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Anordnung zur Regelung der Spannung durch Änderung des übersetzungsverhältnisses
von Transforn@atoren mittels gittergesteuerter Entladungsstrecken Es ist bereits
bekannt, zur Regelung der Spannung einen Transformator zu verwenden, dessen Übersetzungsverhältnis
mit Hilfe gittergesteuerter Gasentladungsröhren innerhalb jeder Halbperiode geändert
wird. Zu diesem Zweck hat man für jede Stromhalbwelle zwei gittergesteuerte . -
Entladungsstrecken vorgesehen, wobei beim Zünden der einen das höhere, beim Zünden
der anderen das niedrige Übersetzungsverhältnis eingestellt ist. Als resultierende
Spannung erhält man eine zackige -Spannungskurve, die mindestens innerhalb einer
Halbperiode einen steilen Übergang von einer niedrigen auf eine höhere Spannung
zeigt. Die Anordnung kann nach bekanntem Beispiel so getroffen werden, daß an das
Ende der Wicklung eines Spartransformators und an einen Anzapfpunkt der Wicklung
je zwei Entladungsstrecken entgegengesetzter Durchlaßrichtung angeschlossen werden.
Die freien Kathoden und Anoden dieser Entladungsstrecken werden miteinander verbunden,
und an den Verbindungspunkt wird die eine zum Verbraucher führende Leitung angeschlossen.
Um die Höhe der Spannung zu verändern, werden - bei der bekannten Anordnung die
Zündzeitpunkte der Entladungsstrecken, welche das höhere Übersetzungsverhältnis
bei ihrem Brennen einstellen, geändert. Zu diesem Zweck wird diesen beiden Entladungsstrecken
eine Gitterspannung zugeführt, die sich aus einer der Netzspannung proportionalen
Wechselspannung und einer dieser überlagerten Gleichspannung zusammensetzt, die
aus der Netzwechselspannung durch Gleichrichtung erhalten wird. Die beiden Entladungsstrecken,
welche das niedrigere Übersetzungsverhältnis einstellen, erhalten eine konstante
Gitterspannung, die von der Netzspannung abgeleitet und so bemessen _ist, daß die
den positiven Strom führende Entladungsstrecke ungefähr in dem Bereich der positiven
Spannungshalbwelle, die den negativen Strom führende ungefähr im- Bereich der negativen
Spannungshalbwelle zündbereit ist. Die mit der Netzspannung veränderliche Gitterspannung
der beiden anderen Entladungsstrecken ist so gewählt, daß die Entladungsstrecke
mit positiver Stromdurchlaßricbtung
in der negativen Spannungshalbwelle,
die mit negativer Stromdurchlaßrichtung in der positiven Spannungshalbwelle zündbereit
ist. Durch Verschiebung iler Zündzeitpunkte dieser Entladungsstrecken-Gv ird das
Übersetzungsverhältnis des Tran,@"-formators und damit auch die Verbraucherspanneng
geändert. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß es mit dieser bekannten Anordnung
zwar möglich ist, bei rein Ohmscher Belastung einen Regelbereich von annähernd i
8o' zu erhalten, daß dagegen bei rein induktiver oder rein kapazitiver. Belastung
der Regelbereich auf 9o° beschränkt ist. Auch eine Wirkleistungsübertrageng mit
Energieumkehr ist damit nicht möglich.
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Dieser Nachteil wird bei der Anordnung nach der Erfindung vermieden.
Gemäß der Erfindung werden die Zündzeitpunkte beider Entladunngsstrecken, die für
eine Stromhalbwelle vorgesehen sind; verschiebbar gemacht. Die Zündzeitpunkte der
Entladungsstrecken verschiedener Stromdurchlaßrichtung, bei deren Brennen das höhere
übersetzungsverhält--nis eingestellt wird, werden vor-, die Zündzeitpunkte der Entladungsstrecken;
bei deren Brennen das niedrige Übersetzungsverhältnis eingestellt wird, rückwärts
verschoben und umgekehrt. Wesentlich für die Wahl der Gitterspannung für die Entladungsstrecken
ist, daß, sobald der Strom sein Vorzeichen wechselt, er stets nur eine zündbereite
Anode vorfindet. Ferner ist es wesentlich, daß die Entladungsstrecke einer bestimmten.
Stromdurchlaßrichtung, bei deren Brennen das eine Übersetzungsverhältnis eingestellt
wird, gesperrt ist, wenn die Entladungsstrecke mit entgegengesetzter Stromdurchlaßrichtung,
die das andere Übersetzungsverhältnis einstellt, positiv ist.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. In Fig. i ist das Prinzipschaltbild einer Anordnung dargestellt, bei
der die vier Entladungsstrecken in einem einzigen Gefäß vereinigt sind. Der an das
Primärnetz angeschlossene Transformator i mit der Primärwicklung 2 besitzt zwei
Sekundärwicklungen 3 und 4. Die einen Enden der Sekundärwicklungen 3 und ¢ sind
mit der Wicklung 6 des Transformators 5 verbunden, an dessen Wicklung x der Verbraucher
angeschlossen ist: Der Mittelpunkt der Wicklung 6 ist mit der allen Entladungsstrecken
gemeinsamen Kathode verbunden. Die Anoden m und in' des Gefäßes 8 sind mit den anderen
Enden der Wicklungen 3 bzw. 4 verbunden, während die Anoden g bzw. g' mit einem
Anzapfpunkt der Wicklung 3 bzw. 4 verbunden sind. Führt die Anode m bzw. in' Strom,
so ist die ' Sekundärspannung [J2 höher, als wenn die Anode g bzw. g' Strom führt.
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In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt. Zum Unterschied
von der Anordnung nach Fig: i ist für den Traneformator 5 ein TranSform°dtor g vorgesehen;
dessen Wicklung io mit der Primärwicklung 2 des Transformators i in Reihe liegt
und dessen zweite Wicklung zi mit ihren Enden an Mittelanzapfüngen der Sekundärwicklungen
3 und 4 des Transformators i liegt, während ihr. Mittelpunkt mit der Kathode des
Gleichrichtergefäßes 8 verbunden ist. Die Anoden in und in' sind mit den einen Endelf
der Wicklung 3 bzw. 4, die Anoden g und g' mit den anderen Enden der Wicklungen
3 bzw. 4. verbunden. Wenn die Anöden an bzw.. m' stromführend sind, wird das Übersetzungsverhältnis
des Transformators i so geändert, daß der Transformator 9 eine Zusatzspannung liefert,
während, wenn die Anoden g bzw. g' Strom führen, der Transformator 9 eine Absatzspannung
liefert. Die -Anöden in und g sind die Anoden für die positive, die Anoden Uta'
und g' sind die Anoden für die negative Stromhalbwelle.
