DE703181C - Steuereinrichtung fuer gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken zur Umwandlung von Wechselstroemen normaler Frequenz in Wechselstroeme sehr niedriger Frequenz - Google Patents

Steuereinrichtung fuer gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken zur Umwandlung von Wechselstroemen normaler Frequenz in Wechselstroeme sehr niedriger Frequenz

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DE703181C
DE703181C DE1938A0086727 DEA0086727D DE703181C DE 703181 C DE703181 C DE 703181C DE 1938A0086727 DE1938A0086727 DE 1938A0086727 DE A0086727 D DEA0086727 D DE A0086727D DE 703181 C DE703181 C DE 703181C
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Dipl-Ing Karl Pfister
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/005Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases using discharge tubes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Description

  • Steuereinrichtung für gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken zur Umwandlung von Wechselströmen normaler Frequenz in Wechselströme sehr niedriger Frequenz Die Erfindung befaßt sich mit Anordnungen zur Erzeugung von Wechselströmen. Sollen Wechselströme mit besonders niedriger Frequenz erzeugt werden, so ist die Aufstellung besonderer Generatoren mit Rücksicht auf die niedrige Frequenz zumeist unwirtschaftlich. Es ergibt sich somit die Aufgabe, derartige Wechselströme nach Möglichkeit aus normalen Netzwechselströmen zu erzeugen.
  • Die Erfindung betrifft eine solche Anordnung zur Erzeugung von Wechselströmen besonders niedriger Frequenz aus Wechselstrom normaler Frequenz, die mit einfachen, größtenteils ruhenden Schaltelementen arbeitet, wenig Raum beansprucht und sich durch einfache Schaltung, leichte Frequenzregelbarkeit und geringe Wartungsbedürftigkeit auszeichnet.
  • Erfindungsgemäß sind eine Gruppe oder vorzugsweise mehrere Gruppen gittergesteuerter, mit Wechselstrom normaler Frequenz gespeister Dampf- oder Gasentladungsstrecken vorgesehen, deren'Steuergitter an den Diagonalzweig eines in Brückenschaltung angeordneten Steuerkreises angeschlossen sind, der in seinem einen Zweig außer einer Wechselspannungsquelle für Wechselspannung normaler Frequenz, z. B. einem Transformator, eine Kapazität in Reihenschaltung zur Wechselspannungsquelle enthält, und dessen anderer Zweig außer einer Wechsel- Spannungsquelle normaler Frequenz ein Element mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung ebenfalls in Reihenschaltung mit der Wechselspannungsquelle aufweist; ferner soll der die Ausgangsspannung liefernde Diagonalzweig der Steuerbrücke eine Induktivität mit sättigbaretn Eisenkern enthalten, und die Durchlässigkeit des in dem einen Brückenzweig vorgesehenen Gleichrichterelements soll mit Hilfe eines dauernd angetriebenen Drehwandlers mittelbar oder unmittelbar periodisch im Takte der zu erzeugenden niedrigen Frequenz gesteuert sein.
  • Die Ausgangsspannung wird damit einerseits durch einen dauernd fließenden kapazitiven Steuerstrom im einen Brückenzweig und andererseits durch einen periodisch gesteuerten Halbwellenstrom im anderen Brükkenzweig erzeugt und durch das Zusammenwirken der beiden Brückenteile mit den Schaltelementen des Ausgangskreises sowohl hinsichtlich ihrer Phasenlage als auch hinsichtlich ihrer Amplitude periodisch derart geändert, daß die gesteuerten Dampfentladungsstrecken im Mittel Halbwellenströme der gewünschten Frequenz führen.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das gleichrichtende Element in dem einen Brückenzweig als Trockengleichrichter o. dgl. ausgebildet sein, dem als steuernde Spannungsquelle der Drehwandler vorgeschaltet ist. Eine andere Möglichkeit ist damit gegeben, daß als Ventil mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung eine steuerbare Entladungsstrecke, vorzugsweise ein gittergesteuertes Elektronenrohr, dient, in dessen Gitterkreis der steuernde Drehwandler geschaltet ist. Zur Speisung des Anodenkreises dieser Röhre ist bei dieser Anordnung erfindungsgemäß eine besondere Spannungsquelle, etwa ein netzgespeister Transformator, auch in diesem zweiten Brückenzweig vorgesehen.
  • Die Erfindung soll nachstehend in einigen Ausführungsformen beschrieben und ihre Wirkungsweise an Hand der folgenden Zeichnungen erläutert werden.
