DE767739C

DE767739C - Phasenschiebereinrichtung zur Steuerung von Entladungsstrecken in Stromrichteranordnungen

Info

Publication number: DE767739C
Application number: DEL96595D
Authority: DE
Inventors: George W Garman
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1937-12-14
Filing date: 1938-12-15
Publication date: 1953-04-16

Description

Phasenschie-bereinrichtung zur Steuerung von Entladungsstrecken in Strom.richteranordnungen Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen zur Verschiebung der Phasenlage einer Wechselspannung gegenüber einer Speisespannung. Die Erfindung läßt sich in allen Steuer- und Regelanordnungen. für elektrische Entladungsgefäße verwenden, obwohl sie. insbesondere für mit Entladungsstrecken arbeitende Stromrichteranordnungen bestimmt ist, die zur Energieübertragung zwischen einem Gleichstrom- und einem Wechselstromnetz oder zwischen zwei Wechselstromnetzen dienen. In derartigen Anordnungen ist es üblich, die Energieübertragung zwischen den verschiedenen Netzen durch Verschieben der Phasenlage der den Steuereinrichtungen zuzuführenden Steuerspannungen gegenüber den entsprechenden Anodenspannungen zu regeln. Zur Verschiebung der Phasenlage der Steuerspannungen sind bereits. verschiedene Einrichtungen bekanntgeworden, so z. B. Drehregler; aber es sind auch schon ruhende Phasenschieberanordnungen verwendet wor-

den, die aus Stromkreisen bestehen, welche

Widerstände, Induktivitäten und Kapazitäten

enthalten und die sich infolge ihrer Einfach-

heit und Zuverlässigkeit gut bewährt haben.

Wegen der guten Verwendun-sfähigkeit der

ruhenden Phasenschieber besteht seit langem

ein Bedürfnis nach einer ruhenden Phasen-

schieberanordnung, die in ihrem Aufbau mög-

lichst einfach ist und möglichst wenig

Scheinwiderstandselemente erfordert.

Die Erfindung bezieht sich auf eine solche

Phasensciiieheranordnung. die diese For de-

rungen erfüllt. Gemäß der Erfindung wird

eine Brückenanordnung, bei der die

beiden hintereinander-geschalteten Zweige aus

einem Kondensator und einem Ohmschen

Widerstand und die anderen beiden hinter-

einandergeschalteten Zweige aus einer Drossel

und einem Olimschen Widerstand bestehen,

von einer Transformatorwicklung mit llittel-

anzapfung gespeist. Die für die Steuerung

der Entladungsstrecken dienende, in ihrer

Phasenlage in weiten Grenzen veränderbare

Spannur.- wird zwischen der Mittelanzapfung

des Transformators und einem längs der

beiden Ohmschen Widerstände verschiebbaren

Kontakt abgegriffen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der

Erfindung liegt parallel zu einer Brücken-

anordnung, bei der die einen beiden gegen-

Zweige aus gleichartigen Blind-

widerständen und die anderen beiden gegen-

überliegenden Zweige aus Ohmschen Wider-

ständen bestehen. ein aus Ohmschen Wider-

ständen bestehender Spannungsteiler. Die

für d:e Steuerung der Entladungsstrecken

dienende, in ihrer Phasenlage in weiten Gren-

zen veränderbare Spannung wird zwischen

der -Mittelanzapfung der die Brückenanord-

nung speisenden Transformatorwicklung und

dem längs des Spannungsteilers verschieb-

baren Kontakt abgegriffen.

Zum besseren Verständnis sei die Erfin-

dung an Hand der Zeichnung näher er-

läutert. Die Abb. i zeigt die Verwendung des

Erfindun-s,egtnstandes bei einer mit Ent-

ladungsstrecken arbeitenden Energieüber-

tragungsanordnung. In der Abb.2 sind ver-

schiedene Arbeitscharakteristiken dieser An-

ordnung angegeben, und die Abb. 3, d. und 5

stellen einige weitere Ausführungsformen der

Erfindung dar.

In der Anordnun` nach Abb. i, die ein

Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,

findet eine Energieübertragung zwischen dem

Wechselstromnetz i und dem Gleichstrom-

netz 2 über einen Transformator 3 und die

vorzugsweise mit Dampf oder Gas gefüllten

Entladungsgefäße d. und 5 statt, die ieweil

eine Anode 6, eine Kathode 7 und ein Steuer-

Bitter 8 enthalten.