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Die Steuerung der Entladungsstrecken wird nun so vorgenommen, daß
die Gitterspannen;; für alle vier Anoden veränderlich gemacht wird. Bevor im einzelnen
die Bildung der Gitterspannung angegeben wird, sollen zunächst für die Grenzfälle,
nämlich für die induktive bzw. kapazitive Belastung; die Bedingungen erläutert werden,
die für die Wahl ' der Gitterspannung maßgebend sind, und zwar an Hand der Schaltung
nach Fig. 2. Für die Schaltung nach Fig. z würden sich dieselben -Bedingungen ergeben.
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In den Fig.. 3 a bis 3 h sind für induktive Belastung die Strom- und
Spannungsverhältnisse angegeben. Es sei zunächst der Augenblick betrachtet, in welchem
der Strom positiv wird. In diesem Falle sind die Anoden g und m zündbereit, und
da in das höhere Potential besitzt; so würde na zünden. Soll aber die Anode g zünden;
so muß die Anode in gesperrt werden. In Fig. 3 a sind die Strom-und Spannungsverhältnisse
während des Brennens der Anode g dargestellt, wobei zur Vereinfachung eine Brennspannung
Null angenommen ist. Wird nun die Sperrung der Anode in aufgehoben bzw.. diese Anode
gezündet, so geht der Strom von der Anode g auf die Anode via über. Strom- und Spannungsverteilung
zeigt die Fig. 3b. Jetzt muß die Anode g' gesperrt werden, da sonst: ein
Kurzschluß eintreten würde. Die Anode g' wäre nämlich an sieh zündbereit; würde
sie aber zünden und dann durch die rechte Hälfte des Transformators 9 ein Strom
in entgegengesetzter Richtung wie durch die linke Hälfte
des Transformators
fließen, so würde für diese Ströme die "Induktivität des Transformators nicht zur
Wirksamkeit kommen und ein Kurzschluß eintreten. Infolgedessen muß bei positiver
Spannung, wenn die Anode brennt, die Anode g' gesperrt bleiben. Fig. 3 c zeigt die
Spannungs- und Stromverhältnisse in dem Bereich, in welchem die Anode m noch brennt,
wenn sich jedoch das Vorzeichen der Spannung umgekehrt hat. Man sieht, daß jetzt
die Anode g gesperrt werden muß. Wird diese Sperrung aufgehoben, so zündet die Anode
g, und es muß, wie aus Fig. 3 d hervorgeht, die Anode m' gesperrt werden. Die Anode
g brennt bis, zum Nulldurchgang des Stromes; dann geht der Strom auf die Anode g'
über, falls die Anode m gesperrt -ist (vgl. Fig. 3 e). Wird die Sperrung
von m aufgehoben bzw. in' gezündet (Fig. 3f), so muß die Anode g gesperrt
werden, solange die Spannung noch negativ ist. Nach dem Nulldurchgang der Spannung
brennt die Anode weiter, und es muß die Anode g' gesperrt werden (Fig. 3g). .Wird
die Sperrung von g' aufgehoben, so zündet diese. Anode, und es muß j etzt m gesperrt
werden. Beim Nulldurchgang des Stromes springt der Bogen-von der Anode g' auf- die
Anode g über, falls die Anode 7n noch weiter gesperrt bleibt.
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In Fig. q. a sind die Verbraucherspannung U2 und der Strom T dargestellt.
Man sieht aus der Figur, daß beim Brennen von g bzw. g' die niedrige, beim Brennen
von »t bzw. m' die höhere Verbraucherspannung auftritt. Um die Höhe der Spannung
zu verändern, kann der Zündzeitpunkt von m vorgeschoben werden, und zwar bis zum
Nulldurchgang .des positiv werdenden Stromes, ebenso der Zündzeitpunkt von in' bis
zu dem Punkt, wo der Strom negativ wird. Verlegt man den Zündzeitpunkt von g und
g' nach rückwärts, 'so tritt ebenfalls eine Spannungserhöhung ein (der Zündzeitpunkt
von g kann bis zum Nulldurchgang der positiven Spannung, der Zündzeitpunkt von g'
bis zu dem Punkt, in dem die negative Spannung Null wird, verschoben werden). Die
höchste Spannung erhält man, wenn beim Positivwerden des Stromes sofort die Anode
m, beim Negativwerden des Stromes die Anode m' zündet, die niedrigste Spannung,
wenn die beiden Anoden m und M2' überhaupt nicht zünden. In Fig. q:b sind die Bereiche
angegeben, in denen die Anoden gesperrt sein müssen. Ferner sind -noch oberhalb
der Horizontalen die Punkte angegeben, wo die einzelnen Anoden gezündet werden.
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In den Fig. 5 a bis 5 h sind die Verhältnisse für kapazitive Belastung
dargestellt. Fig. 6 a zeigt die Spannungsverteilung. In Fig. 6b ist angegeben, wann
die Anoden zündbereit sein müssen bzw. in welchen Bereichen sie zu sperren sind.
