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Schaltanordnung zur beliebigen- Phasenverdrehung eines zur zyklischen
Steuerung mehrerer Entladungsstrecken dienenden Steuerspannungssystems Es ist bekannt,
ein Steuerspannungssystem, das aus um gleiche Winkel verschobenen Spannungen besteht
und zur zyklischen Steuerung mehrerer Entladungsstrecken dienen soll, aus einer
einphasigen Wechselspannung mit Hilfe von zwei Gruppen von Widerständen zu erzeugen.
Für die hierzu benutzte Widerstandsanordnung ist ein Aufbau vorgeschlagen worden,
bei welchem die Widerstände jeder Gruppe unter sich nach Blind-und Wirkkomponente
. übereinstimmen und mit den Widerständen der anderen Gruppe den gleichen resultierenden
Wert besitzen. Die Widerstandsanordnung setzt -sich dann weiterhin aus Zweigen zusammen;
deren. jeder aus zwei zu verschiedenen Gruppen gehörigen Widerständen derart zusammengeschlossen
ist, daß die Spannungsvektoren zwischen den' auf den verschiedenen Zweigen liegenden
Verbindungspunkten zusammengehöriger ungleichartiger Widerstände einen regelmäßigen
Spannungsstern bilden.
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Mit einer derartigen Schaltung lassen sich nur ganz bestimmte Verdrehungswinkel
des erzeugten Steuerspannungssystems erzielen, die durch die., Phasenzahl dieses
Spannungssystems bedingt sind. Aufgabe der Erfindung ist es,. eine Verdrehung des
erzeugten Steuerspannungssystems um beliebige Winkel zu ermöglichen. Man könnte
zunächst daran denken, der Widerstandsanordnung einen regelbaren induktiven Widerstand
vorzuschalten. Dann würde man zwar das erzeugte Spannungssystem in gewissen Grenzen
um beliebige Winkel verdrehen können, jedoch würde gleichzeitig auch die absolute
Größe der erzeugten Steuerspannungen damit verändert werden. Letzteres würde in
der. meisten Fällen zu unerwünschten Nebenwirkungen auf die Steuerung führen. Gemäß
der Erfindung wird deshalb die Anordnung so. getroffen, daß die Blind- und Wirkkomponenten
einer- zwischen die Widerstandsanordnung und die speisende Wechselspannungsquelle
geschalteten Impedanz durch Umschaltung so gegeneinander veränderbar sind; daß die
Steuerspannungen dabei ihre absölute Größe beibehalten.
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Die Erfindung möge an Hand der Zeichnung für -eine Anordnung zur Erzeugung
eines dreiphasigen Steuerspannungssystems näher erläutert werden. , In Fig. i bedeutet
io cineDreieckschaltung, die aus zwei Gruppen von Widerständen aufgebaut ist,- wobei
die Widerstände jeder Gruppe untereinander nach Wirk- und Blindkomponente und außerdem
alle Widerstände untereinander- ihrem resultierenden Wert nach übereinstimmen. Die
vorliegende Dreieckschaltung möge beispielsweise aus Ohmschen Widerständen i i und
Impddanzen 12 bestehen. Die Punkte, zwischen denen die Steuerspannungen abgenommen
werden,
sind die Verbindungspunkte zwischen den zwei ungleichartigen Widerständen jedes
Stromzweiges. Wesentlich für die Erfindung ist, daß die Dreieckschaltung in Reihe
mit einem, äußeren Widerstand 13 'oder einer äußeren Impedanz 14 aus einer Einphasenwechselstromquelle
17 gespeist wird. Durch die beiden Schalter i5 oder 16 kann wahlweise der Widerstand
13 oder die Impedanz 14. eingeschaltet werden. Die Impedanzen i2 haben den gleichen
resultierenden Wert wie- die Widerstände i i; mögen diesen gegenüber jedoch eine
Phasenverschiebung von 6o0 im Sinne der Nacheilung besitzen. Der Widerstand 13 und
die Impedanz 14 sollen nun in bezug auf-die Schaltung io so bemessen werden, daß
sie das von der Dreieckschaltung io abgenommene Spannungssystem seiner Phasenlage
nach verdrehen, ohne je-.doch die Symmetrie zu stören oder die Größe der einzelnen
Spannungen zii verändern. Um bei der Phasenverdrehung eine Beeinflussung der Spannungsgrößen
zu vermeiden, werden. gemäß der Erfindung die Impedanzen 13 und 14 so bemessen,
daß folgende Gleichung erfüllt ist: .
