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Einrichtung zur Regelung des Zündzeitpunktes von steuerbaren Gas-
oder Dampfentlad'ungsstrecken Die Erfindung bezieht sich auf steuerbare Gas- oder
Dampfentladungsstrecken mit lichtbogenartiger Entladung, vorzugsweise Ouecksilberdampfentladungsstrecken,
deren Stromdurchgang dadurch geregelt wird, daß der Zündzeitpunkt innerhalb der
Halbwelle der die Entladungsstrecken speisenden Wechselspannung verändert wird.
Es ist bekannt, daß zu diesem Zweck in den Steuerstromkreis, beispielsweise in die
Verbindungsleitung zwischen einem Steuergitter und der Kathode, Steuertransformatoren
geschaltet werden können, die mit einem hochgesättigten Eisenkreis ausgerüstet sind
und mehrere Erregerwicklungen tragen, deren Erregerströme dem gewünschten Zündzeitpunkt
entsprechend veränderlich sind. Die Steuertransformatoren können zu dem Zweck beispielsweise
mit einer Wechselstromerregung und einer Gleichstromcrregung ausgerüstet sein, wobei
der Erregerstrom der Wechselstromerregung unveränderlich, der Erregerstrom der Gleichstromerregung
in der Größe und gegebenenfalls auch in seiner Richtung veränderlich ist. Eine andere
Möglichkeit für die Erregung des Steuertransformators besteht darin, daß der Transformator
mit zwei Wechselstromerregerwicklungen ausgerüstet wird, deren Erregerströme gegeneinander
eine bestimmte Phasenverschiebung besitzen und der Amplitude nach veränderlich sind.
In beiden Fällen wird in der im Steuerkreis der Entladungsstrecke liegenden Sekundärwicklung
des Steuertransformators in dem Augenblick ein kurzzeitiger Spannungsstoß erzeugt,
in dem der resultierende Fluß des Steuertransformators durch Null geht.
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Mit den vorstehend beschriebenen bekannten Steuertransformatoren läßt
sich der Zündzeitpunkt der Entladungsstrecken in einem Bereich von etwa zao bis
15o elektrischen Graden verschieben. Vielfach sind jedoch Regelbereiche erwünscht,
die wesentlich darüber liegen. Gegenstand der Erfindung ist eine Regeleinrichtung,
bei der die Vergrößerung des Regelbereiches in besonders einfacher und zweckmäßiger
Weise erreicht wird.
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Erfindungsgemäß sind im Steuerstromkreis der zu steuernden Entladungsstrecke,
beispielsweise im Gitterkreis eines Quecksilberdämpfgleichrichters, mehrere Steuertransformatoren
angeordnet, deren Sekundärwicklungen gleichsinnig hintereinandergescb:altet sind,
wobei die Wechselstromerregerwicklungen der hintereinandergeschalteten Steuertransformatoren
an Spannungen angeschlossen sind, die in der Phase gegeneinander um ein bestimmtes
Maß verschoben sind, so daß die Regelbereiche der Teiltransformatoren
aneinander
anschließen oder sich mehr oder weniger stark überlappen. Die Regelvorrichtungen
im Stromkreis derjenigen Erregerwicklungen der Steuertransformatoren, deren Erregerströme
zum Zwecke der Verschiebung des Zündzeitpunktes veränderlich sind, sin.@t erfindungsgemäß
miteinander derart verbunden, daß bei einer Betätigung der Vorrichtung zur Veränderung
des Aussteuerungsgrades des Stromrichters die Transformatoren nacheinander zur Wirkung
gelangen. Die Regelvorrichtung im Erregerkreis der Steuertransformatoren ist somit
so ausgebildet, daß zu Beginn der Regelbewegung irgendeines Steuerhebels, der für
den Zündzeitpunkt des Entladungsgefäße, maßgebend sein soll, zunächst nur bei einem
von zwei hintereinandergeschalteten Steuertransformatoren der Erregerstrom derart
verändert wird, daß im Steuerkreis des Entladungsgefäßes von diesem Transformator
Spannungsspitzen erzeugt werden; und daß diese Spannungsspitzen ihre Phasenlage
gegenüber der Anodenspannung ändern. Während dieses Teiles des Regelvorganges ist
der Erregerstrom des zweiten in Reihe geschalteten Transformators so bemessen, daß
von diesem Transformator im Steuerstromkreis keine Spannungsspitzen erzeugt werden.
