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Anordnung zur Umformung von Gleichstrom in höherfrequenten Wechselstrom
Die Erfindung bezieht sich auf mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken
arbeitende Umformungseinrichtungen, insbesondere auf solche Umformungssysteme, die
zur Energieübertragung von einer Gleichstrom- oder einer niederfrequenten Wechselstromquelle
zu einem mit relativ hoher Frequenz betriebenen Belastungskreis geeignet sind.
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Es wurden bereits zahlreiche, mit Entladungsstrecken arbeitende Umformungseinrichtungen
entwickelt, mit denen eine Energieübertragung zwischen Gleich- und Wechselstromkreisen
möglich war, oder auch beispielsweise eine Energieübertragung zwischen Gleichstromnetzen
verschiedener Spannung oder zwischen unabhängigen Wechselstromnetzen gleicher oder
verschiedener Frequenz. Die Verwendung von Dampf- oder Gasentladungsstrecken wurde
bei derartigen Anlagen für besonders vorteilhaft befunden in Anbetracht der verhältnismäßig
großen Leistung, welche mit derartigen Entladungsstrecken bei den normalen Betriebsspannungen
übertragen werden kann.
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So sind beispielsweise Anordnungen bekanntgeworden, die aus mehreren
Gruppen von jeweils zwei gittergesteuerten Dampf-oder Gasentladungsstrecken bestehen,
die derart gesteuert werden, daß die in der Stromführung, unmittelbar aufeinanderfolgenden
Entladungsstrecken verschiedenen Gruppen angehören, wobei jede Gruppe für sich allerdings
eine besondere Wechselspannung liefert, die zusammen mit den gegenüber dieser phasenverschobenen
Wechselspannungen-der anderen Gruppen eine mehrphasige Wechselspannung erzeugt.
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Bei derartigen Anordnungen hängt ein befriedigendes Arbeiten von der
Bedingung oder von der Voraussetzung ab, daß die Steuerelektroden der Entladungsstrecken
die Kontrolle über die Entladung, d. h. die Steuerfähigkeit im Verlauf jedes auf
eine Stromunterbrechung folgenden Zeitintervalles schnell genug wiedergewinnen;
diese Wiedererlangung der Steuerfähigkeit wird- durch künstliche Herabsetzung des
Anodenpotentials unter das Kathodenpotential erreicht und muß erfolgen, bevor die
Spannung an den Entladungsstrecken wieder positiv wird. Es ist hierzu notwendig,
daß die Entladungsstrecken im Verlauf dieser Zeitspanne, d. h. solange das Anodenpotential
negativ ist, praktisch vollständig entionisiert werden.. Zur Durchführung des Entionisierungsprozesses,
d. h. bis zur erfolgten Rekombination der in den Entladungsstrecken befindlichen
Elektronen und Ionen zu einem elektrisch neutralen Dampf oder Gas muß eine ganz
bestimmte Zeit zur Verfügung stehen; bei den bisher bekannten Anordnungen liegt
damit ein ganz
bestimmter Zeitpunkt fest, gerechnet vom Erlöschen
der Entladungsstrecke, bis zu dem das .Anodenpotential der betreffenden Entladungsstrecke
mindestens negativ gehalten werden inuß. Infolgedessen bedingt die Eric.--. ionisierungszeit
bei den bekannten Anordnungen eine ganz bestimmte obere Frequenzgrenze, bis zu der
die Einrichtung, in der die 'Entladungsstrecken arbeiten, betrieben «-erden kann.
In bestimmten Fällen ist es nun aber erwünscht, derartige Anordnungen auch mit einer
Frequenz betreiben zu können, die über d?eser Grenze liegt.
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Gegenstand der Erfindung ist nun eine Umformungseinrichtung mit Dampf-
oder Gasentladungsstrecken, welche den erwähnten Nachteil der bekannten Einrichtungen
nicht aufweist, d. h. welche auch mit Frequenzen betrieben werden kann, die oberhalb
der durch die eingangs erwähnten Entionisierungsz.eit bestimmten Frequenzgrenze
liegen, ohne daß die Entionisierungszeit für die einzelnen verwendeten Entladungsstrecken
beschnitten werden muß, d. h. die Einrichtung gestattet den Betrieb mit so hohen
Frequenzen, daß die Dauer einer Halbperiode kleiner als die Entionisierungszeit
sein kann.
