DE1023133B - Arrangement for asymmetrical control of power converters - Google Patents
Arrangement for asymmetrical control of power convertersInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Es sind unsymmetrische Steuerungsanordnungen für Stromrichter bekannt, bei denen innerhalb je dreier einem Dreiphasensystem angehörigen Anoden zunächst nur eine Verschiebung des Zündzeitpunktes bei jeder zweiten im Sinne des Dreiphasensystems aufeinanderfolgenden Anode vorgenommen wird, während der Zündzeitpunkt der jeweils in den dazwischenliegenden Zeiten arbeitenden Anoden unverändert bleibt. Diese unter der Bezeichnung Phasenfolgesteuerung bekannte Anordnung hat zur Folge, daß zwischen der vollen Aussteuerung und der Aussteuerung auf die Gleichspannung Null ein Punkt liegt, bei dem der Stromrichter theoretisch mit dem Leistungsfaktor 1 arbeitet.Asymmetrical control arrangements for converters are known in which three within each anode belonging to a three-phase system initially only shifts the ignition timing for each second in the sense of the three-phase system successive anode is made during the Ignition time of the anodes working in the intervening times remains unchanged. These The arrangement known under the name phase sequence control has the consequence that between the full level control and the modulation to the DC voltage zero is a point at which the converter theoretically works with power factor 1.
Bedingung für eine derartige Steuerung ist, daß zum Übergang von der vollen Aussteuerung im Wechselrichterbereich auf volle Aussteuerung im Gleichrichterbereich die Steuerimpulse um 240° el. vermindert, um den sogenannten Respektabstand verschiebbar sind.A condition for such a control is that the transition from full control in the inverter area to full modulation in the rectifier area, the control pulses are reduced by 240 ° el., by the so-called respect distance can be shifted.
Unter -"Respektabstand:.- ist dabei derjenige Winkel zu verstehen, um den beim Wechselrichterbetrieb die Zündung einer in der Stromführung ablösenden Anode vor dem Zeitpunkt erfolgen muß, indem ihre Spannung gleich der Spannung der abzulösenden Anode wird, damit ein "Kippen.; des Wechselrichters sicher vermieden wird.Under - "respect distance: .- is the angle to understand the ignition of an anode that detaches in the current conduction during inverter operation must take place before the point in time when its voltage becomes equal to the voltage of the anode to be detached, so that a "tilting." of the inverter is safely avoided.
Arbeiten zwei derartige dreiphasige Anodensysteme, z. B. bei Speisung durch einen gemeinsamen Transformator, parallel, so werden die Steuerimpulse beider Systeme derartig gegeneinander verschoben, daß die verzögert und die unverzögert zündenden Anoden sich abwechseln; dabei sind die Anoden im Mittel gleichmäßig belastet, und der Transformator nimmt primärseitig symmetrische Ströme aus dem speisenden Netz auf. Das gleiche gilt, wenn der Stromrichter η dreiphasige Systeme aufweist, wobei η eine gerade Zahl ist.Do two such three-phase anode systems, e.g. B. when fed by a common transformer, in parallel, the control pulses of both systems are shifted against each other in such a way that the delayed and instantaneous igniting anodes alternate; the anodes are evenly loaded on average, and the transformer draws symmetrical currents on the primary side from the supply network. The same applies if the converter η has three-phase systems, where η is an even number.
Die bekannten Anordnungen zur Durchführung einer derartigen Phasenfolgesteuerung sind recht kompliziert und erfordern einen großen Aufwand an Apparaten.The known arrangements for performing such phase sequence control are quite complicated and require a large amount of equipment.
