DE729683C - Vorrichtung zur Erzeugung kurzzeitiger Spannungsimpulse - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 21,DEZEMBER1942

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d³ GRUPPE 3o2

C54153 VIIId/2id³

Dr.-3tig. Bedrich Heller und Ing. Jaroslav IbI in Prag

sind als Erfinder genannt worden.

Vorrichtung zur Erzeugung kurzzeitiger Spannungsimpulse

Patentiert im Deutschen Reich vom 9. Juli 1938 an Patenterteilung bekanntgemacht am 26. November 1942

Es ist bekannt, daß der Augenblick der Zündung der Anoden von Quecksilberdampfgleichrichtern oder anderen Lichtbogenventilen durch ein in die Entladungsbahn eingebautes Gitter gesteuert werden kann, wenn diesem Gitter eine geeignete Spannung zugeführt wird. Zur Einstellung dieses Zündzeitpunktes sind schon verschiedene Einrichtungen bekanntgeworden. So ist z. B. vorgeschlagen worden, für die Erzielung einer geeigneten Form der Gitterspannung hochgesättigte Transformatoren .zu verwenden.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art erhält ein hochgesättigter Transformator, dessen Sekundärwicklung an das Steuergitter angeschlossen ist, primärseitig zwei Erregerwicklungen, die von zwei gegeneinander in der Phase um einen festen Winkel verschobenen Wechselströmen gespeist werden, von denen einer oder beide durch einen Regelwiderstand der Amplitude nach regelbar sind. Durch die Änderung der Amplitude des einen oder beider Ströme kann der Augenblick, in dem die resultierende magnetomotorische Kraft im Magnetkreis durch Null hindurchgeht, in der Phase verschoben werden. In diesem Augenblick wird in einer dritten an den Gitterkreis der zu steuernden Entladungsstrecke angeschlossenen Wicklung ein kurzer Spannungsstoß erzeugt, der die Zündung herbeiführt. Auf diese Weise kann somit der jeweilige Zündungsaugenblick durch Änderung des Widerstandes in den Erregerkreisen bestimmt werden.

Die Erfindung betrifft nun eine Vorrichtung zur Erzeugung kurzzeitiger Spannungsimpulse, und das Wesen derselben besteht darin, daß ein dfeischenkliger, unter normalen magnetischen Verhältnissen arbeitender also nicht übersättigter Transformator mit zwei auf verschiedenen Schenkeln angeordneten Erreger- (Primär-) Wicklungen verwendet wird, von welchen die eine unmittelbar an das speisende Netz, die andere über eine in Reihe mit ihr liegende, während jeder Halbperiode übersättigte Drosselspule an dasselbe Netz angeschlossen ist. Bei diesem Transformator ist die Wicklung, der die kurz- <5 zeitigen Spannungsimpulse entnommen werden, entweder auf seinem dritten,' erregerwicklungsfreien Schenkel angeordnet, oder sie ist in zwei Teile geteilt, die auf je einem der mit Erregerwicklungen versehenen Schenkel des Transformators angebracht sind.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende: Man muß zwei Fälle unterscheiden. Im ersten Falle sind die beiden auf verschiedenen Schenkeln angeordneten Erreger-(Primär-) Wicklungen an das speisende Netz derart angeschlossen, daß sie in bezug auf den dritten Schenkel gleichsinnig wirken, während die kurzzeitigen Spannungsimpulse den beiden miteinander in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen entnommen werden, die auf je einem der beiden mit Erregerwicklungen versehenen Schenkel des Transformators derart angeordnet sind, daß die durch die Erregerwicklungen hervorgerufenen magnetomotorischen Kräfte in den Sekundärwicklungen einander entgegengerichtete Spannungen erzeugen.

Im zweiten Falle sind die beiden auf verschiedenen Schenkeln angeordneten Erreger-(Primär-) Wicklungen an das speisende Netz derart angeschlossen, daß sie in bezug auf den dritten Schenkel magnetisch einander entgegengesetzt wirken, während die kurzzeitigen Spannungsimpulse zwei Sekundärwicklungen, die auf je einem mit Erregerwicklungen versehenen Schenkel angeordnet und hinsichtlich ihrer Spannungen gegensinnig in Reihe geschaltet wird, oder einer auf dem dritten Transformatorschenkel angebrachten Wicklung entnommen werden.