In den Fig. 5 a bis 5 h sind die Strom- und Spannungsverhältnisse für die einzelnen
Bereiche dargestellt. Sobald der Strom positiv wird, brennt die Anode in. Während
der Brennzeit dieser Anode -muß die Anode g gesperrt, sein, weit sie, wie
aus Fig. 5 a hervorgeht, ein höheres Potential äls die Anode m besitzt: Wird nun
die Anode g gezündet bzw. die Sperrung dieser Anode aufgehoben, so geht der Lichtbogen
auf die Anode g über, und von diesem Augenblick muß die Anode m' bis zum Nulldurchgang
der> Spannung ge'sper rt werden. Wird die Spannung positiv, so brennt g weiter,
und es muß jetzt die Anode m gesperrt werden, wie aus Fig. 5 c hervorgeht. Wird
die Sperrung der Anode m aufgehoben, so springt der Bogen auf die Anode m über,
die bis zum Nulldurchgang des Stromes brennt, wobei während des Brennens von m die
Anode g' gesperrt werden muß (vgl. Fig. 5d). Die Fig. 5 e bis 5 h zeigen
die Verhältnisse bei negativem Strom; wie aus diesen Figuren und aus Fig. 6b hervorgeht,
muß in der posi-. tiven Spannungshalbwelle beim Brennen von ni die Anode g', beim
Brennen der Anode g' die Anode m gesperrt sein. In der negativen Spannungshalbwelle
muß beim Brennen von g' die Anode m' und beim B_ rennen von m' 'die Anode g gesperrt
sdin. Um die Spannung zu erhöhen, wird der Zündzeitpunkt von m in der positiven
Spännungshalbwehe nach vor und der von m in der negativen Spannungshalbwelle nach
vor verschoben. Gleichzeitig wird der Zündzeitpunkt von g in der negativen Spannungshalbwelle
und der Zündzeitpunkt von g' in der positiven Spannungshalbwelle nach rückwärts
verschoben. Die Maximalspannung wird erhalten, wenn der Zündzeitpunkt der Anode
m bis zum Beginn der positiven Spannung, der Zündzeitpunkt der Anode m' bis zum
Beginn der negativen Spannung vorverschoben und die Zündzeitpunkte von g und g'
bis zum Ende der negativen biw. positiven Spannung nachgeschoben werden. Der Zündzeitpunkt
von g darf nicht weiter vorverschoben werden als bis zu- dem Zeitpunkt, in dem der
.Strom gerade positiv wird. Der Zündzeitpunkt von g' darf nicht weiter vorverschoben
werden, als bis der abnehmende positive Strom durch Null hindurchgeht.
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Aus den Fig. q. a und 6 a ergibt sich, "daß beim Verschieben der Zündzeitpunkte
aller vier Anoden in der richtigen Weise der volle Regelbereich ausgenutzt werden
kann. Bei Ohmscher Belastung brennen in der positiven Spannungshalbwelle nur die
Anoden g und -m, in der negativen Spannungshalbwelle die Anoden g' und m', und man
braucht bei rein Ohmscher Belastung nur die Zündzeitpunkte
von m
und m' vor- bzw. 'nachzuschieben, um den gesamten Regelbereich auszunutzen. Ist
die Belastung nicht rein induktiv oder rein kapazitiv, so gelten ähnliche Diagramme,
wie sie in den- Fig. 4a und 6a dargestellt sind. Man kann sich leicht überzeugen,
daß auch in diesen Fällen durch die Anordnung der Erfindung der größtmögliche Regelbereich
von nahezu i8o° vollständig ausgenutzt werden kann.
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Wie sich aus den Diagrammen ergibt, muß beim Nulldurchgang des Stromes
eine zündbereite Anode vorhanden sein, und es' muß ferner m gesperrt sein, wenn
g' brennt, und es muß g gesperrt sein, wenn yvi brennt, und mi gesperrt sein,
wenn g brennt, und g' gesperrt sein, wenn m brennt. Um diese Bedingungen einzuhalten,
kann man folgendermaßen vorgehen: Man führt den Anoden m -und g' Spannungen e,"
und eg' zu, die der Netzspannung bzw. der zugehörigen Anodenspannung proportional
und um iSo° gegen diese verschoben sind. In diesem Fälle sind die Anoden m und g'
im Bereich der negativen Spannungshalbwelle zündbereit, im Bereich der positiven
Spannungshalbwelle sind sie dagegen gesperrt. Den Gittern der Anoden g und m' wird
eine Spannung zugeführt, die in Phase mit der Netzspannung ist; sie sind also in
der positiven Spannungshalbwelle zündbereit, in der negativen Spannungshalbwelle
gesperrt. In der Fig. 7 sind diese Gitterspannungen dargestellt. Wählt man die Gitterspannungen
in dieser Weise, so findet bei jeder Phasenlage des Stromes der im Zusatztransformator
g die Gegenamperewindüngen liefernde Strom eine zündbereite Anode, wie es auch nach
den Fig. 4a und 6a sein muß. Um nun die Anoden zu zünden, kann man einen Zündimpuls
ai," der Gitterspannung des Gitters der Anode in überlagern und diesen von ungefähr
170 nach io° verschieben. Entsprechenderweise wird den Gittern der Anode m' ein
Zündimpuls u"' überlagert, der von 35o nach igo° vorgeschoben wird. Dem Gitter der
Anode g wird ein Zündimpuls ug überlagert, der von igo nach 35o° rückwärts verschoben
wird, und dem Gitter der Anode g' ein Zündimpuls ug, der von io nach i7o° verschoben
wird. In dieser Weise ist es möglich, nahezu den gesamten Regelbereich auszunutzen.
Die Impulsbreite der Spannungen u,", u"', ug, ug'- beschränkt etwas den Regelbereich.
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Nun dürfen, je nachdem, ob die Belastung induktiv, kapazitiv
oder ohmisch ist, die Zündspannungsspitzen; die in Fig.7 eingetragen sind, nicht
über gewisse Punkte vor-bzw. nachgeschoben werden, weil sonst Kurzschlüsse auftreten.
Dies ergibt sich an Hand der Fig. 4a, 4b, 6a und 6b, Wie beispielsweise die Fig.
q.a und 41) zeigen, darf bei induktiver Belastung der Zündzeitpunkt von in nicht
weiter vorgeschoben werden als bis zu dem Punkt, wo der Strom gerade positiv wird,
während der Zündzeitpunkt von m' nicht weiter vorgeschoben werden darf als bis zu
dem Punkt, wo der Strom gerade negativ wird. Wie aus Fig.6a und 6 b hervorgeht;
darf der Zündzeitpunkt von g nicht weiter vorverschoben werden, als bis der Strom
gerade positiv wird, während der Zündzeitpunkt von g' nicht weiter vorverschoben
werden darf, als bis der Strom gerade negativ wird. Wie Untersuchungen gezeigt haben,
kann man diese Bedingungen dadurch einhalten, daß man die Zündpunktsverschiebung
für die Anoden in und g vom Strom 11, der zu diesen Anoden fließt, und die Zündpunktsverschiebung
von rn' und g' von dem Strom J" welcher zu diesen Anoden fließt, abhängig macht.