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'\@"eiterhin ist die Erfindung durch eine besondere Steuereinrichtung
für die Steuerelektroden der Entladungsstrecken gekennzeichnet, die zwar im Zusammenhang
mit der vorliegenden Sonderaufgabe entwickelt wurde, aber auch darüber hinaus für
andere mit Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeitende Umformungseinrichtungen
verwendet werden kann.
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Gemäß der Ert?iidung bestehen die Anordnungen zur Umformung von Gleichstrom
in höhenfrequenten Wechselstrom mittels gitter-Besteuer ter Dampf- oder Gasentladungsstrecken
mit im wesentlichen lichtbogenartiger Entladung aus mindestens zwei bezüglich der
beiden Netze parallel geschalteten Gruppen von je mindestens zwei Entladungsstrecken,
die unter Mitwirkung geeignet vorgesehener Kominutierungsmittel derart gesteuert
werden, daß die einzelnen Gruppen zyklisch arbeiten. Bei den Anordnungen zur Umformung
von Wechselstrom gegebener Frequenz in höhenfrequenten Wechselstrom mittels zweier
Gruppen von Entladungsstrecken besteht gemäß der Erfindung jede Gruppe ihrerseits
mindestens aus zwei bezüglich der beiden Netze parallel geschalteten Untergruppen
von je mindestens zwei Entladungsstrecken, die ebenfalls unter Mitwirkung geeignet
vorgesehener KommutierungSinittel dei art gesteuert werden, daß die einzelnen Untergruppen
zyklisch arbeiten, wobei die Stromführung innerhalb einer Untergruppe jeweils von
der Entladungsstrecke, die positive Anodenspannung hat, übernommen wird. In einem
betrachteten -,Augenblick ist also immer nur eine einzige Entladungsstrecke stromführend,
alle übrigen sind gesperrt. Es hat sich nun herausgestellt, daß bei einer derartigen
Anordnung die Koinmutierungseinrichtung an jeder Entladungsstrecke für einen sehr
großen Teil jeder Arbeitsperiode ein negatives Anodenpotential aufrechterhalten
kann; das bedeutet aber, daß die Anordnung bei einer wesentlich höheren Frequenz
als die bisher bekannten Einrichtungen arbeiten kann.
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Eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsgedankens betrifft - die
Ausgestaltung der Steuerkreise der einzelnen Entladungsstrecken im Hinblick auf
die Durchführung der gekennzeichneten Steueraufgabe ohne Fremdsteuerspannungsquelle
und hat ganz allgemeine Bedeutung für selbsterregte Steuerschaltungen, deren Steuerkreise
nicht von einer unabhängigen Spannungsquelle, die die Frequenz bestimmen würde,
gespeist werden.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung und zur näheren Erläuterung
soll die folgende Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den
Zeichnungen dienen.
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In Abb. i ist eine prinzipielle Schaltung der Hauptstromkreise der
Umformungseinrichtung, die den Erfindungsgedanken verkörpert, angegeben.
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Abb. 2 zeigt einige Arbeitskurven der Anordnung der Abb. i.
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Abb. 3 stellt einen selbsterregten Wechselrichter gemäß Abb. i dar.
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In Abb. q. ist eine gegenüber der Abb. 3 abgeänderte Art der Gittersteuerung
dargestellt, und in Abb.5 eine Anwendung des Erfindungsgedankens auf die Umrichtung
niederfrequenten in hochfrequenten Einphasenwechselstrom, während Abb.6 eine Abänderung
der Prinzipschaltung der Abb. i für die Anwendung bei Energieübertragung zwischen
einem niederfrequenten Drei- oder Vierphasenwechselstroninetz und einem hochfrequenten
Einphasenwechselstromnetz behandelt.
