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Steuerung von mehrphasigen Gas- oder Dampfentladungsstrecken mit einer
verhältnismäßig schwachen Steuerenergiequelle Wenn mehrphasige Stromrichter mit
Gas-oder Dampfentladungsstrecken durch Aussteuerung geregelt werden sollen, so muß
der Zündzeitpunkt in allen Phasen gleichmäßig verschoben werden, da sich anderenfalls
Ungleichheiten in der Belastung der einzelnen Phasen ergeben würden. Es liegt nun
häufig der Fall vor, daß die zur Verfügung stehende Steuerenergiequelle nur sehr
schwach ist; so daß sie zur Steuerung einer Mehrzahl von Entladungsgefäßen nicht
ausreicht. Das trifft z. B. zu, wenn, die Steuerenergie von einer Photozelle geliefert
wird, deren Energie zwar ausreicht, eine einzige Entladungsstrecke zu steuern, aber
nicht genügt, um die für die Steuerung der übrigen Entladungsstrecken des Mehrphasensystems
notwendigen Mittel zur Zündpunktverschiebung zu beeinflussen. Ähnliches gilt bei
der Temperaturregelung von Öfen, wo als Quelle der Steuerenergie meist nur ein sehr
leistungsschwaches Widerstandsthermometer, ein Thermoelement o. dgl. zur Verfügung
steht. Es ergibt sich also das Problem, die mehrphasige Stromrichteranordnung ohne
Unsymmetrien zu steuern, obwohl die von dem Regelgerät gelieferte Energie nur ausreicht,
um ein einziges Entladungsgefäß zu steuern.
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Ein bereits gemachter Vorschlag zur Lösung dieser Aufgabe geht dahin,
bei einer mehrphasigen Anordnung nur eine Entladungsstrecke unmittelbar von dem
Steuerorgan aus zu beeinflussen, die Steuerung der übrigen Entladungsstrecken dagegen
davon abhängig zu machen, ob die erstgenannte Entladungsstrecke Strom führt oder
nicht. Es handelt sich also bei dem Vorschlag um eine Steuerung, bei der der Entladungsstrom
der allein von dem Steuerorgan gesteuerten Entladungsstrecke die Zündung der folgenden
Entladungsstrecke und der Entladungsstrom dieser zweiten Entladungsstrecke die Zündung
der dritten Entladungsstrecke und so fort veranlassen. Mehrphasige Stromrichterschaltungen,
bei denen eine Entladungsstrecke den Zündimpuls für die nächste liefert, gehören
im übrigen auch schon zum bekannten Stande der Technik. So arbeiten beispielsweise
vielfach Wechselrichterschaltungen in dieser Weise. Dort handelt es sich allerdings
um eine vollkommen cyclische Anordnung, innerhalb deren keine Entladungsstrecke
bevorzugt
ist, so daß diese Schaltung für den vorliegenden Zweck
nicht brauchbar wäre. Es ist aber auch schon eine Schaltung bekanntgeworden, bei
der eine Entladungsstrecke von außen her gesteuert wird und die in diese-t'; einsetzende
Entladung dann die Zündung des zweiten Entladungsstrecke -veranlaßt. Hiei= handelt
es sich jedoch nur uin das Aus- und Einschalten des Stromes, während eine Steuerung
der Entladungsstrecken im Sinne einer gleichmäßigen Verschiebung der Zündzeitpunkte
nicht möglich ist.
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Dies gelingt erst durch die vorliegende Erfindung, die darin besteht,
daß der Hilfssteuerkreis, über den die von außen her gesteuerte erste Entladungsstrecke
die übrigen steuert, als Schwingungskreis oder Kippkreis ausgebildet und auf die
Frequenz des die Entladungsstreckenanordnungspeisenden bzw. ihr entnommenen Wechselstromes
abgestimmt ist. Dadurch werden die mittelbar gesteuerten Entladungsstrecken, sofern
es sich um einen Gleich- oder einen Wechselrichter handelt, genau in dem durch die
Phasenzahl ge gebenen -zeitlichen Abstand nacheinander gezündet, so daß sich die
Anordnung genau so verhält, als ob den einzelnen Entladungsstrecken von außen her
jeweils in dem richtigen Zeitpunkt Zündimpulse zugeführt wurden. Die Kippkreise
können so angeordnet sein, daß nach einmaliger Auslösung infolge des Arbeitsbeginnes
der ersten bzw. der vorangehenden Entladungsstrecke der Kippkreis durch das Erlöschen
der Entladung in der vorangehenden Entladungsstrecke wieder in seine Ausgangslage
zurückgebracht wird, so daß er zu einem neuen Auslösevorgang bzw. zur `Weiterleitung
eines neuen Steuerimpulses bereitsteht. In Gleich- oder Wechselrichterschaltungen
werden die Hilfssteuerkreise zweckmäßig auf ein ganzes Vielfaches der halben Frequenz
des speisenden oder entnommenen Wechselstromes abgestimmt.