  • Die Abb. i zeigt zunächst ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau eines Steuerkreises gemäß der Erfindung unter Verwendung gesteuerter Röhren. Der Steuerkreis ist als Brücke ausgeführt und enthält in einem Zweig als Spannungsquelle einen Transformator i, der mit technischem Wechselstrom von z. B. 5o Hz gespeist ist, und in Reihe dazu einen Kondensator 2. Dieser Teilstromkreis schließt sich über den Diagonalzweig mit dem Ausgangstransformator 3; der Transformator 3 besitzt zweckmäßig eine merkliche Selbstinduktivität und kann mit Vorteil auf einem leicht sättigbaren Kern aufgebracht sein. Parallel zur Sekundärwicklung des Ausgangstransformators liegt ein Kondensator io, dessen Kapazität vorzugsweise so groß bemessen ist, daß der Ausgangszweig der Brücke im wesentlichen als kapazitive Belastung anzusehen ist.
  • Der zweite Brückenzweig enthält als gleichrichtendes Element eine gittergesteuerte Elektronehröhre 4., deren Anodenspannung von dem Transformator 5 geliefert wird. Transformator 5 ist zweckmäßig mit dem Transformator i vereinigt, d. h. beide arbeiten auf gemeinsamem Kern mit gemeinsamer Primärwicklung. Das Rohr :I wird durch eine Wechselspannung gesteuert, die dem Drehwandler 6 sekundärseitig entnommen ist. Dieser ist an das gleiche Netz 7 angeschlossen wie die Transformatoren i und 5 und wird erfindungsgemäß dauernd langsam gedreht, beispielsweise durch einen geregelten Gleichstrommotor. Die an den Schleifringen des Wandlers 6 abnehmbare Spannung stellt sich somit als eine Wechselspannung der Normalfrequenz dar, deren Amplitude sich bei jeder Umdrehung des Drehreglers 6 zweimal (je nach der Polzahl u. U. auch 2 n-mal 1 von Null bis zu einem Höchstwert und wieder zu Null ändert, wobei in aufeinanderfolgenden Drehreglerhalbumdrehungen die Phasenlage dieser Ausgangsspannungen um i 8o° gegeneinander verschoben ist.
  • In Reihe zu der Spannung des Drehreglers 6 kann u. U. noch eine weitere Gitterspannungsquelle i i, z. B. eine Gleichvorspannung, eingeschaltet sein.
  • Infolge der periodischen Änderung der Gitterwechselspannungsamplitude schwankt auch die Aussteuerung des Rohres q. mit der durch die Drehzahl des Wandlers 6 bestimmten kleinen Frequenz. Der innere Widerstand und damit der durchgelassene Halbwellenstromstoß im Rohr q. ändert sich also von einer Anodenspannungshalbwelle zur nächsten, und zwar nicht nur hinsichtlich seiner Amplitudenwerte, sondern, wie weiter unten gezeigt werden wird, auch bezüglich seiner Phasenlage. Beide Änderungen wirken im gleichen Sinne auf den resultierenden Strom im Ausgangszweig der Brücke, der sich als die Summe bzw. Differenz der beiden Brükkenzweigströnie darstellt. Durch die Anordnung dieser Schaltung nach der Erfindung wird erreicht, daß die sekundärseitig am Ausgangstransformator abgenommene Spannung periodisch ihre Amplitude vergrößert und gleichzeitig "sich in der Phase voreilend verschiebt bzw. die Amplitude verkleinert und gleichzeitig sich in der Phase nacheilend verschiebt. Da diese Spannung den Steuergittern der den eigentlichen Arbeitsstrom erzeugenden Dampf- oder Gasentladungsstrecken zugeführt wird, steuert sie deren mittlere Stromführung entsprechend, so daß jede derartige Entladungsstrecke bzw. Gruppe v an Entladungsstrecken einen mittleren Halbwellenstrom von sehr großer Periodendauer, bezogen auf die Periode des Netzwechselstromes, führt.
  • Die Arbeitsweise der Schaltung im einzelnen wird unten an Hand von aufgenommenen Strom- und Spannungskurven erläutert werden.