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In Abb. i ist im einzelnen eine Wechselrichteranordnung dargestellt,
bei der eine Energieübertragung aus einem Gleichstromnetz 1o in ein Einphasenwechselstromnetz
11 von verhältnismäßig hoher Frequenz erfolgt. Die Einrichtung umfaßt einen Ausgangstiansforma,tor
12 mit einer Sekundärwicklung 13, die an den Verbraucherkreis angeschlossen ist,
und einer Primärwicklung 14. Die Wicklung 14 besitzt einen elektrischen Mittelpunkt,
der mit dem positiven Leiter des Gleichstromnetzes verbunden ist, während die Enden
der Wicklung 14 über Gruppen bzw. Paare von Entladungsstrecken 15 und 16, 17 und
18 mit dem- negativen Gleichstromleiter
verbunden sind. In der Verbindung
zwischen der Wicklung 14 und dem Entladungsstreckenpaar 15 und 16 ist ein Kommutierungskreis
eingeschaltet, dessen einer Teil eine Transformatorwicklung ig bildet; der elektrische
Mittelpunkt der Wicklung ig ist an das Ende der Wicklung 14 angeschlossen, und die
Wicklungsenden von ig sind an die Anoden der Entladungsstrecken 115 und 16
angeschlossen. Fernerhin gehört zu diesem Kommutierungskreis ein Kommutierungskondensator
20, der parallel zu der Wicklung i9 geschaltet ist, die als in Reihe geschalteter
Spartransformator so wirkt, als wenn der Kondensator 2o effektiv in Reihe in den
Belastungskreis der Anlage eingeschaltet wäre. Entsprechend ist ein Kommutierungskreis
mit einer Transformatorwicklung 21 und einem Kondensator z2 in die Verbindung zwischen
der Wicklung 14 und den Entladungsstrecken 17 und 18 eingeschaltet. Weiterhin ist
in bekannter Weise ein Glättungskreis vorgesehen, bestehend aus einer Glättungsdrossel
23, einem Kondensator 24 und einer weiteren Drossel25, der zwischen die Umformungseinrichtung
und das Gleichstromnetz io eingeschaltet ist, um die Pulsation des dem speisenden
Netz entnommenen Stromes zu vermindern.
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Damit die einzelnen Entladungsstrecken 15 bis i8 in einer geeigneten
Reihenfolge leitend gemacht werden können, sind die Steuerelel#:= troden mit dem
gemeinsamen Kathodenkreis über strombegrenzende Widerstände 26, negative Vorspannungsbatterien
27 sowie über die Sekundärwicklungen des Steuertransformators 28 verbunden. Die
Primärwicklung des Steuertransformators 28 wird aus einer mehrphasigen Wechselstromquelle
29 gespeist; diese Wechselstromquelle hat eine Frequenz, welche ein echter Bruchteil
derjenigen Frequenz ist, die man im Verbraucherkreis i i zu erzeugen wünscht. Iln
Ausführungsbeispiel der Abb. i werden die Steuertransformatoren 28 von den beiden
Phasen eines vierphasigen Hilfsmotorgeneratorsatzes 29 fremd gespeist, welcher eine
Steuerfrequenz liefert, die halb so groß ist, wie die im Kreis i i gewünschte Verbraucherfrequenz.
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Zur Betrachtung der Arbeitsweise der beschriebenen Einrichtung möge
angenommen sein, daß die Entladungsstrecke 15 zunächst durch den zugehörigen Transformator
28 leitend - gemacht worden sei. In diesem Fall wird ein Strom vom positiven Gleichstromleiter
über den linken Teil der Wicklung 1q., den linken Teil der Wicklung ig und die Entladungsstrecke
15 zum negativen Gleichstromleiter fließen und dabei im Transformator 12 eine Halbwelle
des dem Verbraucherkreis i i zuzuführenden Wechselstromes erzeugen. Der hohe Scheinwiderstand
der linken Hälfte der Wicklung ig für den Strom, der durch ihren linken Teil fließt,
wird dadurch herabgesetzt, daß in der rechten Hälfte transformatorisch eine Spannung
induziert wird, die ihrerseits einen im wesentlichen gleich großen und entgegengesetzt
gerichteten Stromfluß durch den rechten Teil der Wicklung ig bewirkt. Dies ist aber
gerade der Strompfad, in dem der Kommutierungskondensator 2o liegt; damit wird also
der Kondensator 2o wirkungsmäßig in den Teil der Umformungseinrichtung eingefügt,
durch den der Belastungsstrom fließt, und der Kondensator wird daher auf, eine Spannung
aufgeladen, die hinsichtlich ihrer Größe vom Belastungsstxorn abhängt sowie von
der Zeitdauer, während der der Strom durch die Entladungsstrecke 15 fließen konnte.
