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Überstrom-Schutzschaltung für den im Anodenkreis legenden Verbraucher
einer Gleichrichteranlage Die Erfindung bezieht sich auf eine.Ü'berstrom-Schutzanordnung
für den -im Anodenkreis liegenden - Verbraucher einer Gleichrichteranläge, bestehend
aus einer oder mehreren- gittergesteuerten Dampf- oder .Gasentladungsstrecken, insbesondere
mit negativer Zündkennlinie, bei- denen das bzw. die Gitter durch eine niederfrequente
und eine hochfrequente Spannung gesteuert werden..
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Die Erfindung bezweckt, Mittel anzugeben zur Sicherung des in dem
Anodenkreis von we.-nigstens einer derGasentladuriggsstrecken angeordneten Verbrauchers
vor den Folgen einer übermäßigen -Stronnzunahme in dem Anodenkreis der Gasentladungsstrecke
bzw. -strecken, z. B. infolge Kurzschlusses -im Verbraucher, welche Mittel
auch dazu verwendet -werden können, bei Rückzündung einer der Gasentladüngsstrecken
in eitler - Mehrphasenschaltung -die anderen Gasentladungsstrecken zu sichern. -Zur
Erzielung dieses Zwecks ist bereits vorgeschlagen worden, in dein - Anodenkreis
einer oder mehrerer Gasentladungsstrecken ein' mechanisch arbeitendes"--Relais anzuordnen,
das bei -einer starken Stromzunahme im Anodenkreis der Gasentladungsstrecke bzw.
-strecken die Gasentlädungsstrecke-bzw.
-strecken ausschaltet. Ein
solches Relais muß bestimmten, mit mechanisch arbeitenden Relais nicht oder nur
sehr schwer erzielbaren Anforderungen entsprechen. Vor allem muß die Einschaltzeit
ganz kurz sein (kürzer als die Zeitdauer einer Periode der gleichzurichtenden Wechselspannung),
und weiter ist es vielfach erwünscht, daß auch dann, wenn der Anodenstrom der Gasentladungsstrecke
bzw. -strecken zum Normalwert zurückkehrt, das Relais eingeschaltet bleibt.
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Nach der Erfindung wird zum Sperren der Gasentladungsstrecke bzw.
-strecken ein Hochfrequenzoszillator abhängig vom Verbrauchergleichstrom außer oder
in Betrieb gesetzt und dieser Betriebszustand willkürlich eine Zeitlang aufrechterhalten,
und es wird die niederfrequente Wechselspannung dem. oder den Gittern der Entladungsstrecke
bzw. -strecken über eine Hilfsentladungsstrecke zugeführt, deren Gitter an der vom
Oszillator erzeugten Hochfrequenzspannung und deren Anode an der niederfrequenten
Spannung liegt.
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Es ist bereits bekannt, bei durch Gitter gesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken,welche
mit einer betriebsfrequenten Spannung gesteuert werden und eine positive Zündcharakteristik
aufweisen, die dabei verwendeten besonderen positiven Vorspannungsbatterien durch
eine gegenüber der betriebsfrequenten Steuerwechselspannung hochfrequente Steuerwechselspannung
zu ersetzen. Um die betriebsfrequente Steuerspannung zeitweilig unwirksam zu machen,
kann die Amplitude der hochfrequenten Teilsteuerspannung geändert oder es kann die
hochfrequente Steuerspannung abgeschaltet werden. Der betreffenden Vorveröffentlichung
ist aber nicht der Gedanke zu entnehmen, für die Erzeugung der hochfrequenten Wechselspannung
einen Hochfrequenzoszillator zu verwenden, der als Überstromschutz für Stromrichteranlagen
dienen soll.
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Weiterhin deutet die Angabe, daß die hochfrequente Steuerspannung
abgeschaltet werden kann, nicht darauf hin, daß ein Oszillator außer Betrieb gesetzt,
sondern daß die Steuerspannung von dem Gitter getrennt werden soll. Überdies ist
bei dem Erfindungsgegenstand nicht eine positive Vorspannung, sondern im Gegensatz
hierzu eine negative Vorspannung von besonderer Bedeutung.