Durch die Anordnung gemäß der Erfindung wird erreicht, daß bei Belastung des Gitterkreises der ganze Gitterstrom nicht über die in Reihe mit der gesättigten Drossel an das Netz geschaltete, sondern über die direkt am Netz liegende Primärwicklung dem Netz entnommen werden kann, was zur Folge hat, daß bei jeder Belastung des Gitterkreises in den in Reihe geschalteten Wicklungen ein Spannungsimpuls induziert wird, der unabhängig von der Belastung immer dieselbe Größe hat.

Dabei bleibt die Gitterspannung bis in das Gebiet sehr großer Ströme der Größe nach unvermindert, und auch die Breite der Spannungsimpulse ändert sich dabei fast nicht. Demzufolge braucht also der nicht übersättigte Transformator nur für die tatsächliche, vom Gitterkreis benötigte Scheinleisturag iind die Drosselspule für die bei Leerlauf des Gitterkreises benötigte Leerlaufleistung bemessen zu werden.

Daraus folgt, daß bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung im Vergleich zu Vorrichtungen, bei welchen der Impuls einem gesättigten Transformator entnommen wird, eine große Ersparnis an Material und Kosten erzielt wird.

Die Fig. 1 der Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, ι ist das Speisungsnetz für die Gitterkreise,

2 eine Drosselspule mit übersättigtem Eisen,

3 ein dreischenkliger, nicht übersättigter Transformator und 4 der Gitterkreis des gesteuerten Gleichrichters.

Wird der Dreischenkeltransformator 3 mit zwei Erregerwicklungen 5 und 6 von gleicher Windungszahl versehen, welche auf zwei der Transformatorschenkel angebracht und aus dem gleichen Netz 1 gespeist werden, so können diese Wicklungen 5, 6 an das speisende Netz 1 derart angeschlossen werden, daß der magnetische Fluß in dem dritten erregerwicklungsfreien Schenkel gleich Null ist. Wird nun erfindungsgemäß in Reihe mit einer dieser Wicklungen, beispielsweise mit der Wicklung 6, eine übersättigte Drosselspule 2 geschaltet, so verteilt sich die Netzspannung in diesem Kreise auf die Wicklung 6 und die Wicklung 7 der Drosselspule 2 im Verhältnis der Reaktanzen der Wicklung 6 »00 und der Wicklung 7 der Drosselspule 2. Durch geeignete Konstruktion der übersättigten Drosselspule 2, beispielsweise durch Verwendung spezieller Eisenlegierungen, kann erreicht werden, daß ihre Magnetisierungskennlinie im Bereich geringer Magnetisierung sehr steil, bei wachsender Magnetisierung aber nach einem scharfen Knick nur noch in sehr geringem Maße ansteigt (Fig. 2). In Fig. 2 bedeuten -©" den magnetischen Fluß im Eisen der Drossel 2 und i den Strom in ihrer Wicklung 7.

Der Strom in dem Kreise der Wicklung 6 des Transformators 3 und in der Wicklung 7 der Drosselspule 2 eilt der Spannung des Netzes 1 um 90 ° nach. In Fig. 3, welche Strom und Spannungsverläufe in den einzelnen Teilen der Vorrichtnug gemäß der Erfindung in zeitlicher Abhängigkeit zeigt, wird der Einfachheit wegen angenommen, daß dieser durch die Kurve 16 dargestellte Strom i sinusförmig ist, obzwar in Wirk-

lichkeit bei Sinusverlauf der Spannung des Netzes ι der Verlauf diesem Stromes von der Form einer Sinuskurve beträchtlich abweichen wird. Solange der Augenblickswert dieses Stromes klein bleibt, überwiegt in diesem Kreise die Reaktanz der Wicklung 7, und fast die ganze Netzspannung 1 liegt an den Klemmen dieser Wicklung. Wenn der Augenblickswert des Stromes eine dem Knick der magnetischen Kennlinie der Drosselspule 2 (Fig. 2) entsprechende bestimmte Größe überschreitet, wird diese Drosselspule gesättigt, ihre Reaktanz sinkt fast auf Null, und fast die ganze Netzspannung liegt nun an den Klemmen der Wicklung 6. Die Spannung in der Wicklung 6 verläuft daher nach der Kurve 8. Versieht man nun den erregerwicklungsfreien Schenkel des Transformators 3 mit .einer Wicklung· 11 oder ordnet

ao man auf den mit Erregerwicklungen versehenen Schenkeln des Transformators 3 zwei gegeneinandergeschaltete Wicklungen 12 und 13 von zusammen gleicher Windungszahl an, so wird an den Klemmen der Wicklung 11 bzw. an den freien Klemmen der Wicklungen 12 und 13 eine Spannung auftreten, die dem Spannungsunterschied der Wicklungen 5 und 6 gleicht. Der Verlauf dieser Spannung ist in Fig. 3 durch die Kurve 9 veranschaulicht, welche als Unterschied zwischen der Spannung 8 und der mit der Spannung des Netzes 1 identischen Spannung an der Wicklung 5 erhalten wird.

