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Anordnung zur Erzeugung periodischer Gleichstromstöße Für die Umformung
von Gleichstrom in Wechselstrom mit Hilfe gittergesteuerter' Gas- oder Dampfentladungsstrecken
verwendet man vielfach eine Anordnung, bei der die Entladungsstrecken einander parallel
geschaltet sind und die daher den Namen Parallelwechselrichteranordnung erhalten
hat. Bekanntlich tritt bei einer solchen Anordnung je nach der Höhe der Belastung
eine Veränderung der von dem Wechselrichter abgegebenen Spannungs- bzw. Stromkurvenform
.ein, und zwar ändert sich der Verlauf der Strom- bzw. Spannungskurve von einer
Dreiecksform bis zur Rechtecksform. Diese Veränderung der Stromkurvenform in Abhängigkeit
von der Belastung wirkt sich für viele Verwendungszwecke des Wechselrichters äußerst
ungünstig aus. Benutzt man beispielsweise den Wechselrichter zum Betrieb von Wechselstrommaschinen
aus Gleichstromquellen, so ist hierbei aus den bekannten Gründen die Erzeugung eines
möglichst sinusf ormigen Wechselstromes bzw. Wechselspannung erforderlich. Die Gewinnung
einer solchen Kurvenform ist jedoch, wie leicht ersichtlich ist, bei belastungsabhängiger
Änderung der Stromkurvenform unmöglich bzw. mit sehr großen Schwierigkeiten verbunden.
Würde der 'Wechselrichter eine belastungsunabhängige Stromkurvenform abgeben, so
wäre die Erreichung dieses. Zieles bedeutend einfacher, da alsdann, ein nicht sinusförmiger
Verlauf der vom Wechselrichter abgegebenen Strom- bzw. Spannungskurve vorausgesetzt,
die Oberharmonischen der erzeugten Wechselrichterkurve durch Einfügung von im voraus
errechneten und festliegenden Zusatz-bzw. Gegenspannungen oder von wenigen Resonanzkreisen
ausgesiebt werden können.
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' Die Erfindung zeigt einen einfachen und vorteilhaften Weg zur Erreichung
dieses Zieles. Erfindungsgemäß durchfließt der Strom, der von einem Pol der speisenden
Gleichstromquelle über eine Entladungsstrecke zu dem anderen Pol fließt, an mindestens
einer Stelle des Stromkreises nur einen von zwei miteinander in Reihe geschalteten,
die beiden Entladungsstrecken vorzugsweise kathodenseitig verbindenden Ohmschen
Widerstand, an dem die Verbraucherspannung abgegriffen wird. Außerdem sind die beiden
Entladungsstromkreise miteinander induktiv derart gekoppelt, daß ein Zündstrom in
dem einen Kreis eine in dem anderen Kreise löschend wirkende Spannung erzeugt.
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Durch die Erfindung wird der nachstehend näher erläuterte Vorteil
erzielt: Bei einem lediglich mit Kapazitäten und Induktivitäten ausgerüsteten Wechselrichter
tritt bei Einschaltung einer Entladungsstrecke
ein schroffer Anstieg
der abgegebenen Wechselspannung auf der Wechselstromseite auf. Der Strom in den
dort vorhandenen Induktivitäten kann jedoch nicht in der gewünschten Weise rasch
den Änderungen der Spannung Folge leisten und steigt deshalb allmählich auf den
Höchstwert an. Im Augenblick der Abschaltung tritt die verhältnismäßig hohe Kondensatorspannung
auf und verändert in ungünstiger Weise den Verlauf der auf der Wechselstroxnseite
auftretenden Spannungskurve. Andererseits kann der durch die Induktivität der Wechselstromseite
fließende Strom nicht so rasch abklingen, wie es an sich wünschenswert wäre, da
die Induktivität eine Gegen-EMK erzeugt. Sowohl die abgegebene Spannungskurve als
auch Stromkurve zeigt also einen äußerst unregelmäßigen Verlauf. Bei Belastung ändern
sich zwar diese Verläufe, jedoch keineswegs im günstigen Sinne. Wird nun gemäß der
Erfindung die Verbraucherspannung nicht an der Induktivität des Wechselrichterkreises,
sondern an einem Widerstand im Entladungsstreckenstromkreis abgegriffen und die
zwischen den Entladungsstrecken befindliche Induktivität als Löschinduktivität ausgebildet",
so wird hierdurch folgender Spannüngs- bzw. Stromkurvenverlauf erzwungen: Im Augenblick
der Einschaltung einer Entladungsstrecke steigt die an dem mit dieser Entladungsstrecke
in Reihe liegenden Widerstande auftretende Spannung sofort auf ihren Höchstwert
an und verbleibt auf diesem bis zu Beginn der Zündung der nächstfolgenden Entladungsstrecke.
