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Einrichtung zur Regelung, des Stromes eines an eine Stromquelle angeschlossenen
Stromv,erbrauchers durch periodisches Ein- und Ausschalten des Verbraucherstromkreises
mit Hilfe einer Gas- oder Dampfentladungsstrecke Die Erfindung bezieht sich auf
eine Einrichtung zur Regelung des Stromes eines an eine Stromquelle angeschlossenen
Stromverbrauchers durch periodisches Ein- und Ausschalten des Verbraucherstromkreises
mit Hilfe einer steuerbaren Gas- oder Dampfentladungsstrecke, vorzugsweise einer
gittergesteuerten Ouecksilberdampfentladungsstrecke. Die Entladungsstrecke wird
dabei in bekannter Weise durch Anlegen einer Steuerspannung an eine Hilfselektrode,
beispielsweise ein Gitter, gezündet bzw. eingeschaltet und mit Hilfe einer zweiten
Entladungsstrecke wieder gelöscht. Diese zweite Entladungsstrecke, welche im folgenden
als Löschrohr' bezeichnet wird, ist über einen Kondensator zu der Hauptentladungsstrecke
parallel geschaltet. Beim Zünden des Löschrohres entlädt sich der vorher aufgeladene
Kondensator derart über die vorher brennende Hauptstrecke, ,daB deren Lichtbogen
erlischt. Derartige Schaltungen sind bekannt. Sie sind von besonderer Bedeutung
für die Regelung des Stromes von Stromverbrauchern, die an eine Gleichstromquelle
angeschlossen sind. Die Schaltungen sind jedoch grundsätzlich auch für Wechselstrombetrieb
geeignet, und zwar insbesondere dann, wenn die Periode der Ein-und Ausschaltung
des Stromverbrauchers kleiner ist als die Periode der speisenden Wechselstromquelle.
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Zur Bestimmung des Schalttaktes der zu der Regeleinrichtung gehörigen
Entladungsstrecken werden vorteilhaft Kondensatoren angewendet, die im Gitterkreis
der Entladungsstrecken liegen und von deren Ladezustand (Aufladung oder Entladung)
der Zeitpunkt der Zündung
der Entladungsstrecken abhängig ist. Für
die Schaltung dieser Gitterkondensatoren sind mehrfach Vorschläge gemacht worden.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Regeleinrichtung der vorbeschriebenen
Art, die gegenüber bekannten Einrichtungen wesentliche Vorteile bietet und sich
von bekannten Anordnungen vor allen Dingen dadurch unterscheidet, daß im Gitterkreis
der Entladungsstrecken keine besonderen Hilfsspannungsquellen als Sperrspannungsquellen
notwendig sind und daß außerdem ein verhältnismäßig großer Regelbereich erzielt
werden kann. Erfindungsgemäß sind die Gitterkondensatoren der beiden Entladungsstrecken
einerseits mit der Kathode der ihnen zugeordneten Entladungsstrecke, andererseits
mit dem Steuergitter dieser Entladungsstrecke und über einen regelbaren Widerstand
mit der Kathode der ihnen nicht zugeordneten Entladungsstrecke verbunden.
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Der schaltungstechnische Aufbau und die Wirkungsweise der Erfindung
sei an Hand des in Fig. i dargestellten Schaltungsschemas und der zugehörigen Diagramme
der Fig.2 und 3 näher erläutert.
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In der Schaltung nach Fig. i ist ein Stromverbraucher i über eine
gittergesteuerte Quecksilberdampfentladungsstrecke 2 an eine Gleichstromquelle 3
angeschlossen. Parallel zu der Entladungsstrecke 2 liegt die Entladungsstrecke 4.,
welche in Reihe mit einem Widerstand 5 an die gleiche Gleichstromquelle 3 angeschlossen
ist. Zwischen den Kathoden der beiden Entladungsstrecken 2 und .f liegt ein Kondensator
6. Der Entladungsstrecke ist noch ein mechanischer Schalter 7 vorgeschaltet.
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Im Gitterkreis der beiden Entladungsstrecken 2 und .I liegen Kondcnsatoren
8 und 9, die mit ihrer einen Belegung an die Kathode und mit der anderen Belegung
über den üblichen Gitterwiderstand an das Steuergitter der betreffenden Entladungsstrecke
angeschlossen sind. Der Kondensator 8 der Entladungsstrecke 2 ist außerdem über
einen regelbaren Widerstand io mit der Kathode der Entladungsstrecke 1. verbunden.
