DE916962C - Frequenzwandler - Google Patents

Frequenzwandler

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DE916962C
DE916962C DEW2272A DEW0002272A DE916962C DE 916962 C DE916962 C DE 916962C DE W2272 A DEW2272 A DE W2272A DE W0002272 A DEW0002272 A DE W0002272A DE 916962 C DE916962 C DE 916962C
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frequency
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frequency converter
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DEW2272A
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John Leslie Boyer
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CBS Corp
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Westinghouse Electric Corp
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/005Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases using discharge tubes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Description

  • Frequenzwandler Die Erfindung betrifft elektrische Frequenzwandler oder -umformer, um Wechselstrom einer Frequenz in Wechselstrom einer anderen Frequenz, vorzugsweise einer höheren Frequenz, zu verwandeln. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Umformer, bei denen mit Gas oder mit Quecksilberdampf gefüllte Elektronenröhren verwendet werden, wobei eine Kilowattnennleistung erzielt wird, die größer ist als die, die wirtschaftlich mit Hochvakuumröhren erreicht werden kann. Ein wichtiges Anwendungsgebiet ist die Speisung eines Induktionsofens, der Frequenzen im Bereich von iooo bis aooo Hz verlangt. Dies ist ein Frequenzbereich, in dem rotierende Umformeraggregate einen schlechten Wirkungsgrad und schlechte Regelkennlinien besitzen und in dem Hochvakuumschwingungserzeuger nicht vorteilhaft eingesetzt werden können.
  • Der Hauptgegenstand der Erfindung ist ein neuer Erregersteuerkreis für Hochfrequenzumformer der erwähnten Type, insbesondere Hochfrequenzumformer mit Quecksilberdampf röhren, d. h. Röhren mit Erregerelektroden, die allgemein als Zündelektroden (Ignitors) bekannt sind. Aus zweierlei Gründen sind bisher Quecksilberdampfröhren zur Umformung eines Gleichstromes oder eines Netzwechselstromes in Frequenzen von etwa iooo Hz nicht verwendet worden. Der eine Nachteil ist die hohe Leistung gewesen, die für die Erregung der Zündelektroden erforderlich ist, die wirtschaftlich nicht tragbar ist und-zudem mit einer schwierigen Steuerung verbunden ist, da die Zündelektrode einmal während jeder Halbperiode bei dem hochfrequenten Verhältnis erregt werden müß. Ein zweiter und vielleicht grundlegender Nachteil ist der gewesen, daß, unabhängig von der Leistungsforderung und von den Kosten, der Einsatz der Zündung der Zündelektroden um eine veränderliche Zeit in der Größenordnung von i ms schwankt, was mehr oder weniger bei einem 6o-Hz-Betrieb unwichtig ist, was aber auf beinahe 36ö elektrische Grade bei einem iooo-Hz-Betrieb hinausläuft. Diese Zeit ist für die Erregung der Zündelektroden von Zufälligkeiten abhängig, sie ist starken Schwankungen von Periode zu Periode unterworfen. Infolge dieser Schwankungen ist es daher unpraktisch, die Zündelektroden mit einer Frequenz von etwa rooo Hz zu steuern.
  • Die Erfindung besteht in erster Linie aus einem Steuersystem für Frequenzumformer, die mehrere Elektronenröhen zur Leistungsumformung zwischen zwei Wechselstromnetzen verschiedener Frequenz enthalten, wobei jede Röhre eine Zündelektrode, eine Hilfsanode und wenigstens ein Gitter aufweist. Die Gitterspannung wird von der Frequenz einer der beiden Netze moduliert, während die Zündelektrode und die Hilfsanode von der Frequenz des anderen Netzes erregt werden. Das Steuersystem weist einen Wechselstromfrequenzumformer auf, der Quecksilberdampfröhren für die direkte Umwandlung z. B. einer Frequenz von etwa 6o Hz in eine höhere Frequenz in der Größenordnung von etwa iooo Hz verwendet. Bei einer bevorzugtenAusführungsform derErfindung bestehen die Erregerkreise aus drei Teilen, erstens dem Eingangsfrequenzzündkreis für die Zündelektroden, zweitens den Gitterkreisen mit Zündelektroden, Steuergittern oder Schirmgittern, an die eine negative Gleichstromvorspannung und eine Ausgangsfrequenzsteuerspannung gelegt wird, so daß die Zündung der Quecksilberdampfröhren periodisch gesperrt wird, drittens einer Hilfsanode oder Elektrode mit einem Haltestromkreis, um einen Lichtbogen zur Hilfsanode für 12o° Eingangsfrequenz oder entsprechend der Länge eines Teiles der positiven Eingangshalbwelle aufrechtzuerhalten, da es wünschenswert sein kann, jede Röhre bei dem hohen Umformerverhältnis auf Wiederzündung bereit zu halten.