Erst nachdem der Regelbereich des ersten Reihentransformators voll ausgesteuert
ist, treten auch in dem anderen Transformator Spannungsspitzen auf, die nun im weiteren
Verlauf der Regelung ihrerseits in der Phase gegenüber der speisenden Wechselspannung
verschoben werden. Da die Wechselstromerregungen der beiden Reihentransformatoren,
wie oben erläutert, an phasenverschobene Wechselspannungen angeschlossen sind, erhält
man bei dieser Regelung zwei Regelbereiche, welche aneinander anschließen oder sich
auch zum Teil überlappen.
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Die Erfindung kann für die beiden Arten von Steuerschaltungen angewendet
werden, die oben erwähnt sind, d. h. für Steuertransformatoren mit zwei Wechselstromerregungen
und für Steuertransformatoren mit einer Wechselstrom- und einer Gleichstromerregung.
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In -der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt
unter der Annallme, daß die Steuertransformatoren mit einer-unveränderlichen Wechselstromerregung
und einer nach Größe und gegebenenfalls auch Richtung veränderlichen Gleichstromerregung
ausgerüstet sind.
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In Fig. i ist ein gas- oder dampfgefülltes Entladungsgefäß i über
einen beliebigen Stromverbraucher a an ein Drehstromnetz 3 mit Nulleiter angeschlossen.
Im Gitterkreis liegen zwei Steuertransformatoren 4 und 5, deren Sekundärwicklungen
in Reihe geschaltet sind. Die Erregerwicklungen der Transformatoren sind an verschiedene
Phasen des Drehstromnetzes 3 derart angeschlossen, daß die in diesen Wicklungen
fließenden Erregertröme in der Phase gegeneinander verscho-'#eti sind. Die beiden
Gleichstromwicklungen a@4i und 51 liegen mit ihrem einen Ende an ' einem gemeinsamen
festen Anzapfpunkt eines Potentiometerwiderstandes 6, der an eine beliebige Gleichspannungsquelle
angeschlossen ist. Die beiden anderen Enden der Wicklungen sind mit zwei verschiebbaren
Kontakten verbunden, die zu beiden Seiten des festen Anzapfpunktes mit dem Potentiometerwiderstand
6 verbunden sind. Durch entsprechende Ausbildung der Regeleinrichtung ist dafür
gesorgt, daß die beiden veränderlichen Anzapfpunkte zwangsläufig gleichzeitig bewegt
werden (mechanisch gekuppelte Schiebekontakte).
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Die Wirkungsweise der Regeleinrichtung ist folgende: Wenn die beiden
den Wicklungen 41 und 5 1 zugeordneten Anzapfungen gleich weit von der festen
Anzapfung des Widerstandes 6 entfernt sind, so mögen die in den Wicklungen fließenden
Erregerströme so bemessen sein, daß in keiner der beiden in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen
ein Spannungsstoß erzeugt wird. Wenn die beiden Anzapfungen nach rechts bewegt werden,
so wird der Vormagnetisierungsstrom der Wicklung 41 kleiner, während der Strom der
Wicklung 51 größer wird. In dem Transformator 4 treten jetzt Spannungsstöße auf,
die je nach der Stellung der zugehörigen Anzapfung auf dem Widerstand 6 ihrer Phase
nach verändert werden, Bei gleichmäßiger Abstufung des Widerstandes 6 wird zwar
auch der Vormagnetisierungsstrom der Wicklung 5 i geändert, jedoch ist dieser Transformator
dann so stark mit Gleichstrom vormagnetisiert, daß die resultierende Erregung nicht
mehr durch Null. geht, daß also keine Sekundärspannungen erzeugt werden können.
Bewegt man die beiden Anzapfungen nach links, so werden umgekehrt vom Transformator
5 Spannungsspitzen erzeugt und ihrer Phasenlage nach geändert; während der Transformator
4 auf den Steuervorgang keinen Einfluß hat.
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Der Regelvorgang läßt sich noch dadurch beeinflussen, daß der Potentiorneterwiderstand
6 nicht auf seiner ganzen Länge gleichmäßig abgestuft wird. Man kann beispielsweise
auf beiden Seiten der festen Anzapfung von bestimmten Stellen ab (in Fig. i punktiert
angedeutet) wesentlich weniger Widerstandswindungen j e Zentimeter Länge wählen,
als in der Nachbarschaft der festen Anzapfung, so daß sich in dem Bereich rechts
oder links von der Mittelstellung der Schiebekontakte der Erregergleichstrom der
zeit ihrem
Gleitkontakt von der festen Anzapfung weiter entfernten
Gleichstromwicklung nur wenig ändert. Es besteht auch die Möglichkeit, zu beiden
Seiten der Mittelstellung der Schiebekontakte nur widerstandslose Schleifkontakte
zu wählen, d. h. den Potentiometerwiderstand auf den Bereich innerhalb der in Fig.
i punktiert eingezeichneten Linien zu beschränken.
