des zu gewinnenden Wechselstromes überlagert oder aber dem Bürstenträger
eine
solche Schwingungsbewegung aufgedrückt. Im Gegensatz zur ersteren Ausführungsform
des 'Steuerapparates ist die. zweite nicht auf den Fall eines dauernd kon stanten
Frequenzverhältnisses, des speisenden;: Wechselstromes zum abgegebenen Wechselström
beschränkt.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Verbesserung und weitere Ausgestaltung
des im vorstehend erläuterten Vorschlage an zweiter Stelle genannten Mittels zur
Erzielung sinusförmiger Mittelwertskurven der von den einzelnen Entladungsstrecken
gelieferten Spannungsstöße.
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Erfindungsgemäß ist als Steuerapparat ein schwingungsüberlagerter
Phasendrehregler vorgesehen. Während bei der Vorrichtung nach dem obigen Vorschlag
den einzelnen Entladungsstrecken Steuerimpulse über ,einen Kontaktapparat zugeführt
werden, der bei gleichmäßiger Anordnung seiner Kontakte mit einer der Frequenz des
speisenden Wechselstromes synchronen Drehzahl umläuft und dem eine mechanische Schwingungsbewegung
von der Frequenz des zu gewinnenden Wechselstromes aufgedrückt ist, werden :'bei
der Einrichtung nach der Erfindung die Entladungsstrecken mit Steuerwechselspannungen
beaufsehlagt, die an beweglichen und in der Frequenz der Anodenspannungen gespeisten
Phasendrehreglern abgenommen sind. Diabei ist jeder der beiden Entladungsstreckengruppen,
die beziehentlich der Erzeugung der positiven und der negativen Halbwelle des zu
gewinnenden Wechselstromes dienen, je ein Phasendrehregler zugeordnet. Diese Phasendrehregler
sind zwangsläufig in eine schwingende Bewegung von gleicher Wellenzahl wie die des
zugewinnenden Wechselstromes versetzt. Die an ihnen abgenommenen Wechselspannungen
haben demzufolge im Mittel die gleiche Wellenzahl wie der speisende Wechselstrom;
ihre augenblicklichen Wellenlängen nehmen aber im-Takte der Frequenz des, zu gewinnenden
Wechselstromes zu und ab.
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Mit der Verwendung schwingungsüberlagerter Pliasendrehregler ist,
gemessen an der Vorrichtung nach dem erwähnten Vorschlag, die Zahl der bewegten
Apparaturen oder die Zahl der ins, Spiel kommenden Bewegungsvorgtämge auf die Hälfte
herabgesetzt. Die Erfindung gelangt damit zu einer entsprechenden Verminderung von
Störungsmöglichkeiten. Die Verminderung der letzteren. ist noch dadurch weitergetrieben,
daß der Phasenregler an'die Stelle des umlaufenden und schwingenden Kontaktapparates
der vorgeschlagenen Vorrichtung tritt.
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Hat man es nämlich mit der Bestimmung des Zündeinsatzpunktes von Steuerumrichterin
zu tun, so sind bei der Wahl eines Phasendrehreglers an Stelle eines umlaufenden
und schwingenden Kontaktapparates nicht die gleichen Gesichtspunkte ausschlaggebend
wie irrt Falle eines anderen Stromrichters. Es @. i9f- vielmehr in Rechnung zu stellen,
daß die Verwendung von Kontaktapparaten zur -Steuerung eines -in seinem Frequenzverhältniselastischen
Umrichters zu einer doppelten Beanspruchung der Kontakte führt. Doppelt insofern,
als diese gleichzeitig der Abnutzung durch eine rotierende und durch eine schwingende
Schleifbewegung ausgesetzt sind. Der Ersatz der Kontaktapparatsteuerung durch die
elektrische Steuerung der Phasendrehregler führt hier ,also zu zusätzlichen und
wesentlichen Vorteilen gegenüber dem gleichen Ersatz bei anderen Stromrichtern.
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Ein weiterer Vorzug der Vorrichtung nach der Erfindung besteht in
einer derartigen Ausbildung der Antriebsorgane der Phasendrehregler, beispielsweise
von Kurbeltrieben, die auf eine die Phasendrehregler antreibende Zahnstange einwirken,
daß die Gesetzmäßigkeit der periodischen. Phasenregelung veränderlich ist.
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Handelt es sich um die Speisung einer Wechselströmsynchronmaschine;
so kann den Phasendrehreglern vorteilhaft durch die l#aschine selbst die schwingende
Bewegung erteilt werden.