  • Die Ausgangskreise dieser Zündkreise dienen zum Umpolen des Ausgangsstromes oder als Hilfsmittel bei der Umpolung des Ausgangsstromes auf der Hochfrequenzseite.
  • Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung ist, eine Breitbandphaseneinstellung vorzunehmen, um die Zündzeit der Elektronenröhren zu regeln. Ferner ist ein Haltekreis für den Erregerbogen vorgesehen, der von zwei Eingangsphasen durch Gleichrichter erregt wird.
  • Die Erfindung wird nunmehr an Hand einer eingehenden Beschreibung zweier bevorzugterAusführungsbeispiele und der Zeichnungen näher erläutert. Fig. z und 2 sind. vereinfachte Schaltbilder; die nur die wesentlichen Merkmale zweier verschiedener Elektronenumformersysteme erläutern, indem bekannte Eigenschaften der Schalter, Spannungsregler und andere Merkmale fortgelassen sind, die nicht zum Verständnis der Erfindung erforderlich sind.
  • In Fig. i sind die grundlegenden Merkmale der Starkstrom- und der Zündkreise des Umformers dargestellt; sechs Quecksilberdampfröhren i bis 6 werden von einer Drehstromleitung 7; die an einem Starkstromtransformator 8 liegt, gespeist. Der Starkstromtransformator 8 ist primärseitig im Dreieck geschaltet. Sekundärseitig bilden seine Zickzackwicklungen io den Nulleiter i i. Die Primärwicklungen sind von dem Drehstromnetz 13 mit einer Frequenz von z. B. 6o Hz erregt. Die Sekundärwicklungen ro speisen das Drehstromnetz 7 der Quecksilberdampfröhren i bis 6. Die Quecksilberdampfröhren sind in zwei Gruppen angeordnet, i, 2 und 3 und d., 5 und 6. Jede Phase des Netzes 7 ist mit zwei Anoden 1q., und zwar mit je einer jeder Gruppe verbunden. Die drei Kathodenleitungen 15 der Röhren i, 2 und 3 der ersten Gruppe führen zur Kathodensammelleitung 16; die drei anderen Kathodenleitungen 15 der Röhren 5 und 6 sind mit einer weiteren Kathodensammelleitung 17 verbunden.
  • Ein Höchfrequenzbelastungskreis ist zwischen den beiden Kathodensammelleitungen 16 und 17 vorgesehen. Ein Ausgangstransformator oder Scheinwiderstand 2o besitzt primärseitig 2i eine Mittelpunktanzapfung 22, die mit dem Nullpunkt i i der Sekundärwicklungen io des Transformators 8 vorzugsweise über eine Drosselspule 23 verbunden ist, die die Schwankungen der hochfrequenten Grund- und harmonischen Ströme in dem Speisetransformator 8 vermindert und auch dazu beiträgt, eine Pulsation der hochfrequenten Ausgangsspannungswelle zu verringern. Der Ausgangskreis 2,4 des Umformers wird von der Sekundärwicklung 25 des Ausgangstransformators 2o gespeist und ist mit einem Induktionsofen 26 verbunden, der nur durch eine Induktivität 27 und einen Widerstand 28 angedeutet ist. In den meisten Fällen wird es erforderlich sein, einen Umpolkondensator 30 zu verwenden, um die Hochfrequenzumpolung des Ausgangsstromes des Umformers zu bewirken oder wenigstens bei der Umpolung solchen Stromes mitzuwirken. Gemäß Fig. i überbrückt der Umpolkondensator 3o die beiden Kathodensammelleitungen 16 und 17; d. h. die Primäranschlüsse des Ausgangstransformators 20. Ein zweiter Kondensator 31 dient zur Verbesserung des Leistungsfaktors und liegt parallel zu den Anschlußklemmen des Induktionsofens 26, d. h. auch parallel zu den Sekundärklemmen des Ausgangstransformators 2o.