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An sich ist es weiter auch noch bekannt, steuerbare Hilfsentladungsgefäße
als Hilfsmittel zum Schutz von Entladungsgefäßen zu verwenden. Dies bildet aber
nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines . Hochfrequenzoszillators
statt anderer Hochfrequenzwechselspannungsquellen, welcher Oszillator im Störungsfall
außer oder in Betrieb gesetzt wird, wird der Vorteil erreicht, daß der geänderte
Betriebszustand bei zurückkehrenden normalen Verhältnissen, d. h., wenn die Störung
bereits vorbei ist, automatisch beibehalten bleibt, so daß die Ursache der Störung
zuerst beseitigt werden kann, bevor der Oszillator wieder in den ursprünglichen
Betriebszustand zurückgebracht wird.
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In einer Ausführungsform der Schaltung nach der Erfindung unterbricht
die gleichgerichtete Oszillatorspannung die Zufuhr der niederfrequenten Wechselspannung
zu dem Gitter der Gasentladungsstrecke.
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Vorzugsweise ist diese Ausführungsform derart eingerichtet, daß die
niederfrequente Wechselspannung dem Gitter der Gasentladungsstrecke bzw. -strecken
zugeführt wird, deren Gittervorspannung durch die gleichgerichtete Oszillatorspannung
gebildet wird.
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Nach einer weiteren Ausführungsform wird an das Gitter der Hilfsentladungsstrecke
gleichzeitig eine niederfrequente Spannung von der gleichen Frequenz wie die der
Gitterspannung der Gasentladungsstrecke bzw. -strecken angelegt, die in Gegenphase
mit der der Anode der genannten Hilfsentladungsstrecke zugeführten Spannung dieser
Frequenz ist und deren Absolutwert größer ist als die der Anode zugeführte Spannung
dividiert durch den Verstärkungsfaktor der genannten Hilfsentladungsstrecke bzw.
-strecken.
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Wenn eine Gasentladungsstrecke verwendet wird, bei welcher zur Außerbetriebsetzung
dem Gitter eine negative NTorspannung zugeführt werden muß, so wird die Schaltung
zweckmäßig derart ausgebildet, daß immer eine negative Gittervorspannung über einen
hohen Widerstand am Gitter der Gasentladungsstrecke liegt.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der die
Figuren einige Ausführungsformen einer nur eine Gasentladungsstrecke enthaltenden
Schaltung nach der Erfindung darstellen.
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In Fig. i ist eine Gasentladungsstrecke i mit einer Anode 2, einem
Gitter 3 und einer Kathode q. dargestellt. Die gleichzurichtende Spannung wird der
Anode 2 über einen Transformators 5 zuführt, und an das Gitter 3 wird über einen
Transformator 6 eine Wechselspannung von gleicher Frequenz angelegt. In den Anodenkreis
der Gasentladungsstrecke ist ein Verbraucher 7 geschaltet, dem die gleichgerichtete
Spannung zugeführt wird.
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Um den Verbraucher 7 vor einer unnormalen Zunahme des Anodenstroms
der Röhre i zu sichern, ist ein Hochfrequenzoszillator 8 vorgesehen, der eine Oszillatorröhre
9 und °inen Schwingungskreis io enthält. Die Gittervorspannung
der
Oszillatorröhre wird durch die Spannung der Batterie i i und durch den Spannungsabfall
an dem Widerstand 12 im Anodenkreis der Röhre i bedingt. Die Spannung der Batterie
i i und die Größe der Widerstandes i2 sind derart gewählt, daß bei normaler Stärke
des Anodenstroms der Gasentladungsstrecke i die Vorspannungnegativ ist und der Oszillator
8 nicht. schwingt. Wenn aber der Anodenstrom der Röhre i zunimmt, so nimmt der Spannungsverlust
an dem Widerstand 12 gleichfalls zu, und es wird die Vorspannung des Gitters der
Röhre derart weniger negativ, daß der Oszillator 8 schwingt. Wenn der Oszillator
einmal wirkt, schwingt er weiter, auch wenn der Spannungsabfall über den Widerstand
12 wieder zu dem ursprünglichen Wert zurückgekehrt ist.