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Etwa 18o elektrische Grade später, bezogen auf die Frequenz im Belastungskreis
i i, oder go elektrische Grade später, bezogen auf die Frequenz der vom Generator
29 gelieferten Steuerspannung, wird die Entladungsstrecke 17 der anderen Gruppe
leitend gemacht, und die Spannung, welche am Kondensator 2-o aufgebaut wurde, kann
nun fast augenblicklich den Strom von der Entladungsstrecke 15 auf die Entladungsstrecke
17 kommutieren. Der Kommutierungskreis verläuft folgendermaßen: Vom rechten Belag
des Kondensators 2o, der positiv geladen ist, schließt sich dieser Kreis über den
rechten Teil der Wicklung ig, die volle Wicklung 14, den linken Teil der Wicklung
--i und die Entladungsstrecken 15 und 17. Während der nun folgenden Arbeitsteilperiode
fließt der Gleichstrom aus dein Netz io durch den rechten Teil der Wicklung 14 und
erzeugt damit eine weitere Halbperiode des Wechselstromes im Verbraucherkreis i
i mit entgegengesetzter Polarität. Gleichzeitig lädt dieser Strom den Kondensator
22 in ähnlicher Weise, wie es oben für den Kondensator ao beschrieben wurde. Wegen
der großen Leerlaufimpedanz der Transformatorwicklung ig, und weil die Entladungsstrecken
15 und 16 nunmehr beide keinen Strom führen, kann erreicht werden, daß ein beträchtlicher
Teil der ursprünglichen Ladung des Kondensators 2o während des Zeitraumes, in dem
die Entladungsstrecke 17 stromführend ist, aufrechterhalten bleibt, so daß später,
nach weiteren etwa i8o Graden, bezogen auf die Frequenz des Verbraucherkreises i
i, wenn die Entladungsstrecke 16 leitend wird, auf welche der Strom vermöge der
Spannung am Kondensator 22 von der Entladungsstrecke 17 her kommutiert wird, die
Entionisierung der Entladungsstrecke 15 bereits beendet ist. Der durch die Entladungsstrecke
16 fließende Strom bewirkt nunmehr
die völlige Entladung des Kondensators
:2o und darüber hinaus die Umladung auf eine der ursprünglichen Ladespannung gleiche
Spannung entgegengesetzter Polarität, so daß der Kondensator 2o weitere i8o elektrische
Grade später, bezogen auf den Verbraucherkreis i i, die Stromführung von der Entladungsstrecke
16 auf die Entladungsstrecke 18 kommutieren kann. Auf diese Weise wird der Strom
abwechselnd von einer auf die andere Entladungsstrecke übertragen, wobei in einem
gegebenen Augenblick immer bloß eine einzige Entladungsstrecke leitend ist, und
der Strom immer von einer Entladungsstrecke der einen Gruppe auf eine Entladungsstrecke
der anderen Gruppe wechselweise übertragen wird, und wobei innerhalb jeder Gruppe
die Entladungsstrecken abwechselnd Strom führen. Bei dieser Arbeitsweise ist oftensichtlich
jede Entladungsstrecke während einer Halbwelle des im Verbraucherkreis erzeugten
Wechselstromes leitend und während dreier weiterer Halbperioden nicht leitend.
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Die Art, in der die oben beschriebene Einrichtung arbeitet, um die
Zeit zu vergrößern, während der der Anode jeder einzelnen Entladungsstrecke ein
negatives Potential aufgedrückt werden kann, d. h. also die zur Verfügung stehende
Entionisierung,zeit, läßt sich am besten an Hand der Schaubilder der Abb. 2 darstellen,
welche den Gleichgewichtszustand darstellt, der sich nach dem Anlassen einspielt.
In dieser Abbildung bezeichnen die Kurven A und B die Spannungen, welche an den
Kommutierungskreisen ig, 2o und 21, 22 auftreten, wobei das langsame Abklingen der
Ladung in den Zeiträumen t2 -t., t4 t5 usf. nicht berücksichtigt ist. So
wird z. B. im Zeitpunkt t, -t, der Kondensator 2o entladen bzw. auf eine umgekehrte
Polarität umgeladen (Kurve A). Während des Zeitraumes t2 t3 sind die beiden Entladungsstrecken
15 und 16 nichtleitend, die Ladung und damit die Spannung des Kondensators 2o bleibt
im wesentlichen konstant. Im Zeitraum t04 führt die Entladungsstrecke 16 Strom,
der Kondensator 2o wird wieder umgeladen usf. Entsprechend stellt Kurve B den Spannungs-bzw.
Ladungsverlauf am Kondensator 22 dar. In der gleichen Abbildung gibt die Kurve C
den Verlauf des Wechselstromes, wie er in das Verbrauchernetz i i geliefert wird,
oder auch, im Fall einer rein Ohmschen Belastung, die Wechselspannung am Verbraucher.
Die rechteckige Kurvenform ist natürlich eine Folge der weitgehenden Glättung durch
die Drosseln 23 und 25, welche den Gleichstrom praktisch auf konstanter Größe halten.