  • Es ist möglich, einen der beiden Kondensatoren 30 oder 31 fortzulassen, indem der verbleibende Kondensator die Funktion des anderen mit übernimmt und sein Wert für diesen Zweck entsprechend größer bemessen ist. Es ist jedoch gewöhnlich wirtschaftlicher, den Kondensator 3 i zur Einstellung des Leistungsfaktors bei Normalbelastung zu verwenden, während der Kondensator 30 nur für die Umpolzwecke benutzt wird. Dieser Kondensator wird abwechselnd nach der einen und nach der anderen Richtung geladen, während die Halbperioden der Ausgangsfrequenz aufeinanderfolgen. Er schneidet den Ausgangsstrom an dem Ende jeder Ausgangsfrequenzhalbperiode ab und unterdrückt oder polt so den Belastungsstrom durch den Hauptanoden-Kathodenkreis der verschiedenen Röhren i bis 6 um. Dies erfolgt in t;lbereinstimmung mit der Röhre, die gerade Strom führt.
  • Gemäß der Erfindung wird ein besonders ausgeführter Zündkreis für die Umformerröhren i bis 6 benutzt. Jede Röhre weist außer dem Anodenkreis 14 und dem Kathodenkreis 15 ein Steuer-oder Schirmgitter 33, das dicht bei der Anode angebracht ist, und ein Erregergitter'34, das dicht bei dem Steuergitter angeordnet ist, eine Zündelektrode 35 und eine Hilfsanode oder Elektrode 36 auf. Ein winziger Kreis oder Punkt deutet in jeder Röhre wie üblich an, daß es sich um eine gasgefüllte oder Quecksilberdampfröhre handelt oder daß andere Mittel vorgesehen sind, um die Zündelektrode oder eine Steuerröhrenelektrode unwirksam zu machen, im allgemeinen um die Zündung der Röhre, die eingesetzt hatte, zu unterbrechen. Das äußere Gitter 34 wirkt entionisierend für das innere Steuergitter 33. Der Abstand zwischen dem inneren Gitter und der Anode und zwischen den beiden Gittern ist so klein, wie es fabrikationstechnisch möglich ist, gewöhnlich etwa 6 mm. Die Gitter sollen dünn sein und nur kleine Löcher aufweisen von gewöhnlich 6 mm Durchmesser. Durch dieses Hilfsmittel wird die Steuerfähigkeit der Röhrengitter bei Hochfrequenz erhöht.
  • Die Erregerströme für die verschiedenen Zündelektroden 35 der Röhren i bis 6 werden von den drei einzelnen Phasen eines Drehstromtransformators 4o und von sechs voneinander getrennten Transformatoren 4i geliefert. Gemäß der Erfindung kann das Aussetzen der Zündungen der Zündelektroden vermindert werden, indem ein Paar der die Zündelektroden ankoppelnden Transformatoren 41 in Reihe geschaltet wird, so daß zwei Zündelektroden zur gleichen Zeit wirksam sind. Die Reihenschaltung weist den Vorteil auf, daß, wenn eine der beidenZündelektroden nicht so frühzündet wie die andere, die schlecht zündende Elektrode an die doppelte Spannung gelegt wird. Die Reihenzündwirkung kann auf verschiedene Weise erzielt werden, z. B. durch eine in ihrem Mittelpunkt angezapfte Ausgleichsspule 42, die zwischen jeder Sekundärwicklung desSpeisetransformators4o und den zwei Kopplungstransformatoren 41 eingeschaltet ist, die die zwei "Zündelektroden 35 erregen, die durch diese Wicklung des Transformators 40 gespeist werden sollen.
  • Die Primärwicklung des Transformators 4o liegt an einer Hilfsdrehstromleitung43, die von der Sekundärwicklung des Hilfstransformators 4.4 gespeist wird. Die Primärwicklung dieses Transformators ist mit dem Hauptstarkstromnetz 13 verbunden. Die Zündpunkte bei den Eingangsfrequenzen werden voreilend oder nacheilend durch Scheinwiderstände eingestellt, deren Sättigungsgrad veränderlich ist, und die in Reihe mit jeder der drei Sekundärwicklungen des Transformators 40 geschaltet sind. Die Sättigung dieser drei Scheinwiderstände wird durch eine Spule 46 gesteuert, deren Kern durch einen Gleichstrom gesättigt ,werden kann, der von einer Batterie 47 über einen veränderbaren Widerstand 48 geliefert wird. Während jeder Zündhalbperiode wird eine Spannung, die von der Sekundärwicklung des Transformators 40 geliefert wird, in dem Speicherkondensator 49 aufgebaut, der parallel zu dem Zünderregungskreis liegt. Um ein Arbeiten der Röhre zu erreichen, ist ein fester, zu sättigender Scheinwiderstand 5o in Reihe zwischen demKondensator49 und denbeiden Zündelektrodenkopplungstransformatoren 41 dieses Schaltkreises vorgesehen. Bei einem bestimmten Punkt der Halbwelle wird dieser Scheinwiderstand 50 gesättigt. Es sinkt hierdurch plötzlich sein Scheinwiderstandswert stark herab, und es entsteht ein heftiger Stromimpuls durch die Entladung des Kondensators 49, der über die Zündelektrodenkopplungstransformatoren 41 fließt.
