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Anordnung zur tirrillartigen Steuerung von gittergesteuerten Dampf-
oder Gasentladungsstrecken in Gleichrichterschaltung für die Speisung der Erregerwicklung
von elektrischen Maschinen Es ist bereits bekannt, die Erregerwicklung eines Synchrongenerators
über gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken aus einem Wechselstromnetz
zu speisen. Dabei kann die Wechselspannung sowohl dem vom Generator gespeisten Netz
als auch einem an die Generatorwelle angeflanschten, besonderen Wechselstromerzeuger
entnommen werden.
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Bei diesem Verfahren hat sich ein tirrillartiges Zu- und Abschalten
der Erregerwicklung mit Hilfe der gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken
gut bewährt. Sobald die vom Generator erzeugten Spannungen den Sollwert unterschreiten,
werden durch 'die Steuereinrichtung die Gitter der Entladungsstrecken freigegeben.
Dadurch wird die Erregerwicklung an volle Spannung gelegt. Ist der Sollwert erreicht
bzw. leicht überschritten, so werden die Gitter der Entladungsstrecken gesperrt
und dadurch die Erregerwicklung über die in bekannter Weise vorgesehene dauernd
arbeitsbereite Nullanode kurzgeschlossen. Die Erregung und die vom Generator erzeugte
Spannung nimmt ab, und der Regelvorgang beginnt von neuem.
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Bei dieser Anordnung hat es sich gezeigt, daß die Generatorspannung
dauernd zwischen gewissen Grenzen schwankt. Dadurch entstehen im Verbraucherkreise
gewisse Unannehmlichkeiten; z. B. kann, falls der Verbraucherkreis ein Lampenkreis
ist, ein Flimmern der vom Generator gespeistenLampen auftreten. Diese Nachteile
treten auf, weil die bisher verwendeten Steueranordnungen, die die Gitter
der
dampf- oder gasgefüllten Entladungsstrecken steuern, eine gewisse Trägheit aufweisen,
so daß sie erst bei größeren Schwankungen der Generatorspannungen ansprechen und
bei zu niedriger Generatorspannung die Gitter der Dampf- oder Gasentladungsstrecken
erst mit einer gewissen Verzögerung freigeben.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung zur tirrillartigen
Steuerung von gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken in Gleichrichterschaltung
für die Speisung der Erregerwicklung von elektrischen Maschinen mit Hilfe von zusätzlichen
gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken, die durch Gleichstrom gespeist
werden und den Gittern der Hauptentladungsstrecken Impulse zuführen, deren Beginn
und Ende willkürlich einstellbar ist. Erfindungsgemäß wird die aus der Maschine
abgeleitete Wechselspannung zusammen mit einer negativen Vorspannung dem Gitterkreis
einer Hochvakuumröhre zugeführt und die aus dem Anodenkreis dieser Hochvakuumröhre
entnommene Spannung über einen Kondensator dem Gitter einer weiteren Hochvakuumröhre
zugeleitet, deren Anodenkreis kapazitiv auf das Gitter der zusätzlichen gittergesteuerten
Dampf- oder Gasentladungsstrecke einwirkt, wobei im Anodenkreis dieser zusätzlichen
Dampf- oder Gasentladungsstrecke eine aus einem Widerstand und einem Kondensator
bestehende Kippschwingungsanordnung vorgesehen ist. Nach einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung sind zwei zusätzliche, nach Art eines Wechselrichters in Parallelanordnung
geschaltete gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken vorgesehen. Den Gittern
dieser beiden zusätzlichen Entladungsstrecken werden zusammengesetzte Wechselspannungen
zugeführt, von denen die eine durch die Summe aus der vom Generator abgeleiteten
Wechselspannung und einer Vergleichspannung, die andere durch die Differenz dieser
Spannungsgrößen gebildet wird. Der Abgriff der Steuerspannung für die Gitter der
Hauptentladungsstrecken erfolgt an einer der beiden zusätzlichen Dampf- oder Gasentladungsstrecken.
Die geschilderten Anordnungen arbeiten praktisch trägheitlos und sprechen außerdem
schon auf die geringsten Spannungsschwankungen an, so daß die Flimmergefahr von
Lampen im- Verbraucherkreise auf einfache Weise beseitigt wird.
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Der Erfindungsgedanke soll an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert
werden. In Abb. i bedeutet i die Erregerwicklung des nicht näher dargestellten Wechselstromgenerators,
die aus einem Wechselstromnetz 2 beliebiger Frequenz über den Transformator 3 und
das mehranodige Entladungsgefäß q. gespeist wird. Sind die Gitter der Hauptanode
5 gegen die Kathode hinreichend positiv, so erhält die Erregerwicklung i die volle,
gleichgerichtete Spannung. Diese Spannung ist so hoch, daß sie einen steilen Anstieg
des Erregerstromes bewirkt. Sind die Gitter der Hauptanoden 5 dagegen gesperrt,
so ist die Erregerwicklung i über die Nullanode 6 kurzgeschlossen, und der Erregerstrom
wird hierbei abklingen. Um die Geschwindigkeit des Abklingens noch zu erhöhen, kann
man u. U. in bekannter Weise noch einen Dämpfungswiderstand 7 vor die Nullanode
schalten.