Eine entsprechende Verbindung besteht zwischen dem Kondensator 9 über den Regelwiderstand
ii mit der Kathode der Entladungsstrecke 2. Schließlich sind noch beide Kondensatoren
8 und 9 über Widerstände 13 und 14 sowie Trockengleichrichter 15 und 16 an den negativen
Pol der Gleichstromquelle 3 angeschlossen.
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Der besseren Übersicht halber sei im folgenden die Entladungsstrecke
2, über die der zu regelnde Verbraucher i an die Gleichstromquelle 3 angeschlossen
ist, als Schaltrohr und die Entladungsstrecke .I, durch die der Lichtbogen der Entladungsstrecke
2 gelöscht wird, als Löschrohr bezeichnet. Ein wesentlicher Punkt der Schaltung
nach Fig. i besteht darin, daß die Kathoden von Schaltrohr und Löschrohr über einen
Kondensator (Kondensator 6) verbunden sind. Wenn eines der beiden Rohre brennt und
das andere dann gezündet wird, entlädt sich der Kondensator über den dadurch gebildeten
Kurzschlußkreis und löscht das vorher brennende Rohr. Für die Gitterkondensatoren
der beiden Rohre (Kondensatoren b und 9) ist Bedingung, daß diese Kondensatoren
zwischen Gitter und Kathode des ihnen zugeordneten Rohres liegen und daß sie außerdem
beim Zünden des ihnen nicht zugeordneten Rohres über einen Regelwiderstand und dies
letztere Rohr an den Pluspol der Gleichstromquelle 3 angeschlossen werden. Der Kondensator
8 des Schaltrohres 2 liegt beispielsweise zwischen der Kathode und dem Steuergitter
dieses Rohres, und außerdem wird wegen der Verbindung zwischen der Kathode des Löschrohres
¢ und dem Gitterkreis des Schaltrohres 2 erreicht, daß beim Zünden des Löschrohres
der Kondensator 8 über den Regelwiderstand io an den Pluspol der Gleichstromquelle
3 angeschlossen wird. Wesentlich ist schließlich für die Schaltung noch ein Entladekreis
für die beiden Gitterkondensatoren 8 und 9, welcher in Fig. i für den Kondensator
8 durch den Verbraucher i, den Gleichrichter 15 und den Widerstand i3 gebildet ist.
Der entsprechende Entladestromkreis des Gitterkondensators 9 verläuft über den Regelwiderstand
1:I, den Gleichrichter 16 und den Widerstand $.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. i sei angenommen,
dal das Löschrohr 4. über den Widerstand 5 an die Gleichstromquelle? 3 anges^_hlossen
und der Lichtbogen dieses Rohres gezündet ist. Durch Einschalten des Hilfss-halters
7 soll der Stromverbraucher i über das Schaltrohr 2 an die Gleichstromquelle 3 angeschlossen
werden, und es soll dabei abwechselnd in bestimmtem Zeitabstand das Schaltrohr 2
gelöscht und wieder gezündet werden.
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Solange der Hilfss--halter 7 geöffnet ist, sind die beiden Gitterkondensatoren
8 und 9
und der Löschkondensator 6 entsprechend den punktiert angegebenen
Plus- und :Minuszeichen aufgeladen. Das Löschrohr 4 erhält von seinem Gitterkondensator
9 eine negative Gitterspannung, während beim Schaltrohr 2 die positive Belegung
des Gitterkondensators am Steuergitter liegt. Das negative Potential des Kondensators
9 ist vorläufig wirkungslos, weil das Löschrohr .I durch das Gitter erst nach Erlöschen
des Lichtbogens gesperrt werden kann.
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Wenn durch den Hilfsschalter 7 die Anodenspannung des Schaltrohres
2 eingeschaltet wird, so zündet dieses Rohr wegen der positiven Spannung des Gitterkondensators
8 und schaltet
den Verbraucher r an die Gleichstromquelle 3. Das
Löschrohr q. wird in diesem Augenblick gelöscht, weil der Kondensator 6 sich über
das Löschrohr in Richtung Kathode-Anode entlädt. Der Kondensator 6 nimmt dann die
Ladung an, welche durch die ausgezogen gezeichneten Plus- und Minuszeichen in Fig.
