DE808733C

DE808733C - Einrichtung zur Umwandlung von Gleich- in Wechselspannungen

Info

Publication number: DE808733C
Application number: DEP39074A
Authority: DE
Inventors: Klaas Posthumus
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1948-05-03
Filing date: 1949-04-07
Publication date: 1951-07-19
Also published as: BE488814A; GB667684A; CH274078A; FR985390A; US2650340A; NL72287C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Umwandlung von Gleich- in Wechselspannungen mittels einer Anzahl nacheinander gezündeter Gasentladungsröhren.

Es sind bereits Einrichtungen mit einer Anzahl von Gasentladungsröhren vorgeschlagen worden, die je mit einer Ausgangsimpedanz, die von einem auf die Frequenz der zu erzeugenden Wechselspannungen abgestimmten Schwingungskreis gebildet ist, in Reihe geschaltet sind. Diese Reihenschaltungen sind miteinander parallel geschaltet und über eine gemeinsame Drossel mit der Gleichstromquelle verbunden. Die Gasentladungsröhren werden hierbei periodisch im Rhythmus der zu erzeugenden Frequenz und nacheinander in bezug auf einander gleiche Phasenverschiebungen gezündet, so daß die Ausgangsimpedanzen entsprechend den Zündungszeitpunkten der ihnen zugeordneten Entladungsröhren phasenverschobene Spannungen führen.

Die Erfindung schafft eine Verbesserung derartiger Einrichtungen.

Nach der Erfindung enthält die Einrichtung mehrere steuerbare Gasentladungsröhren, von denen wenigstens eine mit einer Ausgangsimpedanz, die von einem auf die Frequenz der zu erzeugenden Wechselspannung abgestimmten Schwingungskreis gebildet ist, und einer anderen Röhre (Hüfsröhre) mit einer Hilfswechselspannungsquelle in Reihe geschaltet ist. Die Reihenschaltungen sind miteinander parallel geschaltet und über eine gemeinsame Drossel mit der Gleichstromquelle verbunden. Die Röhren werden nacheinander und periodisch im Rhythmus der zu erzeugenden Spannungen gezündet, wobei die Hilfswechselspannung derart gewählt ist, daß im Zündungszeitpunkt der

Hilfsröhre diese zeitlich die Entladung sämtlicher anderer in diesem Zeitpunkt wirksamer Entladungsröhren übernimmt.

Es wurde festgestellt, daß in Schaltungen von der bereits vorgeschlagenen Art neben dem erwünschten Betriebszustand, in dem die Gleichstromenergie durch periodische Erregung der Schwingungskreise in Wechselstromenergie umgewandelt wird, unter Umständen ein ungünstiger stabiler Zustand eintreten kann, in

ίο dem keine Schwingungen in den Schwingungskreisen auftreten und die Gasentladungsröhren ununterbrochen leitend sind.

Durch Anwendung der Erfindung wird jeweils bei der Zündung der Hilfsröhre ein zeitliches Erlöschen der in diesem Augenblick leitenden Gasentladungsröhren bewirkt, wodurch das Auftreten des unerwünschten stabilen Zustandes vermieden wird.

Vorzugsweise befindet sich parallel zur Hilfswechselspannung in Reihe mit der Hilfsröhre ein auf die Hilf s-

ao wechselspannungsfrequenz abgestimmter Schwingungskreis. Hierdurch ergibt sich der wichtige Vorteil, daß eine Beeinflussung der Hilfswechselspannungsquelle durch den von der Gleichstromquelle stammenden Strom beträchtlich herabgesetzt wird.

as Zur Erzielung der gewünschten Wirkung wird die Hilfswechselspannung insbesondere derart gewählt, daß diese im Zündungsaugenblick eine der Speisegleichspannung entgegengesetzte Polarität und eine derartige Amplitude hat, daß die Anodenspannung an der Hilfsröhre ihre Brennspannung übersteigt.

Das periodische Erlöschen der Hilfsröhre im Augenblick der Zündung der folgenden Gasentladungsröhre und infolgedessen das Unwirksamwerden der Hilfswechselspannung ist .verbürgt, wenn die Hilfswechselspannung im erwähnten Zündungsaugenblick eine mit der Speisegleichspannung übereinstimmende Polarität und eine derartige Amplitude hat, daß die Anodenspannung der in diesem Augenblick gezündeten Gasentladungsröhre die Brennspannung der Hilfsröhre übersteigt.