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Dz.e vorteilhafte Wirkungsweise der Vorrichtung nach der Erfindung
ist in den Fig. i und a veranschaulicht.
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Dias Kurvenschaubild der Fig. i gibt den Verlauf der verschiedenen
Spannungen für den Fall wieder, daß zwischen Anoden- und Gitterwechselspannung eine
sich fortlaufend ändernde Phasenverschiebung besteht. Der Verlauf einer Anodenspannung
ist durch die Kurve i und der Verlauf der zugehörigen Gitterwechselspannung durch
die Kurve 2 dargestellt. Das Gitter besitzt eine Vorspannung von der Größe e; so
daß E', den Verlauf der Zündspannung wiedergibt. Sobald die Gitterwechselspannung
den Zündspannungswert erreicht hat, setzt die Entladung zwischen Kathode und Anode.
ein. Mit der zeitlichen Aneinanderreihung der Gleiehströmpulsationen der einzelnen
Entladungsstrecken gewinnt man dann einen Wechselstrom von niederer Frequenz als
der die Entladungsstrecken speisende Wechselstrom. Wie die Spannungskurve 3 des
erzeugten Wechselstromes zeigt, steigt die gewonnene niederfrequente Spannung langsam
an und fällt daräuffolgend schroff ab. Das Endergebnis ist ,also eine niederfrequente
Spannung von sägeförmigem Verlauf. Das rührt daher, daß die fortlaufende Verdrehung
es Phasenreglers sich in einer Änderung der Frequenz der den Gittern zugeführten
Wechselspannung' auswirkt. Die
weitere Folge ist die Beaufschlagung
der Steuerelektroden mit Zündimpulsen. in solchen Zeitpunkten, die außerhalb des
für die Regelung geeigneten Zeitabschnittes der : Wechselstromperiode (i8o°) liegen.
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Demgegenüber ist in Fig. 2 der Verlauf der erzeugten niederfrequenten
Wechselspannung wiedergegeben, wie er sich bei Benutzung der Vorrichtung nach der
Erfindung ergibt. Der mit q. bezeichnete Kurvenzug stellt den Verlauf der Anodenspannungswelle
von der Frequenz des speisenden Wechselstromes. dar. Dier Verlauf der Gitterwechselspannung
ist durch den Kurvenzug 5 wiedergegeben. E', kennzeichnet wiederum die Zündspannungs-Linie.
Die Frequenz der Gitterwechselspannung ist jedoch nicht mehr wie bei :einer stetig
fortlaufenden Phasenverschiebung zwischen Anoden- und Gitterspannung dauernd vergrößert
bzw. verkleinert, sondern im Mittel unverändert. Durch die den Phasendrehreglern
erteilte Pendelbewegung wird eine Art von Longitudinalschwingung in den zeitlichen
Verlauf der Gitterwechselspannungen :eingeführt. Die: Spannungswellen des erzeugten
Wechselstromes zeigen jetzt sowohl einen allmählich ansteigenden wie auch einem
allmählich abklingenden, d. h. einen angenähert sinusförmigen Verlauf. Der Pendelweg
der P'hasendrehregler beträgt i8o° oder weniger. Dien Verlauf der erzeugten Wechselspannung
zeigt die Kurve 6.
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In Pig.3 ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung
dargestellt. Das Drehstromnetz io speist über den Transformator 12 und .die beiden
gesteuerten Entladungsgef(äße 13, 1q. :eine Wechselstrommaschine, beispielsweise
den Synchronmotor 15. Die Anoden 16 der Entladungsgefäße 13, 1q. sind
an die Sekundärwicklungen des Transformators 12 angeschlossen. Die den Anoden 16
zugeordneten Steuergitter 17 sind mit @entsprechenden Wicklungsanzapfungen 18,
i g der an das: Netz io angeschlossenen Phasendrehregler 2o, 21 verbunden. Die Phasendrehregler
sind vorteilhaft durch die zu speisende Wechselstrommaschine selbst in eine schwingende
Bewegung versetzt. Zu diesem Zweck besitzen die P'hasendrehregler die gemeinsame
Welle 22, deren Zahnrad 23 in eine Zahnstange 2q. eingreift. Die Zahnstange 2q.
.steht mit der Welle 25 der Wechselstrommaschine 15 über den Kurbeltrieb 26 in Verbindung.
