DE716316C

DE716316C - Device for the automatic regulation of a controllable arc discharge path as a function of the frequency of an alternating current source

Info

Publication number: DE716316C
Application number: DES134166D
Authority: DE
Inventors: Otto Eisenschmid
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1938-10-07
Filing date: 1938-10-07
Publication date: 1942-01-16

Description

Einrichtung zur selbsttätigen Regelung einer steuerbaren Lichtbogenentladungsstrecke in Abhängigkeit von der Frequenz einer Wechselstromquelle Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätige Regeleinrichtung für steuerbare Lichtbogenentladungsstrecken, vorzugsweise gittergesteuerte Quecksilberdampfentladungsstrekken, in Abhängigkeit von der Frequenz einer Wechselstromquelle. Die Erfindung ist beispielsweise anwendbar für die selbsttätige Regelung der Drehzahl eines Wechselstromgenerators, der von .einem Gleichstrommotor angetrieben wird und bei dem dieser Motor über gittergesteuerte Gleichrichter an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist. Die Wechselstromquelle, deren Frequenz für die Regelung maßgebend ist, besteht in diesem Falle aus dem von dem Wechselstromgenerator gespeisten Netz.Device for the automatic regulation of a controllable arc discharge path as a function of the frequency of an alternating current source The invention relates rely on an automatic control device for controllable arc discharge paths, preferably grid-controlled mercury vapor discharge paths, depending on on the frequency of an AC power source. The invention is applicable, for example for the automatic regulation of the speed of an alternator driven by .A DC motor is driven and this motor via grid-controlled Rectifier is connected to an alternating current network. The AC power source, whose frequency is decisive for the regulation consists in this case of that of the network fed by the alternator.

Es ist bekannt, zur Lösung dieser Aufgabe im Steuerstromkreis der Licbtbogenentladungsstrecken Brückenschaltungen zu verwenden, die an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, deren Frequenz für die Regelung maßgebend sein soll. Diese Brückenschaltungen bestehen im wesentlichen aus zwei Zweigen, die in Parallelschaltung an die betreffende Wechselstromquelle angeschlossen sind. In dem einen Brückenzweig liegt ein Frequenzglied, beispielsweise die Parallelschaltung eines Kondensators und einer Induktivität der auch die Reihenschaltung dieser beiden Impedanzen. In dem anderer. Brückenzweig liegen nur Ohmsche Widerstände. Die Steuerspannung, welche auf die zu regelnde Entladungsstrecke unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Verstärkungsgliedes einwirkt, wird zwischen zwei Abgriffspunkten der beiden Brückenzweige abgenommen, und zwar .derart, daß beim Sollwert der Frequenz die beiden Abgriffspunkte zusammenfallen. Ändert sich die Frequenz der die Brücke speisenden Wechselspannung, so ändert sich auch das Potential des auf diesem Brückenzweig liegenden Abgrigsptinl>te#. Die Brückenschaltung und die für die Ste@i:--rung der Entladungsstrecke maßgebende zrichtung ist bei bekannten Reelanordnuiiseix derart ausgebildet, daß die der Drückenschaltung entnommene Steuerspannun- bei Frequenzänderungen sich sowohl in ihr°r Amplitude als auch in ihrer Phasenlaae# ändert.It is known to solve this problem in the control circuit of the Light-arc discharge paths to use bridge circuits connected to the alternating current source are connected, the frequency of which is to be decisive for the regulation. These bridge circuits essentially consist of two branches connected in parallel to the relevant AC power source are connected. In one branch of the bridge there is a frequency element, for example the parallel connection of a capacitor and an inductance of the also the series connection of these two impedances. In the other. Bridge branch there are only ohmic resistances. The control voltage applied to the discharge path to be regulated acts directly or with the interposition of a reinforcing member between two tapping points of the two bridge branches, namely. that the two tapping points at the setpoint of the frequency coincide. If the frequency of the AC voltage feeding the bridge changes, it changes also the potential of the Abgrigsptinl> te # lying on this branch of the bridge. The bridge circuit and the z direction decisive for the control of the discharge path is at known Reelanordnuiiseix designed such that the pressure circuit removed Control voltages vary both in their amplitude and in frequency changes their live laae # changes.