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Damit die vom Oszillator 8 erzeugten Schwingungen die Gasentladungsstrecke
außer Betrieb setzen, ist eine Entladungsröhre 13 vorgesehen, über welche die Wechsel=
spannung dem Gitter 3 der Gasentladungsstrecke i zugeführt wird. Die Gittervorspannung
der Röhre 13 wird durch die gleichgerichtete Ausgangsspannung des Oszillators 8
bedingt, und zwar derart, daß beim Eintreten von Schwingungen die Gittervorspannungg
negativ ist und die Röhre 13 einen "unendliehen Widerstand besitzt, wodurch die
Wechselspannungszufuhr zu dem Gitter 3 der Gasentladungsstrecke i gestört ist.
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Die Diode 14 ist zum Gleichrichten der Oszillatorspannung angeordnet.
Die gleichzurichtende Spannung wird der Diode 14 über einen Kondensator 15 zugeführt.
Die an dem Widerstand 16 auftretende gleichgerichtete Spannung wird über einen Widerstand
17 an das Gitter der Röhre 13 angelegt, wobei dieser Widerstand zusammen mit dem
- Kondensator 18 zum Abflachen der gleichgerichteten Oszillatorspannung dient.
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Bei der in Fig: 2 dargestellten Schaltung wixd eine Doppelweggleichrichterröhre
14 benutzt, deren Kathode mit der Kathode q. -der Gasentladungsstrecke i verbunden
ist. In dieser Schaltung wird die an dem Widerstand 16 auftretende gleichgerichtete
Oszillätorspannung über einen Widerstand ig dem Gitter der in den Gitterkreis der
Röhre i eirigeschälteten Röhre .13 zugeführt, wodurch beim Eintreten -von Oszillatorschwingungen
eine negative Spannung- an das Gitter der Röhre 13 angelegt wird, welche den Gitter=
kreis der Gasentladuugsstrecke unterbricht. Außerdem ist ein Punkt 2o -des Widerstandes
16 über einen Widerstand "2 i mit der Kathode der - Röhre 13 - verbunden, wodurch-
der -über den Teil des Widerstandes- 16, der zwischen dem Punkt-:2o und der Kathode--des
Doppel-Weggleichrichters 'iq..-liegt, auftretende Spannungsabfall dem Gitter 3 der
Gasentladungsstrecke i zugeführt wird, und zwar derart, daß die Gitterspannung der
Gaseiltladungsstrecke negativ in bezug auf die Kathode wird. Bei der in Fig.2 dargestellten
Schaltung werden also zwei Maßnahmen zur Ausschaltung der Gasentladungsstrecke i
zusammen verwendet. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denen der Fig.i.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform sind die Spannung
der Batterie i i und die Größe des Widerstandes 12 derart gewählt, daß bei normaler
Stärke des Anodenstroms der Gasentladungsstrecke i die Vorspannung des Oszillators
8 derart wenig negativ ist, däß vom Oszillator 8 Schwingungen erzeugt werden. Wenn
aber der Anodenstrom der Röhre i zunimmt, so nimmt der Spannungsabfall an dem Widerstand
12 gleichfalls zu, und es wird die Vorspannung des Gitters der Röhre 9 derart mehr
negativ, daß der Oszillator nicht schwingt. Wenn der Oszillator einmal ausgeschaltet
worden ist, bleibt er außer Betrieb, auch wenn der Spannungsabfall über den Widerstand
12 wieder zu dem ursprünglichen Wert zurückgekehrt ist.