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Ein Ausführungsbeispiel dafür zeigt die Fig. B. In Reihe mit einer
Wechselspannung 1a, die gegenüber der :Netzspannung U1 um i8o° verschoben ist, liegt
eine Drosselspule 13, die Wicklung 15 einer weiteren Drosselspule 14, die eine von
Gleichstrom durchflossene Wicklung 16 und. zwei Sekundärwicklungen 17 und 18 besitzt,
von denen die Wicklung 17 den Zündimpuls für das Gitter der Anode m, die
Wicklung 18 den Zündimpuls für das Gitter der Anode g liefert. Die Wicklung 16 liegt
in Reihe mit einer weiteren Drosselspule ig an einer Gleichstromquelle 2o, deren
Spannung zur Änderung der Verbraucherspannung geändert wird. Da der Wechselstrom
1" der Drosselspule 14 um 9o° gegenüber der Spannung dieser Drosselspule
nacheilt, so eilt er um go° der Netzspannung vor. Da die Drosselspule 14 gesättigt
ist, treten in den Wicklungen 17 und 18 nur dann Spannungsspitzen auf, wenn der
Wechselstrom J,15 und der Gleichstrom J2o gleich groß sind, falls die Windungszahlen
der Wicklungen 15 und 16 dieselben sind, Bei Ungleichheit der Windungszahlen treten
die Spannungsspitzen, die man zur Steuerung der Anoden g und in verwenden kann,
dann auf; wenn die Amper ewindungen die gleichen sind. In Fig. g sind der Wechselstrom
J15 und der Gleichstrom J20 dargestellt, ferner auch die Zündspannungsspitzen u",
und Zig. Die Wicklung 17
wird hinsichtlich der Kathode gegenüber der . Wicklung
18 umgepolt, damit ug positiv erscheint.- Wird der Gleichstrom vergrößert, so bewegen
sich die beiden Spitzen nach der Mitte zu, wird der Gleichstrom verringert, so bewegen
sich die Spitzen voneinander weg. Für die Anöden g' und m' wird eine entsprechende
Anordnung vorgesehen. Die
Zündspannungsspitzen dieser Gitter und
der Gleichstrom sind in Fig. g gestrichelt dargestellt.
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Im Gleichstromkreis .liegt nun noch die Wicklung 22 einer gesättigten
Drosselspule 21, deren andere Wicklung z3 vom Strom J, der Anoden in und g durchflossen
wird. Man erreicht dadurch, daß der Gleichstrom 12o nicht mehr konstant ist, sondern
eine annähernd trapezförmige Kurve bildet. Sobald der Strom J, positiv wird, springt
der Gleichstrom auf einen höheren Wert. Wird der Strom negativ, so geht der Gleichstrom
wieder auf seinen ursprünglichen Wert herunter. In Fig. io und ii sind die Verhältnisse
bei Ohmscher Belastung dargestellt. Ui ist wieder die Primärspannung, J der Verbraucherstrom.
Beide liegen in Phase. Der Strom J15 (vgl. Fig. ii) ist um 9o° gegenüber der Spannung
U., vorverschoben. Er besitzt annähernd dreieckförmige Gestalt, was man dadurch
erreichen kann, daß man der Drosselspule 13 einen Luftspalt gibt und sie sättigt.
J2o ist der Gleichstrom. Wo der Gleichstrom den Wechselstrom J15 schneidet, treten
Zündspannungsspitzen auf, wie es in-Fig. ii dargestellt ist. Wird der Gleichstrom
vergrößert, so bekommt man in Fig. i i für den Gleichstrom die gestrichelte Trapezform,
und man sieht, daß der Zündzeitpunkt von m vorgeschoben wird. Der Zündzeitpunkt
von g ändert sich dagegen nicht, wie es heia Ohmscher Belastung der Fall sein muß.
Wie aus Fig. ii ersichtlich, kann der Zündzeitpunkt nicht weiter verschoben werden
als bis zu dein Punkt, in dem der Strom gerade positiv wird. Die Zündspaiintingsspitzen
für die Anoden m' und- g' werden- in entsprechender Weise gewonnen wie die Zündspannungsspitzen
für die Anoden 7i2 und g, nur mit dem Unterschied, daß an Stelle von 11 der Strom
J,. tritt und' als Wechselspannungsquelle 12 eine der Netzspannung phasengleiche
Spannung genominen wird.
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Die Fig. 12 und 13 zeigen die Verhältnisse bei induktiver Belastung.
Wie aus Fig. 13 ersichtlich, kann der Zündzeitpunkt von in durch Erhöhung der Gleichspannung
2o in Fig.8 verschoben werden von dem Punkt, wo die Spannring negativ wird, bis
zu dem Punkt, wo der Strom positiv wird. Der Zündzeitpunkt von g kann verschoben
werden von Beginn der negativen Spannungshalbwelle bis zu dem Augenblick, wo der
Strom negativ wird. Vergleicht man Fig. 13 mit Fig. q.a und d.b, so sieht man, daß
in erwünschter Weise die Zündpunkte maximal nur so,weit verschoben werden können,
_ wie bei induktiver Belastung erforderlich ist.
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Wie anfangs bereits vorausgesetzt, erhalten die Gitter nicht nur die
Zündspannungsspitze, sondern auch eine weitere Spannung, und zwar die - Gitter der
Anoden m und g' eine Spannung, die um i8o° gegenüber der Netzspannung verschoben
ist, die Anoden m' und g eine Spannung, die in Phase mit der Anodenspannung liegt.
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In Fig. 14. ist das vollständige Schaltbild. dargestellt. Soweit die
Teile mit denen der Fig. 8 übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen gewählt,
und zwar sind die für die 'Anoden m' und g' dienenden Einzelteile mit den gleichen
Bezugszeichen wie die entsprechenden Teile für die Anoden m und g versehen und haben
lediglich den Index ' erhalten. Die der Anodenspannung proportionale Gitterspannung
wird einem Spannungswandler 25 entnommen, der zwei Sekundärwicklungen besitzt, von
denen die eine im Stromkreis, des Gitters der Anode g; die andere im Stromkreis
des Gitters der Anode m liegt. Der Spannungswandler 24 liefert die Spannung, welche
die Drosselspule 14. erregt. Da die Gleichspannungen 2o und 20' in der gleichen
Weise geändert werden, könnte auch für die Anoden in und g und die Anoden m' und
g' dieselbe Gleichspannungsquelle verwendet werden. Die richtige Lage der Zündspannungsspitzen
erhält man durch entsprechenden Anschluß der einzelnen Wicklungen. Im Prinzip ist
zu Fig. i q. nichts weiter zu sagen, da Einzelheiten .bereits an Hand der früheren
Figuren erläutert wurden.