Gegenstand der Erfindung ist eine Regelanordnung, welche sich von den bekannten Anordnungen dadurch unterscheidet, daf> die Brückenschaltung und die für die Steuerung der Lichtbogenentladungsstrecke maßgebende Vorrichtung, welche unter dein Einfluß der der Brückenschaltung entnommenen Steuerspannung steht, derart ausgebildet sind, daf-j in dem gesamten Regelbereich die Steuerspannung sich nur der Amplitude nach ändert. Die erfindungsgemäße Regelanordnung hat iiii Gegensatz zu bekannten Anordnungen, b°i denen die Regelspannung sich auch der Phase nach ändert, den Vorteil, daß die relativen Änderungen der Amplitude der Steuerspannung verhältnismäßig groß sind, wodurch eine hohe Regelgenauigkeit erreicht wird.The invention relates to a control arrangement which differs from differs from the known arrangements in that> the bridge circuit and the decisive device for the control of the arc discharge path, which is under your influence of the control voltage taken from the bridge circuit, such are designed that the control voltage is only in the entire control range changes in amplitude. The control arrangement according to the invention has iiii contrasts to known arrangements, b ° i in which the control voltage also changes phase, the advantage that the relative changes in the amplitude of the control voltage are proportionate are large, as a result of which a high level of control accuracy is achieved.

Die erfindungsgemäße Brückenschaltung wird zweckmäßig in Verbindung mit an sich bekannten Regelanordnungen zur Bestimmung des Zündzeitpunktes von Lichtbogenentladungsstrecken verwendet, deren wesentliches Kennzeichen darin besteht, daß als veränderlicher Widerstand ein Hochvakuumelektronenrohr im Steuerkreis der Lichtbogenentladungsstrecke liegt. Dieses Elektronenrohr kann beispielsweise Teil einer bekannten, zur Phasenänderung einer Steuerwechselspannung dienenden Brückenschaltung sein, indem es in Reihe mit einem Kondensator oder einer Induktivität an eine Transformatorwicklung angeschlossen ist. Die dem Gitterkreis des Lichtbogenentladungsgefäßes zuzuführende phasenveränderliche Steuerspannung wird dann zwischen dem Verbindungspunkt des Elektronenrohres mit dein Kondensator bzw. der Drosse'.spule und einer Anzapfung der Transforinatorwicklung abgeg riffen. Die Verbindung dieser an sich bekannten Regeleinrichtung im Gitterkreis des Lichtbog.enentladungsgefäßes mit der erfindungsgemäßen frequenzabhängigen Brückenschaltung führt zu frequenzabhängigen Steuerungen, mit denen sich eine Regelgenauigkeit von etwa i °Jao bzi den üblichen Belastungsverhältnissen erreichen läßt.The bridge circuit according to the invention is expediently used in conjunction with control arrangements known per se for determining the ignition point of arc discharge paths used, the main characteristic of which is that as changeable Resistance of a high vacuum electron tube in the control circuit of the arc discharge path lies. This electron tube can, for example, be part of a known phase change be a control AC voltage serving bridge circuit by placing it in series with a capacitor or an inductor connected to a transformer winding is. The phase-variable to be fed to the grid circle of the arc discharge vessel Control voltage is then used between the connection point of the electron tube your capacitor or the Drosse'.spule and a tap of the transformer winding tapped. The connection of this known control device in the grid circle of the arc discharge vessel with the frequency-dependent bridge circuit according to the invention leads to frequency-dependent controls with which a control accuracy of about i ° Jao or the usual load conditions can be achieved.

Die Erfindung sei an Hand der in Fig. i wiedergegebenen Schaltung und des zugehörigen Diagramms der Fig.2 näher erläutert. In hib, i bedeutet i einen Gleichstrominotor, dessen Erregerwicklung -> aus einer ,Vechselstron iquelle 3 über zwei gittergesteucrte0uecksilberdampferitladungsgefä ßejund 5 g,3speist wird. Die Frequenz des Z@"echs=I-s.troinnetzes 3 soll für die Regelung des Stromsurchganges der beiden Entladungsgefäße 4 und 5 maßgebend sein. Es kann zu diesem Zweck beispielsweise angenommen werden, daß von dein Motor i ein Generator angetrieben wird, der das Wechselstromnetz 3 speist. Für die beiden Entladungsgefäße a und 5, welche beispielsweise als Glühkathodeneintladungsgefäße ausgebildet sein können, ist eine an sich bekannte Steuerung gewählt, bei der nur dein Entladungsgefäß 4. eine veränderliche Steuerspannung zugeführt wird, während das Entladungsgefäß 5 entweder ungesteuert ist oder ein über einen Widerstand mit der Kathode verbundenes Steuer-itter be- sitzt.The invention will be explained in more detail with reference to the circuit shown in FIG. 1 and the associated diagram in FIG. In hib, i, i means a direct current motor whose excitation winding -> is fed from a V Wechselstron iquelle 3 via two grid-controlled mercury vapor discharge vessels and 5 g, 3. The frequency of the Z @ "echs = Is.troinnetzes 3 should be decisive for the regulation of the current flow of the two discharge vessels 4 and 5. For this purpose it can be assumed, for example, that your motor i drives a generator that drives the alternating current network 3 For the two discharge vessels a and 5, which can be designed, for example, as hot cathode discharge vessels, a control known per se is selected in which only the discharge vessel 4 is supplied with a variable control voltage, while the discharge vessel 5 is either uncontrolled or via a resistor connected to the cathode control itter sitting loading.