  • Die Sekundärwicklung jedes Kopplungstransformators 41 liefert der Zündelektrode 35 einer der zugehörigen Hauptröhren i bis 6 nur die positiven Spannungsspitzen. Dieser Betrieb wird durch die Einschaltung eines Gleichrichters 5 i in Reihe erreicht. Der Rückweg für den abklingenden Strom des Kopplungstransformators 41 führt in an sich bekannter Weise über einen Gleichrichter 52, der die Sekundärwicklung des Transformators 41 überbrückt. Da der Umformer eine ziemlich niedrige Frequenz in eine ziemlich hohe Frequenz verwandelt, muß jede der die Niederfrequenz leitenden Wellen jeder Röhre in viele leitende und nichtleitende Teile aufgelöst werden. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß die Gitter 33 und 34 jeder der Umformerröhren i bis 6 benutzt werden, um abwechselnd die Zündung der verschiedenen Röhren zu sperren oder auszulösen. Die beiden Gitter 33 und 34 jeder Röhre werden zusammen von derselben Hochfrequenzquelle über getrennte Widerstände 53 und 54 gespeist, so daß die beiden Gitter verschiedene Spannungen annehmen, deren Höhe sich nach den in den Gitterkreisen fließenden Strömen richtet. Zur Erregung der Gitter 33 und 34 kann eine Hochfrequenzquelle bei einer gewünschten Ausgangsfrequenz verwendet werden. Es ist ein Schwingungserzeuger 55 dargestellt, dessen Ausführungsform bekannt ist, so daß seine weitere Beschreibung nicht erforderlich ist. Der Schwingungserzeuger 55 hat zwei Ausgangswicklungen 56 und 57, die zwei Ausgangsfrequenzkreise mit entgegengesetztem Potential versorgen. Während das eine Potential positiv ist, ist das andere negativ.
  • Die Gittersteuerkreise enthalten auch negative Vorspannbatterien 58 und 59, und zwar ist die Batterie 58 für die Gruppe mit den Umformerröhren 1, 2 und 3, die Batterie 59 für die andere Gruppe mit den Röhren 4, 5 und 6 vorgesehen. Da jede der beiden Umformerröhrengruppen ihren eigenen Kathodenkreis 16 oder 17 hat, der für alle Röhren jeder Gruppe gemeinsam ist, können auch die Gitter der Röhren einer Gruppe von derselben Hochfrequenzstromquelle gespeist werden. Es sind somit die Gitter der Röhren 1, 2 und 3 von der Hochfrequenzausgangswicklung 56, die in Reihe mit der Gittervorspannbatterie 58 liegen, erregt. Die Gitter der Röhren 4, 5 und 6 liegen dagegen an der Hochfrequenzausgangswicklung 57, die in Reihe mit der Gittervorspannbatterie 59 geschaltet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform hat es sich als ratsam herausgestellt, als negative Vorspannungen 58 und 59 etwa ioo Volt in Verbindung mit einer Spitzenspannung des Schwingungserzeugers von etwa Zoo Volt für jede der Ausgangswicklungen 56 und 57 zu wählen, obwohl gemäß der Erfindung auch andere Spannungswerte möglich sind.