  • Zuvor sei noch eine zweite Möglichkeit für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens an Hand der Abb.2 beschrieben. Auch in dieser Schaltung wird die Steuergröße für die Dampfentladungsstrecken durch Überlagerung zweier Teilströme im Ausgangszweig einer Brücke gewonnen, der wiederum einen Transformator 3 der gleichen Art wie im Ausführungsbeispiel nach Abb. i und einen diesem parallel geschalteten Kondensator io enthält. Der erste Teilstrom wird wie .bei der Schaltung nach Abb. i als im wesentlichen kapazitiv er Strorrt von der Spannung eines vom INTetz 7 gespeisten Transformators i durch einen Kondensator 2 getrieben; der zweite Teilstrom ist ebenfalls ein eindeutig gerichteter Halbwellenstrom, dem periodische Änderungen aufgeprägt sind.
  • Die Steuerung dieses Halbwellenstromes erfolgt in der Abänderung des Erfindungsgedankens nach Abb. z mit Hilfe eines ungesteuerten Gleichrichberelementes q.', z. B. eines Trockengleichrichters, oder einer Gruppe solcher Elemente. In Reihe zu diesem Element ist der Drehwandler 6 gegebenenfalls unter Vorschaltung eines Begrenzungswiderstandes 8 geschaltet. Der Wandler 6 liefert also den Strom des zweiten Brückenzweiges u. U. zusammen mit einer zusätzlichen Gleichstromquelle g. Durch das-Zusammenwirken beider Teilstromkreise entsteht ähnlich wie bei Abb. i im Ausgangskreis ein amplituden- und phasenveränderlicher Strom, der über den Transformator 3 die gewünschte Steuerspannung erzeugt.
  • Die Anordnung nach Abb. 2 hat gegenüber der nach Abb. i den Vorzug einfacheren und billigeren Aufbaues, ganz besonders bei der Erzeugung entgegengesetzter Halbwellen, die sich zu einem Wechselstrom niedriger Frequenz ergänzen.
  • Zur besseren Erklärung der Wirkungsweise sei der Verlauf einiger Ströme und Spannungen in einzelnen Elementen der Schaltung an Hand der folgenden Abbildungen dargestellt. Hierin möge das positive Vorzeichen von Strömen und Spannungen den durch Pfeile angedeuteten positiven Stromrichtungen in Abb. i bzw. Abb. 2 entsprechen.
  • Abb. 3 zeigt den Verlauf der Spannung U6 des Drehwandlers 6 im Vergleich zur Netzspannung UN. Ausgehend vom Zeitpunkt to wächst die Amplitude der Spannung U, bis t' und geht dann bis t" wieder auf lull zurück. Sie ist hierbei phasengleich mit UN. Anschließend wächst die Amplitude wieder bis t"', jedoch in Phasenopposition zu UN, um dann wieder bis to zu verschwinden. Betrachtet man daher nur die positiven Halbwellen der Spannung UN, so ändert sich die Drehwandlerspannung in diesen Zeiträumen regelmäßig zwischen positiven und negativen Werten.
  • Wird die Spannung UB als Gitterspannung in einer Schaltung nach Abb. i verwendet, und sei die Anodenspannung des Rohres phasengleich mit UN, so ergibt sich für den Strom iR des Rohres der in Abb. .4 dargestellte Verlauf. Die Stromdurchlässigkeit des Rohres q, ist etwa zur Zeit t', d. h. bei der größten positiven Gitterwechselspannungsamplitude, am größten, zur Zeit t"', d. h. bei größter negativer Gitterspannung, immer gerechnet für den Zeitraum der positiven Anodenspannungshalbwellen, am kleinsten.