Die Form und Frequenz der periodisch wirksamen Hilfswechselspannung sind beliebig, sofern den gestellten Bedingungen entsprochen wird. Die Spannung kann z. B. einen sägezahnförmigen oder rechteckförmigen Verlauf haben. Vorzugsweise wird eine sinusförmige und in der Frequenz mit der zu erzeugenden Wechselspannung übereinstimmende Hilfswechselspannung verwendet.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. In der Zeichnung sind entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. ι zeigt eine Einrichtung zur Umwandlung von Gleich- in Wechselspannungen nach der Erfindung mit einem als Belastungskreis verwendeten Schwingungskreis; in

Fig. 2 sind einige Spannungszeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. ι dargestellt.
Fig. 3 ist eine Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung mit einem in Gegentakt erregten Belastungskreis; in Fig. 4 sind einige Spannungszeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 3 dargestellt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung zur Umwandlung von Gleich- in Wechselspannungen wird die in Wechselspannung verhältnismäßig hoher Frequenz, z. B. 10 000 Hz, umzuwandelnde Gleichspannung erzielt durch Gleichrichtung der der Sekundärwicklung 2 eines Transformators entnommenen dreiphasigen Wechselspannung von Netzfrequenz mittels der Gleichrichter 1. Diese Gleichspannung wird über eine Drossel 3 in Parallelschaltung den Anoden zweier mit Steuergittern versehener Gasentladungsröhren 4,5 zugeführt, von denen die Gasentladungsröhre 5 die sogenannte Hilfsröhre bildet. In jedem der Kathodenkreise der Gasentladungsröhren 4, 5 befindet sich ein auf die Frequenz der zu erzeugenden Wechselspannung abgestimmter Schwingungskreis 6 (Belastungskreis) bzw. 7. Parallel zum Schwingungskreis 7 ist eine Hilfswechselspannungsquelle 8 geschaltet, welche in Parallelschaltung mit einer Spule 9 niit der Kathode der Hilfsröhre 5 verbunden ist. Die Hilfswechselspannungsquelle 8 erzeugt eine sinusförmige Wechselspannung, deren Frequenz mit der Abstimmfrequenz des Schwingungskreises 6 bzw. 7 übereinstimmt.

Der Generator 8 ist mit zwei Hilfsbürsten 10 versehen, an denen eine in bezug auf die an den Kreis 7 angelegte Hilfswechselspannung um 90 ° in der Phase verschobene Spannung auftritt, die einem Impulsgenerator 11 zur Erzeugung von mit den Nulldurchgangen dieser Spannung zusammenfallenden Spannungsimpulsen zugeführt wird. Diese Spannungsimpulse werden abwechselnd den Steuergittern der Röhren 4 und 5 zugeführt zur periodischen Zündung dieser Röhren mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von etwa 180°, an der zu erzeugenden Wechselspannung gemessen.

Die Wirkungsweise der dargestellten Einrichtung wird an Hand der in Fig. 2 dargestellten Zeitdiagramme erläutert.

In Fig. 2 a sind mit α und b die beim Normalbetrieb im Schwingungskreis 6 auftretende Spannung bzw. die Hilfswechselspannung bezeichnet, und

Fig. 2 b zeigt die zur Zündung der Gasentladungsröhren verwendeten, dem Steuergitter der Röhren zugeführten Spannungsimpulse.

Vorausgesetzt wird, daß im Zeitpunkt I₁ die Gasentladungsröhre 4 mittels eines Zündimpulses p_x gezündet wird. In Zusammenhang mit dem geringen inneren Widerstand einer gezündeten Gasentladungsröhre wird dann praktisch das obere Ende des Schwingungskreises 6 unmittelbar mit der Drossel verbunden sein, so daß die Spannung an dem der Röhre zugewendeten Ende der Drossel 3 der Spannung am Schwingungskreis 6 folgt und also sinusförmig verlaufen wird.

Nach Ablauf eines mit einer Halbperiode der zu erzeugenden Wechselspannung übereinstimmenden Zeitraumes wird im Augenblick t₂ die Hilfsröhre 5 von einem Zündimpuls p.₂ gezündet. Infolge der Hilfswechselspannung hat (vgl. Fig. 2) in diesem Augenblick die Kathode der Röhre 5 ein negatives Potential in bezug auf die Kathode der Röhre 4, wodurch die Anodenspannung der Röhre 4 bis unterhalb der Brennspannung abfällt, so daß diese erlischt.

Wieder nach 180 ° wird die Gasentladungsröhre 4 im Augenblick ^₃ von einem Zündimpuls p₃ gezündet.

Infolge der Hilfswechselspannung hat jetzt die Kathode der Röhre 4 ein negatives Potential in bezug auf die Kathode der Röhre 5 und letztere wird ausgelöscht, wonach sich der besagte Zyklus wiederholt.
Sogar wenn keine Schwingungen im Schwingungskreis 6 auftreten, werden beim geschilderten Verlauf der Hilfswechselspannung die Gasentladungsröhren 4, 5 in jeder Zyklusperiode ausgelöscht und gezündet. Der vorerwähnte unerwünschte stabile Zustand wird somit vermieden.

Zum Abschwächen einer gegenseitigen Kopplung der Kreise 6 und 7 ist zwischen dem Schwingungskreis 7 und der Kathode der Hilfsröhre 5 eine Spule 9 geschaltet.

Während der Zeiträume, in denen die Gasentladungsröhren 4, 5 leitend sind, fließt durch sie ein etwa konstanter Gleichstrom. In den Zeiträumen, in denen die Hilfsröhre 5 leitend ist, wird der Schwingungskreis 7, dessen Kreisstrom beträchtlich ist und z. B. das zehnfache des von der Hilfswechselspannungsquelle 8 stammenden Stromes übersteigt, den größten Teil des Hilfsröhrenstroms aufnehmen, so daß die Beeinflussung der Hilfswechselspannungsquelle 8 durch den Hilfsröhrenstrom wesentlich herabgesetzt wird.

Die Energieübertragung von der Gleichstromquelle zu den Kathodenkreisen der Gasentladungsröhren 4, 5 wird durch das Zeitintegral des Produktes aus dem der Gleichstromquelle entnommenen Strom und der in den entsprechenden Kathodenkreisen der Gasentladungsröhren 4, 5 auftretenden Spannung bestimmt. Die Dauer, während der die Gasentladungsröhren 4, 5 leitend sind, wird durch das Auftreten der Zündungsimpulse bestimmt. Durch Regelung der Phase der Freigabeimpulse in bezug auf die an den Kathoden der Gasentladungsröhren auftretende Wechselspannung oder der Zeiträume, während der die Gasentladungsröhren leitend sind, ist diese Energieübertragung veränderbar.

Im betrachteten Ausführungsbeispiel ist im Zeitraum I₁-I₂, in dem die Kreisspannung am Schwingungskreis 6 positiv ist, die Gasentladungsröhre 4 leitend; es wird somit dem Schwingungskreis 6 jeweils eine maximale Energiemenge zugeführt.

In Fig. 2 ist die Phase der Zündungsimpulse in bezug auf die Hilfswechselspannung derart gewählt, daß über die Zeitperiode i₂-t₃, in der die Hilfsröhre 5 leitend ist, der mittlere Wert der Hilfswechselspannung nahezu gleich Null ist. Die Energieübertragung zum Schwingungskreis 7 und zu der mit diesem verbundenen Hilfswechselspannungsquelle 8 ist infolgedessen ebenfalls nahezu gleich Null.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird in Abweichung von der in Fig. 1 dargestellten Schaltung ein Schwingungskreis 6 verwendet, dessen Mittelpunkt geerdet ist und der von Gasentladungsröhren 12, 13 in Gegentaktschaltung gespeist wird, wobei die Hilfswechselspannung eine mit der doppelten Abstimmfrequenz des Schwingungskreises 6 übereinstimmende Frequenz hat.

Die Wirkungsweise der dargestellten Einrichtung wird an Hand der in Fig. 4 dargestellten Zeitdiagramme erläutert.

In Fig. 4a stellen c bzw. c' die beim Normalbetrieb in den Kreishälften zwischen den Kathoden der Gasentladungsröhren 12, 13 und der Mittelanzapfung des Schwingungskreises 6 auftretende Spannung und die Hilfswechselspannung dar. Während jeder Periode der zu erzeugenden Wechselspannung treten vier Zündungsimpulse auf, die in Fig. 4 b dargestellt sind.