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Fig.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem im Gegensatz
zu der Schaltung der Fig. i drei Steuertransformatoren in Reihe geschaltet sind.
Im übrigen ist die Schaltung im Prinzip die gleiche wie bei Fig. i. Die Gleichstromwicklungen
der drei in Reihe geschalteten Transformatoren sind an ihrem einen Ende gemeinsam
an die Mittelanzapfunb eines Potentiometerwiderstandes angeschlossen, während die
anderen Enden je für sich an verschiebbaren Anzapfungen liegen. Die Anzapfungen
sind aber untereinander derart verbunden, daß sie stets zwangsläufig in gleichem
Sinne bewegt werden.
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In Fig. 3 ist als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung die Schaltung
des Steuerstromkreises eines Dreiphasengleichrichters dargestellt. Die Leitung K
führt zur Kathode des nicht gezeichneten Gleichrichters, die Leitungen G1, G, und
G3 führen zu den Steuergittern. In jeder Steuerleitung sind zwei Steuertransformatoren
hintereinandergeschaltet. Zu der Gitterleitung G1 gehören beispielsweise die Sekundärwicklungen
io und i i mit den zugehörigen Wechselstromerregerwicklungen 12 und 13 sowie
den Gleichstromerregerwicklungen 14. und 15. Die Wechselstromerregerwicklungen sind,
wie die Schaltung zeigt, an verschiedene Phasen des Drehstromnetzes angeschlossen.
Die Gleichstromerregerwicklungen sind je zu dritt miteinander in Reihe geschaltet,
wobei das eine Ende der Reihenschaltung an je eine feste Anzapfung des Potentiometerwiderstandes
2o angeschlossen ist, während das andere Ende mit einer gemeinsamen veränderlichen
Anzapfung des gleichen Widerstandes verbunden ist. Die Wirkung dieser Widerstandsanordnung
ist die gleiche wie bei dem Widerstand 6 in Fig. i. Auch hier sind wegen der phasenverschobenenWechselstromerregung
die Regelbereiche der in Reihe geschalteten Transformatoren aneinander angeschlossen,.
und im Laufe der Verschiebung der einzigen veränderlichen Anzapfung des Widerstandes
2o wird erst der eine und dann der andere Regelbereich -der beiden Reihentransformatoren
ausgesteuert.
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In Fig. q. ist das Diagramm einer Steuerung dargestellt, bei der zwei
Steuertransformatoren im Gitterkreis eines Ouecksilberdampfgleichrichters hintereinandergeschaltet
sind. Die beiden Kurven 25 und 26 geben an, wie sich die Spitzen der von den beiden
Transformatoren erzeugten Spannungsstöße . :(@ an denen nur einzelne im Diagramm
einge-"zeichnet sind) mit der Gleichstromerregung - eler den Transformatoren zugeordneten
Erregerwicklungen ändern. Die Diagrammdarstellung zeigt, daß die Spannungsspitzen
von kleineren Werten zu einem Maximum anwachsen, welches für einen bestimmten Bereich
etwa in-gleicher Höhe bestehen bleibt, und daß die Spannungsspitzen dann wieder
allmählich auf Null abnehmen. Versetzt man die in dieser Weise gebildeten Steuerkurven
25 und 26 so gegeneinander, wie es sich aus dem Diagramm der Fig. 4: ergibt, so
erhält man ein resultierendes Diagramm 27 für die Spitzen der Spannungsstöße. Die
Gesamtbreite des Steuerdiagramms erstreckt sich dabei etwa über einen Winkelbereich
von 25o elektrischen Graden. Verwendet man mehr als zwei in Reihe geschaltete Steuertransformatoren
mit phasenverschobenen Wechselstromerregungen, so läßt sich der Steuerbereich entsprechend
vergrößern.