  • Über den Kondensator 2 fließt ein Strom ic nach Abb. 5. Dieser weist in seiner negativen Halbwelle (in der Schaltung Abb. i im Transformator 3 in der Pfeilrichtung fließend) eine starke Sättigungsspitze auf. Deren Entstehung ergibt sich aus Abb. 6. Dort ist die Überlagerung der Ströme iR und ic im Transformator 3 dargestellt. Die Stromstöße iR seien positiv gerechnet; der Strom ic ist daher in Abb. 6 mit der umgekehrten Polarität wie in Abb. 5 zu zeichnen. Die positive Halbwelle von io wird also wenigstens teilweise durch den positiven Halbwellenstoß iR aufgehoben, während die negative Halbwelle bestehen bleibt. Der resultierende Strom iü = iR - ic, der auf diese Weise eine Gleichstromkomponente in Pfeilrichtung erhält, überschreitet die Grenze, bei der Sättigung eintritt, nur in den genannten von ic herrührenden Spitzen. Die periodisch schwankende Gleichstromkomponente des Stromes iü ist am größten bei maximaler Stromdurchlässigkeit des Rohres 4.. Diese Komponente sucht der Transformator 3 vermöge seiner Drosselwirkung aufrechtzuerhalten, d. h. der Strom des Kondensators :2 in der Gegenrichtung wird über das Rohr q. abgedrängt. Dadurch ergibt sich während der CSffnungshalbperiode für den Kondensator :z eine Ladespannung U2 bis zur Summe der beiden Spannungen der Transformatoren a und 5 (vgl. Abb. 7), so daß anschließend umgekehrt der Kondensator 2 als zusätzliche Spannungsquelle für das Rohr q. zu arbeiten vermag. In Abb. 7 ist ohne weiteres zu erkennen, daß für die i Halbwellen um cot = 18o° herum die negative Aufladung des Kondensators (die in bezug auf das Rohr q. eine positive Spannung liefert!) jeweils in der Nähe des Nulldurchganges nach positiven Werten der Spannung UN nacheilt, also bereits vor dem Nulldurchgang von L'N die 'Netzspannung um mehr als das Doppelte zu überwiegen beginnt. In diesem Augenblick wird aber im Kreis i, 2, q., 5 die Spannung am Rohr :i. positiv, so daß tatsächlich der Strom i:R (vgl. Abb. 4) jeweils eine Phasenvoreilung aufweist. Die hierfür ausschlaggebende Phasenverzögerung der Kondensatorspannung U_ ergibt sich daraus, daß als treibende Spannung in der betreffenden Halbwelle nur die des Kreises i, 2 3 zur Verfügung steht (Transformator i), also die Hälfte der in der anderen Halbwelle verfügbaren Spannung (Transformator i und 5).
  • Durch die so bewirkte Phasenvoreilung des Stromes iR wird andererseits erst die Kompensation gegen die eine Halbwelle des kapazitiven Stromes ic und damit die Gleichstromkomponente im Transformator 3 mit ihren Wirkungen ermöglicht.
  • Die aus Abb. 4. erkennbare vorzeitige Unterbrechung des im Rohr .4 fließenden Stromes rührt ebenfalls daher, dall die Kondensatorspannung L'= überhöht ist. Infolge des etwas verzögerten Abklingens der positiven Spannung U@ (vgl. Abb. 7) steigt die Spannung U@ in dem Bereich zwischen etwa 0o t = 75° und (o t = 300° jeweils nach Überschreitung des Scheitelwertes sehr rasch auf mehr als das Doppelte des jeweiligen Spannungswertes UN. Da voraussetzungsgemäß die Spannung UN sowohl auf der Sekundärseite des Transformators i als auch des Transformators 5 gleiche Größe besitzen soll, ergibt sich demnach eine vorzeitige Umkehrung der am Rohr 4. liegenden Anodenspannung UR = 2 UN - L"2, welche eine V orverlegung des Löschzeitpunktes in jeder ti.etzfrequenten Halbwelle bis zu beinahe go° bei cot = i8o° bewirkt.
  • Auf der Sekundärseite des während der Üffnungshalbperiode jeweils stark vorgesättigten Ausgangstransformators 3 entsteht durch den Kondensator io geglättet, die in Abb. 8 dargestellte Steuerspannung Us. Die Amplitude dieser Spannung ('S erhöht sich mit zunehmender Sättigung, und außerdem verfrüht sich ihre Phasenlage, je mehr mit dem Anwachsen der Stromstöße iR der Phasenschwerpunkt der Grundwelle des Stromes iü nach vorn verschoben wird. Die Steuerspannung Us besitzt also nach der Mitte der öffnungshalbperiode zu wachsende Amplituden und in Richtung einer Voreilung sich verschiebende Phasenlagen, in der übrigen Zeit dagegen kleine Amplituden und späte Phasenlagen. Abb. 8 läßt erkennen, daß eine Phasenverschiebung von Null nach i8o° (bezogen auf die Netzfrequenz) in dem Bereich zwischen o° und etwa go° der Regelumdrehung und umgekehrt die Phasenverschiebung von etwa i8o° nach o° in dem Bereich zwischen etwa 27o° und 36o° der Regelumdrehung eintritt. Im ganzen übrigen Regelbereich, also zwischen etwa go° und etwa 27o" der Reglerumdrehung, bleibt die Phasenlage angenähert konstant fast 18o° voreilend gegenüber dem Ruhezustand, während in diesem Bereich eine Regeländerung im wesentlichen nur durch Amplitudenerhöhung und die dadurch bedingte Änderung in der Steilheit der Anstiegsflanke bewirkt wird.