Ganz entsprechend der Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung werden die Gasentladungsröhren in den Zeitpunkten I₁, t_z, t₃, Z₄, t-_ö durch die impulsförmigen Spannungen p_v p₂, p₃, p_iy p_h in der Reihenfolge 12-5-13-5-12 gezündet, wobei jeweils die Zündung einer Röhre das Erlöschen der Entladung der unmittelbar vorangehend gezündeten Röhre bewirkt.

Auch wenn die beiden Gasentladungsröhren 12, 13 gleichzeitig leitend werden, z. B. durch Fehlen von Schwingungen im Schwingungskreis 6, so werden diese Röhren trotzdem in einem Zyklus unter dem Einfluß der Hilfswechselspannung ausgelöscht, und es wird somit das Eintreten eines unerwünschten, stabilen Zustandes vermieden.

Außer den erwähnten Ausführungsbeispielen sind im Rahmen der Erfindung noch andere möglich. Es kann z. B. die Einrichtung eine von zwei Schwingungskreisen gebildete Ausgangsimpedanz enthalten, wobei jeder der Schwingungskreise über eine Gasentladungsröhre mit der gemeinsamen Drossel verbunden ist und parallel zu diesen Reihenschaltungen die Hilfsröhre mit der Hilfswechselspannungsquelle liegt. Die Hilfswechselspannung kann wieder mit der Frequenz der zu erzeugenden Schwingungen übereinstimmen, und die Röhren werden nacheinander mit gegenseitigen Phasenverschiebungen z.'B. von 120 °, an den zu erzeugenden Wechselspannungen gemessen, gezündet. In diesem Fall führen die Belastungskreise um 120 ° in der Phase verschobene Spannungen. Die Hilfswechselspannung verbürgt auch in diesem Fall in jedem Zyklus ein Erlöschen der Gasentladungsröhren.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung zur Umwandlung von Gleich- in Wechselspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere steuerbare Gasentladungsröhren enthält, von denen wenigstens eine mit einer Ausgangsimpedanz, die von einem auf die Frequenz der zu erzeugenden Wechselspannung abgestimmten Schwingungskreis gebildet ist, und einer an deren. Röhre (Hilfsröhre) mit einer Hilfswechselspannungsquelle in Reihe geschaltet ist. Die Reihenschaltungen sind miteinander parallel geschaltet und über eine gemeinsame Drossel mit der Gleichstromquelle verbunden. Die Röhren werden nacheinander und periodisch im Rhythmus der zu erzeugenden Spannungen gezündet, wobei die Hilfswechselspannung derart gewählt ist, daß im Zündungszeitpunkt der Hilfsröhre diese zeitlich die Entladung sämtlicher anderer in diesem Zeitpunkt wirksamer Entladungsröhren übernimmt.

2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Hilfswechselspannungsquelle in Reihe mit der" Hilfsröhre ein auf die Hilfswechselspannungsfrequenz abgestimmter iss Schwingungskreis liegt.

3· Einrichtung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswechselspannung derart gewählt ist, daß sie im Zündungsaugenblick eine der Speisegleichspannung entgegengesetzte Polarität und eine derartige Amplitude hat, daß die Anodenspannung der Hilfsröhre ihre Brennspannung übersteigt.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Zündungsaugenblick der auf die Hilfsröhre folgenden Entladungsröhre die Hilfswechselspannung eine mit der Speisegleichspannung übereinstimmende Polarität und eine derartige Amplitude hat, daß die Anodenspannung der in diesem Augenblick gezündeten Gasentladungsröhre die Brennspannung der Hilfsröhre übersteigt.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Hilfswechselspannung mit der Frequenz der zu erzeugenden Wechselspannung übereinstimmt. ao

6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswechselspannungsquelle über eine Spule mit der Kathode der Hilfsröhre verbunden ist.

7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspannungen für die Gasentladungsröhren der Hilfswechselspannungsquelle entnommen werden.

8. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase der Zündungsimpulse in bezug auf die Hilfswechselspannung einstellbar ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert der Hilfswechselspannung über den Zeitraum, in dem die Hilfsröhre leitend ist, nahezu Null ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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