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Die Wechselspannung einer Phase des Hauptgenerators wird über einen
Steuertransformator 8 dem Gitter der Hochvakuumröhre 9 der Steueranordnung zugeführt.
Der Gitterkreis dieser Hochvakuumröhre 9 enthält außer der Wechselspannung 8 in
bekannter Weise eine konstante, negative Vorspannung, die beispielsweise der Batterie
io entnommen wird. Die beiden Gitterspannungen sind so gewählt, daß die Röhre 9
nur zur Zeit der positiven Kuppen der über den Transformator 8 zugeführten Wechselspannung
Strom führt. Da diese Stromführung nur gerade zur Zeit der Kuppen erfolgt, ist es
wichtig, die zugeführte Wechselspannung durch den Kondensator i i oder sonstige
Glättungsmittel von häufig auftretenden kleinen Oberwellen höherer Frequenz zu glätten,
da diese beim Schalten von kleinen Transformatoren usw. auftretenden kleinen Oberwellen
bereits in der Lage sind, den Scheitelwert der Wechselspannung 8 um 1,!@ Prozent
zu verändern und dadurch der Röhre 9 eine falsche Spannung aufzudrücken.
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Der so in der Röhre 9 erzeugte Stromstoß wird über einen Kondensator
der Hochvakuumröhre 12 zugeführt, deren Gitter positiv vorgespannt ist. Durch den
in der Röhre 9 erzeugten Stromstoß wird die Röhre 12 kurzzeitig stromlos und gibt
dadurch über den Kondensator 13 einen positiven Spannungsimpuls auf das Gitter der
gasgefüllten Entladungsstrecke 14. Diese Entladungsstrecke 1q. bildet mit der Glühlampe
15 und dem Kondensator 16 eine Kippschwinganordnung, d. h. sobald das Gitter von
14. den positiven Stoß erhält, zündet die Entladungsstrecke 1q.. Der Kondensator
16 lädt sich dabei über die Entladungsstrecke 14. auf, deren Brennspannung unter
den Normalwert sinkt, so daß die Entladungsstrecke erlischt. Darauf entlädt sich
der Kondensator 16 über die Lampe 15.
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Der Verlauf der Anodenspannung der Entladungsstrecke 1q. ist in Abb.
2 durch die Kurve 17 dargestellt. Man erkennt, daß zur Zeit t, durch das Zünden
der Entladungsstrecke 1:I die Anodenspannung schlagartig zusammenbricht. Da im Ausführungsbeispiel
im Ladestromkreis kein weiterer Widerstand vorhanden ist, wird der Ladestrom in
so kurzer Zeit abklingen, daß praktisch auch zur gleichen Zeit
t1
die Entladungsstrecke 14 wieder gelöscht wird. Man erkennt ferner, daß anschließend
an diesen Vorgang die Anodenspannung entsprechend der Entladung des Kondensators
über die Glühlampe 15 ansteigt. Erhält die Entladungsstrecke 14 nun keinen weiteren
Gitterimpuls, so steigt die Anodenspannung 17 entsprechend der gestrichelten Kurve
an, bis sie den vollen Wert der Gleichspannung 18 wieder erreicht hat. .
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In Abb.2 ist durch die strichpunktierte Linie ig auch das Potential
der Kathode 2o des Hauptgefäßes 4 angegeben, das durch die Einstellung des Potentiometers
21 bedingt ist. Man erkennt, daß die Gitter von 5 zwischen den Zeitintervallen t1
und t2 negativ sind, d. h. daß zu dieser Zeit die Erregung i über die Nullanode
6 kurzgeschlossen ist. Dementsprechend nimmt die vom Generator erzeugte Wechselspannung
8 ab, so daß die Entladungsstrecke 14 u. U. keinen Impuls mehr erhält. In diesem
Falle werden die Gitter von 5 zur Zeit t2 wieder positiv, d. h. die Stoßerregung
wird wieder eingeschaltet, und die Wechselspannung steigt wieder an. Ist jedoch
die Wechselspannung zur Zeit t2 noch nicht so weit abgefallen, daß die Entladungsstrecke
14 keine Impulse mehr erhält, so kann zur Zeit t3 die Entladungsstrecke 14 durch
einen neuen Impuls wieder zünden und dadurch die Gitter von 5 weiterhin negativ
halten. Die Gitterspannung. i7 bleibt in diesem Falle so lange negativ, bis die
Wechselspannung von 8 so weit abgesunken ist, daß auf die Entladungsstrecke 14 keine
Zündimpulse mehr abgegeben werden.