  • Für die Regelung durch Phasenänderung ist die Bemessung der in den Steuerkreis vorgesehenen Schaltelemente, insbesondere der Kondensatoren, von ausschlaggebender Bedeutung. Dies wird klar an der Abb. 7a, welch8 den Verlauf der Spannung UR am Elektronenrohr q. zeigt. Diese Spannung ist, wie ein Vergleich mit Abb.7 zeigt, gleich der Differenz aus der doppelten Netzspannung, die von den in Reihe geschalteten Transformatoren i und 5 geliefert wird, und der Spannung des Kondensators 2, UR = 2 UN -- Up. Ein Vergleich der Abb. 7 und 7a zeigt, daß schon geringfügige Änderungen in der Kurvenform der Spannung U, ausschlaggebenden Einfluß auf die zeitliche Lage der Nulldurchgänge der Spannung UR haben.
  • Mit der am Ausgangstransformator abgenommenen Steuerspannung US lassen sich Dampf- oder Gasentladungsstrecken hinsichtlich des Zeitpunktes des Entladungseinsatzes so steuern, daß der Strommittelwert in langsamem Takte periodisch von Null ansteigt und wieder verschwindet. Werden zwei dermaßen gesteuerte Entladungsstrecken oder Gruppen von Entladungsstrecken gegeneinander geschaltet, so ergibt sich ein mittlerer Wechselstrom der entsprechenden niedrigen Frequenz.
  • Die Wirkungsweise der Schaltung nach Abb.2 ist ähnlich der oben beschriebenen der Abb. i. Der Verlauf der Drehreglerspannung UB und ihre Phasenbeziehungen zur Netzspannung UN sind die gleichen, wie sie in Abb. 3 dargestellt sind. Ebenso ist der zeitliche Verlauf der Ströme ic und iR grundsätzlich gleichartig wie in Abb. 4, und 5, und ebenso ihre Überlagerung zum Ausgangsstrom iü nach Abb. 6. In den Abb. g und io sind diese Ströme in ihrer Beziehung zur Phasenlage der Netzspannung dargestellt, wie sie in einer Schaltung nach Abb. 2 gemessen wurden. Die Abb. i i zeigt den dazugehörigen Verlauf der Ausgangsspannung Us und gleichzeitig ihren Einfluß auf das Arbeiten der gesteuerten Dampfentladungsstrecken an Hand der Kurve der diesen Entladungsstrecken zugeführten Anodenspannung UT, welche phasengleich mit der Netzspannung UN ist. Außerdem ist der besseren Übersichtlichkeit halber die zugehörige Spannungskurve U, darunter dargestellt.
  • Im einzelnen wird zu diesen Kurven noch folgendes bemerkt: Die Phasenlage des über das Ventil q.' getriebenen Halbwellenstromes iR ist im wesentlichen durch die Phasenlage der Drehreglerspannung U6 gegeben; wegen der vorwiegend kapazitiven Belastung ist jedoch der Schwerpunkt der Stromhalbwelle nach vorn verschoben. Während aber bei einer Schaltung nach Abb. i die gleichgerichteten Stromhalbwellen iR in einer Periode der erzeugten Frequenz nur je einmal in ihrem Scheitelwert anwachsen und wieder abnehmen, erfolgt diese Änderung bei der Schaltung nach Abb. a in jeder Periode je zweimal; allerdings treten die Stromhalbwellen in der einen Halbperiode während der positiven, in der anderen Halbperiode während der negativen Netzspannungshalbwellen auf (vgl. Abb. 9) .