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Für den kapazitiven Bereich sind die Verhältnisse nicht dargestellt
worden. Man könnte sich aber an Hand eines Diagramms leicht davon überzeugen, daß
auch bei kapazitiver Belastung die Anordnung richtig wirkt und die 'Zündzeitverschiebung
bis zu den maximal zulässigen Grenzen, aber nicht darüber hinaus möglich ist.
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Die Gleichspannung wird z. B. selbsttätig in der Weise von der Verbraucherspannung
U2 abhängig gemacht, daß bei Änderung der Verbraucherspannung die Zündzeitpunkte
so verschoben werden, daß die Verbraucherspannung annähernd konstant bleibt. Man
kann auch die Spannung U2 in anderer Weise regeln, beispielsweise auf -bestimmte
Werte in Abhängigkeit von der Belastung. Man kann auch die Gleichspannung von Hand
aus einstellen, uni je nach Wunsch eine höhere oder tiefere Spannung einstellen
zu können. Man kann auch die Verschiebung der Zündzeitpunkte von anderen Größen
abhängig machen, die man regeln will, beispielsweise könnte man den Verbraucherstrom
konstant halten oder nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten ändern, oder man könnte beispielsweise,
wenn die Anordnung zur Speisung eines elektrischen Ofens dient, in Abhängigkeit
von der Temperatur dieses Ofens die
dem Ofen zugeführte Stromstärke
durch entsprechende Zündzeitpunktverschiehung einstellen.
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Wie man in anderer Weise die Gitter-Spannung erzeugen kann, ist in
den folgenden Figuren dargestellt. Gemäß Fig. 15 erhalten die Gitter der Anoden
' und in wieder eine Gitterspannung es', e,", welche um iSö° gegenüber der Netzspannung
verschoben ist, während die Gitter der Anoden g und rn' eine Spannung eg. bzw. e,"'
erhalten, die in Phase mit der - Anodenspannung ist. Um eine Vorv erschiebung des
Zündzeitpunktes der Anoden va und in' zu erhalten, kann man diesen Grundgitterapannungen
eine weitere Spannung überlagern, welche an einem Widerstand abgenommen wird, welcher
in Reihe mit einer vormagnetisierten Drosselspule an der Netzspannung Ui liegt.
In Fig. 16 ist eine derartige Anordnung dargestellt. Der Ohmsche Widerstand ist
mit 3ö, die gleichstromvormagnetisierte Drosselspule mit 31, die Gleichstromquelle
mit 32 bezeichnet. Fig. 17 zeigt die an dem Widerstand 3o herrschende Spannung UR.
Die Spannung an dem Widerstand steigt steil an, um dann der Sinusform der Netzspannung
U1 zu folgen. Dies rührt davon her, daß die gleichstromvormagnetisierte Drosselspule
22 als eine Art Schalter wirkt und erst dann, wenn der Spannungsintegralwert gleich
dem doppelten Sättigungsfluß geworden ist, durchlässig wird: Vergrößert man die
Gleichstromvormägnetisierung, so wird der Anstieg der Spannung UR nach vor verschoben.
Setzt man diese Spannung UR mit der Spannung e," des Gitters der Anode m zusammen,
so erhält man eine resultierende Spannung, wie sie in Fig. i9 dargestellt ist. Eine
solche Spannungskurve wäre noch nicht geeignet, weil die am Widerstand 3o auftretende
negative Spannung (gestrichelt in Fig. i9 dargestellt) zur Folge haben würde, daß
bei negativer Spannung Ui die Anode m gesperrt wäre, während sie, wie aus den früheren
Erläuterungen hervorgeht, bei negativer Anodenspannung immer zündbereit sein muß,
Man muß daher die am Widerstand erzeugte negative Spannung mittels eines Gleichrichters
wegschaffen. Wie dies vorgenommen werden kann, zeigt die Fig. 18. Mit
31 ist wieder die gleichstromvormagnetisierte Drosselspule bezeichnet, die
z. B., wie schematisch angedeutet ist, aus zwei Drosselspulen bestellen kann, die
vom Gleichstrom im entgegengesetzten Sinne vormagnetisiert werden. 30 ist der Ohmsche
Widerstand. Dieser ist mit der Sekundärwicklung des Stromwandlers 33 über Gleichrichter
34 verbunden. Außerdem ist der Mittelpunkt dieses Widerstandes mit dem Mittelpunkt
der Sekundärwicklung des Wandlers 33 verbunden. Vom Mittelpunkt dieses Widerstandes
führt eine Leitung zur Kathode. Von dein oberen Endpunkt führt die Leitung zum Gitter
der Anode na, vom unteren Endpunkt zur Leitung zum Gitter für die Anöde m
. Durch die Anordnung dieser Gleichrichter 34, wird erreicht, daß ieweils
den Gittern der Anoden in bzw. tiz' die gewünschte Zündspannung zugeführt wird.
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Die Erzeugung der Spitzenspannung für die Gitter der Anoden g und
g' erfolgt in entsprechender Weise, nur erhält dabei ciie Drosselspule noch eine
konstante Geer:--magnetisierung, welche der von der Gleich-Stromquelle 3? herrührenden
hlagnetisierung entgegenwirkt und diese stets überwiegt. Steigt dann die Gleichspannung
32, so wird der Anstieg von UR nach rechts verschoben. Auch hier erfolgt wieder
die Trenntang der beiden Impulse durch besondere Gleichrichter.
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Verbessern kann man die Anordnung noch dadurch, daß man, wie in Fig.
i; angedeutet. eine rechteckförmige Spannung LTl verwendet.