z angegeben ist. Gleichzeitig ändert sich auch der Ladezustand für die beiden Gitterkondensatoren
8 und 9, und zwar ebenfalls in dem den ausgezogen gezeichneten Plus- bzw. Minuszeichen
entsprechenden Sinn. Der Gitterkondensator 8 des Schaltrohres 2 entlädt sich verhältnismäßig
schnell über den Widerstand 13, den Gleichrichter 15 und den Verbraucher r. Das
Gitter des Schaltrohres wird dadurch unmittelbar nach seiner Zündung auf negatives,
also Sperrpotential gebracht. Bei dem Gitterkondensator 9 des eben gelöschten Löschrohres
q. geht die Änderung des Ladezustandes langsamer vor sich. Die der Kathode abgewandte
Belegung des Gitterkondensators 9 wurde beim Zünden des Schaltrohres 2 über den
Regelwiderstand ii an den Pluspol der Stromquelle 3 angeschlossen. Dementsprechend
ändert sich das negative Potential dieser Belegung des Kondensators 9 allmählich
in Richtung zu positiven Werten hin, wobei die Dauer dieses Vorganges von der jeweils
am Widerstand ii eingestellten Widerstandsgröße abhängig ist. Je kleiner der Widerstand
ir, um so schneller fällt das negative Potential am Gitterkondensator 9. Sobald
die Kondensatorspannung die Zündgrenze des Löschrohres q erreicht hat, wird dieses
Rohr gezündet und das Schaltrohr 2 gelöscht. Der Gitterkondensator 9 des Löschrohres
nimmt sofort wieder negatives Potential an, weil er sich über den Widerstand 1q.,
den Gleichrichter 16 und den Widerstand 5 entlädt. Bei dem Gitterkondensator 8 ändert
sich das Potential an der der Kathode des Schaltrohres abgewendeten Belegung allmählich
in positiver Richtung (vgl. die punktiert angedeuteten Plus- bzw. Minuszeichen),
bis wiederum für das Schaltrohr 2 die Zündgrenze überschritten ist. Die Zeitdauer
dieses Änderungsvorganges in der Ladung des Gitterkondensators 8 hängt von -der
Größe des Regelwiderstandes io ab. Dieser `'Widerstand liegt in der Verbindungsleitung
zwischen dem Gitterkondensator 8 und der Kathode des Löschrohres 4..
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In den Diagrammen der Fig.2 und 3 ist für das Schaltrohr 2 und das
Löschrohr q. der zeitliche Verlauf des Entladungsstroriles und der. Spannung am
Gitterkondensator -angegeben. Fig.2 gilt für das Schaltrohr, Fig.3 dagegen für das
Löschrohr. Der Zeitpunkt to entspricht dem Zustand der Schaltung kurz nach dem Einschalten
des Schalters 7. Der Strom il, des Löschrohres ist gleich Null, während die Kondensatorspannung
CL allmählich ansteigt. Der Strom is des Schaltrohres ist eingeschaltet,
während die Kondensatorspannung cs des Schaltrohres den höchsten Sperrwert angenommen
hat. Im Zeitpunkt t1 schneidet die Kondensatorspannung CL des Lös-zhrohres
die Zündgrenze zl, der Strom iL des -Löschrohres wird eingeschaltet, der Strom is
des Schaltrohres gleichzeitig ausgeschaltet. Im Zeitpunkt t2 schneidet die Kondensatorspannung
es des Schaltrohres die Zündgrenze zs dieses Rohres. Dementsprechend wird jetzt
das Schaltrohr eingeschaltet und das Lös^hrohr ausgeschaltet: Die zeitlichen Abstände
zw>@schen t1 und t2 bzw. 1, und t3 richten sich nach der Größe der beiden
Regelwiderstände zo und ii im Ladestromkreis der beiden Gitterkondensatoren 8 und
9. Aus deri Diagrammen der Fig. 2 und 3 ergibt sich ohne weiteres, daß der Mittelwert
des in dem Verbraucher r fließenden Stromes durch Veränderung der beiden Widerstände
1o und ii geregelt werden kann.
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In den Fig. q. und 5 sind Ausführungsformen der Erfindung dargestellt,
bei denen Einzelheiten geändert sind, ohne daß an dem Prinzip der vorstehend erläuterten
Schaltung etwas geändert ist. in den Fig. q. und 5 sind diejenigen Schaltungsteile,
die mit Fig. r übereinstimmen, mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Bezüglich des Verbrauchers z besteht insofern ein Unterschied zwischen
Fig. z einerseits und den Fig. ¢ und 5 andererseits, als in den letztgenannten Figuren
parallel zu dem Verbraucher z ein ungesteuertes Hilfsventil geschaltet ist. Es handelt
sich dabei um Schaltanordnungen, bei denen der Verbraucher i eine verhältnismäßig
hohe Induktivität besitzt, also beispielsweise um die Erregerwicklung einer elektrischen
Maschine. Das Hilfsventil sorgt dafür, daß nach dem Ausschalten des Schaltrohres
sich die in dem Verbraucher i aufgespeicherte Energie entladen kann.