  • Da die Zündelektrode 35 jeder Umformerröhre nur einmal während jederEingangsfrequenzperiode erregt wird, und da die Zeit, während der ein Erregerstrom zur Zündelektrode fließt, nur einem kurzen Teil der Eingangsfrequenzperiode entspricht, ist es klar, daß die Länge des Teiles der Eingangsfrequenzwelle, während der eine Umformerröhre gezündet sein könnte, durch die Steuerwirkung der Gitter auf der Hochfrequenzseite auf denselben kurzenTeil der Niederfrequenzwelle beschränkt sein würde, solange der wirksame Zündelektrodenstrom fließt, wenn nicht besondere Mittel vorgesehen wären. Gemäß der Erfindung wird eine Hilfsanode 36 in jeder Röhre verwendet; aber im Gegensatz zur herkömmlichen Praxis ist es gewöhnlich oder häufig wünschenswert, einen Phasendreher über einen weiten Winkel vorzusehen, z. B. einen Widerstand 48. LTm dies zu ermöglichen, wird gemäß der Erfindung (vgl. Fig. i) eine Hilfsanode 36 erregt, so daß ein kräftiger Haltebogen für 12o° Eingangsfrequenz und für den Eingangsfrequenzumpolwinkel von etwa io oder 2o1 aufrechterhalten bleibt.
  • Es sind daher nach Fig. i die Hilfselektroden 36 der Netzumformerröhren i bis 6 über einen Phasentransformator 6o erregt. Die drei Primärwicklungen des Transformators 6o werden über die drei Hilfsphasenleitungen 43 mit der Eingangsfrequenz erregt. Der Transformator 6o besitzt mehrere Sekundärwicklungen in Zickzackschaltung 64 und 65 mit den Nullpunkten 66 und 67, die mit der Kathodensammelleitung 16 bzw. 17 verbunden sind. Die verschiedenen Phasenenden der Zickzackwicklung 64 dienen zur Erregung der Hilfsanoden 36 der Röhrengruppe 1, 2 und 3 über getrennte Strombegrenzerwiderstände 68, während die verschiedenen Phasenenden der Zickzackwic@clung 65 verwendet werden, um die Hilfsanoden 36 der Umformerröhren 4, 5 und 6 über besondere Widerstände 68 zu speisen.
  • Um eine Hilfsanodenerregungsperiode von 120' oder mehr Eingangsfrequenz für jede der Umformerröhren i bis 6 zu erreichen, wird die Hilfsanode 36 der Röhre nicht nur von der zuständigen Phase oder den Klemmen des Haltekreistransformators 6o, sondern auch parallel hierzu von der in der Phasenfolge benachbarten nacheilenden Phase erregt. In jedem Hilfsanodenerregerkreis liegen Gleichrichter 70 in Reihe mit jeder sekundären Phasenwicklung 64 und 65, so daß Kurzschlüsse der parallel liegenden Wicklungen vermieden werden, während zur gleichen Zeit nur die positiven Stromimpulse von den entsprechenden Wicklungen geliefert werden. Beim Betrieb des Umformers wird man bemerken, daß die Hauptumformerröhren i bis 6 von der Art sind, daß weder die zwei Gitter 33 und 34 zusammen, noch die Zündelektrode 35, noch die Hilfsanode 36 im allgemeinen in der Lage sind, den Strom im Hauptstromkreis der Röhre zu unterbrechen, wenn die Röhre einmal durch die Bildung eines Bogens zwischen Hauptanode und Kathode gezündet worden ist. Trotzdem kann durch eine Belastung besonderer Art eine periodische Unterbrechung des Röhrenstromes erreicht werden. In dem Schaltkreis gemäß Fig. i wird diese Unterbrechungs- oder Um-Polfunktion hauptsächlich durch den parallel liegenden Kondensator 3o erzielt.
  • In den Steuerkreisen wird jede der Hauptumformerröhren i bis 6 einmal während jeder Eingangsfrequenzperiode durch die Erregung des Zündelektrodenkreises gezündet. Wenn die Zündelektrode 35 einer Röhre einen Lichtbogen erzeugt, dann wird die Hilfsanode 36 diese Röhre praktisch sofort zünden; ein Haltebogen entsteht, der für 1201 Eingangsfrequenz und für die Eingangsfrequenzumpolzeit derRöhren oder auch noch, falls es erforderlich ist, für eine längere Zeit erhalten bleibt. Die Umpolzeit der Röhren ist die Zeit, die notwendig ist, um den Hauptbogen von einer Eingangsphase zu einer anderen zu übertragen. Diese Umpolzeit kann durch Verwendung eines Haupttransformators 8 mit niedrigem Scheinwiderstand oder auch durch andere Mittel verkürzt werden.
  • Während die Gitter 33 und 34 im allgemeinen den Hauptbogen in ihrer Röhre nicht unterbrechen können, wenn der Hauptbogen einmal entstanden ist, so können sie aber die Entstehung eines Hauptbogens verhindern, wenn sie gegenüber ihrer Kathode hinreichend negativ vorgespannt sind oder wenn das Steuergitter 33 eine Spannung aufweist, die stärker negativ als ein bestimmtes, kritisches Potential ist. Die Gitter 33 und 34 jeder Röhre werden von einer sich aus der negativen Vorspannung und einer Einzelphasenhochfrequenzspannung resultierenden Spannung gesteuert, so daß während einer bestimmten Zeit jeder Hochfrequenzperiode die Gitter hinreichend negativ sind, um die Zündung oder die Entstehung des Hauptbogens in der Röhre zu sperren. Nach dieser Zeit werden die Gitter hinreichend positiv während einer jeden Hochfrequenzperiode, so daß sie die Zündung der Röhre gestatten unter der Annahme, daß ein den Hauptbogen erregender Bogen durch die Zündelektrode 35 oder die Hilfselektrode 36 vorhanden ist und daß die Hauptanode der Röhre hinreichend positiv gegenüber ihrer Röhrenkathode in diesem Augenblick vorgespannt ist.
  • Die Gitter der Röhren einer Gruppe, nämlich der Röhren i, 2 und 3, seien hinreichend positiv vorgespannt, so daß sie in ihren Röhren während der positiven Halbwelle die Zündung auslösen, während die Gitter der Röhren der anderen Gruppe, .4, 5 und 6, ihre Röhren während der negativenHalbwelle derAusgangsschwingung nicht zünden. Es führen so eine oder mehrere Röhren einer Gruppe während der einen Halbwelle der Ausgangsschwingung Strom, während keine Röhre der anderen Gruppe leitfähig ist. Der Stromkreis ist durch die Gleichstromverbindung 22, 23 vervollständigt. Die Zickzackschaltung des Haupttransformators auf der Sekundärseite io verhindert die Sättigung des Transformatorkernes durch den Gleichstrom. Während der nächsten Hochfrequenzhalbwelle ist die erste Röhrengruppe nichtleitend, während die zweite Röhrengruppe leitet.
  • Bei diesem Wechsel, währenddessen der Strom abwechselnd durch die Kathodensammelleitung 16 oder durch die Kathodensammelleitung 17 geleitet wird, wird der parallel geschaltete Kondensator 30 abwechselnd geladen und entladen, zuerst in der einen Richtung und dann in der anderen, indem der Gleichstrom über den Weg 22, 23 zurückfließt, welche Röhrengruppe auch immer in diesem Augenblick Strom führt. Er unterbricht den Hochfrequenzstrom, wenn die andere Röhrengruppe während einer Halbwelle der Ausgangshochfrequenz ausgelöst wird.
  • Fig.2 zeigt eine andere Ausführungsform des Starkstromkreises, während die Steuerkreise im wesentlichen die gleichen sind. Ihre Abänderungen sind ohne weiteres verständlich, so daß eine Erläuterung diesbezüglich nicht erforderlich ist. In Fig. 2 sind sechs Umformerröhren T i bis T 6 dargestellt, die ebenfalls Quecksilberdampfröhren der gleichen Art wie die Röhren i bis 6 der Fig. i sind. Diese Röhren sind in Reihe (back-to-back) geschaltet und werden über eine Drehstromleitung L i, L2 und L3 gespeist, die wiederum von den in Stern geschalteten Sekundärwicklungen 71 des Hauptstarkstromtransformators 72 versorgt werden, dessen Primärwicklungen 73 eine Spannung von 6o Perioden oder von einer anderen relativ geringen Periodenzahl über die Drehstrom-Leitung 13 zugeführt wird. Der Anodenkreis 1q. der Röhre T i und der Kathodenkreis 15 der Röhre Tq. sind mit der Leitung L i verbunden. Der Anodenkreis 1q. der Röhre T2 und der Kathodenkreis 15 der Röhre T5 liegen an der Leitung L2. Der Anodenkreis 1q. der Röhre T3 und der Kathodenkreis 15 der Röhre T 6 sind mit der Leitung L 3 verbunden. Die Anodenkreise 1q. der Röhren Tq., T5 und T 6 führen zu der gemeinsamen Anodensammelleitun.g 7q.. Die Kathodenkreise 15 der Röhren T i, T 2 und T 3 sind mit der gemeinsamen Kathodensammelleitung 75 verbunden.