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Da diese Zündimpulse von der Differenz der Spannungen 8 und io abhängen
und noch durch die beiden Hochvakuumröhren g und 12 verstärkt werden, arbeitet die
Anordnung bereits bei den kleinsten Spannungsschwan-. kungen, d. h. das Zu- und
Abschalten der Entladungsstrecke 14 erfolgt bereits dann, wenn sich der Scheitelwert
der Spannung von 8 nur um Bruchteile eines Prozentes ändert. Die Anordnung arbeitet
fernerhin sehr rasch, da sie beim Ausbleiben der Impulse in Bruchteilen einer Periode
(Zeitabschnitt t2 bis t3 in Abb. 2) bereits die Gitter des Hauptgefäßes wieder freigibt.
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Denselben Verlauf der Gittervorspannung 17 erhält man im wesentlichen
auch dann, wenn man zur Schonung des Entladungsgefäßes 14 vor den Kondensator die
Drossel 2z schaltet. In diesem Falle hat man es jedoch nicht mehr mit einer. Kippschwingung
im eigentlichen Sinne zu tun, da hierbei die Anodenspannung des Gefäßes zeitweise
negativ wird und dadurch ein Löschen der Entladung bewirkt.
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Ein noch rascheres Arbeiten des Gerätes, bei dem außerdem alle drei
Phasen des Drehstromnetzes mit herangezogen werden, erhält man nach der in Abb.
3 dargestellten Anordnung. Die drei verketteten Spannungen des vom Hauptgenerator
gespeisten Drehstromnetzes 23 werden über die Transformatoren 81, 82 und 83 dem
Gitterkreis des ersten Rohres g zugeführt. In den der Einfachheit halber nur als
Einweg-Gleichrichter dargestellten Gleichrichtern 24 werden sie gleichgerichtet,
so daß an den Widerständen 84, 85 und 86 die in Abb. 4 mit 81, 82 und 83 bezeichneten
Spannungen auf-' treten. Im allgemeinen wird man sich jedoch nicht mit Einweg-Gleichrichtern
begnügen, sondern man wird beide Halbwellen jeder Phasenspannung ausnützen, also
Zweiweg-Gleichrichter verwenden. Verwendet man für jede Phasenspannung einen. Zweiweg-Gleichrichter,
so erhält man als Summenspannung im Gitterkreise der Röhre g einen Spannungsverlauf
nach Kurve 25 in Abb. 4.. Wie man aus der Kurve ersieht, wird dieses Gitter zu den
Zeiten t1, t2, t3. . . . positiv, d. h. die Anzahl der Impulse hat sich gegenüber
der Anordnung nach Abb. i versechsfacht. Dementsprechend erhält man eine raschere
Regelung, die zugleich die Spannungen in allen drei Phasen berücksichtigt.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist in Abb.5 dargestellt. Zu
dem gasgefüllten eigentlichen Steuerrohr 14 kommt eine weitere gasgefüllte Entladungsstrecke
26 hinzu, die beim Zünden die Entladungsstrecke 14 über den Kondensator 27 löschen
kann.
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Die Spannung des Hauptgenerators wird den Gittern der Entladungsstrecken
14 und 26 über einen Transformator 8 zugeführt. In Reihe mit diesem Transformator
liegt eine Vergleichswechselspannung, die dem Transformator 28 entstammt und mit
der Spannung des Generators phasengleich ist. Die Spannung am Transformator 28 ist
groß gegenüber der Spannung , am Transformator B. Der Entladungsstrecke 14 wird
die Summe der Transformatorspannungeri von 8 und 28 zugeführt. Wenn somit die Spannung
am Transformator 8 steigt, wächst auch die Summenspannung; die Entladungsstrecke
14 erhält Impulse, zündet infolgedessen und löscht hierbei die Entladungsstrecke
26. Der Entladungsstrecke 26 wird dagegen die Differenz der Transformatorspannungen
von 8 und 28 zugeführt, d. h. beim Ansteigen der Spannung 8 nimmt die Differenz
ab, und die Entladungsstrecke 26 erhält keine Impulse mehr, so daß sie durch die
Entladungsstrecke 14 gelöscht werden kann. Nimmt dagegen die Spannung am Transformator
8 ab, so nimmt die Differenz zu; die Entladungsstrecke 26 zündet und löscht hierbei
die Entladungstrecke 14. Der Kondensator ermöglicht also die wahlweise Löschung
der Entladungsstrecken 14 bzw. 26 und wirkt somit als Kommutierungseinrichtung.
Diese
Anordnungen sind nicht nur für die Spannungsregelung von Synchrongeneratoren, sondern
ganz allgemein für Regelzwecke verwendbar, bei denen sich die zu regelnde Größe
in eine Wechselspannung umwandeln läßt.