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Gleichrichterschaltanordnung zum flackerfreien bzw. schwingungsfreien
Betrieb von elektrischen Glühlampen oder Schaltschützen Häufig sollen elektrische
Glühlampen mit Wechselstrom niederer Frequenz, z. B. mit Bahnstrom von i162/,3 Hz,
betrieben werden. Es ist bekannt, daß zum flackerfreien Betrieb von elektrischen
Glühlampen ein Wechselstrom -von 16s/3 Perioden wegen der geringen Wärmeträgheit
des Glühfadens der Lampen normalerweise nicht ausreicht. Die Wärmeträgheit der Glühlampe
läßt sich zwar durch Vergrößerung des Fadenquerschnittes bei gleichzeitiger Herabsetzung
der Lampenspannung steigern. Bei gegebener Leistung ist eine Glühlampe demnach um
so weniger flackerempfindlich, je niedriger ihre Lampenspannung ist. Kann diese
aus irgendeinem Grunde nicht niedrig genug gehalten werden, so sind Mittel anzuwenden,
die den zeitlichen Verlauf des Lampenstromes gleichmäßiger gestalten und dadurch
das Flackern der Glühlampe verhindern.
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Diese Umformung des Wechselstromes kann dadurch geschehen, daß die
gesamte Wechselstromenergie gleichgerichtet, geglättet und in dieser Form den zu
betreibenden Glühlampen zugeleitet wird. Bei dieser technischen Lösung müssen die
Gleichrichter aber sowohl für den ganzen Strom als auch für die volle Spannung des
Verbraucherkreises bemessen werden. Der Aufwand an Gleichrichtermitteln und der
hierdurch bedingte Leistungsverlust sind deshalb erheblich.
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Es ist auch bereits bekannt, den Wechselstrom zweier durch Schaltmittel
phasenverschobener Kreise gleichzurichten und einem Glühhampenkreis zuzuführen.
Zum Erreichen einer für einen flackerfreien Glühlampenbetrieb notwendigen Glättung
des Wechselstromes sind in diesem Falle zwar weniger Glättungsmittel erforderlich
als b:ei Verwendung eines Einphasenstromes. Der Gesamtaufwand ist aber auch bei
dieser Anordnung infolge der noch hinzukommenden Schaltmittel für die Phasenvers:clü,ebung
zwischen den beiden Stromkreisen groß.
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Auch ist es bekanntgeworden, daß eine mit einem Wechselstrom von 162/3
Hz gespeiste
Glühlampe nicht flackert, wenn die Kurve dieser Wechselspannung
gegenüber der normalen Sinuslinie einen steileren An- und Abstieg hat. Die Kurvenformveränderung
erfolgte aber hier durch Benutzung von Oberwellen, welche infolge der Magnetisierungsströme
gesättigter Eisenkreise auftreten oder durch Einschaltung von einzelnen Kondensatoren
in jeden Lampenstromkreis erzielt werden. Bei dieser Anordnung ließ sich aber nicht
ein sehr steiler Abfall der Stromkurve auf den Nullwert erreichen.
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Ganz ähnlich wie beim Betriebe von Glühlampen mit Wechselströmen niedriger
Frequenz liegen die Verhältnisse auch beim Betriebe von Schaltschützen oder ähnlichen
Apparaten mit Wechselstrom. Auch hier müssen entweder an den Schaltapparaten selbst,
z. B. durch mechanische oder elektrische Dämpfungen, oder auch durch Phasenverschiebung
des Wechselstromes Vorkehrungen getroffen werden, um ein Vibrieren der Relaisanker
zu verhindern.
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Es ist eine Einrichtung bekanntgeworden, mit der die Phase der dem
Gitter eines gesteuerten Gleichrichters zugeführten Spannung geregelt werden kann.
Um zwei solche der Steuerung dienende, um 18o° in der Phase verschobene Spannungen
zu erhalten, die aus den beiden Sekundärwicklungen eines Transformators entnommen
werden können, wird der Primärwicklung ein Wechselstrom von möglichst rechteckiger
Kurvenform zugeführt, der durch eine ähnliche Schaltung wie bei der Erfindung erzeugt
wird. Aber die technische Aufgabe, die bei der bekannten Anordnung gelöst werden
soll, ist eine ganz andere als bei der Erfindung. Es sollen zwei Wechselströme mit
scharfen Spannungsspitzen erzeugt werden, die un 18o° in der Phase verschoben sind.