  • Die beiden Sammelleitungen 74 und 75 sind durch einen im Mittelpunkt angezapften Umpolscheinwiderstand 76 zusammengeschaltet, dessen Mittelpunkt 77 über einen Hochfrequenzausgangskreis 78 an dem Nullpunkt 79 der Sekundärwicklung des Starkstromtransformators 71 liegt. Im Ausgangskreis 78 ist in Reihe mit einem auf Resonanz abgestimmten Kondensator oder Umpolkondensator 81 die Primärwicklung 82 des Ausgangstransformators 83 angeschlossen, der einen Induktionsofen 26 speist und vorzugsweise einen den Leistungsfaktor verbessernden Kondensator 31, wie auch in Verbindung mit Fig. i erläutert wurde, enthält.
  • Durch die Aufteilung der Hauptröhren T i bis T6 in zwei Gruppen in Serienschaltung ist es möglich, daß die gerade positiv angeschlossenen Röhren T i, T 2 und T 3, eine oder mehrere von ihnen, die positive Halbwelle des Ausgangsfrequenzstromes führen, während die negativ angeschlossenen Röhren T4, T 5 und T6, eine oder auch mehrere von ihnen, die negative Halbwelle des Ausgangsfrequenzstromes führen; im allgemeinen wird zu irgendeiner Zeit nur eine Röhrengruppe leitend sein, zuerst die positive, dann die negative, dann wieder die positive usw. Der Rückstrom fließt in beiden Fällen über den Ausgangskreis 78 zu dem Nullpunkt 79 des Speisetransformators. Er ist ein Einphasenwechselstrom mit der hohen Frequenz des Ausgangskreises. Weil die Ausgangsfrequenz bedeutend höher als die Eingangsfrequenz ist, würden die Eingangstransformatorwicklungen 71 einen ziemlich hohen Scheinwiderstand für den Ausgangsfrequenzstrom aufweisen. Deshalb sind die Eingangstransformatorwicklungen 71 durch drei in Stern geschaltete Kondensatoren 86 überbrückt. Ihr Nullpunkt ist durch die Leitung 87 mit dem Nullpunkt 79 des Starkstromeingangstransformators verbunden. Die in Stern geschalteten Kondensatoren 86 besitzen für die Hochfrequenzen einen niedrigen Scheinwiderstand.
  • Die Kapazität des in Reihe liegenden Ausgangskondensators 81 bildet mit dem Induktivität des Ausgangskreises 76 bis 78 einen Resonanzkreis, der annähernd auf die Ausgangsfrequenz abgestimmt ist, so daß der Kondensator 81 mehr oder weniger als Umpolkondensator wirkt. Diese Umpolwirkung ändert sich indessen, wenn die Belastung oder der Leistungsfaktor des sekundären Ausgangskreises 2q. sich ändert. Der im Mittelpunkt angezapfte Scheinwiderstand 76 verbessert die Stabilität des Umformers, indem er es unmöglich macht, daß eine Röhrengruppe Strom führt, bevor der Strom in der anderen Röhrengruppe auf Null gesunken ist.
  • Die Steuerkreise in Fig. 2 sind im Prinzip die gleichen wie die bereits in Verbindung mit der Fig. i dargestellten und erläuterten Kreise. Der wesentliche Unterschied zwischen ihnen ist nach Fig. 2 nur der, daß drei Röhren T q., T 5 und T 6 keine gemeinsame Kathodensammelleitung wie nach Fig.i haben, so daß ihre Steuerkreise getrennt mit den verschiedenen Kathoden der genannten Röhren z. B. über voneinander getrennte Transformatoren verbunden werden müssen. So hat der Hochfrequenzschwingungserzeuger 55 vier getrennte Ausgangswicklungen 9o bis 93, anstatt der zwei Ausgangswicklungen 56 und 57 nach Fig. i. Die Ausgangswicklung 9o ist mit der Kathodensammelleitung 75 über die negative Vorspannbatterie 58, wie vorher beschrieben ist, verbunden. Die Schwingungserzeugerausgangswicklungen 9i, 92 und 93 führen jedoch über getrennte Vorspannbatterien 94, 95 und 96 zu den zugehörigen Leitungen L i, L2 und L3, die mit den Kathodenanschlüssen 15 der zugehörigen Röhren 74, T5 und T6 verbunden sind. Die Schwingungserzeugerausgangswicklungen 9i, 92 und 93 erregen einzeln die Gitter der zugehörigen Röhren T4, T 5 und T6.