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Die Kurve D der Abb. 2 zeigt den Spannungsverlauf an einer der Entladungsstrecken,
beispielsweise der Entladungsstrecke 15. Im Zeitraum t,-t$ führt diese Entladungsstrecke
Strom, die Spannung zwischen ihren Hauptelektroden ist lediglich gleich der Brennspannung,
also vernachlässigbar klein. Im Augenblick t2 wird der Strom von der Entladungsstrecke
15 auf die Entladungsstrecke 17 kommutiert, worauf die Spannung an der Entladungsstrecke
15 sich zusammensetzt aus der halben, in bezug auf die Anode der Entladungsstrecke
15 negativen Spannung des Kondensators 2o, aus der vollen, positiv g°2-richteten
Spannung der Wicklung 14 sowie aus der Spannung am Kondensator 22, welche anfänglich
negativ ist, dann aber während der Leitfähigkeitsdauer t2 tg der Entladungsstrecke
17 ihr Vorzeichen wechselt. Diese Ladungsänderung des Kondensators 2o ist die Ursache
für den Anstieg der Kurve D im Zeitintervall t, 2-t3. Im Augenblick t$ wird der
Strom von der Entladungsstrecke 17 auf die Entladungsstrecke 16 übertragen, und
die volle Spannung des Kondensators 2o erscheint unmittelbar an der Entladungstrecke
15, wie in der Kurve D angedeutet ist. Im Zeitraum ts-t4 ändert diese Spannung,
und zwar im Zeitpunkt td, ihr Vorzeichen wegen der Um-Ladung des Kondensators 2o,
wie oben schon erwähnt wurde. Im Augenblick t4 wird der Strom von der Entladungsstrecke
16 auf die Entladungsstrecke 18 kommutiert, und die an der Entladungsstrecke 15
liegende Spannung ist nunmehr gleich der Summe aus der halben positiven Spannung
am Kondensator 2o, der vollen positiven Spannung der Wicklung 14 und der halben
negativen Spannung des Kondensators 22. In dem Zeitraum t4-t5 lädt sich der Kondensator22
wieder um und veranlaßtso ein Anwachsen der positiven Spannung bis zum Augenblick
t5, worauf die Arbeitsperiode sich wiederholt. Auf diese Weise wird das Anodenpotential
der Entladungsstrecke 15 während des Intervalls t2 bis td negativ und der ganze
Zeitraum t2 bis t5 für die Entionisierung der Entladungsstrecke verfügbar. Wie man
sieht, ist dieser Zeitraum größer als eine Halbwelle des Wechselstromes des Verßraucherkreises
i i und die Entionisierungszet also im Verhältnis zur Periodendauer der Ausgangsfrequenz
wesentlich größer als es mit den bisher bekannten Einrichtungen überhaupt denkbar
war.
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Abb.3 zeigt einen Steuerkreis für eine selbstgeführte Steuerung der
Entladungsstrecken einer Umformungseinrichtung, wie sie die Abb. i in ihrer einfachsten
Ausführungsform darstellt. Die in Abb.3 dargestellte Steuermethode kann jedoch an
sich auch allgemein für andere Schaltungen Anwendung finden. Die Entladungsstrecken
15' bis 18' entsprechen den Entladungsstrecken 15 bis i8 der Abb. i, sie besitzen
jedoch, wie
die Abb. 3 zeigt, noch jeweils eine zusätzliche Hilfselektrode.
Die Hilfselektroden der einzelnen Entladungsstrecken 15' bis 18' sind mit den betreffenden
Kathoden jeweils über eine negative Vorspannungsbatterie 30 sowie über die
Primärwicklung eines der Steuertransformatoren 31 bis 34 verbunden. Die Sekundärwicklungen
dieser Steuertransformatoren sind so geschaltet, daß sie die Steuerelektroden, d.
h. die eigentlichen Gitter je einer Entladungsstrecke der anderen Gruppe steuern;
und zwar wird immer das Gitter einer Entladungsstrecke der einen Gruppe vom Transformator
bzw. der Hilfselektrode der in der Stromführung unmittelbar vorausgehenden Entladungsstrecke
der anderen Gruppe gesteuert.