Im Gitterkreis des Entladungsgefäßes 4 liegt eine an sich bekannte Steueranordnung, welche im wesentlichen aus einem Transformator 6, einem Kondensator 7 und einem gittergestenertenHochvakuumelektronenrohr S besteht. Die Steuerspannung für das Entladungsgefäß 4 wird zwischen einem Aiizapfpunkt 6i ,des Transformators 6 und dein Verbindungspunkt des Kondensators 7 mit dem Elektronenrohr S abgegriffen. Dieser Verbindungspunkt ist zu dein Zweck mit der Kathode des Entladungsgefäßes 4. verbunden. Der Zündzeitpunkt des Entladungsgefäßes 4 bzw. der Zeitpunkt, an dem die Gitterspannung dieses Entladungsgefäßes die Zündkennlinie schneidet, hängt von der Größe des Widerstandes des Hochvakuumelektro.nenrohres S ab.In the grid circle of the discharge vessel 4 there is a known one Control arrangement, which essentially consists of a transformer 6, a capacitor 7 and a lattice-starred high vacuum electron tube S. The control voltage for the discharge vessel 4 is between an Aiizapfpunkt 6i, the transformer 6 and the connection point of the capacitor 7 with the electron tube S is tapped. This connection point is for your purpose with the cathode of the discharge vessel 4. connected. The ignition time of the discharge vessel 4 or the time at which the grid voltage of this discharge vessel intersects the ignition characteristic depends on the size of the resistance of the high vacuum electric tube S.

Im Gitterkreis dieses Elektronenrohres liegt die an sich bekannte frequenzabhängige Brükkenschaltung. Sie besteht aus zwei Brückenzweigen. Der eine Zweig enthält die beiden Olirnschen Widerstände R. und R3 init dein zwischen ihnen liegenden Abgriffspunkt b. Der andere Brückenzweig enthält den Widerstand R1 und das Resonanzglied, welches aus einem Kondensator C und einer Induktivität L in Parallelschaltung besteht. Zwischen dein Widerstand R, und dein Resonanzglied liegt der Abgriffspunl,:t u. Die Spannung zwischen den Punkten a und b ist die Steuerspannung für (las Elektronenrohr B. Die Teilspannung zwischen :lein Abgrif£spunkt 62 des Transformators 6 und dem Brückenpunkt b dient als Vorspannung zur Einstellung eines bestimmten Steuerungszustandes des Elektronenrohres Q beim Sollwert der Frequenz cle Wechselstromnetzes 3.The frequency-dependent bridge circuit, known per se, is located in the grid circle of this electron tube. It consists of two bridge branches. One branch contains the two Olirn resistors R. and R3 with the tap point b between them. The other branch of the bridge contains the resistor R1 and the resonance element, which consists of a capacitor C and an inductance L connected in parallel. Between your resistor R and your resonance element lies the tap point: t u. The voltage between points a and b is the control voltage for (read electron tube B. The partial voltage between: lein tap point 62 of the transformer 6 and the bridge point b is used as a bias voltage for setting a specific control state of the electron tube Q at the setpoint of the frequency cle AC network 3.