  • Die öffnungshalbperiode der zu steuernden Dampf- oder Gasentladungsstrecken ist nun diejenige Zeit, in der die Netzspannung UN und die Wandlerspannung U, im Kreise i, 2, q.', 6 gleichphasig, d. h. in bezug auf den Ausgangstransformator 3 gegenphasig sind (in Abb. 9 bis ii von o° bis i8o°). Die über das Gleichrichterelement 4.' getriebenen netzfrequenten Halbwellenströme fließen hierbei jeweils etwa während der positiven Halbwellen der Netzspannung UN. Die hierbei noch in Betracht zu ziehende Vorverschiebung der Stromhalbwellen erklärt sich folgendermaßen: Beim Nulldurchgang des Stromes ic von negativer nach positiver Richtung sind die beiden Köndensatoren 2 und io aufgeladen. Wenn anschließend die Netzspannung UN kleiner wird, nimmt die Ladung des Kondensators 2 wegen der durch Drosselwirkung des Ausgangstransformators 3 aufrechterhaltenen Gleichstromkomponente im Ausgangszweig langsamer ab, als es dem Abfall der Netzspannung UN entspricht. Die Umladung des Kondensators 2 wird auf den Weg über den Gleichrichter q.' abgedrängt. Dieser wird in dem Augenblick durchlässig, und zwar vor dem Nulldurchgang der Spannung UB nach positiven Werten, wo die Differenz aus der abnehmenden Spannung UN und der in erster Annäherung konstant bleibenden Spannung U2 kleiner wird als der Augenblickswert der Spannung (- U,). Diese Verhältnisse sind in Abb. 12 dargestellt. Zunächst ist lediglich die Spannung des Kondensators 2 treibend. Der Phasenzeitpunkt des Einsatzes von iR verschiebt sich während der Drehreglerumdrehung in dem Bereich zwischen etwa co t =o - iSo° zunächst von frühen Zeitpunkten nach späteren und dann wieder zurück nach frühen Phasenzeitpunkten, da die Spannung am Trockengleichrichter q.' um so früher zu positiven Werten übergeht, je kleiner der Scheitelwert der Wandlerspannung U a im Vergleich zum Scheitelwert der Netzspannung UN ist. Auch diese Änderung ist aus Abb. 12 ersichtlich. In Abb. 9 ist diese Phasenverschiebung im Einsatz der Stromstöße iR zu erkennen.
  • Da der vom Kondensator z getriebene Stromstoß im wesentlichen über das Ventilelement q.' fließt, erscheint er nicht nur in der Stromkurve iR, sondern auch in der Stromkurve ic, und zwar hier als negative Überlagerungsspitze. Daraus ergibt sich die Ähnlichkeit im Verlauf beider Ströme in den fraglichen Zeiträumen. Auch das vorzeitige Erlöschen des Stromes iR ist durch die Aufladung des Kondensators 2 bedingt. Diese erfolgt durch die beiden im äußeren Stromkreis treibenden Spannungen U,; und UN in Reihenschaltung, derart, daß die Spannung am Gleichrichter q.' in der Durchlaßrichtung früher verschwindet als die Wandlerspannung Ga. Dadurch ergibt sich ebenso wie bei der Schaltung nach Abb. i ungefähre Gleichphasigkeit zwischen der negativen Halbwelle des Stromes ic und den Stromstößen iR, so daß beide Ströme sich im Ausgangstransformator in den betreffenden Zeiten teilweise aufheben und damit der Strom iü (vgl. Abb. io) eine ausgesprochene Gleichstromkomponente erhält.
  • Mit der hierdurch bedingten Phasenverschiebung des Stromes iü ist auch die gewünschte Phasenänderung der Ausgangsspannung US gegeben. Die Ausgangsspannung US (vgl. Abb. i i) weist außerdem unter der Einwirkung der Sättigung im Ausgangstransformator 3 in dem Bereich zwischen cot = o 'und i8o' mit wachsender Wandlerspannung U6 auch eine wachsende Amplitude bzw. steigende Flankensteilheit auf, die im gleichen Sinne wirkt wie die Phasenverschiebung.
  • Die Abb. i i zeigt an Hand der Kurve der ausgesteuerten Anodenspannung U7- der Dampfentladungsstrecken das Ergebnis der Steuerung. In dem Bereich zwischen co t = o und i8o' setzt mit wachsender Wandlerspamnung UO zunächst in einem späten Phasenzeitpunkt die Zündung der Dampfentladungsstrecken ein, um etwa bei co t = 9o° eine größte Voreilung zu erreichen. Zwischen co t = 9o° und i8o' nimmt der gesteuerte Strommittelwert durch Rückverschiebung des Einsatzpunktes wieder ab. Die Abb. i i läßt außerdem erkennen, daß in Reihe zur Spannung L'6 im Gitterkreis der Entladungsstrecken noch eine Gleichvorspannung vorgesehen ist. Die Größe dieser V orspannung ist so zu bemessen, daß sie im Sperrbereich, co t zwischen i 8o und 36o°, mit Sicherheit Zündungen der Entladungsstrecken vermeiden muß. Sie kann um so kleiner gehalten werden, je genauer die Spannung Us in dem fraglichen Sperrbereich die Bedingung erfüllt, daß sie während der positiven Halbfellen der Spannung (%T nur negative Werte aufweist, also gegenphasig verläuft. Wie die Abb. i i zeigt, ist in dein dargestellten Falle diese Bedingung nicht restlos erfüllt.