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In der dargestellten Anordnung kann jeweils die Hilfselektrode wegen
der negativen, von der Vorspannungsbatterie aufgedrückten Ladung aus der Entladungsstrecke
während der Brenndauer einen Strom von positiven Ionen entnehmen. Infolge der Stromunterbrechung
der Entladungsstrecke wird auch dieser positive Ionensttrom sehr plötzlich unterbrochen;
dadurch entsteht in der Sekundärwicklung des zugeordneten Steuertransformators ein
induzierter Spannungsstoß, welcher zur Steuerung des Gitters der in der Stromführung
folgenden. Entladungsstrecke der anderen Gruppe verwendet wird. So ist z. B. die
Sekundärwicklung des Steuertransformators 31, dessen Primärwicklung im Hilfselektrodenkreis
der Entladungsstrecke 15' liegt, mit dem Steuerkreis der Entladungsstrecke
17' verbunden, während die Sekundärwicklung des Steuertransformators 33,
der zum Hilfselektrodenkreis der Entladungsstrecke 17' gehört, die Steuerspannung
für die Entladungsstrecke 16' liefert usf.; die übrigen Einrichtungen der Haupt-
und Steuerstromkreise und die Bezugszeichen entsprechen in jeder Hinsicht denjenigen,
wie sie in Verbindung mit Abb. z beschrieben wurden. Der verbesserte Gittersteuerkreis
indessen ermöglicht ein Arbeiten ohne jede besondere, unabhängige fremde Stromquelle
für die -Gitterspannung. In dieser Anordnung hängt die Arbeitsfrequenz in erster
Linie von den Konstanten des Belastungskreises ab.
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Abb. 4 stellt eine Abänderung des Steuerkreises der Abb.3 dar, welche
die Anwendung von Entladungsstrecken spezieller Bauweise (Hilfselektroden) vermeidet.
In dieser Anordnung sind die Gitter jeder der Entladungsstrecken 15 bis 18 mit der
gemeinsamen Kathodenleitung jeweils über strombegrenzende Widerstände 26, über die
Sekundärwicklung eines der Steuertransformatoren 3 r' bis 34 und über eine gemeinsame
Vorspannungsquelle 30 verbunden. Die Primärwicklungen der Steuertransformatoren
3r' bis 34' sind in diesem Falle an die gleichen Steuerelektroden, welche zur Beeinflussung
der Leitfähigkeit der Entladungsstrecken benutzt werden, statt an besondere Hilfselektroden
angeschlossen und andererseits mit dem gemeinsamen Kathodenkreis über die negative
Vorspannungsquelle 30, welche gleichzeitig als Vorspannungsquelle für die eigentlichen
Gittersteuerkreise dient, und über besondere Hilfsentladungsstrecken mit eindeutiger
Stromdurchlaßrichtung 35 bis 38 verbunden. Ferner können in den Primärkreisen der
Steuertransformatoren noch Strombegrenzungswiderstände 39 eingefügt sein.
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Das Steuergitter jeder Entladungsstrecke wird von demjenigen Steuertransformator
aus gespeist, dessen Primärwicklung au,3 einem Hilfskreis versorgt wird, welcher
der in der Reihenfolge der Stromführung unmittelbar vorhergehenden Entladungsstrecke
zugehört (vgl. die Beschreibung zu Abb. 3), d. h. die Steuerelektrode der Entladungsstrecke
17 z. B. wird aus dem Steuertransformator 31'
gespeist, dessen Primärwicklung
von einem Stromkreis erregt wird, der die Steuerelektrode der Entladungsstrecke
15 enthält; die Steuerelektrode der Entladungsstrecke 16 dagegen ist an die Sekundärwicklung
des Steuertransformators 33° angeschlossen, dessen Primärwicklung aus dem Kreis
der Steuerelektrode der Entladungsstrecke 17 gespeist wird usf.
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Die . Arbeitsweise der Einrichtung der Abb. 4 ist weitgehend ähnlich
der der Abb. 3. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen im wesentlichen denen der
Abb: 3 bzw. Abb. z. Wenn die Stromführung von der Entladungsstrecke 15 auf die Entladungsstrecke
17 über- i geht, so bewirkt die Unterbrechung der Hauptentladung in der Entladungsstrecke
15 eine Unterbrechung des positiven Ionenstromes, der im Steuerkreis dieser Entladungsstrecke
über den Widerstand 39, die Primärwicklung i des Steuertransformators 31, , die
Hilfsentladungsstrecke 35 und die Vbrspannungsquelle 30 fließt. Die Stromunterbrechung
in diesem Kreis erzeugt in der Sekundärwicklung des Steuertransformators 3 z' einen
Spannungsstoß, welcher die Steuerelektrode der Entladungsstrecke 17 zur Freigabe
dieser Entladungsstrecke veranlaßt. Ähnlich bewirkt die Stromunterbrechung der Entladungsstrecke
17 einen Spannungsstoß in der Sekundärwicklung des Steuertransformators 33' und
damit den Entladungseinsatz in der Entladungsstrecke 16 usf.