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In den Fig. i und 2 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung für Gleichrichteranordnungen
wiedergegeben. Die Entladungsstrecken i bis 6 werden von einer sechsphasigen Wechselspannung
; gespeist und sind in der üblichen Weise mit einer Anode 8, einer Kathode 9 und
einem Gitter io ausgerüstet. Die Kathoden der Entladungs- . Strecken i bis 6 sind
miteinander verbunden und an den positiven Pol 18 des zu speisenden Gleichstromverbrauchers
angeschlossen. Der negative Pol ig des Gleichstromverbrauchers ist in der bekannten
Weise mit dein Nullpunkt der Transformatorsekundcirwicklung 7 verbunden. Die Entladungsstrecke
i besitzt nun den Indikator ii, der infolge seiner Eigenart nur einen verhältnismäßig
schwachen Steuerimpuls zu liefern vermag. Dieser Steuerimpuls reicht jedoch aus,
die Entladung in der Entladungsstrecke i zu steuern, d. h. den Zündeinsatzpunkt
in dieser hecke zu bestimmen. Der Strecke 2 ist ein t.Ifsstetierkreis 1 2 zugeordnet,
der mit dem Y t-flptkreis der Entladungsstrecke i in Verbindung steht. Hat die Entladung
in der Strecke i infolge Beeinflussung durch den Indikator i i eingesetzt, so wird
der Hilfssteuerkreis 12 angeregt und nach einer Zeitverzögerung von '/"; Per, einen
Zündimpuls auf das Gitter der Entladungsstrecke 2 geben. In dein Augenblick des
Zündens der Entladungsstreeke 2> wird die dem Ililfsstetierkreis 12 analoge Anordnung
13 angestoßen, die wieder nach einer weiteren Sechstelperiode einen Ziindiniptils
dein Gitter der Eiltladungsstrceke 3 lielert lisf. I)cli Entladungsstrecken 4 bis
() sind die Anordnungen 14 bis ;6 zugeordnet. Die letzte Entladungsstrecke 6 stößt
keinen Hilfssteuerkreis an, vielmehr wird hiernach die Eetladuiigsstrecke i wieder
aus dein Indikator ; gesteuert. Das vorstehend beschriebene Steuerverfahren hat
also den Vorteil, daß ein Regelgerät mit verhälteismäßig geringer Steuerenergie
verwandt werden kann und die Steuerung der mehrphasigen Eiitladunrrsgef:ißanordnuiig
keine beträchtlich- Energie aus dein Arbeitskreis der Eiitladutigsgefäßaliordnting
entnimmt. Gleichzeitig wird erreicht, daß trotz der geringen Steuerenergie sämtliche
Phasen der Entladungsgefäßanordnung gleichmäßig belastet werden. Es ist hierbei
gleichgültig, welcher Art die von dein Primärsteuerkreis bzw. Indikator; gelieferte
Steuerspannung ist, beispielsweise ob es sich um eine Stoßspannungssteuerung oder
um eine Steuerspannung anderer Kurvenform handelt. Für Hilfs-Steuerkreise kann man
alle möglichen elektrotechnischen Trägheiten ausnutzen, wie sie sich durch Kombination
von Induktivitäten, Kapazitäten, Widerständen evtl. unter Zuhilfenahme von Gleichrichtern
und Hilfsent- i Ladungsstrecken verwirklichen lassen.