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Im übrigen ist zu den Schaltungen der Fig. q. und 5 folgendes zu bemerken
In Fig. 4 besteht der dem Gitterkondensator 8 zugeordnete Widerstand zo aus einem
Hochvakuumrohr, bei dem der wirksame Widerstand durch Veränderung der Gitterspannung
regelbar ist. Die Verwendung einer Hochvakuumröhre als regelbarer Ohms2her Widerstand
in Steuerkreisen von Entladungsgefäßen ist an sich bekannt. Dies hat den Vorteil,
daß der Strom im Verbraucher r mit wesentlich kleinerer Leistung geregelt werden
kann, daß keine mechanisch beweglichen Teile.erforderlich sind und daß außerdem
der Widerstandswert unendlich groß gemacht werden kann. Der Aufladewiderstand ii
des Gitterkondensators 9 ist ein den Verhältnissen angepaßter Festwiderstand. Versuche
haben ergeben, daß mit dieser Schaltung ein Regelbereich zwischen
5
und ioo °/o für den im Verbraucher i fließenden Strom erreicht werden kann.
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Die in Fig. i mit 15 und 16 bezeichneten Gleichrichter, welche auch
in der Schaltung der Fig. 4. enthalten sind, sind nicht unbedingt erforderlich,
haben jedoch den Vorteil, daß der Regelbereich wesentlich vergrößert wird; denn
die Gitterkondensatoren 8 und g können sich über die Gleichrichter 15 und 16 sehr
schnell entladen. Die Widerstände 13 und 14 können kleiner sein, weil in der entgegengesetzten
Stromrichtung der Rückwiderstand der beiden Ventile 15 und 16 wirksam ist.
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Bei der Schaltung nach Fig.5 ist in den Gitterkreis des Löschrohres
noch ein Gittertransformator 2o geschaltet, der in bekannter Weise eine Spannung
-spitzer Wellenform erzeugt. Diese Schaltung hat den Vorteil, daß die Periode der
Regelung des Stromes in dem Verbraucher i mit einer Wechselstromquelle synchronisiert
werden kann und daß außerdem auch das als Regelwiderstand dienende Hochvakuumrohr
io mit einer Wechselspannung am Steuergitter betrieben werden kann. Eine mit einem
Wechselstromnetz synchronisierte Regelanordnung nach der Erfindung kann für die
indirekte Steuerung von Entladungsstrecken verwendet werden, welche an die gleiche
Wechselstromquelle angeschlossen sind. Ein Beispiel ist der Betrieb von Schweißanordnungen,
bei denen der Schweißtransformator über gegensinnig parallel geschaltete Entladungsstrecken
an einer Wechselstromquelle liegt. Die Spannung an den in den Fig. 1, 4. und 5 mit
i bezeichneten Verbrauchern dient dann als Gitterspannung für die im Schweißstromkreis
liegenden Entladungsstrecken.
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Die Erfindung kann weiterhin auch als Zeitschalteinrichtung verwendet
werden für Verbraucher, die jeweils nur einmal für eine genau bestimmte Zeit eingeschaltet
werden sollen. In diesem Fall wird man mit dem in Fig. i mit 7 bezeichneten Hilfsschalter
arbeiten.
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Aus der Erläuterung der Schaltungen der Fig. 1, 4 und 5 ergibt sich,
daß im Gitterkreis der zu der Regelanordnung gehörenden Entladungsstrecken keinerlei
Sperrspannungsquellen erforderlich sind und daß trotzdem scharfe Zündeinsätze erreicht
werden, da sich die Gitterkondensatoren, um zu zünden, nicht nur auf Nullpotential
entladen, sondern sich auf entgegengesetztes Potential umzuladen versuchen, was
allerdings durch Zünden der zugeordneten Strecken verhindert wird. Dies ist, wie
bereits erwähnt wurde, ein besonderer Vorzug der Erfindung gegenüber bekannten.
Schaltungen, denen das gleiche Regelproblem zugrunde liegt.