Hierin bedeuten: Z = resultierende Impedanz der Dreieckschaltung io zwischen irgendwelchen
Eckpunkten, Z," -- Impedanz des Schaltelementes z4., Z" - Impedanz des Schaltelementes
13, e ^ die Basis der natürlichen Logarithmen,
-- Phasenverdrehung, die durch Vertäuschen der Anschlüsse an der Dreieckschaltung
i o zustande kommt, 0 -- verlangte Winkelverdrehung der Erregerspannung, z. B..
go°.
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Wenn r der Widerstandswert des Widerstandes i i ist, dann muß r #
e1611 die Impedanz eines Schaltelementes 12 sein. Es ist ohne weiteres einzusehen,
daß mit den Werten r bzw. r # eM die resultierende Impedanz der Dreieckschaltung
i0
ist. Wenn man statt i -f- e!6° den Ausdruck
einsetzt, so erhält die Gleichung (2) die Form
Wenn an Stelle des Schalters 15 der Schalter 16 geschlossen wird, so wird dadurch
die Speisespannung für die Dreieckschaltung io um 1200 verdreht. Der Wert
ist deinentsprechend i-go°. Setzt man nun für 0 den gewünschten Verdrehungswinkel
für die Steuerspannungen ein, so knn man den Wert Z," für jeden beliebigen' Wert
Zn ausrechnen. Nimmt man einmal an, daß Z" ein rein ohnischer Widerstandswert von
der gleichen absoluten Größe wie die Impedanz der Dreieckschaltung i0 sei, so ist
in die Gleichung (i) der Ausdruck
einzusetzen, und man erhält dann mit den gegebenen Werten für
d: h. wenn Z,2 ein reiner Widerstand von der Größe ist, so muß Z", den gleichen
Absolutwert,
aber eine Phasenverschiebung von 6o0 im Sinne der Nacheilung, besitzen, wenn eine
Phasenverschiebung der Steuerspannungen um go° ohne Änderung ihrer Größen erreicht
werden soll. Durch Umschaltung der Speiseleitungen auf die verschiedenen Eckpunkte
der Widerstandsanordnung läßt sich noch eine Reihe weiterer Verdrehungswinkel erreichen.
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Fg.2 zeigt eine abgeänderte Schaltung, in der das der Fig. i 'entsprechende
Dreiecksystem io in Reihe mit einem induktiven Widerstand i8 oder in Reihe sowohl
mit der Induktivität 18 als auch mit der Kapazität ig liegt. In diesem Fälle ist
lediglich der Schalter 2o erforderlich. Es läßt sich zeigen, daß auch diese Anordnung
beispielsweise eine Phasenverschiebung von go° ergibt, wenn die Impedanzwerte in
der oben angegebenen Weise ausgerechnet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist
ein Wertepaar für die Impedanzen 18 und ig, das den geforderten Bedingungen genügt:
In Fig. 3 ist an Hand eines Ausführungsbeispiels gezeigt, wie man die erfindungsgemäße
Schaltung zur Steuerung und zurr Überstromschutz von. mehrphasigen Entladungsgefäßen
benutzen kann. In dem dargestellten Schaltbild bedeutet 21 einen sechsphasigen gittergesteuerten
Gleichrichter mit den Anoden 25, der Kathode 26 und den Steuergittern 27, der mit
dem Mehrphasennetz 7 über den Transformator 22 verbünden ist und in der üblichen
Weise das Gleich-
`stromnetz:23 biw. die Impedenz 8 des Verbrauchers
speist.
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Zur Erzeugung der den Steuergittern 27 zuzuführenden Steuerimpulse
dient der Gittertransformator 28, dessen Sekundärwicklung 29 über Widerstände
3 1 mit den Steue"-gittern verbunden ist. Zweckmäßig erhält der Gittertransformator
28 in bekannter Weise einen gesättigten-Eisenkern, um Steuerspannungen von spitzer
Wellenform zu erzeugen. Zwischen dem Sternpunkt der Sekundärwicklung und der Kathode
des Gleichrichters liegt die Sperrspannungsquelle 3o. Die in Dreieck geschaltete
Primärwicklung des Gittertransformators ist mit der Dreieckschaltung io verbunden.
Als Anschlußpunkte dienen die auf' den einzelnen Zweigen der Dreieckschaltung liegenden
Verbindungspunkte 'zwischen je zwei zusammengehörigen ungleichartigen Widerständen.
In den Anodenstromkreis des Gleichrichters ist ein Schnellrelais 2:1.. geschaltet,
das bei Überstrom anspricht und den Erregerstromkreis eines Relais 32 steuert. Das
letztgenannte. Relais schaltet in abfallendem Zustand über seine Kontakte 33 den
Widerstand 13, in angezogenem Zustand über seine Kontakte 34 die Impedanz 1q. in
Reihe mit der Dreieckschaltung io.- Sobald das Überstromreläis 24 anspricht, schaltet
das Relais 32 den Widerstand 13 ab und, schaltet stattdessen in die Zuführungsleitung
zu der Dreieckschaltung io die Impedanz 1q. ein. Das Relais 32 besitzt außerdem
über seine Kontakte 34 einen Selbsthaltekreis, der durch den Druckknopf 35 unterbrochen
werden kann.