Die Phasenschieberanordnungq enthält eine

aus dem Wechselstromnetz i gespeiste Wick-

lung io mit den beiden Anzapfpuiikten i i

und 12 und einen zwischen diesen beiden

liegenden Anzapfpunkt 13. In der Zeichnung

sind die Anzapfpunkte i i und 12 als inner-

halb der Wicklung io liegend angegeben; es

ist jedoch selbstverständlich, daß diese auch

an deren äußersten Enden angebracht @verden

können. Von einem der Anzapfpunkte gehen

zwei Stromwege aus, in der Zeichnung z. B.

vom Anzapfpunkt 12; der eine Stromweg ent-

hält die Kapazität 14 und der andere die

Drossel 15. Zwischen die beiden Stromwege

und den Verbindungspunkt i i ist ein Span-

nungsteiler 16 eingefügt, der aus dem Wider-

stand 17 mit den Anschlußpunkten 18 und i9

besteht, wobei der Punkt 18 mit der Kapazi-

tät 14 und der Punkt ig mit der Drossel 15

verbunden sind. Der Widerstand 17 ist eben-

falls mit einer Mittelanzapfun- 2o versehen,

die an den Punkt i i der Wicklung io ange-

schlossen ist. Zum Regeln der Phasenlage

dient das auf dem Widerstand 1; verschieb-

bare Kontaktelement 21. Der Ausgangsstrom-

kreis 22 ist auf der einen Seite mit der --Mittel-

anzapfung 13 verbunden und auf der anderen

Seite an das verschiebbare Kontaktelement 21

des Spannungsteilers 16 angeschlossen. Der

Widerstand 17, die Kapazität i-. und die

Drossel 15 werden in ihrer Größe nach Maß-

gabe des gewünschten Regelbereiches aus-

gelegt. Durch geeignete Wahl dieser Elemente

kann die Spannung des Stromkreises 22 inner-

halb sehr kleiner Regelbereiche, aber auch

in Regelbereichen bis zu etwa 36o° ei. ver-

ändert werden. Der Regelbereich des Phasen-

schiebers läßt sich vergrößern, wenn der Wert

des Ohmschen Widerstandes 17 im Vergleich

zu den Wirkwiderstandsanteilen der Kapazi-

tät 14 und der Drossel 15 größer gewählt

wird.

Die Steuerkreise 23 und 24, die jeweils den

Entladungsstrecken d. und 5 zugeordnet sind,

liefern deren Steuergittern 8 die entsprechen-

den Steuerwechselspannungen, die die Leit-

fähigkeiten der Entladungsstrecken regeln.

Jeder der Steuerkreise 23 und 2.I enthält eine

sättigbare Drosselanordung 25, die jeweils

eine Wechselspannung spitzer Wellenform er-

zeugen. Die Drosselanordnungen bestehen aus

einem Magnetkern 26 mit einem magnetischen

Kurzschluß 27, einem- verengten sättigbaren

Teil 28, einer mit dem Stromkreis 22 verbun-

denen Primärwicklung 29 und einer dem ver-

engten Teil 28 zugeordneten Sekundärwick-

lung 3o. Eine negative Gleichstromvorspan-

nun- wird den Steuergittern 8 aus einer ge-

eigneten Vorspannungsbatterie 31 über die

strombegrenzenden Widerstände32 zugeführt.

Die Wirkungsweise der in Abb. i darge-

stellten Anordnung läßt sich am einfachsten erkennen, wenn wir die Energieübertragung aus dem Wechselstromnetz i nach dem Gleichstromnetz 2 über den. Transformator 3 und die Entladungsstrecken 4 und 5 betrachten. Es ist klar, daß die durchschnittliche, dem Stromkreis .2 zugeführte Spannung einen Höchstwert erreicht, wenn die den Gittern 8 zugeführten Steuerspannungen die gleiche Phasenlage haben wie die- entsprechenden Anodenspannungen, d. h. die dem Stromkreis :2 zugeführte Spannung ist dann ein Maximum, wenn die Entladungsstrecken 4 und 5 zu Beginn, der positiven Halbwellen der Anodenspannung leitend gemacht werden. Bei induktiver Belastung des Stromkreises 2 wird die dem Stromkreis zugeführte Spannung ein Minimum, wenn. die Entladungsstrecken in bezug auf die Anodenspannung um 9o° nacheilend gezündet werden. Erfolgt die Zündung mit einer zwischen o° und 9o° e1.- liegenden Nacheilung, dann nimmt die dem Stromkreis 2 zugeführte Spannung einen entsprechenden Zwischenwert an. Die dem Stromkreis 22 zugeführte Spannung sowie die von dieser abgeleitete und den Gittern der Entladungsstrecken 4 und 5 zugeführte Spannung lassen sich in ihrer Phasenlage mit Hilfe des beweglichen Schleifkontakts 21 am Spannungsteiler 16 der Phasenschieberanordnung 9 verändern. Soll z. B. die: Phase der den Steuergittern 8 zugeführte Wechselspannung spitzer Wellenform nach vorn geschoben werden, so wird das anfangs auf den Punkt 18 des Widerstandes 17 eingestellte Kontaktelement in einer derii Uhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung gedreht. Auf diese Weise erhält die dem Ausgangsstromkreis 22 zugeführte Spannung eine allmählich immer . stärker voreilende Phasenlage im Vergleich zur Wechselspannung des Stromkreises i bzw. im Vergleich zu der in der Wicklung io vorhand:enen Spannung. Die Größe der voreilenden Phasenverschiebung hängt von den gegenseitigen Größenverhältnissen des Ohmschen Widerstandes 17, der Kapazität 14 und der Induktivität 15 ab.