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Die in den Schaltungen der Fig. i bis 3 dargestellten Ausführungsformen
der Erfindung verwenden für die Veränderung des Zündzeitpunktes einen Potentiometerwiderstand
mit einer oder mehreren verschiebbaren Anzapfungen. Diese Ausführungsform der Erfindung
ist zwar besonders zweckmäßig, der Erfindungsgedanke läßt sich jedoch auch mit anderen
Mitteln lösen. Es besteht beispielsweise die Möglichkeit, daß während des Regelbereichs,
in dem nur einer von mehreren in Reihe geschalteten Steuertransformatoren wirksam
sein soll, die Wechselstromerregerwicklungen der anderen Steuertransformatoren abgeschaltet
sind, so daß aus diesem Grunde in den Sekundärwicklungen dieser Transformatoren
keine Spannungen erzeugt werden können. Durch Kupplung der die Wechselstromerregerwicklungen
ein- undausschaltenden Schalter mit einem Regler, der die Gleichstromerregung ändert,
läßt sich erreichen, daß die einzelnen in Reihe geschalteten Steuertransformatoren
nacheinander zur Wirkung gebracht werden. In jedem Gleichstromerregerkreis dieser
Transformatoren kann dabei je eine besondere Gleichspannungsquelle mit vorgeschalteten
Regelwiderständen angewendet werden, es kann aber auch die gleiche regelbar veränderliche
Gleichspannungsquelle nacheinander auf den jeweils an der Regelung beteiligten Steuertransformator
umgeschaltet werden. Diese Ausführungsform der Erfindung läßt sich auch anwenden
für Steuertransformatoren, die mit zwei Wechselstromerregerwicklungen arbeiten.
Für solche Steuertransformatoren kann im übrigen
aber auch eine
Regelanordnung verwendet werden, bei der Widerstandsschaltungen: entsprechend den
Fig. i bis 3 vorhanden sind. Der Unterschied liegt nur darin, daß die Widerstände
nicht in einem Gleichstromerregerkreis, sondern in einem Wechselstromei regerkreis
liegen, daß sie also die Amplitude des in einer Erregerwicklung fließenden Wechselstromes
kontinuierlich ändern. In jedem Fall ist es für die Erfindung wesentlich, daß mehrere
Steuertransformatoren sekundärseitig gleichsinnig miteinander in Reihe geschaltet
sind, daß die Wechselstromerregungen, welche den Regelbereich seiner Phasenlage
nach festlegen, an phasenverschobene Spannungen angeschlossen sind, und daß die
Regelmittel, welche auf die veränderlichen Erregungen der Transformatoren einwirken;
untereinander so verbunden sind, daß die gegeneinander -versetzten Regelbereiche
der einzelnen in Reihe geschalteten Transformatoren während des gesamten Regelvorganges
nacheinander zur Wirkung gelangen.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß ein Verfahren zum selektiven Abschalten
von Kurzschlüssen indurch gittergesteuerte Gleichrichter gespeisten Netzen bekannt
ist, bei dem eine Gitterwechselspannung spitzer order rechteckiger Kurvenform mit
fester Phasenlage und eine Gitterwechselspannung gleicher oder ähnlicher Kurvenform
mit veränderbarer Phasenlage verwendet wird. Wesentliches Kennzeichen dieser vorgeschlagenen
Änderung ist es; daß die Wechselspannung von veränderbarer Phasenlage bei Eintritt
eines Netzkurzschlusses zunächst unwirksam gemacht wird, daß während der Zeit ihrer
Unwirksamkeit ihre Phasenlage im Sinne einer Nacheilung bis zur angenäherten Übereinstimmung
mit derjenigen der Wechselspannung fester Phasenlage verstellt wird, daß hierauf
die Wechselspannung veränderbarer Phasenlage wieder wirksam gemacht wird und schließlich
nach der selektiven Abschaltung des Kurzschlusses die Phasenlage der veränderbaren
Wechselspannung im Sinne einer Verringerung der Nacheilung gegenüber der Anodenwechselspannung
verstellt wird. j Abgesehen davon, daß es sich bei der Erfindung nicht wie bei der
vorgeschlagenen Anordnung um ein Verfahren zum selektiven Abschalten von Kurzschlüssen
handelt, fehlen dieser vorgeschlagenen Anordnung die für die Erfindung wesentlichen
Merkmale, vor allen Dingen das Merkmal, da,ß die einen Spannungsstoß im Gitterkreis
erzeugenden Transformatoren bei einer Betätigung der Vorrichtungen zur Veränderung
des Aussteuerungsgrades des Stromrichters nacheinander wirksam gemacht werden.