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Es muß jedoch, damit die richtige Wirkungsweise der Anordnung erzielt
wird, noch eine Zusatzbedingung erfüllt werden. Diese Zusatzbedingung ergibt sich
aus den Diagrant men der Fig. q.b und 6b, und zwar ergibt sich aus diesen Figuren,
daß die Anode iia gesperrt sein muß, wenn die Anode g' brennt, bzw. sie darf gesperrt
sein, wenn die Anode g' positiv ist. Die Anode g mtiß gesperrt sein, wenn in' brennt,
und darf gesperrt sein, wenn m positiv ist. Die Anode m' muß gesperrt sein, wenn
g brennt, und darf gesperrt sein, wenn g positiv ist. Die Anode g' muB gesperrt
sein; wenn die Anode in brennt, und sie darf gesperrt sein, wenn rrä positiv ist.
Führt man also in Abhängigkeit vom Positivsein der Anode g' eine Zusatzspannung
in den Gitterkreis der Anode in ein, so kann man erreichen, daß der Zündzeitpunkt
von ob nicht zu weit vorgeschoben wird. Entsprechendes gilt auch für die übrigen
Anoden. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2o wird dies für die Änode in dadurch erreicht,
däß zwischen der Anode g' und der Kathode ein Stromwandler 36 in Reihe mit einem
Obmschen Widerstand 37 liegt. An die Sekundärwicklung des Stromwandlers 36 ist eine
Glimmlampe 38 angeschlossen. Das Übersetzungsverhältnis des Stromwandlers 36 wird
so gewählt, daiß auf der Sekundärseite des Wandlers eine genügend hohe Spannung
erzielt wird, welche durch die Glimmlampe 38 konstant gehalten wird. Über einen
Gleichrichter 39 ist die Glimmlampe mit einem Ohmschen Widerstand ¢o verbunden,
und die Spannung au diesem Widerstand wird als Sperrspannung in (lest
Stromkreis
des Gitters der Anode in eingeführt. In der Gitterleitung liegt außerdem noch die
am Widerstand abgenommene Spannung UR und die von der Netzspannung abgeleitete Gitterspannung
e",; dies ist in der Figur nur schematisch dargestellt.
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Der Verlauf der Gitterspannung für -die Anode na bei gemischt induktiver
und Ohmscher Belastung ist in Fig. 21 a dargestellt. In dieser ist außerdem die
Spannung U2 und der Verbraucherstrom T eingetragen. Man sieht in Fig. 21 a die Grundspannung
e., die bei positiver Verbraucherspannung negativ, bei negativer Verbraucherspannung
positiv ist. Ihr wird die am Widerstand herrschende Spannung Urz @ überlagert; außerdem
wird noch eine Sperrspannung es eingeführt, die dann vorhanden ist, wenn die Anode
g' brennt oder positiv ist. Wann dies der Fall ist, ergibt sich aus Fig. q.a. Als
resultierende Gitterspannung,- die der Anode in zugeführt wird, erhält.man dann
die -stark ..ausgezogene Kurve. Diese zeigt, daß nach Zündung der Anode in der Zündspannung
die Sperrspannung sofort überlagert wird, weil nach dem Zünden von in die Anode
g' positiv wird. Diese Überlagerung schadet aber nichts, da nach dem Zünden von
in die Gitterspannung dieser Anode negativ werden kann, da die Anodenz trotzdem
weiterbrennt. Bei negativer Spannung U2 wird zwar auch noch die Sperrspamlung überlagert;
dies schadet jtdoch, wie aus Fig. q.b hervorgeht, nichts, da, nachdem die Anode
g erloschen ist, die Anode in sowieso nicht mehr zum Brennen kommt. Im Anfang der
positiven Spannungshalbwelle wird die Sperrspannung im Bereich von der Spannung
Null bis zum Zünden von g überlagert. Diese Überlagerung ist aus dein Grunde notwendig,
weil der Zündzeitpunkt von in maximal bis zu dem Punkt verschoben werden darf, wo
der Strom positiv wird. Wählt man also die Sperrspannung es größer als die maximal
auftretende Sprungspannung UR, so kann man diese letztere ruhig über den Nulldurchgang
des Stromes vorverschieben, ohne daß eine Zündung von der Anode in, bei negativem
Strom erfolgen kann. Die Sprungspannung UR besitzt bei der Anordnung einen breiten
Rücken, der bis zum Nulldurchgang der positiven Spann@ingshalbwelle vorhanden ist.
Dies ist aus dem Grunde vorteilhaft, weil dann, wenn die Sprungspannung UR zu weit
vorverscboben wird, sonst ein Zünden der Anode in nicht mehr stattfinden könnte.
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In Fig. 2Ib ist der Gitterspannungsverlauf bei kapazitiver Belastung
dargestellt. Man überzeugt sich auch hier leicht, daß in gewünschter Weise das Zünden
und Sperren der Anode in erfolgt. ' Es ist bisher nur die Gitterspannung für das
Gitter der Anode m dargestellt, und die Bedingungen sind untersucht worden, wann
die Anode in zündbereit ist und wann sie gesperrt sein muß. Aus den Fig. q.b und
6b ergeben sich aber auch die Bedingungen für die Gitterspannungen der Anoden
in', g'
und g. Die Anode in' muß im Bereich der positiven Spannung zündbereit
sein, sobald der Strom negativ wird. Im Bereich der negativen Spannungshalbwelle
muß in' gesperrt sein, wenn g brennt. Für die Anode g gilt, daß sie bei positiver
Spannung zündbereit sein muß, wenn der Strom positiv wird, sie -muß gesperrt sein
im Bereich der negativen Spannung, sobald die Anode nrz' zündet. Die Anode g' muß
im Bereich negativer Spannung zündbereit sein, wenn der Strom negativ wird, sie
muß im Bereich der positiven Spannung gesperrt sein, wenn die Anode m zündet.
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Zu diesem Zweck wird die Gitterspannung der Anode in' zusammengesetzt
aus einer Grundspannung, die der Netzspannung proportional und mit ihr phasengleich
ist, einer Sprungspannung, die vom Ende der negativen Spannungshälbwelle bis zu
ihrem Anfang vorverschoben werden kann, und außerdem aus einer Sperrspannung, die
vorhanden ist, wenn die Anode g positiv ist. Für die Anode g wird als Gitterspannung
eine Grundspannung verwendet, welche phasengleich mit der Netzspannung ist, ferner
eine Sprungspannung; die, beginnend vom Ende der negativen Spannwigshalbwelle, bis
zu ihrem Anfang vorverschoben werden kann, urid einer Sperrspannung, die vorhanden
ist, wenn die Anode i2' positiv ist. Als Gitterspannung für die Anode g'
c'lient eine Grundspannung; die um z8o° gegenüber der Netzspannung vorverschoben
ist, eine Sprungspannung, die vom Beginn der positiven Spannungshalbwelle bis zu
deren Ende verschoben werden kann, und eine Sperrspannung, die vorhanden ist, sobald
die Anode in positiv ist.