Durch diese Verbindung wird die Rotationsbewegung der Wechselstrommaschine in :eine
schwingende Bewegung der Phasiendrehregler transformiert. Die hin und her pendelnde
Bewegung der Phasendrehregler :erteilt in Verbindung mit deren Speisung aus dem
Drehstromnetz i o den Steuergittern 17 derartige Spannuhgen, daß die von den einzelnem
Entladungsstrecken abgegebenen Spannungsstöße sich zu einer fortlaufenden Spannungskurve
von angenähert sinusförmigem Verlauf zusammensetzen. Die Wirkungsweise der Vorrichtung
nach der Erfindung steht damit in vorteilhaftem Gegensatz zu der Methode der in
einer Richtung fortschreitenden Phasenverschiebung zwischen Anoden- und Gitterspannung,
die nur zu einem sägeförmigen Verlauf der niederfrequenten Spannungswellen führt.
Wie schon oben ausgeführt, ist der Kurbeltrieb. vorteilhaft so ausgebildet, daß
mit Hilfe seiner jeweiligen Einstellung, beispielsweise des Kurbelzapfens, die Gesetzmäßigkeit
der periodischen Phasenregelung geändert werden kann.
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Die Leistung, die an der Welle der Wechselstrommaschine 15
abgenommen wird, um die Phasendrehregler in schwingende Bewegung zu versetzen, kann
unter Umständen groß sein. Zu ihrer Herabsetzung werden die Phasendrehregler zweckmäßig
in Verbindung mit einer elastischen Kraft, z. B. einer Feder, eines Luftpolsters,
gebracht. Derartige Hilfsmittel sind am besten .an der Zahnstange anzubringen. Zwecks.
Verminderung der von der Wechselstrommascbine bei Ingangsetzung der Einrichtung
-aufzubringenden Leistung wird den Kraftspeichern vorteilhaft eine Vorspannung gegeben.
Als Folge hiervon gelangen die Phasendrehregler schnell in jenen Schwingungszustand,
welcher der Entnahme eines für den Vollastbetrieb der Weqhselstrommaschine notwendigen
Wechselstromes aus den Entladungs:gefiäßen entspricht. Es wird mithin die Wechselstrommaschine
schnell aus dem Stillstand auf die für eine betriebsmäßige Leistungsabgabe notwendige
Drehzahl gebracht. Zweckmäßig wird ferner die :elastische Kraft und die mechanische
Trägheit der Phasendrehregler so bemessen, daß sich eine Eigenschwingung dieses
Systems von der Frequenz des, abzugebenden Wechselstromes ergibt. Es ist damit der
Anlage eine hohe Stabilität gegenüber Frequenzschwankungen des ausgesteuerten Wechselstromes
erteilt. Es läßt sieh gleichfalls erreichen, daß durch eine Regelung der elastischen
Kraft, z. B. der Federvorspannung, und der Diämpfung, z. B. der Luftreibung an den
Luftpolstern, die Frequenz bzw. die Amplitude des schwingenden Systems. geändert
wird. Die hierdurch hervorgerufene Frequenzänderung des an die Wechselstrommascihine
15 abgegebenen Wechsielstromes macht eine Dmehzahleinstellung der Wechselstrommaschine
möglich. Indem die die Phasenregler antreibende taktgebende Kraft über ein Zwischenglied
von veränderlicher Elastizität zur Einwirkung gebracht wird, gelangt man zu der
Möglichkeit einer willkürlichen Einstellung
des Phasenwinkels zwischen
taktgebender Kraft und 'der Bewegung der Phasendrehregler.
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Zur Erzielung einer exakt genauen Sinusform der Halbwellen des zu
erzeugenden Wechselstromes kann den Phasendrehreglern mit Hilfe getrennter Antriebe
eine von. der harmonischen abweichende Schwingungsbewegung erteilt werden, beispielsweise
durch Pleuelstangen o. dgl. Im Falle voller Aussteuerung der Entladungsstrecken
gelangt man damit bezüglich .der beiden Zündpunktsgruppen, die der auf- und der
absteigenden Flanke der ausgesteuerten Spannung zugeordnet sind, zu unter sich gleichen,.
aber gruppenmäßig verschiedenen Zündpunktsabständen.
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Durch die beschriebene Einrichtung wird die Möglichkeit geschaffen,
die Drehzahl von Wechselstrommaschinen von Null bis zur Höchstdrehzahl beliebig
einzustellen.
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In der Zeichnung ist die drehzahlgeregelte Maschine ein Synchronmotor.
Selbstverständlich lläßt sich die Einrichtung auch mit entsprechenden Anderungen
zur Deehzahleinstellung ,anderer Arten von Wechselstrommaschinen verwenden.