  • Nach Fig. 2 werden die Hilfsanoden 36 von drei besonderen Haltekreistransformatoren 6ö ohne die Parallelphasenerregung erregt, durch die nach Fig. i, Bezugszeichen 48, ein ungewöhnlich breiter Phaseneinstellbereich geschaffen wurde.

Claims (9)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Frequenzwandler mit Quecksilberdampfröhren, durch den eine niedrige Frequenz in eine bedeutend höhere Frequenz umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jede der eingeschalteten Quecksilberdampfröhren eine Zündelektrode (35), eine Hilfsanode (36) und wenigstens zwei Gitter (33 und 34) aufweist und daß die Gitter (33 und 34) durch die eine Wechselspannung gesteuert werden, während an der Zündelektrode (35) und der Hilfsanode (36) die andere Wechselspannung liegt.
  2. 2. Frequenzwandler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Gittersteuerspannungen die gleiche Frequenz wie die Ausgangsspannung und die der Zündelektrode (35) und der Hilfsanode (36) aufgedrückten Spannungen die gleiche Frequenz wie die Eingangsspannung aufweisen.
  3. 3. Frequenzwandler nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskreis (i6, 17) eine höhere Frequenz als der Eingangskreis (7) besitzt.
  4. 4. Frequenzwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Haltekreise (6o, 69 und 70) mit den Hilfsanoden (36) verbunden sind, um den Lichtbogen während eines beträchtlichen Teiles der Eingangswelle aufrechtzuerhalten, und daß eine Steuerschaltung (55) für die Gitter (33, 34) vorgesehen ist, durch die abwechselnd der Hauptanodenbogen entsprechend den Halbwellen der Ausgangsfrequenz gezündet oder unterbrochen wird.
  5. 5. Frequenzwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskreis (i6, 17, 78) einen Umpoler in Form von Kondensatoren (30,31) enthält, durch die nacheinander die Halbwellen des Ausgangsfrequenzstromes unterbrochen werden.
  6. 6. Frequenzwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerkreis jeder Röhre eine Schaltung (48) mit einem breiten Phaseneinstellbereich besitzt, um die Zeit jeder Phase einzustellen, in der die Zündelektrode (35) erregt wird, und daß jede Hilfsanode (36) einen Haltekreistransformator (6ö) mit seinen Sekundärwicklungen (64 und 65) aufweist und zwei verschiedene Eingangsphasen der Sekundärwicklungen (64 oder 65) jede Hilfsanode (36) über j e einen in Reihe liegenden Gleichrichter (70) erregen.
  7. 7. Frequenzwandler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Paar Röhren (T i, T4) in Reihe geschaltet sind und je eine Eingangsleitung (L i) mit einem der Röhrenpaare verbunden ist, daß die freien Anoden und Kathoden der Röhrenpaare zu einer Anodensammelleitung (74) und zu einer Kathodensammelleitung (75) führen und diese beiden Sammelleitungen über eine Impedanz (76) zusammengeschlossen sind, von der dieAusgangsspannung über eine Schaltung mit Umpolkondensatoren (8i und 31) abgenommen wird (Fig. 2). B.
  8. Frequenzwandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz (76) eine Mittelanzapfung (77) aufweist, die über die Leitung (78) mit dem Nullpunkt (79) des Eingangskreises verbunden ist.
  9. 9. Frequenzwandler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß derUmpolkondensator (8i) in Reihe mit der Primärwicklung (82) des Ausgangstransformators (83) liegt. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 415 91o, 505 461, 638951a 7i5258; AEG-Mitteilungen, 1939, S. io6 bis io8.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE415910C (de) * 1923-01-05 1925-07-03 Pierre Marie Gabriel Toulon Anordnung zur Regelung der Stromstaerke in Lichtbogengleichrichtern
DE505461C (de) * 1923-08-18 1930-08-20 Marcel Touly Frequenzvervielfaeltiger
DE638951C (de) * 1934-07-19 1936-11-25 Siemens Schuckertwerke Akt Ges Stromrichteranlage mit parallel geschalteten Haupt- und Nebenentladungswegen
DE715258C (de) * 1935-07-16 1941-12-17 Siemens Ag Schaltung fuer die Steuerkreise eines mehrphasigen Stromrichters mit einanodigen gas- oder dampfgefuellten Entladungsgefaessen

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