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In der Fig.22 ist ein vollständiges Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt, und zwar für den Fall, daß lediglich eine Zusatzspannung geliefert
ist. Zu diesem Zweck sind die Anoden g und g' an die-Enden der Wicklung ro des Zusatztransformators
9 angeschlossen und ebenso .an die Enden der Sekundärwicklungen des Transformators
z. Die den Fig. 18 und, 2o entsprechenden Teile sind mit denselben Bezugszeichen
um zoo vermehrt versehen, außerdem haben die nur für die Gitterspannung von in'
dienenden Teile den Index ' erhalten: Die Sperrspannung für die Anoden in und an
wird dadurch gewonnen, daß ein in der Mitte angezapfter Wandler 136 über einen Widerstand
137 mit der Anode g und über einen Widerstand 137'
mit der Anode g' verbunden
ist. Der Mittelpunkt
dieses Wandlers liegt an der Kathode des Gefäßes
B. Die Sekundärwicklung des Wandlers ist mit einem Eisenwasserstoffwiderstand 138
belastet, welcher die Sekundärspannung des Wandlers konstant hält. Parallel zum
Eisenwasserstoffwiderstand liegt die Reihenschaltung des Gleichrichters
139
mit dem Ohmschen Widerstand i4o und die Reihenschaltung des Gleichrichters
139' mit dem Widerstand 140'. Die miteinander verbundenen Endpunkte der Widerstände
sind an die Kathode angeschlossen. Die Anfänge der Widerstände führen zu den Gittern
der Anoden m bzw. m'. In diesen Gitterzuleitungen liegen die Sekundärwicklungen
ip und ;51' des Transformators 150, welcher die Grundspannung liefert und dessen.
Primärwicklung 152 an der Spannung Ui liegt. Sie könnte auch an U2 angeschlossen
sein. Ferner liegt in der Gitterzuleitung ein Widerstand 13o bzw. i30', an welchem
die Sprungspannung gewonnen wird. Der Widerstand 130 liegt- über einen Gleichrichter
134 an der einen, der Widerstand 130' über einen Gleichrichter 134' an` der
anderen Sekundärwicklung des Stromwandlers 133. Dieser ist, wie bei der Anordnung
nach Fig. 16 erläutert, über eine Drossel 131 mit der Netzspannung verbunden. Diese
besitzt eine Gleichstromwicklung 135, welche von der Gleicbspannung i32 vormagnetisiert
wird. In entsprechender Weise wie für die Gitter der Anoden m und M' wird die Gitterspannung
für die Anoden g und g' gewonnen. Die Teile; die denen der für die Anode m und m'
entsprechen, haben um die Zahl Zoo vermehrte Bezugszeichen. Die Sperrspannung wird
hierbei abhängig gemacht von der Spannung der Anode ua bzw. m' gegenüber der Kathode
(Wandler 236, Widerstände 237 und a37', Glimmlampe 238, Widerstände 2,40 und 24o'
und Ventile 239 und 239'). Die Sekundärwicklungen 251 und 25i' liefern die Grundwellenspannüngen;
an den Widerständen 230 und 230', welche über je einen Gleichrichter 234 bzw. 234'
mit einer Sekundärwicklung des Wandlers 233 verbunden sind, wird die Sprungspannung
abgenommen. Die Primärwicklung des Wandlers 233 liegt über die Drosselspule 23i
an der Netzspannung, die außer der von der Gleichspannung 13?, erregten Wicklung
235 noch eine konstant- erregte Wicklung 236, die beispielsweise an eine Batterie
237 angeschlossen wird und der erstgenannten Wicklung entgegenwirkt, besitzt. Die
Anordnung ist hierbei so getroffen, daß bei einer Erhöhung der Gleichspannung i
3 2'die; Ziin:dung dar jAnoden n2 ,und nz' vor- un;d die der Anoden g und g' nachgeschoben
wird.
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Statt der an den Widerständen 130 bzw. 23o abgenommenen Sprungspannung
könnte ' man auch eine sinusförmige Spannung verwenden, die verschoben wird und
deren negative Halbweile durch Gleichrichter unterdrückt wird.
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Während bei dem bisherigen Ausführungsbeispiel die Anode iiz durch
die positive Spannung der Anode g' gesperrt wird, kann man auch die Anordnung so
treffen, daß die Anoden "z und g gesperrt werden, solange ein Summenstrom J, von
den Anoden m' und g' fließt, umgekehrt wie man auch die Anoden m' und g' j edesmal
dann sperren kann, wenn ein Strom von den Anoden-in, oder g, also im linken Teil
der Wicklung 9, fließt (J1).
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Statt eine Sperrspännüng einzufügen, könnte man auch die Sprungspannung
kurzschließen, und zwar gelten dann für das Kurzschließen der Sprungspannung dieselben
Bedingungen wie für das Einfügen der Sperrspannurig.
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In Fig.23 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
bei welchem, wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen, wieder für die Gitterspannungen.