Die Erfindung betrifft eine besonders einfache und vorteilhafte Anordnung zur Durchführung solcher Steuerungen für drei w-phasige Stromrichter. Sie besteht in der Weiterentwicklung einer bereits vorgeschlagenen Steuerung, bei der als Steuerimpulse die Spannungssprünge an einem Ohmschen Widerstand dienen, die dann entstehen, wenn eine mit dem Widerstand und einer Wechselspannung von vorzugsweise rechteckiger Kurvenform in Reihe liegende Sättigungsdrossel ihren magnetischen Sättigungszustand erreicht hat, wobei der Zeitpunkt, in dem dieser Zustand in jeder Phase eintritt, durch eine abhängig von einer Steuergröße veränderbare Reduzierung des remanenten Magnetflusses der Drossel in der jeweils vorhergehenden Halbperiode bestimmt wird.The invention relates to a particularly simple and advantageous arrangement for carrying out such Controls for three w-phase converters. It consists in the further development of one that has already been proposed Control in which the voltage jumps at an ohmic resistor are used as control pulses serve, which arise when one with the resistance and an alternating voltage of preferably rectangular waveform in series saturation choke reaches its magnetic saturation state has, whereby the point in time at which this state occurs in each phase is dependent on one Control variable variable reduction of the remanent magnetic flux of the choke in the previous one Half-period is determined.
Anordnung zur unsymmetrischen
Steuerung von StromrichternArrangement for asymmetrical
Control of converters
Anmelder:Applicant:
Brown, Boveri & Cie. Aktiengesellschaft, Mannheim-Käfertal, Boveristr. 22Brown, Boveri & Cie. Aktiengesellschaft, Mannheim-Käfertal, Boveristr. 22nd
Dr. Ernst Ludwig, Mannheim-Lindenhof,
ist als Erfinder genannt wordenDr. Ernst Ludwig, Mannheim-Lindenhof,
has been named as the inventor
Unter "Sättigungsdrossel« ist hierbei eine Drosselspule mit einem Kern aus hochpermeablem Werkstoff mit einem scharfen Knick in der Magnetisierungskennlinie zu verstehen.The term "saturation reactor" here means a choke coil with a core made of highly permeable material with a sharp kink in the magnetization characteristic to understand.
Erfindungsgemäß sind die drei «-phasigen Stromrichter nebst ihren Steuereinrichtungen zu η dreiphasigen Gruppen zusammengefaßt, wobei jede Gruppe die die Reduzierung des remanenten Magnetflusses bewirkende Steuergröße gemeinsam hat, die an einem Widerstand wirksam wird, der mit einer Frequenz gleich dem 11/2fachen der Frequenz des speisenden Netzes periodisch veränderbar ist, und die Phasenlage der in den η Gruppen als Steuergröße wirksamen Widerstandsänderungen jeAccording to the invention the three "-phase power converter are combined together with their control means to η-phase groups, each group having the reduction of the remanent magnetic flux effecting control quantity together, which is effective at a resistor, the fold having a frequency equal to 1 1/2 of the The frequency of the feeding network can be changed periodically, and the phase position of the resistance changes that are effective as a control variable in the η groups
um einen elektrischen Winkel von der Größe — gegeneinander verschoben ist.by an electrical angle of the size - is shifted from one another.
Das Grundelement einer Steuerung nach der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Es besteht aus einer Wechselspannungsquelle 1, die eine vorzugsweise unsymmetrische Rechteckspannung abgibt, welche einen Arbeitskreis, bestehend aus der Sättigungsdrossel 2, einem elektrischen Ventil 3 und einem Widerstand 4, speist. Der Widerstand 4 ist einerseits über eine Gittervorspannungsquelle V bei K mit der Kathode und bei G mit dem Gitter einer Entladungsstrecke verbunden, so daß der in dem Widerstand 4 entstehende Spannungsabfall zur Steuerung der Entladung dient. Die Rechteckspannung hat die gleiche Frequenz wie das speisende Netz. Von der gleichen Wechselspannungsquelle wird über einen Isoliertransformator 5 ein zweiter, im folgenden als Steuerkreis bezeichneter Stromkreis gespeist, welcher aus der Arbeitswicklung der Sättigungsdrossel 2, dem Ventil 6 und dem Steuerorgan 7, z. B. in Form einerThe basic element of a control according to the invention is shown in FIG. It consists of an alternating voltage source 1, which emits a preferably asymmetrical square-wave voltage, which feeds a working circuit consisting of the saturation choke 2, an electric valve 3 and a resistor 4. The resistor 4 is connected on the one hand via a grid bias voltage source V at K to the cathode and at G to the grid of a discharge path, so that the voltage drop occurring in the resistor 4 is used to control the discharge. The square wave voltage has the same frequency as the feeding network. From the same AC voltage source, a second circuit, hereinafter referred to as the control circuit, is fed via an insulating transformer 5, which consists of the working winding of the saturation choke 2, the valve 6 and the control element 7, e.g. B. in the form of a
709 850/171709 850/171
3 43 4
Hochvakuum-Elektronenröhre (Triode), besteht, deren stand 4 (Fig. 1) begrenzt ist. Dieser Strom bleibt bis innerer Widerstand Ri durch eine variable Gitter- zum Ende der positiven Halb welle (Zeitpunkt i4, Fig. 2), spannung ust gesteuert werden kann. bestehen, dann wiederholt sich das Spiel in der be-High vacuum electron tube (triode), whose stand 4 (Fig. 1) is limited. This current remains until the internal resistance Ri can be controlled by a variable grid voltage u st at the end of the positive half-wave (time i 4 , FIG. 2). pass, then the game repeats itself in the
Die Übersetzungsverhältnisse ü der beiden Wick- schriebenen Weise.The transmission ratios ü of the two Wick- writing modes.
lungen der Sättigungsdrossel 2 und des Isoliertrans- 5 Kennzeichnend für diesen Vorgang ist, daß während formators 5 können einander gleich sein. Es kann aber der negativen Halbwelle der Wechselspannung durch auch das Übersetzungsverhältnis des Transformators 5 die Größe des Widerstandes R{ des Steuerorgans 7 die so gewählt sein, daß dadurch eine Erhöhung der im Größe der Spannungsfläche F und damit der Punkt t3, Steuerkreis zur Verfügung stehenden Wechselspannung in welchem der den Steuerimpuls erzeugende plötzliche erreicht wird. Dies kann vorteilhaft sein, um trotz eines io Anstieg des Stromes i erfolgt, eindeutig vorgeschrieben verbleibenden Restwiderstandes des Steuerorgans 7 einen ist, und zwar in jeder negativen Halbwelle für die Steuerbereich von etwa 240° el. voll beherrschen zu folgende positive Halbwelle. Man hat es daher in der können. Hand, durch Änderung des Widerstandes Rt währendlungs of the saturable choke 2 and the insulating transformer 5 Characteristic of this process is that while formators 5 can be equal to each other. However, the size of the resistor R {of the control element 7 can be selected for the negative half-wave of the alternating voltage through the transformation ratio of the transformer 5 so that an increase in the size of the voltage area F and thus the point t 3 , control circuit available AC voltage in which the sudden generating the control pulse is reached. This can be advantageous in order that, despite an increase in current i , the remaining residual resistance of the control element 7 is clearly prescribed, namely in every negative half-cycle for the control range of about 240 ° el. You can therefore do it. Hand, by changing the resistance R t during
Zur Erläuterung der Vorgänge im Arbeits- und Steuer- der negativen Halbwelle die Fläche F beliebig zu verkreis, die zur Erzeugung und Verschiebung von Span- 15 ändern und damit den Zündzeitpunkt t3 für die nächste nungsimpulsen im Widerstand 4 führen, mögen die Halbperiode festzulegen. Eine derartige periodische Fig. 2 und 3 dienen. In Fig. 2 ist über der Achse 0-0 Veränderung des Zündzeitpunktes kann dadurch erabhängig von der Zeit t durch den Linienzug u die reicht werden, daß man z. B. die Steuerspannung ust speisende unsymmetrische, rechteckige Wechselspannung in Fig. 1 aus einer Gleich- und Wechselspannung zuder Spannungsquelle 1 dargestellt. Der positive Teil 20 sammensetzt, wobei die Wechselspannung in ihrer dieser Rechteckspannung überdeckt aus dem früher Frequenz nicht mit der Frequenz der unsymmetrischen erwähnten Grunde einen Winkel von mindestens 240° el., Speisespannung übereinstimmt.To explain the processes in the working and control of the negative half-wave, the area F can be arbitrarily circled, which change the generation and shifting of voltage and thus lead to the ignition time t 3 for the next voltage pulses in the resistor 4, the half-cycle may be determined. Such a periodic FIGS. 2 and 3 are used. In Fig. 2 is above the axis 0-0 change in the ignition point can thereby he depending on the time t by the line u that is enough that you z. B. Asymmetrical, rectangular AC voltage feeding the control voltage u st is shown in FIG. 1 from a DC and AC voltage to the voltage source 1. The positive part 20 is composed, with the alternating voltage in its square-wave voltage covering an angle of at least 240 ° el.
zweckmäßig 270°, wie in der Fig. 2 dargestellt ist. In Fig. 4 ist die Anwendung dieses Prinzips bei einerexpediently 270 °, as shown in FIG. In Fig. 4, the application of this principle to a
In der Fig. 3 ist der Magnetfluß Φ im Kern der Sätti- zwölfphasigen unsymmetrischen Stromrichtersteuerung gungsdrossel 2 abhängig von der magnetisierenden 25 gezeigt. Dabei ist angenommen, daß die Stromrichter-Durchflutung Aw dargestellt. anordnung durch die Änderung einer Steuergröße von Im Zeitpunkt tx (Fig. 2) führt der Kern der Sättigungs- der vollen Aussteuerung im Wechselrichterbereich unter drossel einen Magnetfluß, der dem Punkt A in Fig. 3 Berücksichtigung des Respektabstandes bis zur vollen entspricht und von der vorhergegangenen Strom- Aussteuerung im Gleichrichterbereich gesteuert werden führungsperiode zurückgeblieben ist. In der nunmehr 30 soll.In Fig. 3, the magnetic flux Φ in the core of the saturation twelve-phase asymmetrical converter control supply throttle 2 is shown as a function of the magnetizing 25. It is assumed that the converter flow Aw is shown. arrangement by changing a control variable from At time t x (Fig. 2), the core of the saturation of the full modulation in the inverter area leads under throttle a magnetic flux that corresponds to point A in Fig previous current modulation in the rectifier area can be controlled management period is lagging behind. In the now 30 should.
folgenden negativen Halbwelle der Rechteckspannung Die Grundschaltung nach der Fig. 1 ist hier zwölfmalfollowing negative half-wave of the square-wave voltage. The basic circuit according to FIG. 1 is twelve times here
kann im Arbeitskreis wegen der Sperrwirkung des verwendet. Die Spannungsquelle 8 der Rechteckspannung Ventils 3 kein Strom fließen. Dagegen fließt jetzt im ist sechsphasig, und zwar sind die mit den römischen Steuerkreis ein Strom in der Durchlaßrichtung des Ziffern I und I', II und II', III und III' usw. bezeich-Ventils 6. Von diesem Strom wird die Sättigungs- 35 neten Anschlüsse jeweils gleichphasig. Mit 9 bis 20 sind drossel 2 teilweise entmagnetisiert, wobei die gesamte die Sättigungsdrosseln mit je zwei Wicklungen bezeichnet. Spannung Un (Fig. 2) der negativen Halbwelle zum Teil 21 bis 32 sind die Isoliertransformatoren, und 33 bis 44 die an der Sättigungsdrossel 2 und zum Teil am Steuer- Ventile in den Arbeitskreisen. Mit 45 bis 56 sind die organ 7 liegt. Ventile in den Steuerkreisen und die Ohmschen Wider-can be used in the working group because of the blocking effect of the. The voltage source 8 of the square wave voltage valve 3 does not flow current. On the other hand, the flow is now six-phase, namely the one with the Roman control circuit is a current in the forward direction of the digits I and I ', II and II', III and III 'etc. designating valve 6. From this current the saturation 35 connected connections each in phase. With 9 to 20 throttle 2 are partially demagnetized, the whole of which denotes the saturable chokes with two windings each. Voltage U n (Fig. 2) of the negative half-wave, in part 21 to 32 are the isolating transformers, and 33 to 44 are those on the saturation choke 2 and in part on the control valves in the working circuits. With 45 to 56 the organ 7 is located. Valves in the control circuits and the ohmic resistance
Die Verringerung des Magnetflusses im Kern der 40 stände in den Arbeitskreisen mit 57 bis 68 bezeichnet. Sättigungsdrossel ist bestimmt durch das Zeitintegral Mit G1 bis G12 sind die Verbindungen zu den entsprechender an der Drosselspule liegenden Spannung Un —im R1, den Steuergittern angedeutet, während mit K die Verüber das Zeitintervall Jf1 bis t2, wobei im der in der Arbeits- bindung zur Kathode bezeichnet ist. wicklung der Drossel 2 fließende Strom und R1 der In dem in Fig. 4 dargestellten Schaltungsbeispiel sindThe reduction of the magnetic flux in the core of the 40 stands in the working groups with 57 to 68 designated. Saturation choke is determined by the time integral G 1 to G 12 indicate the connections to the corresponding voltage U n - i m R 1 applied to the choke coil, the control grid, while K indicates the time interval Jf 1 to t 2 , where i m which is referred to in the work connection to the cathode. winding of the choke 2 flowing current and R 1 of the In the circuit example shown in Fig. 4 are
innere Widerstand des Steuerorgans 7 ist. In der Fig. 2 45 erfindungsgemäß jeweils drei um 120° el. versetzte Phasen ist dieses Zeitintegral durch die Fläche F dargestellt. zu einer Gruppe zusammengefaßt, die jeweils von einem Der Spannungsfläche F ist somit zwangläufig eine be- Steuerorgan, nämlich der Elektronenröhre (Triode) 69 stimmte Flußänderung zugeordnet, so daß der Magnet- bzw. 70 bzw. 71 bzw. 72, beeinflußt wird, fluß der Sättigungsdrossel 2 in der Darstellung der Die unsymmetrische Steuerung erfordert nach deminternal resistance of the control member 7 is. In FIG. 2 45 according to the invention, three phases each offset by 120 ° el., This time integral is represented by the area F. combined into a group, each of which is associated with a certain control element, namely the electron tube (triode) 69, so that the magnetic or 70 or 71 or 72, respectively, is influenced the saturation reactor 2 in the representation of the The asymmetrical control requires after
Fig. 3 von A nach B, also um den Betrag ΑΦ (Fig. 3) 50 eingangs Gesagten, daß, ausgehend von einer praktisch sich ändert. Der Punkt B der Fig. 3 wird im Zeit- vollen Aussteuerung im Wechselrichterbereich, in irgendpunkt t% (Fig. 2) erreicht. Der Magnetisierungsstrom in einer betrachteten Phase zunächst nur jeder (in zeitdem Zeitintegral ^1 bis t2 ist durch das entsprechende lichem Sinne) zweite Steuerimpuls in Richtung auf volle Stück des Linienzuges i in Fig. 2 dargestellt. Gleichrichteraussteuerung verschoben wird, während dieFig. 3 from A to B, that is, by the amount ΑΦ (Fig. 3) 50 said at the beginning that, starting from one, practically changes. Point B of FIG. 3 is reached in the time-full modulation in the inverter area, at any point t % (FIG. 2). The magnetizing current in a phase considered initially only every (in zeitdem time integral ^ 1 to t 2 is determined by the corresponding Lichem sense) shown second control pulse in the direction of full piece of the trace i in FIG. 2. Rectifier control is shifted while the
Im Zeitpunkt t2 (Fig. 2) beginnt die positive Halb- 55 zeitlich dazwischenliegenden ersten Impulse praktisch welle der Wechselspannung. Damit wird das Ventil 3 in ihrer der vollen Wechselrichteraussteuerung ent-(Fig. 1) leitend, und das Ventil 6 sperrt. Durch den sprechenden Lage stehenbleiben.At the point in time t 2 (FIG. 2) the positive half-wave of the alternating voltage begins, practically in between, the first pulses. In this way, the valve 3 is de-conductive in its full inverter control (FIG. 1), and the valve 6 blocks. Stand still through the speaking position.
dabei in der Arbeitswicklung der Sättigungsdrossel Wenn die jeweils zeitlich zweiten Impulse der betrach-at the same time in the working winding of the saturation reactor.
fließenden Strom wird der Magnetfluß in dieser wieder teten Phasen um etwa 240° el. nach vorn verschoben sind, um den Betrag ΔΦ erhöht, wozu wiederum eine Span- 60 so sollen sie an dieser Stelle stehenbleiben, und es sollen nungsfläche von der Größe F notwendig ist. Während nun die bis dahin zurückgebliebenen Impulse folgen, für dieser Zeit fließt in der Arbeitswicklung der Sättigungs- die dann nur noch eine Verschiebung um etwa 180° el. drossel ein kleiner Magnetisierungsstrom, wie er durch notwendig ist.flowing current, the magnetic flux in this phase again ended by about 240 ° el. are shifted forward by the amount ΔΦ , which in turn requires a tension 60 so they should stop at this point, and voltage area of size F should be necessary is. While the impulses that remained until then follow, for this time a small magnetizing current flows in the working winding of the saturation throttle, which then only has to be shifted by about 180 ° el.
den Kurvenzug i in dem entsprechenden Abschnitt t2 Um dies zu erreichen, wird den Steuergittern derthe curve i in the corresponding section t 2 To achieve this, the control grid is the
bis tz in der Fig. 2 dargestellt ist. Ist im Zeitpunkt t3 65 Röhren 69 bis 72 eine Wellenspannung ust zugeführt, die die Entmagnetisierung beseitigt und dementsprechend aus einer symmetrisch rechteckigen Wechselspannung uw der Punkt C (Fig. 3) erreicht, so verschwindet fast konstanter Amplitude und einer veränderbaren Gleichaugenblicklich, der induktive Widerstand der Sättigungs- spannung ug besteht, wobei die Amplitude der Rechteckdrossel, und der Strom im Arbeitskreis springt auf einen spannung eine bestimmte Größe hat, von der weiter unten Wert, der praktisch nur durch den Ohmschen Wider- 70 noch die Rede sein wird.to t z is shown in FIG. If at time t 3 65 tubes 69 to 72 are supplied with a wave voltage u st which eliminates the demagnetization and accordingly reaches point C (FIG. 3) from a symmetrically rectangular alternating voltage u w, the almost constant amplitude and a variable equal instantaneous disappears inductive resistance of the saturation voltage u g , whereby the amplitude of the rectangular choke, and the current in the working circuit jumps to a voltage has a certain size, the value below, which will practically only be mentioned by the ohmic resistance .
Claims (4)
gungsdrossel 21 der Phase I findet daher während dieser Bei dieser Art der Steuerung wird während der positivenrepresents which is fed to the tube 72. With a further enlargement of the negative chip sequences in FIG. 5, those with the voltages of phases I, voltage u g , a further advance shift of the voltages of phases Γ, ignition pulses, which correspond to III and V, can no longer occur. But with III 'and V and the associated control voltage u st ' the ao suitable choice of the amplitude of the 'voltage u w nun tube 71, which against the control voltage u st by 180 ° el. More also the positive half-waves of this voltage im is shifted. In the illustrated position of the control sense, the voltage u st, which has remained standing up to that point, is brought forward, or in the case of the size of the ignition pulses it contains. By setting a nega-DC voltage u g is the period t 5 to t e, the grid of the tive maximum value for the voltage u g Before this tube 72 may be negative. The tube therefore does not carry any current, the shifting of the ignition pulses to an arbitrary one or its internal resistance is infinite. In the saturation angle, preferably 180 ° el., Are limited,
Phase I throttle 21 therefore takes place during this. In this type of control is during the positive
Deutsche Patentschriften Nr. 672 899, 847 627.Considered publications:
German patent specifications No. 672 899, 847 627.
Priority Applications (2)
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DEB33425A DE1023133B (en) | 1954-11-17 | 1954-11-17 | Arrangement for asymmetrical control of power converters |
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DE1023133B true DE1023133B (en) | 1958-01-23 |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE672899C (en) * | 1932-08-21 | 1939-03-11 | Siemens Schuckertwerke Akt Ges | Arrangement for grid control of metal vapor or gas discharge paths |
DE847627C (en) * | 1949-06-15 | 1952-08-25 | Westinghouse Electric Corp | Electronic phase shifter |
-
1954
- 1954-11-17 DE DEB33425A patent/DE1023133B/en active Pending
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1955
- 1955-11-16 FR FR1139699D patent/FR1139699A/en not_active Expired
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE672899C (en) * | 1932-08-21 | 1939-03-11 | Siemens Schuckertwerke Akt Ges | Arrangement for grid control of metal vapor or gas discharge paths |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR1139699A (en) | 1957-07-03 |
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