  • Derartige Ungenauigkeiten rühren, wie die Abb. 9 erkennen läßt, daher, daß u. U. auch nährend der Sperrhalbperiode Kondensatorumladungen bzw. Aufladungen über das Ventilelement 4.' erfolgen und daß infolgedessen Sättigungserscheinungen im Ausgangstransformator 3 auftreten. In Abb. 9 wird dies durch die zeitweilig zusätzlich auftretende, der Spannung UT bzw. ("N nacheilende Spitze im Stromverlauf iR angezeigt, während normalerweise die Stromstöße iR in diesem Bereich symmetrisch und gleichphasig zu den dargestellten positiven Halbwellen der Spannung UT verlaufen. Es ist auch ersichtlich, daß dieser Zusatzstromstoß nur eintritt, wenn der Strom iR vorher einen gewissen Mindestwert überschritten hat. Durch entsprechende Bemessung oder unsymmetrische Gestaltung der Speisespannung im Stromkreis 4', 6, 3 läßt sich daher diese Uns_vminetrie verringern bzw. beseitigen.
  • Die Anwendung der vorstehend in Aufbau und Wirkungsweise geschilderten Steuerschaltungen kann beispielsweise in einer Anordnung nach Abb. 13 erfolgen. Diese Anordnung, welche aus einem normalen Wechselstromnetz 7 gespeist wird, soll an den Klemmen 2o, 2 i eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom äußerst niedriger und vorzugsweise regelbarer Frequenz abgeben. Zu diesem Zweck werden zwei Gruppen von gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken 22, 23 bzw. 24, 25 entsprechend der Erfindung durch einen Steuerkreis gesteuert. Der Steuerkreis setzt sich aus zwei Teilkreisen 31 und 32 nach Abb. 2 zusammen, deren jeder eine Gruppe von Entladungsstrecken steuert. Der Teilsteuerkreis 31 besteht aus dem Eingangstransformator i, dem Kondensator 2 und dein Gleichrichtereleinent 4 sowie einem Ausgangstransformator 3 mit zwei Sekundärwicklungen 33 und 34. Der zweite Steuerkreis 32 ist entsprechend aus einem Transformator i', einem Kondensator 2', dem Gleichrichterelement 4' und dein Ausgangstransformator 3' mit den Sekundärwicklungen 33' und 34' aufgebaut. Beide Steuerkreise werden von dem gemeinsamen Drehregler 6 über dessen Schleifringe unter Vorschaltung eines Begrenzungswiderstandes 8 gespeist. Der Drehregler 6 wird über Getriebe 4o durch einen regelbaren Gleichstrommotor 41 in Umdrehung versetzt. Parallel zu den Sekundärwicklungen der Ausgangstransformatoren 3 und 3' sind erfindungsgemäß die Kondensatoren 35, 36, 35', 36' geschaltet und die Ausgangsspannungen in Reihe mit je einer Hilfsgleichspannung, die mit Hilfe von Hilfsgleichrichtern 42, e3, 44, 45 und den zugehörigen Glättungseinrichtungen gewonnen sind, den Steuergittern der Entladungsstrecken 22 bis 25 zugeführt. Die Entladungsstrecke 22 ist dabei mit der Entladungstrecke 23 und 24 mit 25 gegensinnig parallel geschaltet und die beiden Gruppen von Entladungstrecken in Vollwegschaltung an den mittenangezapften Transformator 46 angeschlossen. Die Entladungsstrecken 22 und 24 werden von der gleichen Spannung gesteuert, und ebenso die Entladungsstrecken 23 und 25.
  • Die Steuerschaltung hat, wie die Abb. 13 zeigt, den besondern Vorteil, daß ein einziger Drehregler für die Steuerung beider Gruppen von Entladungsstrecken ausreicht, da die beiden Steuerkreise über den Drehregler miteinander gekuppelt werden können.