dieselben Grundspannungen verwendet werden. Der Grundspannung wird eine Spannung
überlagert, die kurzgeschlossen vrird. Die Bildung dieser Spannung soll an Hand
der Gitterspannung für die Anode m erläutert werden. In der Gitterzuleitung liegt
die Sekundärwicklung 61 des an die Sekundärspannung U2 angeschlossenen Transformators
6o; welcher, wie in Fig. 2q.b gezeigt, eine Grundspannung liefert, die gegenüber
der Sekundärspannung U2 um i8o° verschoben ist. In Reihe mit der Sekundärwicklung
61 liegt eine Röhre 62, parallel zu dieser eine Drosselspule 64 in Reihe mit der
Sekundärwicklung 65 eines Transformators, dessen Primärwicklung 66. an der Sekundärspannung
liegt. Infolgedessen setzt sich die Gitter spannurig für das Gitter der Anode m
aus der Grundspannung e", und einer Spannung zusammen, die von der Durchlässigkeit
der Röhre 62 abhängig ist. je geringer die Vorspannung der Röhre ist, um so größer
ist die Zusatzspannung, während, wenn die Röhre stark durchlässig ist, die Zusatzspannung
nur außerordentlich gering ist. Durch Änderung der Gittervorspannung kann man daher
die Zündzeitpunkte einstellen. Um nun zu vermeiden, daß der Zündzeitpunkt zu weit
vorgeschoben wird, liegt parallel zur Röhre 62 eine Röhre 63, die gezündet wird
(Widerstand 67 liefert Gitterspannung für die Röhre 63), wenn die Anode g' positiv
ist, so daß also die Zusatzspannung, die die Transformatorwicklung 65 liefert, kurzgeschlossen
wird, wenn die Anode g' positiv ist: In Fig. 24d ist die resultierende Gitterspannung
dargestellt,
die sich aus der Grundspannung (vgl.. Fig.2q.a) und der-Zusatzspannung (vgl. Fig.2d.c)
zusammensetzt. In Fig.2q.a ist das Diagramm der Sekundärspannung des Transformators
gezeichnet. In ähnlicher Weise, wie für das Gitter m dargestellt, wird die Gitterspannung
, für die Gitter der Anoden in', g' und g gewonnen (die entsprechenden Röhren,
Widerstände und Drosseln sind nicht näher bezeichnet), und zwar jeweils aus einer
Grundspannung und einer überlagerten Zusatzspannung, die kurzgeschlossen wird, sobald
eine entsprechende Anode positiv geworden ist, und zwar wird die Zusatzspannung
für das Gitter der Anode g kurzgeschlossen, wenn die Anode m' positiv ist. Die Zusatzspannung
für das Gitter der. Anode m' wird kurzgeschlossen, wenn g positiv ist, und die Zusatzspannung
für das Gitter der Anode g' wird kurzgeschlossen, wenn m positiv ist. Die Gitterspannung
der Ionenröhren 62 ist abhängig gemacht von der Differenz zweier Spannungen, von
denen die eine von der Verbraucherspannung linear, die andere stärker als -linear
abhängig ist. Zu diesem Zweck dieneif zwei Röhren 70 und 71, die über je
einen Widerstand und einen Kondensator 72, 73 bzw. 7q., 75 an die Spannung U2 angeschlossen
sind (Transformator 76). Die Röhre 71 ist. so bemessen, daß sie eine der Gleichspannung.
proportionale Spannung am Widerstand 74 liefert, während die Röhre 70 im
Sättigungsbereich arbeitet und am Widerstand 72 eine Spannung erzeugt, die stärker
als linear mit der Spannung U2 sich ändert (Heizung nichtkonstant, sondern von U2
abhängig). Die am Widerstand 77
auftretende Differenzspannung wird den Röhren
62 zugeführt in der Weise, daß, wenn die Spannung U2 steigt, die Zündzeitpunkte
der Anoden m und avä nach rück- und die der Anoden g und g' nach vorwärts verlegt
werden.
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Die erforderlichen Gitterspannungen köniien auch in anderer Weise
erzeugt- werden, beispielsweise mit .Hilfe mechanischer Vorrichtungen, wie Drehreglern,
Kontaktgebern usw. - _ Bei den bisherigen Ausführungsbeispielen besitzt der Haupttransformator
zwei besonlere Sekundärwicklungen, an welche die Entladungsstrecken angeschlossen
sind. Dies ist aber nicht unbedingt erforderlich, sondern die angegebene Steuerung
kann überall da verwendet werden; wo das Übersetzungsverhältnis des Transformators
durch gittergesteuerte Entladungsstrecken innerhalb einer -Halbwelle geändert wird,
wobei für jede Stromhalbwelle zwei Entladungsstrecken bzw. zwei Anoden vorgesehen
sind. -Beispielsweise kann man die Anordnung auch verwenden bei einem Transformator,
dessen Sekundärwicklung den Verbraucher speist und bei dem an dein einen Endpunkt
der Sekundärwicklung zwei Entladungsstrecken entgegengesetzter Durchlaßrichtung
angeschlossen sind, während an einem Anzapfpunkt ebenfalls zwei Entladungsstrecken
entgegengesetzter Durchlaßrichtung angeschlossen sind. Der Verbraucher wird an die
freien Anoden und Kathoden dieser Entladungsstrecken und an das andere .Ende der
Sekundärwicklung angeschlossen. Je nachdem, ob die Entladungsstrecken am Ende oder
die am Anzapfpunkt brennen, wird das höhere oder niedrigere Übersetzungsverhältnis
eirigestellt.
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Die Anordnung nach der Erfindung ist auch dann anwendbar, wenn z.
B. das Übersetzungsverhältnis einer Drosselspule geändert werden soll. Eine solche
Drosselspule kann beispielsweise zur Regelung' der Spannung einer Fernleitung durch
Änderung der der Fernleitung entnommenen Blindleistung dienen. Zu diesem Zweck würde
man an den einen Endpunkt der Drosselspule zwei Entladungsstrecken entgegengesetzter
Durchlaß richtung anschließen und ebenso an einen Anzapfpunkt der Drosselspule zwei
solche Entladungsstrecken, wobei die freien Anoden und Kathoden mit der einen Leitung,
das andere Ende der -Drosselspule mit der anderen Leitung verbunden wird. Auch hier
könnte man die gleiche Steuerung verwenden und durch Änderung des Blindstromes die
Spannung der Leitung konstant halten. kam i Drei- und Mehrphasenstrom kamt die Anordnung
nach der Erfindung in sinngemäßer Weise angewendet werden. Bei den bisherigen Ausführungsbeispielen
war ein Entladungsgefäß mit vier Anoden verwendet, an dessen Stelle können auch
vier einzelne Entladungsgefäße angewendet werden. Als Entladungsgefäße können- Ionenröhren
beliebiger Art, z. B. Quecksilberdampfröhren oder Ionenröhren mit Glühkathode, Anwendung
finden. In den Ausführungsbeispielen sind zum Beispiel die Haltelichtbögen, die
bei Quecksilberdampfröbren erforderlich sind, nicht mit eingezeichnet worden, da
derartige Haltelichtbögen .an sich bekannt sind und .es bei der Erfindung auf die
Steuerung der Gitter ankommt.