Noch ausführlicher läßt sich die Wirkungsweise der Anordnung an Hand der in Abb,. 2 dargestellten Arbeitscharakteristik erkennen. Wir wollen annehmen:, daß der Vektor AB für bestimmte vorgegebene Werte für den Widerstand 17, die Kapazität 14 und die Induktanz 15, die an den Verbindungspunkten i i und 12 der Wicklung io herrschende Spannung bedeutet, dann stellt der Vektor CB die an der Kapazität 14 auftretende Spannung dar, während die an dem Widerstand 17 des Spannungsteilers 16 zwischen den Punkten 2o und 18 liegende Spannung durch den Vektor AC dargestellt wird. Die Spannung an der In. duktanz 15 wird durch den Vektor D B und die Spannung an dem Widerstand 17 zwischen den Punkten 2o und i9 wird durch den Vektor A0 wiedergegeben. Der Punkt 0 stellt die an dem Anzapfpunkt 13 der Wicklung io herrschende Spannung dar. Der Vektor 0C bedeutet die im Ausgangsstromkreis 22 herrschende Spannung, wenn sich der Schleifkontakt 21 auf dem Punkt i8 des Widerstandes 17 befindet. Wird der Schleifkontakt entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, dann nimmt der Vektor 0C nacheinander die Lage der Vektoren 0E, OP und OG ein.. Sobald der Schleifkontakt 21 den Anzapfpunkt 2o erreicht hat, fällt der Vektor 0C mit dem Vektor 0A zusammen. Beim Weiterdrehen in der gleichen Richtung geht der Vektor 0C nacheinander in die Vektoren OH, 0T und OK über, um beim Erreichen des Endpunktes i9 des Widerstandes 17 mit dem Vektor 0D zusammenzufallen. Es sei bemerkt; daß sich die Phasenlage der Spannung im Stromkreis. 22 um etwa i86° e1. geändert hat. Der Regelbereich kann aber natürlich auch durch geeignete Wahl der Größe des Widerstandes 17, der Kapazität 14 und der Induktivität i5 vergrößert oder verkleinert werden. Vergrößern wir den Wert des Widerstandes 17 so, daß das Vektordiagramm der Phas:enschieberanordnung die Lage ALB und AMB erhält, dann dreht sich der Vektor entgegen dem Uhrzeigersinn aus der Lage OL in die Lage OM, und die Spannung im Stromkreis 22 ändert sich in ihrer Phasenlage in: dem Winkelbereich zwischen den Vektoren OL und 0M, der wesentlich größer ist als' i8o°'el. In der Abb.3 ist eine etwas andere Ausführungsform der Erfindung als in Abb. i dargestellt, in der die entsprechenden Kon.-struktionse:lemente mit .gleicher Bezifferung versehen sind. Zur Einstellung des Phasenlagenbereiches der Ausgangsspannung dienen zwei veränderliche Scheinwiderstandselemente, z. B. die beiden regelbaren Widerstände 33 und 34, die den beiden Spannungsteilerwiderständen (18, 2o- bzw. i9, 2o) parallelgeschaltet sind.
Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß. Abb.3 ist im wesentlichen dieselbe wie in der Anordnung nach Abb. i. Sie unterscheidet sich von, dieser nur dadurch, daß hierbei der Winkelbereich, in den die Phasenlage verschoben werden kann, sich durch Verändern der Widerstände 33 und 34 einstellen läßt, und zwar vergrößert sich der Winkelbereich, wenn die Widerstände 33 und 34 vergrößert werden.
Die Abb. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem als ruhender Phasenschieber eine Brückenanordnung verwendet wird. Die Brückenanordnung 35 besteht hierbei aus zwei gegenüberliegenden Zweigen mit den kapazitiven Blindwiderständen 36, 37 und den beiden übrigen: Zweigen mit den Ohmscheu Widerständen 38 und 39. Zwei der gegenüberliegenden Verbindungen zwischen den. Widerständen und den Kapazitäten, z. B. die Verbindungspunkte 40 und :I1, sind mit den Endpunkten ii und 12 der Wicklung io verbunden, während die Verbindungspunkte d2, 4.3 zu den Endpunkten 18 und ig des Widerstandes 17 geführt sind. Außerdem ist der Zwischenanzapfpunkt 2o des Widerstandes 17 an den -\-erbindungspunkt ,.i und an das eine Ende 12 der Wicklung io angeschlossen.
Die Phasenlage der dem Stromkreis 22 zu- geführLen Wechselspannung läßt sich stetig nach vorn verschieben, indem das Schleifkontaktelement von dem einen Endpunkt i8 des Spannungsteilers 16 bis zu dessen anderem Ende ig verstellt wird. Die Anordnung ermöglicht eine weiche und stetige Regelung der Ausgangsspannung über einen Winkelbereich von etwa 36o" e1. bis herunter zu sehr kleinen. zVinkelbereichen.
In Abb.5 ist schließlich noch ein: Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. das in vieler Beziehung der Anordnung nach Abb. d. ähnlich ist und das sich insbesondere zur Verschiebung der Phasenlage der Ausgangssteuerspannung innerhalb eines Winkelbereiches von etwa 36o° eignet. Der Spannungsteiler d.4 besteht aus einem mit der Brücke 35 und der Wicklung io verbundenen Widerstand :I5. Die Endpunkte 46 des Wider-*standes d.5 stehen mit dem Verzweigungspunkt .I3 der Brücke 3.5 und dem Endpunkt ii der Wicklung io in Verbindung. Der Punkt 7 ist mit der Brücke 35 in dem Punkt 4o und der Punkt 4.8 mit dem Verzweigungspunkt :12 und dem Endpunkt 12 der Wicklung io verbunden, während der Punkt :I9 zu dem Verzweigungspunkt .Ii geführt ist. Der auf dem Widerstand 45 bewegliche Schleifkontakt 5o dient zur Phasenverschiebung der Ausgangsspannung in dem zwischen dem beweg-Iiehen Kontakt 50 und dem Anzapfpunkt 13 auf der Wicklung io liegenden Stromkreis 22. 36, 37 sind die Brückenkondensatoren, 38, 39 die Brückenwiderstände.
Genau wie bei den bisher beschriebenen Anordnungen dient der Schleifkontakt 5o hierbei zur Vor- oder Rückwärtsverschiebung der Phasenlage der dem Stromkreis 22 zugeführten Ausgangsspannung, und zwar läßt sich auch hier die Phasenlage in dem ganzen Winkelbereich von 36oJ ,e1. stetig verschieben.