  • Die mit der Gesamtanordnung erzielte Wechselstromkurve ist in den Abb. 14, 15 und 16 für den Fall der Erzeugung von etwa ii,i Hz, 6,25 Hz und 2,5 Hz aus einer normalen Wechselspannung von 5o Hz dargestellt. Die ausgezogenen Stromkurven geben dabei jeweils den Strom an den Klemmen 2i, 22 wieder. Im gleichen Bild ist auch der Kurvenzug des ungeglätteten Stromes dargestellt, wie er der Glättungseinrichtung 47 zufließt.
  • Die Erfindung kann selbstverständlich auch zur Erzeugung niedriger Frequenzen mit. einer einzigen Gruppe von Entladungsstrecken dienen. Es ergibt sich dabei lediglich ein Unterschied in der Kurvenform sowie eine überlagerte Gleichstromkomponente. Diese wird jedoch in manchen Fällen gegen die Vereinfachung und Verbilligung der Umformungseinrichtung in Kauf zu nehmen sein.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Steuereinrichtung für gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken zur Umwandlung von Wechselströmen normaler Frequenz in Wechselströme sehr, niedriger Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergitter der Entladungsstrecken an den eine Induktivität mit sättigbarem Eisenkern enthaltenden Diagonalzweig eines in Brückenschaltung angeordneten Steuerkreises angeschlossen sind, dessen einer Zweig von der Reihenschaltung einer Wechselspannungsquelle, z. B. eines netzgespeisten Transformators, normaler Frequenz und eines Kondensators gebildet wird, während der andere Zweig eine Wechselspannungsquelle normaler Frequenz und in Reihe dazu ein gesteuertes -oder ungesteuertes Element mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung enthält, und daß die Stromführung des Brückenzweiges mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung mit Hilfe der Ausgangsspannung eines einphasig mit Wechselstrom normaler Frequenz gespeisten, dauernd umlaufenden Drehwandlers mittelbar oder unmittelbar periodisch im Takt einer gewünschten niedrigen Frequenz steuerbar ist. a. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität als Ausgangstransformator ausgebildet ist. 3. Anordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den die Ausgangsspannung des Steuerkreises führenden Klemmen ein Kondensator mit merklicher Kapazität geschaltet ist. . Anordnung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als steuerbares Element mit eindeutiger Stromdurchlaßrichtung eine gittergesteuerte Entladungsstrecke, vorzugsweise ein Elektronenrohr, vorgesehen ist, in dessen Gitterkreis der die steuernde Wechselspannung liefernde Drehwandler, gegebenenfalls unter Einfügung weiterer Gittervorspannungsquellen, eingeschaltet ist. 5. Anordnung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß als Anodenspannungsquelle für das Elektronenrohr ein netzgespeister Transformator vorgesehen ist. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Wechselspannungsquelle für die beiden Brückenzweige ein gemeinsamer Transformator mit zwei getrennten bzw. in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen vorgesehen ist. 7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von den beiden Wechselspannungsquellen der beiden Brückenzweige gelieferten Spannungen gleich groß bemessen sind. B. Anordnung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als gleichrichtendes Element eine Trockengleichrichteranordnung im einen Brückenzweig vorgesehen und der Drehwandler sekundärseitig in Reihe zu dem gleichrichtenden Element in den Brückenzweig eingeschaltet ist, sowie in Reihe zum Drehwandler ein strombegrenzender Widerstand und gegebenenfalls weitere, eine Vorspannung liefernde Gleich- oder Wechselspannungsquellen vorgesehen sind. g. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die größte, vom Drehwandler lieferbareWechselspannungsamplitude etwa gleich der Amplitude der dem kapazitiv en Brückenzweig aufgedrückten Wechselspannung bemessen ist. io. Anordnung nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, da.ß der Dreh--,vandler z. B. mittels eines Gleichstrommotors in seiner Drehzahl regelbar ist. i i. Anordnung nach Anspruch i bis io, unter Verwendung mindestens zweier Gruppen von Entladungsstrecken, die zur Erzeugung entgegengesetzter Halbwellenzüge mit iSo° Phasenverschiebung, bezogen auf die erzeugte Frequenz, arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der beiden Gruppen von Entladungsstrecken zwei gleichartige Steuerbrücken vorgesehen sind und daß ein gemeinsamer Drehwandler gegensinnig in die Steuerzweige der beiden Steuerbrücken eingeschaltet ist.
DE1938A0086727 1938-05-06 1938-05-06 Steuereinrichtung fuer gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken zur Umwandlung von Wechselstroemen normaler Frequenz in Wechselstroeme sehr niedriger Frequenz Expired DE703181C (de)

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