Die Brückenschaltung erhält ihre Spannung aus einem Transformator g. Zwischen diesem Transformator und denn Wechselstromnetz 1 liegen noch zwei Reihenwiderstände R4 und R;, und zwei Parallelkondensatoren C4 und C5. Diese zusätzlichen Schaltglieder haben die Aufgabe, die Phasenlage der Eingangsspannung für die Brückenschaltung gegenüber der Phasenlage der Spannung des Wechselstromnetzes 3 um einen Winkel von etwa go° zu verschieben. Das hat zur Folge, daß dann die an den beiden Punkten a und b der Brückenschaltung entnommene Steuerspannung die gleiche Phase besitzt wie die das Entladungsgefäß q. speisende Wechselspannung.The bridge circuit receives its voltage from a transformer g. Between this transformer and the alternating current network 1 there are also two series resistors R4 and R; and two parallel capacitors C4 and C5. These additional switching elements have the task of shifting the phase position of the input voltage for the bridge circuit with respect to the phase position of the voltage of the alternating current network 3 by an angle of approximately go °. This has the consequence that the control voltage taken from the two points a and b of the bridge circuit then has the same phase as that of the discharge vessel q. feeding AC voltage.

In Fig. 2 ist das Diagrannn für die Steuerspannungen dargestellt. UN ist die dem Netz 3 entnommene Wechselspannung. Die aus bekannten Gründen aufeinander senkrecht stehenden Spannungen Up und Uc, bzw. UR5 4 und Ucs sind so bemessen, daß die Spannung Uc, gegenüber der Netzspannung UN nm go° in der Phase verschoben ist. Mit der Spannung UC5 in Phase liegen,die Spannungen UR2 und UR3, mithin die Spannungen an den Teilwiderständen des nur Ohmsche Widerstände enthaltenden Brückenzweiges. Die Teilspannungen .des anderen Brückenzweiges sind UR, und ULC. Die Spannung am Widerstand AI ist UR, die Spannung ,des aus der Parallelschaltung von Induktivität und Kondensator bestehenden Resonanzgliedes der Brückenschaltung ist ULC. Zwischen den beiden Teilspannungen der beiden Brückenzweige liegen, wie oben erläutert, die Abgriftspunkte a und b. Die Spannungsdifferenz zwischen diesen beiden Punkten ist die Steuerspannung Ust, welche dem Gitterkreis des Hochvakuumelektronenrohres 8 der Schaltung nach Fig. i zugeführt wird. Die Brückenschaltung ist in bekannter Weise so bemessen, daß der Abgriffspunkt a mit dem Abgriffspunkt b zusammenfällt, wenn die Frequenz des Wechselstromnetzes 3, d. h.. die Frequenz der Eingangsspannung der Brückenschaltung, ihren Sollwert besitzt. In diesem Fall Ist die Steuerspannung Ust gleich Null. Im Gitterkreis :des Elektronenrohres 8 wirkt nur die von dein Transformator 6 gelieferte Vorspannung,welche dafür sorgt, daß beim Sollwert der Frequenz ein bestimmter endlicher' Strom in der Erregerwicklung :2 des geregelten Mo- ` tors i fließt. Wenn die Frequenz der Eingangsspannung der Brückenschaltung nach oben oder unten von ihrem Sollwert abweicht, so wandert der Abgriffspunkt a .der Brückenschaltung auf einem Kreise über dem Spannungsvektor URI. Dieser Kreis schneidet die durch -die beiden Spannungsvektoren UR2 und UR, gebildete Gerade in einem Punkte, der dem Abgriffspunkt b der Brückenschaltung entspricht., Die Brückenschaltung ist erfindungsgemäß so bemessen, daß sich der Abgriffspunkt ca auf dem Kreise von dem Abgriffspunkt b innerhalb des gesamten betriebsmäßigen Änderungsbereiches der Frequenz nur so weit nach oben oder unten entfernt, dgß der Vektor der Steuerspannung Ust stets auf den beiden Vektoren Up ,2 und UR", mithin auf der Eingangsspannung der Brückenschaltung in erster Annäherung .senkrecht steht. Unter Berücksichtigung der Phasenverschiebung, die durch die Schaltglieder R4, C4, R5 und C5 erreicht wird, bedeutet dies, daß die Steuerspannung Ust in dem gesamten Betriebsbereich annähernd die gleiche Phase besitzt wie die Spannung des Wechselstromnetzes 3. Die.erfindungsgemüße Regelvorrichtung liefert somit eine frequenzabhängig veränderliche Steuerspannung, die sich nur in ihrer Amplitude ändert.In Fig. 2 the diagram for the control voltages is shown. UN is the alternating voltage drawn from network 3. The voltages Up and Uc, or UR5 4 and Ucs, which are perpendicular to one another for known reasons, are dimensioned in such a way that the voltage Uc is shifted in phase with respect to the mains voltage UN nm go °. The voltages UR2 and UR3 are in phase with the voltage UC5, and consequently the voltages at the partial resistances of the bridge branch, which only contains ohmic resistances. The partial voltages of the other bridge branch are UR and ULC. The voltage across the resistor AI is UR, the voltage of the resonance element of the bridge circuit, which consists of the parallel connection of inductance and capacitor, is ULC. As explained above, the tapping points a and b lie between the two partial voltages of the two bridge branches. The voltage difference between these two points is the control voltage Ust, which is fed to the grid circle of the high vacuum electron tube 8 of the circuit according to FIG. The bridge circuit is dimensioned in a known manner so that the tap point a coincides with the tap point b when the frequency of the alternating current network 3, ie. the frequency of the input voltage of the bridge circuit, has its setpoint. In this case the control voltage Ust is equal to zero. In the grid circle: of the electron tube 8, only the bias voltage supplied by the transformer 6 acts, which ensures that at the setpoint of the frequency a certain finite current flows in the excitation winding: 2 of the regulated motor i. If the frequency of the input voltage of the bridge circuit deviates upwards or downwards from its nominal value, the tapping point a. Of the bridge circuit moves on a circle above the voltage vector URI. This circle intersects the straight line formed by the two voltage vectors UR2 and UR, at a point which corresponds to tap point b of the bridge circuit operational change range of the frequency only so far up or down that the vector of the control voltage Ust is always on the two vectors Up, 2 and UR ", thus on the input voltage of the bridge circuit in a first approximation is achieved by the switching elements R4, C4, R5 and C5, this means that the control voltage Ust has approximately the same phase as the voltage of the AC network 3 in the entire operating range changes in amplitude.