Claims

PATENTANSPRL CHE: i. Phasenschiebereinrichtung zur Steuerung von Entladungsstrecken in Stromrichteranordnungen, die aus einer Kombination von Kapazitäten, Induktivitäten und Ohmschen Widerständen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brückenanordnung, bei der die einen beiden hintereinandergeschalteten Zweige aus einem Kondensator und einem Ohmschen Widerstand und die anderen beiden hintereinandergeschalteten Zweige aus einer Drossel und einem Ohmschen Widerstand bestehen, von einer Transformatorwicklung mit Mittelanzapfung gespeist wird und daß die für die Steuerung der Entladungsstrecken dienende, in ihrer Phasenlage in weiten Grenzen veränderbare Spannung zwischen der Mittelanzapfung des Transformators und einem längs beider Ohmschen Widerstände verschiebbaren Kontakt abgegriffen wird.
2. Phasenschiebereinrichtung zur Steuerung von Entladungsstrecken in Stromrichteranordnungen, die aus einer Kombination von Kapazitäten, Induktivitäten und Ohmschen Widerständen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einer Brückenanordnung, bei der die einen beiden gegenüberliegenden Zweige aus gleichartigen Blindwiderständen und die anderen beiden gegenüberliegenden Zweige aus Ohmschen Widerständen bestehen, ein aus Ohmschen Widerständen bestehender Spannungsteiler liegt und daß die für die Steuerung der Entladungsstrecken dienende, in ihrer Phasenlage in weiten Grenzen veränderbare Spannung zwischen der Mittelanzapfung der die Brückenanordnung speisenden Transformatorw-icklung und dem längs des Spannungsteilers verschiebbaren Kontakt abgegriffen wird.
3. Phasenschiebereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Phasenlagenbereiches der Ausgangsspannung den beiden Ohmschen Widerständen des Spannungsteilers jeweils veränderbare Widerstände parallel geschaltet sind. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen «-orden: Französische Zusatz-Patentschrift Nr. 40 909 zu 651 368: schweizerische Patentschrift N r. 176 i-lo.