Aber auch die sonst durch die Kondensatorspannung am Ende der Arbeitszeit einerEntladungsstreckeauftretende
ungünstige Verzerrung der abgegebenen Spannungskurve wird bei der Anordnung gemäß
der Erfindung durch die Ausbildung der Induktivität des Wechselrichterkreises als.
Löschinduktivität vermieden; denn die Löschinduktivität besteht in diesem Falle
aus zwei oder mehreren miteinander magnetisch verketteten Zweigen, die je nach der
Schaltung einander entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen können. Unter Umständen
kann auch eine einzige Wicklung als Löschinduktivität in der Schaltung verwendet
werden. Hat nun der Löschkondensator sich beim Brennen einer Entladungsstrecke im
bestimmten Sinne aufgeladen; so tritt beim Zünden der nächstfolgenden Entladungsstrecke
an der Löschinduktivität eine solche Spannung auf, daß eine mit der Kondensatorspannung
in Reihe liegende treibende EMK erzeugt wird, die infolgedessen eine rasche Entladung
des Kondensators herbeiführt. Er kann also die plötzliche Spannungserhöhung am Kondensator
am Ende der Arbeitszeit einer Entladungsstrecke sich nicht schädlich auswirken.
Andererseits zeigt auch die von der Anordnung gemäß der Erfindung abgegebene Stromkurve
einen rechteckförmigen Verlauf, denn auch auf das Strombild wirkt sich der bei der
Zündung der nächstfolgenden Entladungsstrecke erregte Zweig der Löschinduktivität
derart aus, daß durch die Gegenspannung der Strom der ersten Entladungsstrecke rasch
zum Abklingen gebracht wird.
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Besitzt man somit in der Anordnung gemäß der Erfindung einen Wechselrichter;
der eine Strom- und Spannungskurie -genau vorbestimmter Form unabhängig von der
jeweiligen Belastung desselben abgibt, wobei diese Strom- und Spannungskurve rechteckförmig
verläuft, so ist es verhältnismäßig einfach, falls die Erzeugung eines sinusförinigen
Stromes gefordert ist, durch Einfügung einer dritten Oberharmonischen oder durch
Anordnung eines auf die dritte Oberwelle abgestimmten Siebkreises die Rechteckkurve
in eine Sinüskurve umzuwandeln.
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Bei der Anordnung gemäß der Erfindung können die miteinander verketteten
Zweige der Löschinduktiv ität zwischen die Kathoden und die miteinander verbundenen
Widerstände (Belastungswiderstände) geschaltet sein. Es kann jedoch auch die Löschinduktivität
aus zwei oder mehreren miteinander verketteten Zweigen einer Drosselspule bestehen
und an den Verbindungspunkt der beiden Zweige der eine Pol der speisenden Gleichstromquelle
angeschlossen und die beiden Endpunkte der Zweige unter Zwischenschaltung der Widerstände
mit den Kathoden der beiden Entladungsstrecken verbunden sein. Eine eitere sehr
vorteilhafte Verbesserung des Wechselrichters gemäß der Erfindung kann dadurch erzielt
werden, daß die Umformeranordnung mit einer Selbststeuerung versehen wird. In diesem
Falle werden die Steuerkreise der einzelnen Entladungsstrecken derart ausgebildet,
daß durch den Stromfluß in einer Entladungsstrecke der Steuerkreis der zweiten bzw.
nächstfolgenden Entladungsstrecke beeinflußt wird. Der Steuerkreis jeder Entladungsstrecke
kann aus einer dem Verbraucherwiderstand parallel geschalteten Reihenschaltung von
Widerstand und Kapazität besteht, wobei parallel zum Widerstand oder zwischen einer
Belegung der Kapazität und einer Anzapfung des Belastungswiderstandes ein elektrisches
Ventil liegt.