Auf diese Weise wird es möglich, dem ungesättigten Transformator 3 kurzzeitige Spannungsimpulse zu entnehmen, die den Gittern des Ventils zugeführt werden können und sich durch einen sehr steilen Anstieg und Abfall der Spannungskurve auszeichnen.

Wird die übersättigte Drosselspule 2 mit einer an sich bekannten gleichstromerregten ,Zusatzwicklung 10 versehen, so erfolgt die Übersättigung der Drosselspule 2 bei einem' anderen Strom als vorher, so daß der Scheitel der Spannung 9 zeitlich verschoben wird. Jedem Wert des Gleichstromes in der Spule 10 entspricht eine bestimmte Zeitlage des Spannungsimpulses 9, so daß durch eine Änderung der Gleichstromerregung derDrosselspule 2 der Zündaugenblick der durch diese Vorrichtung gittergesteuerten Anode eines elektrischen Ventils verschoben worden kann.

Bei Belastung der Sekundärwicklung 11

oder 12 und 13 durch das Gitter erfolgt stets in dem Augenblick des Spannungsstoßes auch ein kurzer Stromstoß. Da jedoch in diesem Augenblick die Drosselspule 2 ungesättigt ist und daher eine große Reaktanz besitzt, ist der scheinbare Widerstand des Kreises 6 und 7 viel größer als der Schieinwider stand der Wicklung 5, so daß der der Sekundärbelastung entsprechende Primärstrom dem Netz ι hauptsächlich über die Wicklung 5 entnommen wird. Dieser Effekt kann noch dadurch erhöht werden, daß parallel zu der Wicklung 6 eine geeignete Impedanz 14 geschaltet wird. In einem Grenzfalle, wenn die Reaktanz der Drosselspule 2 unendlich groß sein würde, würde die Wicklung 7 überhaupt stromlos sein.

Aus vorstehendem geht hervor, daß die durch die Sekundärwicklung des Transformators 3 abgegebene Leistung dem Netz über die Wicklung 5 entnommen wird und daß der Kreis mit der übersättigten Drosselspule 2 lediglich zur Erregung und Steuerung dient. E,s genügt .daher, eine Drosselspule verhältnismäßig geringer Abmessungen zu verwenden. Durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann noch eine weitere Vereinfachung gegenüber den bekannten Vorrichtungen dieser Art erzielt werden, und zwar dadurch, daß bei mehrphasiger, z. B. dreiphasiger Ausführung, alle übersättigten Drosselspulen 2 zu einer Dreiphasendrossel mit einem vierten Schenkel vereinigt werden, auf welchem die für alle übrigen Schenkel gemeinsame" Zusatzwicklung 10 für die Gleichstromvormagnetisierung angeordnet ist. Außer der Vereinfachung der gesamten Anordnung bietet diese Ausführung noch den Vorteil, daß auch die Drossel 15, welche in den Gleichstromkreis zur Vermeidung eines Kurzschlusses der Wicklung 7 über das an die Wicklung 10 angeschlossene. Gleichstromnetz geschaltet werden muß, sehr klein sein kann, denn es wirken auf sie bloß die höheren Harmonischen der Netzspannung ein.

Das gleiche Resultat wird erzielt, wenn die Zusatzwicklung 10 gleichmäßig auf die mit ^l°° Wicklungen versehenen Kernteile der Drosselspule verteilt wird, wobei diese Teile der Zusatzwicklung 10 miteinander in Reihe geschaltet werden. Es hat sich gezeigt, daß bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung ein »05 besonders günstiger Verlauf der erzielten Impulsspannung dann erreicht werden kann, wenn der Kern der Drosselspule 2 aus einer Legierung von 76% Ni, 17% Fe, 5% Cu, 2°/₀Cr besteht.

- Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß beide Erregerwicklungen 5 und 6 des dreischenkligen Transformators 3 an das speisende Netz 1 derart ausgeschlossen sind, daß die magnetischen Flüsse in bezug auf den aus den beiden Außenschenkeln und Jochstücken bestehenden magnetischen Kreis einander entgegenwirken, also in bezug auf den dritten Schenkel gleichsinnig wirken. Sind dann auch die beiden Sekundärwicklungen 12 und 13 gegeneinandergesehaltet und liegt so wie früher in dem Kreise der Primärwick-

hing 6 eine übersättigte Drosselspule 2, so entsteht an den freien Klemmen 4-4 der Sekundärwicklungen in jeder Halbperiode ein Spannungsimpuls. Die Verhältnisse, insbesondere bei Belastung, werden am günstigsten sein, wenn die Anzahl der Windungen der Wicklung 6 kleiner als die Windungszahl der Wicklung 5 gewählt und das Verhältnis der Windungszahl der Wicklung 13 gegenüber der Windungszahl der Wicklung 12 im gleichen Maß herabgesetzt wird.

Wie bereits in dem an erster Stelle erläuterten Falle angeführt wurde, wird die Leistung bei Belastung der Sekundärwicklung dem Netz hauptsächlich über die Wicklung 5 entnommen. Durch Verringerung der Windungszahl der Wicklungen 6 und 13 wird ihre Induktivität dermaßen herabgesetzt, daß sich auch bei größeren Belastungen die Form und Größe der Spannungskurve nur in geringen Grenzen ändert.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Vorrichtung zur Erzeugung kurzzeitiger Spannungsimpulse, gekennzeichnet durch einen dreischenkligen ungesättigten Transformator (3), welcher auf zwei Schenkeln Erreger- (Primär-) Wicklungen (5, 6) besitzt, von welchen die eine (5) unmittelbar, die andere (6) in Reihe mit einer während jeder Halbperiode übersättigten Drosselspule (2) an das speisende Netz (1) angeschlossen ist, wobei die Erregerwicklungen (5, 6) in bezug auf den dritten Schenkel magnetisch gleichsinnig wirken, während die kurzzeitigen Spannungsimpulse zwei in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen (12, 13) entnommen werden, die auf je einem mit Erregerwicklungen (5, 6) versehenen Schenkel des Transformators (3) derart angeordnet sind, daß die durch die Erregerwicklungen (5, 6) hervorgerufenen magnetomotorischen Kräfte in den Sekundärwicklungen (12, 13) einander entgegengerichtete Spannungen erzeugen.
2. 2. Vorrichtung zur Erzeugung kurzzeitiger Spannungsimpulse, gekennzeichnet durch einen dreischenkligen ungesättigten Transformator (3), welcher auf zwei Schenkeln Erreger- (Primär-) Wicklungen (5, 6) besitzt, von welchen die eine (5) unmittelbar, die andere (6) in Reihe mit einer während jeder Halbperiode übersättigten Drosselspule (2) an das spei

   sende Netz (1) angeschlossen ist, wobei die Erregerwicklungen in bezug auf den dritten Schenkel magnetisch einander entgegengesetzt wirken, während die kurzzeitigen Spannungsimpulse zwei Sekundärwicklungen (i2, 13), die auf je einem mit Erregerwicklungen (5, 6) versehenen Schenkel angeordnet und hinsichtlich ihrer Spannungen gegensinnig in Reihe geschaltet sind, oder einer auf dem dritten Transformatorschenkel angebrachten Wicklung (11) entnommen werden.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer (6) der beiden Erregerwicklungen des Transformators (3) in Reihe liegende Impedanz durch eine Drosselspule (7) mit einem übersättigten Kern (2) aus ferromagnetischenr Metall gebildet wird, der vorteilhaft mit einer an sich bekannten Gleichstromvormagnetisierung (10) versehen ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (2) der übersättigten Drosselspule (7) aus einer Legierung in der Zusammensetzung von etwa 76 % Ni, 17 % Fe, 5 % Cu, 2 % Cr besteht.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der über eine Impedanz (7) an das Netz (1) angeschlossenen Erregerwicklung (6) eine zusätzliche Impedanz (14) geschaltet ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrphasiger Ausführung an Stelle mehrerer einphasiger (2) eine mehrphasige übersättigte Drosselspule mit einem magnetisehen Rückschluß (überzähliger Schenkel) und einer Wicklung für die veränderbare Gleichstromvormagnetisierung auf diesem zusätzlichen Schenkel verwendet wird.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahl derjenigen (6) der beiden Erregerwicklungen (5, 6) des Transformators, welche über eine Impedanz (2) an das Netz (1) angeschlossen ist, gegenüber der unmittelbar an das Netz angeschlossenen Erregerwicklung (5) herabgesetzt ist, wobei in gleichem Verhältnis die Windungszahl der init der erstgenannten Primärwicklung (6) auf dem gleichen Schenkel liegenden Sekundärwicklung (13) verringert ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen