DE639192C - Einrichtung zur Speisung elektrischer Verbraucher - Google Patents

Description

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AUSGEGEBEN AM
30. NOVEMBER 1936

Die Erfindung bezieht sich auf die Speisung elektrischer Verbraucher aus einem Wechselstromnetz konstanter Spannung.

Es ist bereits bekannt, zur selbsttätigen Konstanthaltung einer einem Netz konstanter Spannung entnommenen Spannung eine Drosselspule mit einer Vormagnetisierungswicklung zu benutzen, deren Strom von einem gittergesteuerten Entladungsgefäß mit Lichtbogenentladung geliefert und in Abhängigkeit von den Spannungsänderungen durch Einwirkung auf das Gitter des Entladungsgefäßes geändert wird.

Bei manchen Verbrauchern besteht aber nun die Aufgabe, daß die aus dem Netz konstanter Spannung entnommene Spannung hinsichtlich ihrer Größe einstellbar sein soll, aber trotzdem jeder eingestellte Wert der Spannung selbsttätig konstant gehalten wird, wenn sich die Belastung ändert. Solche Verhältnisse liegen im besonderen bei Beleuchtungsanlagen vor.

Um bei derartigen Anordnungen die gewünschte Regelung zu ermöglichen, wird unter Verwendung gittergesteuerter Gas- oder Dampfentladungsgefäße die Einrichtung so getroffen, daß die den Verbrauchern vorgeschaltete Drosselspule mit ihrer Vormagnetisierungswicklung im Anodenstromkreis eines gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungsgefäßes liegt, welches gemäß der Erfindung im Gitterkreis eine von Hand einstellbare konstante Gleichspannung und eine pulsierende Gleichspannung von umgekehrtem Vorzeichen erhält, deren effektive Größe der jeweiligen Spannung an den Verbrauchern proportional . ist. Vorzugsweise wird die Anordnung so gewählt, daß die einstellbare konstante Gleichspannung für den Gitterkreis des Entladungsgefäßes über ein elektrisches Ventil aus der- selben Spannungsquelle gewonnen wird, welche die Verbraucher speist, und daß die pulsierende Gleichspannung für den Gitterkreis des Entladungsgefäßes über ein elektrisches Ventil einer in diesem Kreise liegenden Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators zugeführt wird, welche derart bemessen ist, daß die pulsierende Gitterspannung nach Erreichung ihres Höchstwertes bis zum nächsten Spannungsanstieg im wesentlichen geradlinig abfällt.

Eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Verbraucher durch eine Anzahl von Lampen dargestellt werden, wird im folgenden beschrieben. Abb. 1 der Zeichnung zeigt die entsprechende Schaltung. Zur Erläuterung der Wirkungsweise wird dabei auf den in Abb. 2 wiedergegebenen Verlauf der Spannungen an der Anode und dem Gitter des mit der Gleichstromvormagnetisierungs-

wicklung in Reihe geschalteten Entladungsgefäßes Bezug genommen'werden.

In Abb. ι bedeuten io und ii zwei Sammelschienen, an welche mehrere Lampen 12 untejp* einander parallel angeschlossen sind. W'' beiden Pole des Wechselstromnetzes konstWitf" ter Spannung sind mit 13« und 14 bezeichnet. Den Lampen 12 sind die parallel zueinander liegenden Wicklungen 18 und 19 einer Drosselspule 15 vorgeschaltet. Diese selbst besitzt einen Eisenkern, welcher in Abb. 1 der Einfachheit halber fortgelassen ist, und eine Gleichstromvormagnetisierungswicklung 20. Die eine Klemme dieser Wicklung ist über die Leitung 21, das gittergesteuerte Gas- oder Dampfentladungsgefäß 16 und die Leitung 36 mit dem Pol 13 des Wechselstromnetzes verbunden. Die andere Klemme der- Wicklung 20 liegt über die Leitung" 26⁰ an dem Pol 14 des Wechselstromnetzes. Im Kreise des Steuergitters 23 des Entladungsgefäßes 16 sind zwei Widerstände 34 und 39 'angeordnet, denen je ein Kondensator 35 bzw. 40 parallel geschaltet ist; des weiteren liegt im Gitterkreise noch ein nicht besonders bezeichneter Strombegrenzungswiderstand. Die. Schaltung ist derart getroffen, daß an dem ersten der Widerstände, also am Widerstand 34, die von Hand .einstellbare konstante Gleichspannung und an dem zweiten, also am* Widerstand 39, die pulsierende Gleichspannung entsteht. Zur Herstellung dieser heiden Spannungen dient ein zweianodiges Entladungsgefäß 31, dessen nicht näher bezeichnete Kathode mit dem Punkt 33, welcher den beiden Widerständen 34 und 39 gemeinsam ist, in Verbindung steht, und dessen linke, ebenfalls nicht näher bezeichnete Anode über den rechten Teil des Widerstandes 17 an die Kathode 24 des Entladungsgefäßes 16 angeschlossen ist. Der Widerstand 17 ist seinerseits über die Leitungen 30 bzw. 29 und 36 mit den beiden Polen 14 und 13 des Wechselstromnetzes verbunden. Auf dem Widerstand 17 befindet sich ein verschiebbarer Kontakt 32. Zur Erzeugung der pulsierenden Gleichspannung dient der Transformator 38; seine nicht näher bezeichnete Primärwicklung liegt an den "beiden Sammelschienen 10 und 11, während seine ebenfalls nicht näher bezeichnete Sekundärwicklung einerseits an den Widerstand 39 und andererseits an die zweite (rechte) Anode des Entladungsgefäßes 31 angeschlossen ist. Der Gleichstromvormagnetisierungswicklung 20 der Drosselspule ist noch ein besonderes elektrisches Ventil 42 parallel geschaltet, derart, daß seine Anode 43 mit der Anode 22 des Entladungsgefäßes 16 und daher gleichzeitig mit dem einen Ende der Wicklung 20, seine Kathode 44 mit dem an dem Pol 14 des Wechselstromnetzes liegenden anderen Ende der Wicklung 20 verbunden ist. Die Glühkathoden sämtlicher drei Entladungsgefäße sind über einen Transformator mit der Primärwicklung 26 und drei getrennten ^Sekundärwicklungen an das Wechselstrom- £Üe;tz. 13, 14 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 45 speist die Glühkathode 44 des 'Gchiäßes 42, die Sekundärwicklung 25 diejenige des Gefäßes 16 und die dritte nicht besonders bezeichnete Sekundärwicklung die nicht näher bezeichnete Glühkathode des zweianodigen. Entladungsgefäßes 31. Die Anodenstromkreise sind bei allen drei Entladungsgefäßen an die Mitte der Glühkathode bzw. an die Mitte der zugehörigen Sekundärwicklung angeschlossen.

Die Wirkungsweise der in Abb. 1 dargestellten Schaltung wird an Hand der Abb. 2 erläutert. Es sei dabei zunächst vorausgesetzt, daß der verschiebbare Kontakt auf dem Widerstand 17 die in; Abb. 1 dargestellte Lage einnehmen möge. Im Anodenkreise des Entladungsgefäßes 16 tritt die Spannung des Wechselstromnetzes 13, 14 auf, sie ist in Abb. 2 durch die Sinuskurve 27 dargestellt. Die zwischen dem verschiebbaren Kontakt und dem rechten Ende des Widerstandes 17 liegende Wechselspannung wird über die linke Anode des Gefäßes 31 gleichgerichtet und bildet einen Gleichspannungsabfall an de.ai Widerstand 34, derart, daß das rechte Ende dieses Widerstandes sich dauernd auf positivem Potential gegenüber dem linken Ende befindet. Zur Beseitigung der Oberwellen in dieser gleichgerichteten Spannung dient dabei der Kondensator 35, die Gleichspannung ist in Abb. 2 als gerade Linie 37 eingetragen. Über die rechte Anode des Entladungsgefäßes 31 wird die an dem Verbraucher 12 liegende Wechselspannung in eine pulsierende Spannung 1°° umgeformt; an dem Widerstand 39 tritt dabei ein Spannungsabfall auf, welcher das umgekehrte Vorzeichen besitzt wie der an dem Widerstand 34 auftretende. Der Kondensator 40, welcher dem Widerstand 39 parallel liegt, i°5 ist dabei so bemessen, daß die pulsierende Spannung nach Erreichung ihres Höchstwertes! im wesentlichen geradlinig abfällt, bis eine neue, von dem Entladungsgefäß 31 durchgelassene Halbwelle die Spannung wieder an- »» steigen läßt. Die an dem Widerstand 39 auftretende Spannung ist in Abb. 2 als Kurve 46 eingetragen, und zwar von der Nullinie 0-0 nach unten, da sie das umgekehrte Vorzeichen besitzt wie die am Widerstand 34 auftretende Spannung. Die resultierende^am Steuergitter 23 des Entladungsgefäßes 16 liegende Spannung ist demnach durch die algebraische Summe der beiden Gitterspannungen, welche durch die Kurven 37 und 46 dargestellt werden, gegeben und in Abb. 2 durch die Kurve veranschaulicht. Die Kurve dieser resul-

tierenden Gitterspannung schneidet die Zündkennlinie des Entladungsgefäßes 16 bei den in Abb. 2 zugrunde gelegten Verhältnissen etwa in einem Abstand von 45 elektrischen Graden vom Beginn der positiven Anodenspannungshalbwelle an gerechnet. In diesem Zeitpunkt setzt also die Entladung und demgemäß der Strom durch die Gleichstromvormagnetisierungswicklung 20 ein. Dieser Lage des Einsatzpunktes der Entladung innerhalb der positiven Anodenspannungshalbwelle entspricht ein bestimmter Mittelwert des Stromes durch die Wicklung 20 und daher ein bestimmter Spannungsabfall an den Wechsel-Stromwicklungen 18 und 19 der Drosselspule.

Es soll zunächst gezeigt werden, daß durch

Einstellung des verschiebbaren Kontaktes 32 auf dem Widerstand 17 tatsächlich die an den Lampen 12 liegende Spannung nach Belieben ^s eingestellt werden kann. Wenn sich der Kontakt 32 am rechten Ende des Widerstandes 17 befindet, tritt an dem Widerstand 34 im Gitterkreis des Gefäßes τ 6 keine oder eine sehr geringe Gleichspannung auf. Die Kurve 41 der resultierenden Gitterspannung verschiebt sich also aus der in Abb. 2 gestrichelt dargestellten Lage nach unten, so daß sie die Zündkennlinie 28 des Entladungsgefäßes* nur sehr kurz vor Beendigung der positiven Anodenspannungshalbwelle oder überhaupt nicht mehr schneidet. Der Strom in der Wicklung 20 ist daher sehr klein oder Null und der Spannungsabfall längs der Wicklungen 18 und 19 wegen der geringen Sättigung des Eisens entsprechend groß, so daß die Lampen 12 sehr dunkel brennen. Bei Einstellung des Kontaktes 32 auf die Mitte des Widerstandes 17 wird die Kurve 41 der resultierenden Gitterspannung gegenüber der zuletzt beschriebenen Lage gehoben und nimmt etwa die in Abb. 2 dargestellte Lage ein. Das Entladungsgefäß 16 ist dann während eines erheblichen Teiles der positiven Anodenspannungshalbwelle stromdurchlässig, und der entsprechend große Strom in der Wicklung 20 vermindert durch stärkere Sättigung des Eisens den Spannungsabfall längs der Wicklungen 18 und 19 der Drosselspule, so daß die Spannung an den Lampen höher ist als bei Einstellung des Kontaktes 32 auf das rechte Ende des Widerstandes 17. Dabei steigt gleichzeitig die durch die Kurve 46 in Abb. 2 dargestellte pulsierende Spannung an. Hierdurch wird an und für sich der Schnittpunkt der Kurve 41 der resultierenden Gitterspannung .mit der Zündkennlinie 28 wieder nach rechts verschoben, es bildet sich aber letzten Endes ein Gleichgewichtszustand heraus. Wenn der Kontakt 32 auf das linke Ende des

So Widerstandes 17 eingestellt wird, steigt die an dem Widerstand 34 liegende Spannung an mit dem Ergebnis, daß der Schnittpunkt der Kurve 41 der resultierenden Gitterspannung mit der Zündkennlinie 28 sich auf den Anfang der positiven Anodenspannungshalbwelle hin zu bewegt. Das Entladungsgefäß 16 läßt , darin während der ganzen positiven Halbwelle Strom hindurch, und der Spannungsabfall an den Wicklungen 18 und 19 der Drosselspule 15 besitzt wegen der nunmehr höchsten Sättk gung des Eisenkernes einen Mindestwert; die Lampen 12 brennen somit mit größter Helligkeit.

Es soll nun gezeigt werden, daß bei der beschriebenen Schaltung die an den Lampen liegende Spannung praktisch unabhängig ist von der Anzahl der Lampen, d. h. daß sie sichl auch dann nicht ändert, wenn zu bereits brennenden Lampen andere parallel geschaltet werden oder wenn ein Teil der brennenden Lampen abgeschaltet wird. Angenommen, der Kontakt 32 befinde sich etwa in der Mitte desi Widerstandes 17, und die Gitterspannung sei durch Abb. 2 gegeben. Wenn nun die Hälfte der Lampen abgeschaltet wird, ändert sich der Spannungsabfall an den Wechselstromwicklungen 18 und 19 der Drosselspule 15, und zwar derart, daß die Spannung an den verbleibenden Lampen 12 höher ist, als es der Stellung des Kontaktes 32 auf dem Widerstand 17 entspricht. Beim Ansteigen der an den Lampen 12 liegenden Spannung wird aber gleichzeitig die an dem Widerstand 39 auftretende pulsierende Gleichspannung erhöht, derart, daß der Schnittpunkt der Kurve 41 der resultierenden Gitterspannung mit der Zündkennlinie 28 nach rechts wandert und daher eine Verminderung des durch die Gleichstromvormagnetisierungswicklung 20 fließenden Stromes hervorgerufen wird. Diese Verminderung hat eine Zunahme des Spannungsabfalles an der Drosselspule 15 zur Folge und eine Abnahme der Lampenspannung. Die Lampenspannung stellt sich dabei wieder auf den Wert ein, welcher der Stellung des Kontaktes 32 auf dem· Widerstand 17 entspricht. Die entsprechenden Vorgänge spielen sich bei einer Erhöhung der Lampenzahl ab. Wird beispielsweise die Zahl der Lampen verdoppelt, so steigt zunächst der Spannungsabfall in der Drosselspule 15 derart, daß die Spannung an den Lampen niedriger ist, als es der Stellung des Kontaktes 32 auf dem Widerstand 17 entspricht. Die Abnahme der Lampenspannung bewirkt eine Verschiebung des Schnittpunktes der Kurve 41 der resultierenden Gitterspannung mit der Zündkennlinie 28 nach links, derart, daß der Strom durch die Wicklung 20 ansteigt, der Spannungsabfall längs der Drosselspule sinkt und die Spannung an, den Lampen sich wieder erhöht. Auch in diesem Falle steigt die Spannung an

den Lampen an bis auf denjenigen Wert, welcher der Stellung des Kontaktes 32 auf dem Widerstand 17 entspricht.

Das Entladungsgefäß 42 dient dazu, während der für das Entladungsgefäß 16 negativen Anodenspannungshalbwelle den Strom durch die Wicklung 20 aufrechtzuerhalten.

Die Erfindung ist nicht auf die Spannungsregelung von elektrischen Lampen beschränkt, sondern kann, wie bereits angedeutet, zur Spannungsregelung beliebiger elektrischer Verbraucher benutzt werden.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Speisung elektrischer Verbraucher aus einem Wechselstromnetz konstanter Spannung mit einer einstellbaren und von der Stromauf nähme der Verbraucher unabhängigen Wechselspannung mit Hilfe einer den Verbrauchern vorgeschalteten Drosselspule mit Vormagnetisierungswicklung, die im Anodenstromkreis eines gittergesteuerten Gasoder Dampfentladungsgefäßes liegt, insbesondere zur Steuerung von Bühnenbeleuchtungslatnpen, dadurch gekennzeichnet, daß der Gitterkreis des Entladungsgefäßes (16) eine von Hand einstellbare konstante Gleichspannung und eine pulsierende Gleichspannung von umgekehrtem Vorzeichen erhält, deren Größe der jeweiligen Spannung an den Verbrauchern proportional ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare konstante Gleichspannung für den Gitterkreis des Entladungsgefäßes (16) über ein elektrisches Ventil (in Abb. 1 Kathode und linke Anode des Gleichrichtergefäßes 31) aus derselben Spannungsquelle gewonnen wird, welche die Verbraucher (12) speist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsierende Gleichspannung für den Gitterkreis des Entladungsgefäßes (16) über ein elektrisches Ventil (in Abb. 1 Kathode und rechte Anode des Gleichrichtergefäßes

   31) einer in diesem Kreise liegenden Parallelschaltung eines Widerstandes (39) und eines Kondensators (40) zugeführt wird, welche derart bemessen ist, daß die pulsierende Gitterspannung nach Erreichung ihres Höchstwertes bis zum nächsten Spannungsanstieg im wesentliehen geradlinig abfällt.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare konstante Gleichspannung und die pulsierende Gleichspannung für den Gitter- Go kreis mit Hilfe eines zweianodigen Entladungsgefäßes (31) hergestellt wird.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstromvormagnetisierungswicklung (20) der Drosselspule (18, 19) zur Aufrechterhaltung des Gleichstromes in der für das Entladungsgefäß (16) negativen Anodenspannungshalbwelle ein elektrisches Ventil (42) parallel geschaltet ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen