DE837416C

DE837416C - Brennspannungs-Messgeraet fuer Stromrichter

Info

Publication number: DE837416C
Application number: DEM1349A
Authority: DE
Inventors: Kurt Mueller-Luebeck
Original assignee: KURT MUELLER LUEBECK
Current assignee: KURT MUELLER LUEBECK
Priority date: 1950-01-10
Filing date: 1950-01-10
Publication date: 1952-04-28

Description

Brennspannungs-Meßgerät für Stromrichter Die 1_ichtlx@genspamiunä oder hrennspantitui@g eines Gleichrichtergefäßes oder sonstigen @beliebig gesteuerten '-letalldamlifentladungsgefäßes, fortan als Stromrichtergefäß bezeichnet, ist eine wichtige, aber ineßtec'hnisch sehr schwer zu erfassende Betriel)sgröße. D-lan kann sie mittels eines Wattineters .und eines Amperemeters aus der L,ichthogenverlustleistung und dem mittleren Anodenstrom ermitteln, jedoch ist diese Methode umständlich und für eine unmittelbare direkte Anzeige der Brennsliaunung ungeeignet. Aus diesem Grunde sind bereits verschiedene auf einer reinen Spann,ungsmessung beruhende Meßmethoden, die beispielsweise unter Einschaltung einer Hilfsentladungsröhre in den Meßstromkreis zwischen einer Anode und der Kathode des Stromrichters eine direkte Anzeige der Brennspannung ermöglichen sollen, vorgeschlagen worden. Aber auch diesen Nlethodeii haften noch verschiedene Mängel an. Vor allem ist es bei solchen Anordnungen schwierig, wenn nicht unmöglich, ,die Forderung nach einer genügenden Meßgena,uigkeit mit der Sicherstellung einer ausreichenden Spannungsfestigkeit gegen die negative Sperrspannung des. Stromrichters zu vereinigen.
Um die Bedingungen, die an Meßeinrichtungen für die direkte Messung der Brennspannung beliebig gesteuerter Stromrichter gestellt werden, ,deutlich vor Augen zu führen, sind einige Vorbemerkungen über die Strom- und Spannungsverhältnisse eines Stromridhtergefäßes notwendig. Zu diesem Zweck zeigt Abb. i als Beispiel die Oszillogramme der Spannungen uAK 1 und uAK 2 zwischen einer Anode A1 und der Kathode K bzw. zwischen der zeitlich nachfolgenden Anode A2 und der Kathode K des Gefäßes eines gittergesteuerten Dreiphasengleichrichters. Die Zeitabschnitte A-B bzw. C-D kennzeichnen die Brenndauer der Anodenströme der Anoden A1 bzw. A2.
Vor Eintritt der Zündung ,des Lichtbogens ist die Spannung zwischen einer Anode und der Kathode bereits positiv, jedoch ist angenommen, .daß die Zündung der Entladungsstrecke infolge der Gittersteuerung noch für eine bestimmte Zeitdauer, die als Zündwinkel a bezeichnet ist, gesperrt gehalten ist. Nach Eintritt der Zündung ist die Spannung zwischen Anode und Kathode die Lichtbogen-oder Brennspannung, die später mit ui bezeichnet ist. Die Brenndauer der Anode ist stets ein ganzza'hliger Bruchteil der Periodendauer 36o° der Wechselspannungen des Stromrichters, im vorliegenden Beispiel i2o°, zuzüglich der Üiberl'appungs-oder Kommutierungsdauer zc der Anodenströme. Nach Verlöschen des Lichtbogens setzt zwischen Anode und Kathode die negative Sperrspannung ein.
Eine Einrichtung zur direkten Anzeige der mittleren Brennspannung muß also dem anzeigenden Spannungsmesser die positive Spannung vor Zündung des Lichtbogens und die negative Sperrspannung nach Verlöschen des Lichtbogens fernhalten und muß die Lichtbogenspannung selbst an den Spannungsmesser heranführen. Zur Ermöglichung einer festen Eichung des Spannungsmessers in Voltbeträgen der Brennspannung muß,indessen die Heranführung der Spannung an den Spannungsmesser über eine feste Zeitdauer, beispielsweise über i2o°, erfolgen. Es ist also notwendig, die Einwirkung der Brennspannung auf den Spannungsmesser während der Kommutierungsdauer u auszuschalten.
Um diesen letzteren Zweck zu erreichen, hat man vorgeschlagen, entweder eine Kombination von Hilfsentladungsröhren an zwei zeitlich aufeinanderfolgende Anoden anzuschließen oder auf andere Weise eine an einer einzigen Anode angeschlossene Hilfsentlad@ungsröhre durch Gittersteuerung mittels der Spannung einer Nachbaranode so zu steuern, daß die Röhre während der Kommutierungsdauer der Anoden gesperrt bleibt.
Alle diese Anordnungen haben indessen noch erhel>liche Mängel. Einer dieser ist der Umstand, daß die eigeneBrennspannung @derHilfsentladungsröhre in die Messung mit eingeht. Bei Glühkathodenröhren, die hierfür vorzugsweise in Vorschlag gebrac'ht worden sind, ist aber die Brennspannung temperaturabhängig. Ein weiterer Mangel dieser Röhren ist die meist zu große Streuung der Gitterspannungswerte, .die einer bestimmten Anodenspannung, bei der die Entladung noch gesperrt bleiben soll, entsprechen. Man hat daher daran gedacht, diese Röhren durch Relais, beispielsweise polarisierte und genügend trägheitslose Fernmelderelais, zu ersetzen, aber bei diesen ist es wieder schwierig, an denRelaiskontakten die negativeSperrspannung des Stromrichters zu beherrschen.
Aus diesen Gründen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, Anordnungen mit Hoc'hvakuumröhren, beispielsweise Dioden, Trioden und Penthoden, zu verwenden, die so geschaltet und derart gesteuert sind., daß iihre eigene Anodenspannung in die Messung der Brennspannung nicht eingeht und die Einwirkungsdauer der Brennspannung auf den anzeigenden Spannungsmesser auf eine bestimmte unveränderliche Zeit begrenzt ist. Solche Anordnungen lassen sich, wie gezeigt wird, noch so moddfizieren, daß die Röhrender negativen Sperrspannung des Stromrichters nicht ausgesetzt sind.
Die Eliminienwng der Anodenspannung der Röhren für den Meßvorgang erfolgt durch Schaltung der zwischen der zu messenden Anode des Stromrichters und dem Spannungsmesser liegenden Röhrenstufe als sog. Kathodenverstärker. Dies ist eine Verstärkerscha ltung, bei der der Aribeitsw;iderstand -auf -der Kathodenseite der Röhre liegt.
Die Begrenzung der Einwirkungsdauer der Brennspannung auf das Meßgerät auf ein festes Zeitmaß kann beispielsweise .durch Abschneidung ,der Kommutierungsdauer am Ende der AnQdenbrenndauer oder durch A@bschneidung eines gleichlangen Zeitabschnittes zu Beginn derAnodenibrenndauer erfolgen. Für den letztgenannten Fall wird ,die zu erfühlende Aufgabe durch die Abb. 2 veranschaulicht. Die ersten beiden Kurven uAK1 und uAK2 stellen die gleichgerichteten Kurven der Abb. i, also deren positiver Bestandteil, dar. Die dritte Kurve in Abb. 2 stellt die zweite Kurve dar unter Fortlassung ihres bis zum Ende der ersten Kurve währenden Bestandteiles. Diese dritte, nur noch Werte der Brennspannung enthaltende und mit uL bezeichnete Kurve stellt eine Spannung dar, die über eine feste Zeitdauer; in diesem Beispiel 120°, besteht. Es ist der Zweck der nachfolgend angegebenen Anordnungen, derart vorbereitete Spannungen auf das Meßgerät einwirken zu lassen.
Eine solche Anordnung zeigt Abb. 3. Die Ab- bildung zeigt schematisch ein Stromrichtergefäß mit der Kathode K; von seinen Anoden sind nur die Anode A1 und die zeitlich nachfolgende Anode A2 wiedergegeben. An die Anode A2 ist über einen Gittervorwiderstand Idas Gitter einer als Kathodenverstärkerstufe geschalteten Triode angeschlossen. An der Kathode der Röhre liegt der Spannungsmesser h. Bei Gitterspannung Null liegt am Voltmeter an und für sich die dem Anodenruhestrom zukommende Kathodenruhespannung, doch läßt sich diese entweder eineichen oder durch an sich ,bekannte Schaltmaßnahmen kompensieren. Wichtig ist es nun, dafür Sorge zu tragen, d@aß die negativen Bestandteile der Anodenspannung des Stromrichters für den Spannungsmesser unwirksam bleiben. Die Begrenzung der Einwirkungsdauer der Spannung der Anode A2 erfolgt durch ein an die Anode A1 angeschlossenes polarisiertes und genügend trägheitsloses Relais, das ibei positiver Spannung der Anode A1 das Gitter der Triode an die Kathode des Stromrichters legt, also auf Gitterspannung Null schaltet.

Eine denselben Zweck erfüllende andere Anordnung zeigt Abb. 4, bei der eine Penthode als Röhre verwendet ist. Die Begrenzung der Einwirkungsdauer der Spannung der Anode .42 erfolgt wieder durch ein an die Anode A1 angeschlossenes polari-

siertes Relais. nur bewirkt dieses bei Ansprechen

eine Unterbrechung der Sc'hirmgitterzuleitung der

Pentliode. Das gleiche ist natürlich mit einer

Tetrode erreichbar.

,Dasselbe erzielt man mit der Anordnung nach

Abb. 5, hei der die Schirm@gitterspannung der Pen-

thode aus der Anodenspannung einer besonderen

Verstärkerstufe abgegriffen ist, die ihrerseits von

der :lriodenspannung der Anode A1 des Stromrich-

ters gesteuert ist. Durch eine aus einem Gittervor-

widerstand und einen an eine feste negative Span-

nung angeschlossenen Gittera@bleitwiderständ be-

stellende Sparin@ungsteileranordnung ist dafür ge-

sorgt, daß diese Verstärkerstufe erst bei pösitiver

Spannung von .Q1 wirksam wird und infolge des

Gitterstromeinsatzes ihre Anodenspannungsände-

rung von der Größe der positiven Spannung von.Qi

unabhängig ist.

Alle diese bisIher genannten Ausführungsbei-

spiele der Meßanordnungen haben indessen noch

den :Mangel, <laß die Röhre der Kathodenverstär-

kerstufe und die weiteren an dieAnoden des Strom-

richters angeschlossenen Einrichtungen der nega-

tiven Sperrspannung voll ausgesetzt sind und daß

es ferner nicht ganz einfach ist, die Einwirkung der

negativenSperrspannung auf denSpannungsmesser

völlig auszuschalten. Um beide Schwierigkeiten

zii iiüerwin(Ien, wird nach einer Weiterbildung

des Erfindungsgedankens vorgeschlagen mittels

Dioden, die über hochohm@ige Widerstände an die

Anoden des Stromrichters angeschlossen sind,

eine vorbereitende Gleichrichtung der Anoden-

spannungen vorzunehmen. Die Dioden sind so ge-

Ix)lt anzuschließen, d@aß sie bei Erscheinen der

negativen Sperrspannung Strom aufnehmen, wobei

praktisch die ganze Sperrspannung im Vorwider-

stand der Diode verbraucht wird, und d@aß hei posi-

tiverAnodenspa-nnung des Stromrichters die Diode

stromlos bleibt, so daß diese Spannung urigeändert

der Nteßanordnung zugeführt ist. Es bewährt

sich dabei die I.igentiimlichkeit der Messung der

Spannung mittels der Kathodenverstärkerstufe,

daß sie ohne Stromentnahme erfolgt.

Eine dementsprechende Anordnung zeigt Abb. 6;

hier ist wieder eine als Kathodenverstärkerstufe

geschaltete Penthode vorgesehen, deren Sc'hirm-

gitterspannung durch ein polarisiertes Relais ge-

steuert wird. Sowohl Steuergitter der Penthode

als auch Relais sind unter Zwischenschaltung der

vorhin beschriebenen Diodenstrecken an die

AnodetiAr undA= des Stromrichters angeschlossen.