Zu der Schaltung der Fig. i sei noch darauf hingewiesen, daß das Resonanzglied, welches aus den beiden Impedanzen L und C besteht, auch anders aufgebaut sein kann. Die beiden Impedanzen können beispielsweise in Reihe geschaltet sein. Wesentlich ist nur, daß bei Frequenzänderungen der Brücke eine Änderung der Potentialdifferenz zwischen den beiden Abgriffspunkten a und b besteht, wobei die obenerwähnte Bedingung für die erfindungsgemäße Ausbildung der Brückenschaltung zu berücksichtigen ist. Die Schaltungsteile; welche zwischen dem Brückeneingangstransformator g und dem Wechselstromnetz 3 liegen, sind für die Erfindung nicht unbedingt erforderlich. Sie haben nur für die in Fig. i für den Steuerkreis des Entladungsgefäßes 4 gewählte Schaltung die vorteilhafte Eigenschaft, .daß sie für das Entladungsgefäß q. eine Steuerspannung liefern, die mit der Anodenspannung dieses Entladungsgefäßes phasengleich ist.With regard to the circuit in FIG. 1, it should also be pointed out that the resonance element, which consists of the two impedances L and C, can also be constructed differently. The two impedances can be connected in series, for example. It is only essential that when the frequency of the bridge changes, there is a change in the potential difference between the two tapping points a and b , the above-mentioned condition for the construction of the bridge circuit according to the invention having to be taken into account. The circuit parts; which are located between the bridge input transformer g and the alternating current network 3 are not absolutely necessary for the invention. They only have the advantageous property for the circuit selected for the control circuit of the discharge vessel 4 in FIG. supply a control voltage which is in phase with the anode voltage of this discharge vessel.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for the automatic regulation of a controllable Arc discharge path as a function of the frequency of an alternating current source using a bridge circuit containing a resonance element, the input voltage of which is taken from the AC power source, the tapping points for those of the bridge circuit Control voltage taken from the bridge branch containing only Ohrn resistors on the one hand and the bridge branch containing the resonance member on the other hand so selected are that the two tapping points coincide at the setpoint of the frequency, thereby characterized in that the bridge circuit (L, C, R) and that for controlling the Arc discharge gap decisive device (6,;, 8), which is under the influence of the control voltage taken from the bridge circuit, such are designed that in the entire control range di.-control voltage is only the Amplitude after changes. : 2. Device according to claim r, wherein the to be controlled Discharge path is connected to the AC power source, the frequency of which for the control measure-C ', characterized in that the input voltage of the bridge circuit the alternating current source (3) via series resistors (R1, R5) and parallel capacitors (C4, C ,,) is taken, which are dimensioned such that the frequency deviations Control voltage taken from the setpoint of the bridge circuit with the voltage of the AC power source (3) is approximately in phase.