Dies wird dadurch erreicht, daß der Primärwicklung des Transformators ein Wechselstrom
zugeführt wird, dessen Verlauf möglichst rechteckig ist.
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Gemäß der Erfindung wird der Wechselstrom durch Einschaltung von Gleichrichtern,
insbesondere von Trockengleichrichtern in Vollwegschaltung mit einer Drosselspule,
welche bei Anwendung der Graetzschen Schaltung in der Brückendiagonale und bei der
Gegentaktschaltung parallel zu der Reihenschaltung der Gleichrichter liegt, in die
eine Zuleitung zum Verbrauceher so umgeformt, daß seine Kurve eine angenäherte Rechteckform
annimmt.
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In Abb. I und z der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele dieser
Schaltung dargestellt.
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Die einzubauenden Gleichrichterventile I, die nach der Abb. I in Graetz-Schaltung,
nach der Abb.2 in Gegentaktschaltung angeordnet sind, müssen für den vollen Strom,
der im Verbraucherkreis fließt, spannungsmäßig aber nur für die effektive Oberwelligkeitsspannung
des gleichgerichteten Stromes in der Drossel 2 bemessen werden. Der Gleichrichter
kann also verhältnismäßig klein gehalten sein.
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Bei der Schaltung nach Abb. z ist bei gleicher Stromstärke sogar nur
die halbe Stückzahl von Gleichrichterventilen erforderlich; allerdings muß die Drosselspule
z dann eine Mittelanzapfung haben.
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Aus den Kennlinien der Abb.3 ist ersichtlich, in welcher Weise die
Einschaltung der Gleichrichterventile und der Glättungsdrossel in den Stromkreis
die Form des Wechselstromes verändert.
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Kennlinie a stellt den Verlauf der Wechselspannung dar. Bei induktionsfreier
Lampenbelastung weist der Strom den gleichen Verlauf auf.
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Kennlinie b zeigt den Stromverlauf bei vollständiger Gleichrichtung
und genügender Glättung.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung fließt ein Gleichstrom nur in
der Drosselspule, die ihre glättenden Eigenschaften auf diesen voll zur Auswirkung
bringt. Außerhalb der Gleichrichter und D:rosselspulenanordnun,g, also im Verbraucherkreis,
bleibt der Wechselstromcharakter des Stromes .erhalten. Bei diesem Wechselstrom
sind aber infolge der glättenden Wirkung der Drossel die einzelnen Halibwellen derartig
abgeflacht und der rechteckigen Form angenähert, daß der Wechsel von der positiven
zur negativen Halbwelle, wie aus der Kennlinie c zu ersehen ist, mit sehr scharfen
Übergängen erfolgt.
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Die Glättung der einzelnen Halbwellen und damit die rechteckige Kurvenform
des Wechselstromes läßt sich noch weiter, als in der Kennlinie c dargestellt ist,
treiben, wenn parallel zur D,ro-ssels.pule :ein Kondensator geschaltet wird, der
mit der Drossel einen Schwingungskreis bildet, der auf die Frequenz des Wechselstromes
abgestimmt ist. Da der Kondensator dieses. Schwingungskreises bei stärkeren Strömen
verhältnismäßig groß ausfallen müßte, ward mauz in solchen Fällen den Schwingungskreis
an die Drosselspule induktiv ankoppeln und dabei die Spannung herauftransformieren,
um dann mit einem Kondensator kleiner Kapazität auskommen zu können.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Gleichrichters,chaltung zum flackerfreien
Betriebe von elektrischen Glühlampen oder zur Vermeidung von Schwingungen der Relaisanker
bei Schaltschützen mit niederfrequentem Wechselstrom durch Umformung der Wechselstromke
nnlinie liegt: in der nicht unerbebliehen
Ersparnis an Gleichrichtermitteln
gegenüber anderen Anordnungen, durch die das gleiche erreicht werden soll.