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In der Fig.2 ist ein Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines andersgearteten
Hilfssteuerkreises wiedergegeben. Die beiden Entladungsstrecken 21 und 22 sind an
die 1 Sekundärwicklung 23 des Speisetransformators 24 angeschlossen, der seine Energie
aus dem Wechselstromnetz 25 erhält. Das Steuergitter 26 der Entladungsstrecke 21
erhält seinen Steuerimpuls aus irgendeinem energieschwachen Indikator 27, während
das Steuergitter 28 der Entladungsstrecke 22 seinen Zündimpuls 1/2 Per. nach dem
Zünden der Entladungsstrecke 21 erhält. Der Zündimpuls der Strecke 22 bzw. die für
seine Auslösung erforderliche Zeitverzögerung um 1/2 Per. wird durch den Schwingungskreis
29 hergestellt,
der aus einer auf die Netzfrequenz abgestimmten
Kombination einer Kapazität 3,0 und einer Induktivität 31 besteht. Angestoßen wird
dieser Schwingungskreis durch Spannungsspitzen, die einem gesättigten Eisenkreis
32 entnommen werden. Dieser Eisenkreis wird dabei durch den Strom der Entladungsstrecke
2i in dem Augenblick gesättigt, in dem die Entladungsstrecke 21 zündet. Die dabei
in dem Eisenkreis 3-2 auftretende Spannungsspitze bringt den Schwingungskreis zum
Schwingen, wobei die am Kondensator 3o dieses Kreises liegende Spannung unmittelbar
als Steuerspannung des Gitters 28 in der Entladungsstrecke 22 dienen kann. In dem
Augenblick, in dem die Entladungsstrecke 22. zündet, also '/,Per. nach dem Zünden
der Entladungsstrecke 2i, erlischt die Entladungsstrecke 21, jedenfalls bei genügender
Induktivität im Gleichstromkreis, in diesem Augenblick entsteht eine Spannungsspitze
im Eisenkreis 32 ttmgelzehrt.a Vorzeichens, die dem Schwingungskreis 29 erneut Energie
zuführt. Wird der Zündmoment der Entladungsstrecke 21 durch Verstellung des Indikators
27 verlegt, so erfolgt eine Phasenverschiebung des Schwingungskreises gegenüber
der treibenden Netzspannung in der Weise, daß auch der Zündmoment in der Entladungsstrecke
22 entsprechend verlegt wird.
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Die vorstehend beschriebene Anordnung liefert jedoch nicht nur eine
vorteilhafte Steuerung von Gleich- und Wechselrichterschaltungen, sondern zeitigt
ebenfalls ganz bedeutende Vorteile bei der Steuerung von Umrichtern. Bei Umrichterschaltungen
werden bekanntlich die Entladungsstrecken in zwei Gruppen angeordnet, von denen,
jede eine halbe Welle des zu erzeugenden Wechselstromes liefert. Man unterscheidet
nun entweder Schaltumrichter oder Steuerumrichter. Unter Schaltumrichtern versteht
man solche, bei denen die der Anordnung zu entnehmende Stromkurvenform in der Anlage
selbst, insbesondere auf der Eingangsseite, vorbereitet wird, und entweder mechanische
Schaltvorrichtungen oder als Schaltgitter wirkende Steuerorgane in den einzelnen
Entladungsstrecken vorhanden sind, durch die lediglich die Reihenfolge der zur Arbeit
zugelassenen Entladungsstrecken bestimmt wird. Die Vorbereitung der Stromkurvenform
in der- Anlage kann beispielsweise durch entsprechende Abstufung der Sekundärwicklungen
des speienden Transformators. erzielt werden. Unter Steuerumrichtern versteht man
solche bei denen den Entladungsstrecken gleich große Speisespannungen -zugeführt
werden, jedoch der Grad der Aussteuerung jeder einzelnen Entladungsstrdcke so eingestellt
wird, daß die einzelnen von den Entladungsstrecken gelieferten Stromimpulse aneinandergereiht
auf der Sekundärseite die gewünschte Kurvenform ergeben. Zur entsprechenden Aussteuerung
der einzelnen Entladungsstrecken sind also leistungssteuernde Steuergitter notwendig.
Bei der letztgenannten Art von Umrichtern ist der Vorteil gegeben, daß die Zahl
der zur Lieferung des sekundären Wechselstromes erforderlichen Entladungsstrecken
verändert werden kann, oder mit anderen Worten, dieser Umrichter kann auch- asynchron
arbeiten. Sein Übersetzungsverhältnis ist also nicht an einen bestimmten Wert gebunden,
im Gegensatz zu den erstgenannten Schaltumrichtern.
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Das Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist für alle
Umrichterschaltungen vorteilhaft verwendbar, denn sowohl bei Schaltgittern als auch
bei Steuergittern der Umrichteranordnungen bereitet es Schwierigkeiten den Zündmoment
der einzelnen Entladung einwandfrei und betriebssicher zu bestimmen. Mechanische
Kontaktgebeapparaturen sind nämlich z. B. infolge des öffnungs-und Schließungsfunkens
einem Verschleiß unterworfen und weisen eine gewisse mechanische Trägheit auf; bei
elektrischen Steuerapparaturen hingegen, die z. B. eine sinusförmige Steuerspannung
den Steuer- bzw. Schaltgittern aufdrücken, tritt die Schwierigkeit auf, daß die
Zündkennlinie der Entladungsstrecken je nach der Belastung der Anordnung sich verlagert
und bei diesen letzten Endes die mechanische Trägheit durch eine an sich allerdings
meistens kleinere elektrische Trägheit ersetzt ist. Die Erzielung eines präzisen
Zündeinsatzpunktes ist also in beiden Fällen sehr schwierig. Bei Umrichteranordnungen
wirken sich aber diese Mängel besonders ungünstig aus, da ungenaue Zündeinsatzpunkte
der einzelnen Entladungen eine Veränderung der erzielten Stromkurvenform, ja sogar
ein Versagen der Anordnung zur Folge haben können. Werden nun zur Steuerung von
Umrichtern Anordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung verwandt, bei denen kaum
von dem Vorhandensein einer elektrischen Trägheit die Rede sein kann, so 1 wird
ein bisher nicht erreichter Grad von Betriebssicherheit erzielt und zugleich der
Vorteil gewonnen, mit einer äußerst geringen Steuerenergie eine einwandfreie Steuerung
von Umrichtern herzustellen.
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Bei einer derartigen Steuerung von. Umrichtern weisen die einzelnen
Hilfssteuerkreise je nach der Art der Umrichterbetriebsweise einen verschiedenen
Arbeitstakt auf bzw. die Hilfssteuerkreise sprechen mit verschiedener t Zeitverzögerung
an, was beispielsweise durch entsprechende Einstellung der in den Steuerkreisen
vorhandenen
Kapazitäten und die dadurch erzielte -\,"erstimmting der einzelnen Kreise herbeigeführt
werden kann. Der primäre Steuerkreis bzw. der Indikator arbeitet im Takte des zu
erzeugenden Wechselstrome. Eine Leistungsregelung des sekundären Wechselstromes
kann beispielsweise dadurch ermöglicht werden, daß die in den Kipp- bzw. Schwingungskreisen
vorhandenen Kondensatoren durch eine Welle miteinander gekuppelt sind und diese
durch ein in Abhängigkeit von der Leistung oder einer anderen Betriebsgröße arbeitende;
Regelgerät in dem gewünschten Sinne verstellt wird. Diese Anordnung erfordert also
lediglich eine vielfach schon von dem Regelgerät selbst in genügender Größe gelieferte
Energie zur überwindung der Reibung.
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Auch eine weitere Aufgabe kann durch die vorstehend beschriebene Erfindung
auf einfache Weise gelöst werden, nämlich folgende: Werden Sortiervorrichtungen
mit Hilfe von Photozellen betrieben, so ist es erforderlich, daß Teile eines Arbeitsgutes,
die nicht den gestellten Anforderungen genügen, von der Sortiervorrichtung ausgeschieden
werden. Je nach der Größe des Arbeitsgutes ist hierzu nun eine beträchtliche Energiemenge
notwendig, die nicht mehr von einer einzigen Entladungsstrecke betriebssicher geliefert
werden kann. Eine Photozelle kann nun zwar ein einzelnes Entladungsrohr steuern,
jedoch wird die von ihr gelieferte Spannung meistens nicht genügen, eine Vielzahl
von Entladungsstrecken zu steuern. In diesem Falle schafft die vorliegende Erfindung
Abhilfe dadurch, daß eine mehrphasige bzw. vielzahlige Entladungsgefäßanordnung,
die genügend Energie zur Ausführung des gewünschten Arbeitsvorganges liefert, gemäß
dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung gesteuert wird. Der Indikatorkreis
wird alsdann. nicht mehr im Takte des die Entladungsgefäßanordnung speisenden Wechselstromes
betätigt, sondern selbstverständlich im Takte des zu regelnden bzw. auszulösenden
Arbeitsvorganges. Das deiche, was im vorstehenden über Sortiervorrichtungen gesa"t
wurde, gilt auch für Zählvorrichtungen. Es sei schließlich noch bemerkt, daß durch
die genannten Anwendungsgebiete der Erfindung keineswegs deren Zahl erschöpft ist,
sondern, wie leicht ersichtlich ist, das vorliegende Steuerverfahren in fast allen
Fällen eine betriebssichere und einfache Steuerung von Gasentladungsstrecken liefert,
gleichgültig, ob diese mit Glühkathoden oder flüssigen Metallkathoden ausgerüstet
sind.