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Damit die Gasentladungsstrecke i im Augenblick, -in dem der Oszillator
8 nicht mehr schwingt, außer Betrieb gesetzt wird, ist eine Entladungsröhre 13 vorgesehen,
über welche die Wechselspannung -dem Gitter 3 der Gasentladungsstrecke zugeführt
wird. Der Anode der Röhre 13 wird die .dem Gitter der Gäsentladungsstrecke zuzuführende
Wechselspannung über einen Transformator 6 zugeführt, der eine Primärwicklung und
zwei Sekundärwicklungen 2q. und 25 enthält, von denen sich die Wicklung 24 in dem
Gitterkreis der Röhre 13 befindet. Außerdem ist in den Gitterkreis der Röhre 13
eine Impedanz 26 geschaltet, an welcher bei normalem Betrieb eine von dem Oszillator
8 stammende Höchfrequenzspannung auftritt. In dem Anodenkreis der Röhre 13 befindet
sich die Sekundär-Wicklung 25 des Transformators 6, wodurch an die Anode dieser
Röhre eine Spannung von gleicher Frequenz wie die dem Gitter der Gasentladungsstrecke
zuzuführende Wechselspannung angelegt wird, die in Gegenphase ist mit "der dem Gitter
der Röhre 13 zugeführten Wechselspannung von gleicher Frequenz. Die Windungszahl
der beiden Sekundärwicklungen ist derart; daß. die Röhre 13 gesperrt- ist, wenn
nicht gleichzeitig eine von dem Oszillator .8 stammende Hochfrequenzspannung an
daAA Gitter der Röhre 13 angelegt wird, welche das Gitter dieser Röhre absatzweise
-positiv macht' in bezug auf die Kathode während der Halbperiode der erwähnten Wechselspannung,
in der die Spannung. der "Anode in bezug auf die Kathode positiv ist;
mit
anderen Worten, die Röhre 13 ist leitend, solange eine Hochfrequenzspannung an der
Impedanz 26 auftritt. Irn Augenblick, in dem der Oszillator 8 nicht mehr schwingt,
wird die Röhre 13 gesperrt, wodurch die Speisespannungszufuhr zum Gitter 3 der Gasentladungsstrecke
i unterbrochen ist. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denen der Fig. r.
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Bei der in Fig. .4 dargestellten Schaltung ist eine kleine Gleiehrichterröhre
2j vorgesehen, welche das Gitter der Gasentladungsstrecke über einen hohen Widerstand
32 an eine gleichbleibende negative Spannung legt. Sobald durch eine Unterbrechung
in der Wirkung des Oszillators 8 die Zufuhr der Wechselspannung zum Gitter gesperrt
ist, wird die negative Spannung wirksam und schaltet die Gasentladungsstrecke i
aus. Die in Fig.4 dargestellte Schaltung ist wichtig für Gasentladungsstreeken,
bei denen für die Ausschaltung dem Gitter eine negative Spannung zugeführt werden
muß und die Unterbrechung der dem Gitter zugeführten positiven Spannung nicht hinreichend
ist.
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Weiter ist in Fig.4 eine überspannungssicherung 28 vorgesehen, welche
bezweckt, die Röhre g vor einer übermäßigen Spannung an dem Widerstand fz bei vollständigem
Kurzschluß im Verbraucher 7 zu sichern. Um zu vermeiden, daß bei Durchschlag der
Überspannungssicherung die Gitterspannung des Oszillators 8 plötzlich so wenig negativ
wird, daß der Oszillator wieder in Tätigkeit tritt, ist in Reihe mit der 'Überspannungssicherung
28 eine Spannungsquelle 29 vorgesehen, wodurch bei Durchschlag der überspannungssicherung
eine negative Vorspannung an das Gitter der Röhre g angelegt wird. Hierdurch wird
erreicht, daß, falls die Überspannungssicherung 28 einen vollständigen Kurzschluß
bildet, der Hochfrequenzoszillator 8 trotzdem nicht schwingen kann. Parallel zu
der Spannungsquelle 2g ist ein Kondensator 3o angeordnet, der zur Sicherung der
Spannungsquelle 2g bei Durchschlag der Sicherung 28 dient. Weiter ist parallel zu
der Reihenschaltung der Überspannungssicherung 28 und der Spannungsquelle z9 ein
Kondensator 31 angeordnet, der einen Kurzschluß für die vom Oszillator 8 erzeugte
Hochfrequenzspannung bildet. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denen der Fig.3.
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Ein wichtiger mit der Verwendung eines Hochfrequenzoszillators zur
Sicherung des in den Anodenkreis einer Gasentladungsstrecke geschaltetenVerbrauchers
erreichbarerVorteil ist darin zu erblicken, daß eine sehr schnelle Ausschaltung
erhalten wird.
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Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß bei Verwendung eines Hochfrequenzoszillators
der Abstand zwischen dem Oszillatorkreis, in dem die Hochfrequenzspannungen auftreten,
und dem Kreis, auf den sie übertragen «xerden, verhältnismäßig groß sein kann. Dies
zeigt sich insbesondere bei einer Mehrphasen-Graetzschaitung, bei der bekanntlich
die Gasentladungsstrecken ziemlich hohe, in Bezug aufeinander verschiedene Spannungen
haben können, so daß ein ziemlich großer Abstand zwischen den Gasentladungsstrecken
vorhanden sein muß.