Da bei Verwendung nur einer Diode für jeden

Anodenkreis immer noch die Diodenspannung als

Restspannung während der Dauer der negativen

Sperrspannung für die Meßanordnung wirksam

,bleibt, empfiehlt es sich, jeweils eine Kette von

Gliedern, die je aus einem Widerstand und einer

Diode bestehen, zu verwenden. Irrallgemeinen er-

hält man bei zwei Gliedern eine ausreichende Aus-

löschurig der negativen Sperrspannung. Eine dem-

entsprechende Anordnung mit zwei über Vorw ider-

stände an die Anoden A,- und A, angeschlossenen

Dioden und an diese unter abermaliger Zwischen-

schalturig vonWiderständen angeschlossener Doppeldiode zeigt Abb.7. Bei dieser ist wieder beispielsweise eine Penbhode als KathodenverstärlCerstufe mit einer besonderen Verstärkerstufe zur Steuerung des Schirmgitters zugrunde gelegt.

Es ist bei allen diesen Anordnungen ein leichtes, durch Anwendung an sich bekannter Mittel zu erreichen, daß an Stelle der mittleren ,Brennspannung beispielsweise der Höchstwert der Brennspannung zur Anzeige gebracht wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Meßgerät zur direkten Anzeige der Brennspannung von Stromrichtern, dadurch gekennzeichnet, daß der die Brennspannung anzeigende Spannungsmesser an die zwischen einer der Anoden und der Kathode des Stromrichters liegende Spannung unter Zwischenschxlt-ung einer als Kathodenverstärkerstufe geschalteten Hochvakuumverstärkerröhrt angeschlossen ist.
2. Meßgerät zur direkten Anzeige der Brennspannung von Stromrichtern nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenverstärkerstufe zusätzlich derart gesteuert ist, daß die Einwirkung der Brennspannung des Stromrichters auf den Spannungsmesser nur über eine bestimmte unveränderliche Zeitdauer erfolgt.
3. Meßgerät zur direkten Anzeige der Brennspannung von Stromrichtern nach' Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Steuerung der Kathodenverstärkerstufe mittels der Spannung einer weiteren Anode des Stromrichters, vorzugsweise einer der gemessenenAnode zeitlich vorhergehenden Anode, erfolgt. q.
Meß@gerät zur direkten Anzeige der Brennspannung von Stromrichtern ,nach Anspruch i ;bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Steuerung der Kathodenverstärkerstufe mittels eines polarisierten Relais erfolgt, das entweder auf das Steuergitter der Röhre oder bei Verwendung einer Penthode auf das Schirmgitter ,der Röhre einwirkt.
5. Meßgerät zur direkten Anzeige der Brennspannung von Stromrichtern nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen Steuerung der Kathodenverstärkerstufe die Schirmgitterspannung der Penthode der Anodenspannung einer weiteren Verstärkerstufe entnommen ist, die von der zur zusätzlichen Steuerung vorgesehenen Anode des Stromrichters gesteuert wird.
6. Meßgerät zur direkten Anzeige der Brennspannung von Stromrichtern nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß der Steuermittel der Meßeinrichtung an die Anoden des Stromrichters unter Zwischenschaltung einer Diode und eines zugehörigen Vorwiderstandes zwischen jeder Anode und der Kathode erfolgt, wobei die Diode so gepolt angeschlossen ist, daß sie bei Auftreten der negativen Sperrspannung stromführend und bei positiver Anodenspannung stromlos ist.
7. Me&gerät zur d irekten Anzeige der Brennspannung von Stromrichtern nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlug der Steuermittel ,der Meßeinricihtung an die Anoden des Stromrichters unter Zwischenschaltung je einer zwei- oder mehrgliedrigen Kette von Dioden mit zugehörigen Vorwiderständen zwischen jeder :1n-)de und der Kathode erfolgt. B. Meßgerät zur direkten Anzeige der Brennspannung von Stromrichtern nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gitterkreis :der Kathodenverstärkerstufe in an sich bekannter Weise Mittel eingeschaltet werden, die das Steuergitter auf den Höchstwert der ,Brennspannung aufladen, so daß das Meßgerät diesen Höchstwert der Brennspannung 'zur Anzeige bringt.