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Es sei darauf hingewiesen, daß ein Wechselrichten der mit gittergesteuerten
Gas- oder Dampfentladungsstrecken arbeitet und bei dem der Stromkreis zwischen den
beiden Polen der speisenden Stromquelle an mindestens einer Stelle nur von einem
Ohmschen Widerstand gebildet wird, an dem die Verbraucherspannung
abgegriffen
wird, an sich bekannt war. Durch die Vereinigung dieses Teilmerkmals der Erfindung
mit dem zusätzlichen Merkmal, daß die beiden Entladungsstromkreise induktiv miteinander
gekoppelt sind, werden die vorstehend erläuterten Vorteile erzielt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben.
In dieser bedeutet i eine Gleichspannungsquelle, deren positiver Pol an die Anoden
zweier Gasentladungsstrecken 2 und 3 angeschlossen ist. Die Gasentladungsstrecken
2 und .3 besitzen Anoden q, und 5, Steuergitter 6 und 7 und Kathoden 8 und g. Zwischen
die Kathoden 8 und g sind einerseits ein Kondensator io und andererseits Ohmsche
und induktive Widerstände i i und 14 bzw. 12 und 13, geschaltet. An den Verbindungspunkt
der beiden Widerstände i i und 14 ist der negative Pol der Gleichspannungsquelle
i angeschlossen. Die Verbraucher 15 und 16 liegen bei der Anordnung gemäß
der Erfindung nicht etwa wie bisher an den Induktivitäten bzw. an mit diesen gekoppelten
Wicklungen, sondern sind parallel zu den Widerständen ii bzw. 14 geschaltet. Zum
Zwecke der Gittersteuerung ist sowohl parallel zu dem Widerstand i i als auch parallel
zu dem Widerstand 14 eine Reihenschaltung eines veränderbaren Widerstandes 17 bzw.
ig und eines veränderbaren Kondensators i 8 bzw. 20 geschaltet. Parallel zu den
Widerständen -17 und ig liegen die elektrischen Ventile 21 und 22. An den Verbindungspunkt
des Widerstandes 17 mit dem Kondensator 18 ist über eine Vorspannungsquelle 23 das
Steuergitter 7 der Entladungsstrecke 3 angeschlossen. In gleicher Weise ist an den
Verbindungspunkt des Widerstandes ig mit einer Belegung des Kondensators 20 über
eine Vorspannungsquelle 2.4 das Steuergitter 6 der Entladungsstrecke 2 angeschlossen.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Angenommen, die Entladungsstrecke
2 ist gezündet, so fließt ein Strom von dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle
i über die Entladungsstrecke 2, die Induktivität 12 und den Widerstand i i zu dem
negativen Pol der Gleichspannungsquelle. Gleichzeitig erhält der Kondensator io
auf seiner linken Seite eine positive und auf seiner 'rechten Seite eine negative
Aufladung. Ferner tritt an der linken Klemme des Widerstandes 17 ein positives Potential
und an der rechten Klemme ein negatives Potential und an der rechten Kondensatorbelegung
i8 eine negative Spannung und an der linken Belegung eine positive Spannung auf.