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Die Dreieckschaltung io wird von der gleichen Stromquelle 7 gespeist
wie der Haupttransformator 22. . In Reihe damit liegt eine Phasendreheinrichtung
36. Diese Phasen- !, dreheinrichtung kann beispielsweise so ausgebildet sein, daß
sie stets die richtige Phasenlage aufrechterhält, um auch bei auftretenden, Unsymmetrien
des Netzes richtige Erregerspannungen zu erzeugen. Die Wirkungsweise der in Fig.
3 beschriebenen Einrichtung ist folgeZide: Damit von dem Wechselstromkreis 7 Leistung
in den Gleichstromkreis 23 fließt, wird die Phasendreheinrichtung 36 beispielsweise
so eingestellt, daß die positiven Spitzen' der den Gittern 27 zugeführten Steuerspannungen
um etwa 3o° den Scheitelwerten der Anodenspannungen voreilen.
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Diese Verhältnisse sind in Fig. q. näher dargestellt, in welcher i
bis 6 die Anodenspannungshalbwellen der sechs Anoden bedeuten, wobei als Nullpunkt
das Potential des sekundären Sternpunktes des Transformators 22 angenommen ist.
Der Bereich, während dessen jede Anodenspannungshalbwelle ein höheres positives
Potential : als die anderen hat, beträgt bei symmetrischer Speisung 6o° während
jeder Periode. Die Kurven ei und e2 stellen die positiven Spannungsspitzen, die
von. dem Erregertransformator 28 geliefert werden, dar: Diese Spannungsspitzen eilen
den Scheitelwerten der Anodenspannungen, wie bereits oben erwähnt, ' um 30° vor.
Wenn der Sternpunkt-99. finit, der Kathode z6 verbunden ist,. ist das Bezugspotential
für die Kurven das Potential der Kathode 26. Die Anodenströme, die sich bei der
Phasenlage der Steuerspannungen in bezug auf die Anodenspannungen ergeben, sind
mit il und i2 bezeichnet. Jede Anode brennt also- während einer Zeit von 6o° zuzüglich
,einer gewissen Überlappungszeit u.
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Wenn ein starker Überstrom oder ein Kurzschluß in dem Stromkreis des
Gleichrichters az in Fig. 3 auftritt, so spricht das Überstromrelais 24 an und schließt
dabei den Erregerstromkreis für das Relais 32, das, wie bereits oben erwähnt; dabei
den Widerstand r3- aus dem Stromkreis der Schaltanordnung io ausschaltet und dafür
die Impedanz 1q. einschaltet. Dadurch erleiden die von der Schaltanordnung io gelieferten
Steuerspan-' nungen eine Phasenverdrehung von 9o°. Wie sich diese-Phasenverdrehung
auswirkt, ist aus Fig: q, zu ersehen. Die Steuerspannungsspitzen ei und e2 nehmen
nunmehr die Lage e1, bzw. e2= usw. ein.. Dieser Wechsel in der Phasenlage verhindert
das Zünden einer Entladung zwischen den Anoden und der Kathode in dem Augenblick,
wenn das positive Anodenpotential sein Maximum besitzt, und bewirkt die Einleitung-
einer Zündung erst in dem Augenblick, in dem das Anodenpotential nur noch 5o °/.o
seines Maximalwertes besitzt und stark abfällt. Da sich die Wirksamkeit der Anodenspannung
über einen Winkel von 6o° erstreckt, so ist, wie es in Fig. 4. durch die rechte
schraffierte Fläche angedeutet ist, das mittlere wirksame Anodenpotential gleich
Null. Unter diesen Umständen ist der restliche Anodenstrom sehr klein- und wird
nur noch durch Oberwellen der Spannung aufrechterhalten. Der Verlauf des Stromesfür
diesen Fall ist durch die Kurven il, und i, dargestellt. Der Phasenwechsel der Steuerspannungen
bewirkt also, daß so lange kein nennenswerter Kurzschlußstrom fließen kann, bis
die Anlage wieder durch Betätigung des Druckknopfes 35 in Betrieb gesetzt wird.
Der Druckknopfschalter 35 kann ohne weiteres durch ein Relais ersetzt werden; -welches
die willkürliche Wiedereinschaltung durch eine selbsttätige Wiedereinschaltung ersetzt.