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Ein wichtiger Vorteil der in den Fig.3 und .I dargestellten Ausführungsformen
besteht darin, daß sämtliche benutzten Röhren g und 13 im normalen Betrieb Strom
führen und schadhafte Röhren sich also unmittelbar bemerkbar machen.
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Die Anlage kann auch dazu verwendet werden, im Fall einer Rückzündung
einer der Gasentladungsstrecken in einer Mehrphasenschaltung die anderen Gasentladungsstrecken
zu sichern. Dazu ist nur erforderlich, daß die Primärwicklung eines Transformators
in wenigstens zwei der Phasen der Sekundärwicklungen des Speisetransformators aufgenommen
ist, über den die Gleichriehterwechselspannung den Anoden der Gasentladungsstrecken
zugeführt wird. Bei Rückzündung entsteht ein Stromstoß in der Primärwicklung des
erwähnten Transformators, der in der Sekundärwicklung herauftransformiert und dann
gleichgerichtet wird.
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Die gleichgerichtete Spannung kann entsprechend dem Spannungsabfall
an dem Widerstand r2 den Hochfrequenzoszillator 8 in oder außer Betrieb setzen.
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Eine Ergänzung der Schaltung nach der Erfindung kann auch durch Anordnung
eines Relais erhalten werden, das bei der Ausschaltung des Oszillators erregt wird
und den Phasenregler, z. B. einen Induktionsregler, der die Phasenverschiebung zwischen
den dem Gitter und der Anode der Gasentladungsstrecke bzw. -strecken i zugeführten
Spannungen bedingt und infolgedessen die Stärke des Anodenstroms der Gasentladungsstrecke
regelt, zu der Nullage zurückdreht, bei der die Phasenverschiebung zwischen den
beiden Spannungen i8o° beträgt. Hierdurch wird vermieden, daß die Gasentladungsstrecke
bzw. -strecken, nachdem die Ursache der Stromzunahme im Anodenkreis ermittelt und
aufgehoben worden ist, eingeschaltet wird bzw. werden, während der Phasenregler
nicht in der Nullage steht.
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Ein solches Relais kann außerdem verwendet werden, um die Gasentladungsstrecke
bzw. -strecken selbsttätig wieder einzuschalten, wenn der Kurzschluß im Anodenkreis
nur von kurzer Dauer ist. In diesem Fall wird die Schaltung derart eingerichtet,
daß in der
Nullage des ° Phasenreglers der Oszillator durch ein
zweites Relais in den .ursprünglichen Betriebszustand zurückgebracht wird, wonach
der Phasenregler wieder bis in die Lage verstellt wird, in. welcher die Phasenverschiebung
zwischen den dem Gitter und der Anode zugeführten Spannungen o° ist.
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Das Zurückbringen in den ursprünglichen Betriebszustand kann. bei
den in den Fig. x und 2 dargestellten Ausführungsformen dadurch erfolgen, daß der.
Hochfrequenzoszillator :vorübergehend-. .kurzgeschlossen wird, wodurch er außer
Betrieb gesetzt wird. Bei den in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen
wird zweckmäßig die Gittervorspa:nnung des Oszillätors vorübergehend kurzgeschlossen,
wodurch der Oszillätor wieder betätigt wird. Bei Abnahme der Phasenverschiebung
nimmt der Anodenstrom der Gasentiadungsstrecke - bzw. -strecken wieder zu. Wenn
aber : die Ursache der ursprünglich:' auftretenden - Anodenstrom-Zunahme nichtaufgehoben
worden ist, so wird aufs neue die zum Ausschalten der Gasentladungsstrecke bzw.
-strecken erforderliche Änderung im Betriebszustand des Oszillators eintreten, und
es kehrt der Phasenregler aufs neue zu der Nullage zurück. Zweckmäßig wird mit dem
Relais ein Zählwerk kombiniert, das, nachdem der Oszillator mehrmals in die ursprünglicheBetriebslage
zurückgeführt worden ist, den ganzen Mechanismus außer Betrieb setzt, worauf die
Ursache der Anodenstromzunahme. ermittelt werden kann.