Je nach der Zeitdauer des Stromflusses in der Entladungsstrecke 2 wird der Kondensator
18 sich so weit aufladen, daß die von seiner linken Belegung gelieferte positive
Spannung die Vorspannungsquelle 23 überwindet und dem Steuergitter 7 der Entladungsstrecke
3 eine Zündspannung zuführt. In diesem Augenblick setzt die Entladung in der Strecke
3 ein, und die Entladung in der Entladungsstrecke 2 muß gelöscht werden. Das geschieht
dadurch, daß der Kondensator io einen der normalen Stromrichtung entgegengesetzten
Stromfluß durch ' die Entladungsstrecke 2 zu treiben sucht. Es setzt also eine Entionisierung
der Entladungsstrecke 2 ein. In dem Augenblick, in dem die Entladung in der Strecke
2 erlischt, hört auch der Stromfluß über die Induktivität 12 bzw. den Widerstand
i i auf. Die Spannung des Kondensators 18 kann sich über das Ventilei ausgleichen,
und die Vorspannungsqüelle 23 an dem Steuergitter 7 übt wieder ihre Sperrwirkung
aus. In gleicher Weise wie vorher beim Stromfluß durch die Entladungsstrecke :2
wird nun beim Brennen der Entladungsstrecke 3 die Reihenschaltung des Kondensators
2o und des Widerstandes i g bzw. des Steuerkreises für die Entladungsstrecke 2 erregt.-
Je nach der Einstellung des veränderbaren Widerstandes ig, bzw. des veränderbaren
Kondensators 2o wird mehr oder weniger früh der Zeitpunkt erreicht sein, in dem
das Steuergitter 6 der Entladungsstrecke 2 eine positive Spannung erhält. Die beiden
Entladungsstrecken wechseln sich also in der Stromführung ab, und jeder Verbraucher
15 und 16 erhält nacheinander einen Strom- bzw. einen Spannungsstoß.
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Eine sehr beachtliche Verbesserung der gezeigten Schaltung kann dadurch.erreicht
werden, daß das elektrische Ventilei bzw. 22 nicht parallel zu dem Widerstand 17
bzw. ig angeordnet, sondern zwischen die dem Widerstand zugewandte Belegung des
Kondensators 18 bzw. 2o und einer Anzapfung der Belastungswiderstände i i bzw. 14
eingeschaltet wird.
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Die angestrebte Verbesserung des Strom-bzw. Spannungsbildes der Wechselrichteranordnung
wird dadurch erzielt, daß die Induktivitäten 12 und 13 als Löschinduktivitäten ausgebildet
sind und bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einander entgegenwirkende Zweige
besitzen. Wird die Entladungsstrecke 2 eingeschaltet, so tritt momentan an dem Widerstand
i i eine schroff ansteigende Spannung auf. In gleicher Weise wird.der Strom' in
dem Widerstand ii möglichst rasch den Höchstwert erreichen. Bei Abschalten der Entladungsstrecke
2' bzw. bei Zünden der Entladungsstrecke 3 wird die Wicklung 12 von der mit ihr
verketteten Wicklung 13 so erregt, daß in ihr eine Spannung
entsteht,
die dem bestehenden Stromfluß entgegengerichtet ist; das bedeutet, daß der von der
Arbeitszeit der Entladungsstrecke 2 in der Induktivität 12 noch fließende Strom
rasch abgebaut wird und dadurch der an dem Widerstand i i abgegriffene Strom rasch
auf Null vermindert wird.: Die bei Beendigung der Arbeitszeit einer Entladungsstrecke
noch vorhandene Restladung des Kondensators io wird ebenfalls durch die an den einzelnen
Zweigen der Löschinduktivität jeweils auftretende Gegenspannung rasch abgeleitet,-und
es werden dadurch die sonst am Ende der Arbeitszeit einer Entladungsstrecke auftretenden
Überspannungsspitzen vermieden.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung kann sowohl im periodischen oder.
nichtperiodischen Takte Strom- bzw. Spannungsstöße erzeugen. Betreibt man mit der
Anordnung beispielsweise eine Schweißeinrichtung, so ist es vielfach wünschenswert,
zwischen den einzelnen Stromführungszeiten größere Strompausen einzulegen. Dies
kann dadurch erreicht werden, daß die den einzelnen Steuergittern zugeordneten Steuerkreise
verschieden abgestimmt werden. Ferner besitzt die Anordnung gemäß der Erfindung
den Vorzug, daß bei ihr eine einseitige Stromentnahme möglich ist, oder, mit anderen
Worten, es wird ein unsymmetrischer Wechselrichter geschaffen. Infolge der fast
idealen erreichten Spannungs- und Stromkurve eignet sich ferner die Anordnung gemäß
der Erfindung als Steuergerät für Entladungsstreckenanordnungen hoher Leistung: