-
Einrichtung zur Vernichtung der Remanenz von Gleichstromerzeugern
Die bisher bekannten Einrichtungen zur Vernichtung der Remanenz von Gleichstromdynamos
haben mannigfaltige Nachteile, wie unvollkommene Wirkung, Zusammenschließen von
Feldkreis und Ankerkreis der Dynamos (Gefahr des Eintritts von Hochspannung in den
Steuerkreis und unzulässiger Ströme in niederohmigen Stromkreisen), komplizierte
Relaisschaltungen, teils zu hoher Preis und oft auch verzögerte Wirkungsweise.
-
Gegenstand der Erfindung ist eine einfache Anordnung zur Remanenzvernichtung
unter Anwendung einer Entladungsröhre, insbesondere einer Hochvakuumröhre; die Erfindung
besteht darin, daß die in normaler Weise gespeiste Erregerwicklung außerdem noch
über ein gittergesteuertes Entladungsgefäß in dem Sinne mit einer Spannungsquelle
verbunden ist, daß Strom nur entgegen der Richtung des normalen Erregerstromes über
das Entladungsgefäß fließen kann und daß an die Gitter eine Spannung angeschlossen
ist, welche abhängig ist von der Änderung der Ankerspannung. Die Röhre schützt durch
ihren eigenen inneren Widerstand alle niederohmigen Stromkreise, ist für die eine
Stromrichtung überhaupt gesperrt und bedarf nur einer sehr niedrigen Steuerspannung,
welche von der Ankerspannung der Dynamo mittels Spannungsteilers entnommen werden
kann, so daß keine Hochspannung in die Niederspannungsstromkreise eindringen kann.
Einige Beispiele der Einrichtung nach der Erfindung zeigen die Abbildungen.
-
Die Dynamo a (Abb. _) hat die Feldwicklung b, welche über den Schalter
c aus dem Erreger-Gleichstromnetz im Sinne der Pfeilrichtung erregt wird. Die Remanenzvernichtungseinrichtung
besteht aus den mit d bis n bezeichneten Teilen, welche im einzelnen folgendermaßen
geschaltet sind: An die Ankerklemmen der Dynamo a ist der Spannungsteiler
d, e, f
angeschlossen. Die an den Enden des mittleren Teilwiderstandes e auftretende
Spannung wird durch diese Spannungsteileranordnung beliebig niedriger gehalten als
die Klemmenspannung der Dynamo a, so daß erstens in die im weiteren zu besprechenden
Stromkreise an der Röhre k und infolgedessen auch an das Feld b bzw. an den Schalter
c keine unerwünscht hohe Spannung gelangen kann, wenn man auch in der Dynamo a höhere
Spannungen erzeugt, und daß man zweitens zum Abgleichen der Gitterspannungen die
durch den Spannungsteiler gegebene Einstellmöglichkeit der Spannung erzielt. Die
Endpunkte des Widerstandes e sind über die Kondensatoren g und h und den
Widerstand i zu
einem für Wechselströme oder Stromimpulse freien, für Gleichstrom
gesperrten Stromkreis geschlossen. Ändert sich die Ankerspannung, also auch die
Spannung an den Klemmen des Widerstandsteiles e, dann fließt nach Maßgabe der Spannungsänderung
ein Strom von der
rechten Klemme des Widerstandsteiles e, über den
Kondensator g, den Widerstand i, den Kondensator h zur linken Klemme von e oder
umgekehrt. Dieser Strom ruft eine Spannung an den Klemmen .von i hervor. Diese an
den Endpunkten von i auftretenden Spannungen bilden in Serie mit der Spannung der
Batterie l die Gitterspannung der Entladungsröhre k. Durch die Röhre k kann bei
geeigneter Gitterspannung und geöffnetem Schalter c ein Strom fließen, der vom Pluspol
des Erregernetzes über Anode-Kathode der Röhre k, Widerstand m,
Feld
b, Widerstand n zum Minuspol des Erregernetzes gelangt, also entgegen der
Pfeilrichtung, daher entgegen dem normalen Erregerstrom fließt.
-
Bei geschlossenem Schalter c würde der durch die Röhre mögliche Stromkreis
vom Pluspol des Netzes über Anode-Kathode der Röhre k, Widerstand m direkt zum (hinter
dem Schalter c erreichten) Minuspol des Netzes führen, d°. h. die Röhre k ist bei
kleinem Widerstand m fast kurzgeschlossen, eine Einwirkung auf das Feld b findet
durch die Röhre k hindurch nicht statt; einem solchen Kurzschluß ist eine passend
gewählte Röhre ohne Schaden gewachsen; eine Hochvakuumröhre hat im allgemeinen bereits
genügend inneren Widerstand.
-
Die Verwendung von gas- oder dampfgefüllten Röhren bei einer grundsätzlich
gleichen Schaltung ist an sich nicht ausgeschlossen.
-
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: i. Dauerzustand bei
geöffnetem Schalter c: Das Dynamofeld b ist urierregt, an den Klemmen von a ist
keine Spannung, also auch nicht an den Enden des Widerstandes e. Die Batterie erteilt
dem Gitter der Röhre k eine solche negative Vorspannung El, daß kein Anodenstrom
fließen kann, also auch keine Erregung des Feldes b durch die Röhre
k und die Widerstände m und n möglich ist.
-
a. Der Schalter c wird geschlossen: Das Dynamofeld b wird aufgebaut,
an den Klemmen des Ankers der Dynamo a steigt die Spannung von Null auf ihren Endwert
mit der eingezeichneten Polarität. Eine entsprechend ansteigende Spannung der ebenfalls
eingezeichneten Polarität tritt an dem Widerstand e auf. Infolge des von der rechten
Klemme von e über g, i, lt zur linken Klemme fließenden Ladestromes ergeben
sich an den Kondensatoren folgende Ladungen: an g wird die nach e gelegene Seite
zunehmend positiv, die nach i gelegene Seite zunehmend negativ aufgeladen; an k
wird die nach e gelegene Seite zunehmendnegativ, dienach i gelegeneSeite zunehmend
positiv aufgeladen. Um diese Ladungen auf die nach i gelegenen Seiten der Kondensatoren
zutransportieren, ist derbereits erwähnte, durch i in der Pfeilrichtung fließende
Strom erforderlich, d. h. an dem Widerstand i tritt während der Dauer dieses Ladestromes
ein der Ladestromstärke entsprechender Spannungsabfall auf, um dessen Betrag die
Gittervorspannung El der Röhre k größer wird. Da aber schon die durch die Batterie
l erzeugte Gitterspannung zur Sperrung des Stromes ausreicht, kann also während
des Ansteigens der Spannung im Anker a erst recht kein Anodenstrom durch die Röhre
k fließen; k übt also in diesem Zeitraum keinerlei Einfluß auf den
Stromkreis des Feldes b aus. 3. DauerzustandbeigeschlossenemSchalterc: Nach Erreichen
der vollen Ankerspannung an a hört der Ladevorgang der Kondensatoren g und k auf.
Der Widerstand i wird stromlos, an seinen Klemmen herrscht keine Spannung, es wirkt
immer nur die Spannung El der Batterie Z als Gitterspannung, eine Wirkung auf das
Feld b tritt nicht in Erscheinung (wie unter i).
-
q.. Der Schalter c wird geöffnet: Der über den Schalter c dem Feld
b zugeführte Erregerstrom ist unterbrochen, das Feld b klingt ab. Das Feld b würde
ohne die beschriebene Einrichtung endgültig nur bis zur Remanenz abklingen, und
es würde eine der Remanenz entsprechende Spannung am Anker a bestehen bleiben. Die
Remanenz wird nun aber auf folgende Weise vernichtet. In dem Zeitpunkt, in welchem
der Erregerstrom in der Feldwicklung b nach dem Erlöschen des Schaltlichtbogens
vollständig unterbrochen ist, ist die Ankerspannung noch nicht auf den der Remanenz
entsprechenden Wert gesunken. Die Ankerspannung sinkt also nach vollständiger Unterbrechung
des Erregerstromes weiterhin ab. Während des Sinkens der Spannung am Anker a findet
aber an den Kondensatoren g und h ein Abtransport der Ladungen statt, der durch
einen Strom von h nach g über den Widerstand i, also entgegen der Pfeilrichtung,
vor sich geht. Der hierbei in i auftretende Spannungsabfall erniedrigt die negative
GittervorspannungEl so weit, daß ein Anodenstrom durch die Röhre k fließt, welcher
vom Pluspol des Netzes über die Anode und Kathode der Röhre k, den Widerstand
m, das Feld b, den Widerstand n zum Minuspol des Netzes führt. Da
dieser entgegen den Pfeilen fließende Strom dem gerade durch den Schalter c abgeschalteten
Erregerstrom entgegengerichtet ist, so findet eine die Remanenz im Felde b unterdrückende
Erregung des Feldes statt, welcher bei richtiger Bemessung der Teile d bis
n nur so lange wirkt, bis die resultierende Spannung am Anker a den Wert Null gerade
erreicht bzw. mit genügender Genauigkeit ergibt.
-
Nach Erreichen des Wertes Null der Spannung am Anker a ist wieder
der unter i. beschriebene Zustand eingetreten.
-
Eine Schaltung nach der Erfindung für leonardgesteuerte Reversierbetriebe,
bei welchen
also die Erregung der Felder der Dynamo betriebsmäßig
umgekehrt wird, zeigt beispielsweise die Abb. a. Darin ist z der leonardgesteuerte
Motor, a die Leonarddynamo mit dem Feld b, welches über den Reversier-Steuerschalter
c aus dem Gleichstromnetz erregt wird. Die Remanenzvernichtungseinrichtung besteht
aus den mit d bis x benannten Teilen.
-
Die Feldwicklung b ist außer über den Schalter c noch über eine Wheatstonesche
Brücke an das Netz angeschlossen. Die Widerstände u, v, w, x der Brücke sind
so untereinander abgeglichen, daß, abgesehen von anderen Einflüssen, die später
näher besprochen werden sollen, zunächst zwischen den Punkten A und B keine Spannungsdifferenz
herrscht. Die Klemmen der Feldwicklung b sind an diese beiden Punkte angeschlossen,
während an die beiden anderen Eckpunkte C und D der Brücke die Klemmenspannung gelegt
ist. In dem einen Brückenzweig liegt nun parallel zum Widerstand w die Röhre k2
und im anderen Brückenzweig parallel zum Widerstand v die Röhre kl. Solange die
beiden Röhren durch die konstanten Spannungsquellen 1l bzw. 1" welche an die Gitter
angeschlossen sind,- gesperrt sind, verhindert, wie gesagt, die abgeglichene Brücke
einen Stromdurchgang durch die Feldwicklung b. Erst wenn die eine oder andere Röhre
stromdurchlässig wird, ist das Gleichgewicht der Brücke gestört, und das Netz schickt
den Strom durch die Feldwicklung. Die Spannungsquellen 1i und h sind, wie beim Ausführungsbeispiel
nach Abb. r, so bemessen, daß bei Dauerbetrieb bzw. bei Stillstand des'Antriebes
die Röhren k, und k2 vollständig gegen Stromdurchgang gesperrt sind.
-
Wird nun der Steuerschalter c nach links gelegt, dann fließt durch
die Wicklung b ein Erregerstrom, und zwar -in Richtung der gestrichelten Pfeile.
Die einzelnen Vorgänge in den Röhren sind dabei ähnlich, wie es beim ersten Ausführungsbeispiel
bereits eingehend erläutert wurde. Das gleiche gilt für den Dauerbetrieb.
-
Wird nun der Schalter c geöffnet, dann ergibt sich genau wie beim
ersten Ausführungsbeispiel nach der Unterbrechung des Erregerstromes eine abklingende
Spannung an den Klemmen des Widerstandsteiles e. Hierbei werden die Kondensatoren
g2, h2 so aufgeladen, daß an den Klemmen des Widerstandes i2 eine Spannung entsteht,
welche der konstanten Spannung 1,
entgegengerichtet ist. Die Röhre k2 wird
daher stromdurchlässig, so daß nun durch die Feldwicklung b ein Strom entsprechend
den ausgezogenen Pfeilen fließt. Der Strom verläuft vom Pluspol des Netzes zum Punkt
C, von hier parallel über den Widerstand w und die Röbre k2;
im Punkt A vereinigen
sich die Parallelströme und fließen von da aus über die Feldwicklung b zum Punkt
B durch den Widerstand x zum Minuspol des Netzes. Die Feldwicklung b wird also entgegen
dem Sinne der vorher stattgefundenen betriebsmäßigen Erregung vom Strom durchflossen,
so daß die Remanenz vernichtet wird.
-
Auch an den Klemmen des Widerstandes il entsteht eine Spannung durch
den Ladestrom für die Kondensatoren g1, hl. Die Anordnung ist aber so getroffen,
daß die Spannungsdifferenz an - den Klemmen des Widerstandes il sich zu der Spannung
h addiert und daher die Sperrung der Röhre kl vergrößert wird. Die Röhre k1 bleibt
also während des vorstehend beschriebenen Vorganges unwirksam.
-
Für die andere Drehrichtung (Steuerschalterauslage nach rechts) ergibt
sich eine dem vorstehend beschriebenen Betrieb -vollkommen ähnliche Wirkungsweise.
-
Im Prinzip kann man natürlich in der an sich bekannten Art bei allen
Anordnungen sowohl Gleichstrom- wie Wechselstromheizung anwenden.
-
Für die Erfindung ist es bedeutungslos, ob die Steuerschaltungen an
c oder an den Röhren direkt auf das Feld der Dynamo wirken oder auf das Feld einer
Erregermaschine der Dynamo a. Auch wenn eine solche Erregermaschine mit Schnellerregung,
z. B. mit Gegenkompoundierung durch den Erregerstrom der Dynamo a oder durch die
Ankerspannung der Steuerdynamo a, ausgerüstet ist, ergeben sich prinzipiell keine
anderen Wirkungen der Röhren. Wenn bei der letztgenannten Anordnung (Gegenkompoundierung
der Erregermaschine durch die Ankerspannung von a) der sehr häufige Fall auftritt,
daß die Remanenz der Dynamo a in dem der abgeklungenen Spannung entgegengerichteten
Sinne auftritt, braucht nur der Anodenstromkreis der Röhren das von ihm gespeiste
Feld in umgekehrter Richtung zu durchfließen, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.
-
Für den Fall, daß die zur Vernichtung der Remanenz erforderlichen
Ströme sehr groß werden, soll erfindungsgemäß eine Kaskadenschaltung in an sich
bekannter Art angewandt werden. An dieser Stelle kann auch die gittergesteuerte
gas- oder dampfgefüllte Röhre mit Vorteil verwandt werden. Ein Ausführungsbeispiel
dafür zeigt die Abb. 3.
-
.Bis zum Anodenstromkreis' der Hochvakuumröhre t ist die Anordnung
die gleiche wie in Abb. z. Die Röhre t steuert aber nur einen durch den Widerstand
r fließenden Strom. Der durch diesen Strom im Widerstand y erzeugte Spannungsabfall
wird in Serie mit der Batterie o, welche für sich allein die erforderliche Gittervorspannung
erzeugt, als Steuerspannung der gas- oder dampfgefüllten Röhre s benutzt. Erst die
Röhre s speist das Feld b der Dynamo a.
Der Wirkungsweise der gas-
oder dampfgefüllten
Röhre entspricht es bekanntlich, daß nur der
Zündeintritt gesteuert werden kann, während die Unterbrechung des Anodenstromes
nur durch Nulldurchgang der Anodenspannung möglich ist.
-
Nach dem Öffnen des Schalters c, also nach Unterbrechung des Erregerstromes,
wird wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. x die negative Gitterspannung an
der Röhre t herabgesetzt, so daß ein Strom durch diese Röhre und den Widerstand
y fließt. Durch den Spannungsabfall an diesem Widerstand wird nundie negative Spannung
am Gitter der Röhre s vermindert. Daher wird das Feld b über den Anodenstromkreis
der Röhre s mit gleichgerichtetem Wechselstrom aus der Dynamo f gespeist; diese
durch die Röhre s bewirkte Gegenerregung von b besteht aus einer Reihe von kurzen
Stromstößen, deren Wirkung in an sich bekannter Weise dadurch wesentlich verbessert
wird, daß man z. B. einen Kondensator q zum Feld b parallel schaltet. Erfindungsgemäß
wird die Wirkung der Röhre s dadurch besonders verbessert, daß die Wechselstromquelle
p nicht mit der normalen Frequenz von 50 Hz, sondern mit einer wesentlich
höheren Frequenz arbeitet. Es ist für die Erfindung belanglos, ob diese Frequenz
aus einem Netz oder einem besonderen Generator oder einem mit Gleichstrom vorgesättigten
Transformator entnommen wird, der auf der Sekundärseite die Oberschwingungen der
Grundwelle des Primärwechselstromes stark zur Geltung bringt, oder ob noch andere
Mittel zur Herstellung der höheren Frequenz angewandt werden. Auch die Anwendung
mehrerer Röhren an Stelle der Röhre s zwecks Vollweggleichrichtung oder vielphasiger
Gleichrichtung ist leicht möglich.