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Es ist leicht einzusehen, daß, würden die Hilfsentladungsstrecken
35 bis 38 weggelassen werden, die positiver, Impulse beispielsweise im Transformator
31' bei der Unter-
Brechung des positiven Ionenstromes in der Entladungsstrecke
15 einen Spannungsstoß nicht nur an dem Gitter der Entladungsstrecke 17 richtig
erzeugen würden, sondern daß dann Störungen auftreten würden. Es entsteht sowohl
mit als auch ohne Hilfsentladungsstrecken über den Steuertransformator 33' immer
ein unschädlicher negativer Spannungsimpuls am Gitter der Hauptentladungsstrecke
16. Wäre nun die Hilfsentladungsstrecke 36 nicht vorhanden, so würde dieser negative
Spannungsstoß einen Strom in der Primärwicklung des Steuertransformators 32' hervorrufen,
der an dem Gitter der Entladungsstrecke 18 wiederum einen positiven Spannungsstoß
zur Folge hätte, wodurch diese Entladungsstrecke i8 also zur falschen Zeit freigegeben
würde. D. h. positive Impulse, welche infolge der Stromunterbrechung in einer Entladungsstrecke
entstehen, würden wegen der Verbindung der einzelnen Steuertransformatoren über
die dazwischengeschalteten Steuerelektroden kurz nacheinander sämtliche Entladungsstrecken
erreichen und damit den Entladungseinsatz in sämtlichen Entladungsstrecken freigeben,
d. h. die Umformungseinrichtung kurzschließen. Das wird durch die eingefügten Hilfsentladungsstrecken
35 bis 38 verhindert. Beispielsweise ist die Stromdurchlaßrichtung der Hilfsentladungsstrecke
35 derart, daß zwar ein positiver Ionenstrom im Primärkreis des Steuertransformators
31' fließen kann; bei Unterbrechung des Stromes der Entladungsstrecke 15 aber ist
der Spannungsstoß, der in der Sekundärwicklung des Transformators 31' erzeugt wird,
so gerichtet, daß auf die Steuerelektrode der Entladungsstrecke 17 ein positives
Potential aufgedrückt wird. Dieses positive Potential erzwingt einen Stromstoß in
dem Stromkreis, der die Sekundärwicklung des Transformators 31', die Widerstände
26 und 39, die Primärwicklung des Steuertransformators 33' und die Hilfsentladungsstrecke
37 enthält; über den Transformator 33' versucht dieser Stromstoß seinerseits in
dem Stromkreis Sekundärwicklung des Trans formators 33', Widerstand 26, Gitter der
Entladungsstrecke 16, Widerstand 39, Primär-%vicklung des Transformators 32', Hilfsentladungsstrecke
36 einen Stromfluß zu erzeugen, der über den Transformator 32' einen positiven Spannungsstoß
am Gitter der Hauptentladungsstrecke 18 erzeugen könnte; das würde also einen gleichzeitigen
Entladungseinsatz der beiden Entladungsstrecken 17 und 18 bedeuten, d. h. aber den
Kurzschluß der Umformungseinrichtung; wegen der eindeutigen Stromdurchlaßrichtung
der 1?ntladungsstrecke 36 kann jedoch ein derartiger Strom in der Primärwicklung
des Steuertransformators 32' nicht entstehen. So ist also der positive Spannungsstoß,
der in der Sekundärwicklung des SteuertrausforrnatOrs 31' entsteht, in seiner Auswirkiuig
auf die Steuerelektrode der in der Stroirifiilii-uiig unmittelbar folgenden Entladurigsstrcclce
17 beschränkt, so daß immer nur die für ein ordnungsmäßiges Arbeiten geeignete urid
gewünschte Entladungsstrecke durch die eiirzelnen Spannungsimpulse zum Entladungseinsatz
gebracht werden kann.
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In Abb.5 ist eine Erweiterung der in Abb. i gezeigten Anordnung dargestellt,
die zur Energieübertragung aus eirein Einphasenwechselstromnetz 40 mit Nulleiter
N geeignet ist. Sie zeigt mithin, daß der Erfindungsgedanke -nicht nur für die Wechselrichtung,
sondern auch für die Umrichtung anwendbar ist. Bei dieser Anordnung sind die einzelnen
Schaltungselemente der Abb. i jeweils doppelt vorhanden und in der Abbildung durch
den beigefügten Index a unterschieden. Die Kommutierungswicldungen i9 und iga bzw.
21 und 21. sind hierbei miteinander induktiv gekoppelt und an voneinander getrennte
Primärwicklungen 14 und 14" des Ausgangstransformators 12 angeschlossen. Die Arbeitsweise
der Einrichtung ist im wesentlichen die gleiche wie die der Abb. 1. Die ! eine von
den doppelt vorhandenen Wechselrichteranordnungen arbeitet während derWechselstromhalbwelle
des einen Vorzeichens der speisenden Wechselstromquelle, die andere während der
Wechselstromhalbwelle des entgegengesetzten Vorzeichens. Falls es nicht von Wichtigkeit
ist, für alle Entladungsstrecken ein gemeinsames Kathodenpotential zu haben, wie
es bei den dargestellten Abbildungen der Fall ist, so können die Entladungsstrecken
mit dem Index a mit entgegengesetzter Stromdurchlaßrichtung parallel zu denen der
schon vorhandenen Wechselrichteranordnung geschaltet werden, während der Nulleiter
und der eine von den Außenleitern des Netzes 4o ein Wechselstromnetz ohne Nullpunkt
bilden können. Die Arbeitsweise wird in diesem Falle unverändert bleiben.
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Abb. 6 zeigt eine weitere Abänderung der Einrichtung zur Umformung
von Drei- oder Vierphasenstrom in einphasigen Wechselstrom relativ hoher Frequenz.
Die Einrichtung wird in dem angeführten Ausführungsbeispiel aus einem Transformator
in Scott-Schaltung gespeist, dessen dreiphasige Primärwicklung 41 an das Drehstromnetz
42 angeschlossen ist, und der eine vierphasige, in Stern geschaltete Sekundärwicklung
43, 44, 45@ 46 besitzt. Iin übrigen ist die Anordnung wieder ähnlich der der Abb.
5 mit der Ausnahme, daß die mittelangezapften Primärwicklungen
14
und zog des Ausgangstransformators 12 der Abb. 5 in diesem Falle in je-
weils
zwei getrennte, voneinander isolierte Teilwicklungen 14, 14" bzw. 14,', 14ä
aufgeteilt sind, die aus den einzelnen Sekundärwicklungen 43 bis 46 des Eingangstransformators
über die Entladungsstrecken 15 bis i8 bzw. 15" bis 18, gespeist werden. Die Schaltung
ist so getroffen, daß jeweils diejenige Phasenwicklung, welche eine Halbwelle des
Wechselstromes im Ausgangskreis erzeugt, in der Phase gegenüber derjenigen Wicklung
versetzt ist, welche die Halbwelle entgegengesetzten Vorzeichens des Ausgangswechselstromes
liefert. So erhält z. B. die Primärwicklung i4' des Ausgangstransformators ihre
Energie aus der Phasenwicklung 43, die Primärwicklung 1q." dagegen aus der Wicklung
44, welche gegen die Wicklung 43 um 9o elektrische Grade, bezogen auf die Frequenz
des speisenden Netzes, in der Phase verschoben ist. Ähnlich werden die Wicklungen
14ä und 14ä' aus den Phasen 45 und 46 des Eingangstransformators gespeist, die gegenseitig
ebenfalls um 9o elektrische Grade versetzt sind. Durch diese Schaltungsweise wird
die Modulation, d. h. die Amplitudenschwankung des Ausgangswechselstromes mit der
Eingangsfrequenz, sehr gering gehalten. Eine derartige Modulation würde bei Speisung
der einzelnen Primärwicklungen des Ausgangstransformators 12 durch Wechselspannungen
gleicher Phase wegen der zyklischen Amplitudenänderung der speisenden Wechselspannung
niederer Frequenz in erheblichem Maße auftreten. In der Anordnung der Abb.6 sind
auch die Glättungsdrosselr. 25 und 25a der Abb. 5 notwendigerweise in je zwei Teile
25',.25" bzw. 25ä, 25ä' geteilt und paarweise induktiv gekoppelt. Ebenso sind die
Glättungskondensatoren 24 und 24" der Abb. 5 in getrennte Kondensatoren 24', 24"
bzw. 24", 24ä' aufgeteilt. Im übrigen ist die Arbeitsweise der Anordnung der Abb.
6 die gleiche wie die der vorhergehenden Abbildung.
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Der Erfindungsgedanke ist nicht -auf die -dargestellten Anwendungsbeispiele
beschränkt, sondern kann für Umformungseinrichtungen von Gleichstrom oder Wechselstrom
niedriger Frequenz und beliebiger Phasenzahl in Wechselstrom höherer Frequenz allgemein
in sinngemäßer Ausbildung Anwendung erfahren.