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Schaltanordnung zum Steuern von gas- oder dampfgefüllten Entladungsröhren
Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zum Steuern von einer oder mehreren
steuerbaren gas-oder dampfgefüllten Entladungsröhren, bei denen die Steuerung der
letzteren durch eine in ihrer Größe veränderliche Gitterwechselspannung unter Vermittlung
einer oder mehrerer Mehrgitterelektronenröhren erfolgt. Derartige Schaltungen finden
z. B. mit Vorteil Anwendung, wenn; es sich darum handelt, einen Stromverbraucher
höherer Leistung, z. B. einen Motor, mit Hilfe kleiner einfacher Regelelemente oder
-durch sichtbare oder unsichtbare Lichtstrahlen u. dgl. in seiner Drehzahl
und oder Drehrichtung zu steuern.
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Es ist bekannt, gas- oder dampfgefüllte Entladungsröhren mittels Hochvakuumentladungsstrecken
zu steuern, wobei z. B. die Regelung des Zündzeitpunkts der Gasentladungs.strecken
durch Verschieben der Zündkennlinien erreicht wird.
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Demgegenüber kennzeichnet sich die vorliegende Erfindung dadurch,
daß die Steuerung durch Mehr= gitterelektronenröhren mit Regelcharakteristik erfolgt,
deren Aussteuerung sowohl durch eine konstante
Wechselspannung
vorgegebener Phasenlage mit einer Frequenz, die mit der der Speisespannung der Gasentladungsröhren
übereinstimmt, als auch durch eine von einem Kontroll- oder MeBglied gelieferte
veränderliche Gleichspannung erfolgt.
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Die Schaltanordnung nach der Erfindung kann mit Vorteil in der Weise
ausgebildet sein, daß zur Steuerung mehrerer derartiger Gas- oder Dampfentladungsröhren
die zur Steuerung erforderlichen veränderlichen Gitterwechselspannungen aus getrennten
Sekundärwicklungen eines im Anodenkreis der Elektronenröhre liegenden Transformators
entnommen werden, wobei gegebenenfalls durch entsprechende Polung oder durch Zusatzeinrichtungen
ihre Phasenlage zueinander geändert wird.
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Gegebenenfalls kann die Schaltung auch in der Weise abgewandelt werden,
daß die von dem Anodenkreis der Elektronenröhre gelieferten veränderlichen Wechselspannungen
durch Nachschalten von Gleichrichtern in Gleichspannungen gewünschter Polarität
und veränderlicher Größe umgewandelt werden.
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Sind mehrere antiparallel geschaltete Gas- oder Darnpfentladungsröhren
vorhanden, von denen zur Erzielung einer Stromrichtungsumkehr jeweils nur eine oder
eine Gruppe Strom führen soll, während die andere bzw. die andere Gruppe gesperrt
ist, so können nach einem weiteren Gegenstand der Erfindung an Stelle einer Mehrgitterelektronenröhre
deren zwei Verwendung finden, die derart von dem Kontroll- oder Meßglied gesteuert
werden, daß bei einer mittleren Größe des Meßwerts bzw. einer mittleren Stellung
des Kontrollglieds die steuerbaren Entladungsröhren bzw. -gruppen beide gesperrt
sind, während bei Zu- oder Abnahme der Meßwertgröße eine Steuerung des einen oder
anderen Entladungsgefäßes eintritt.
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Bei derartigen Schaltungen wird die Regelspannung durch Änderung der
Gittergleichspannung einer Elektronenröhre ohne galvanische Kopplung zum Lastkreis
gewonnen. Insbesondere eignet sich die Schaltung nach der Erfindung zur Steuerung
mehrphasiger Gleichrichter sowie für Steueranordnungen, bei denen die steuerbaren
Gleichrichter antiparallel geschaltet sind.
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Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiele des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigt Fi.g. i eine
Schaltanordnung nach der Erfindung mit nur einer Elektronen- und nur einer Gasentladungsröhre
zur Steuerung eines Verbrauchers, Fig. 2 ein Spannungsdiagramm zur Erläuterung der
Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. i, Fig. 3 eine Kennlinie für die Schaltung
_ nach Fig, i, Fig. q: eine weitere Schaltung nach der Erfindung mit einer Elektronenröhre
und zwei Gasentladungsröhren, und Fig. 5 eine Schaltung zur Steuerung eines Motors
mittels zweier Gasentladungsröhren, zweier Elektronenröhren und einer Fotozelle.
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In der Fig. i stellt i eine Mehrgitterelektronenröhre mit stark gekrümmter
Ia/U,#-Kennlinie dar. Das Steuergitter wird zur Kathode durch die negative Vorspannung
der Batterie :2 so weit vorgespannt, daß die Steilheit der Elektronenröhre i im
Arbeitspunkt einen Minimahvert erreicht. In Reihe mit der Gleichspannungsquelle
2 liegt die Sekundärwicklung eines Transformators 3, der primärseitig mit der Netzfrequenz
gespeist wird und sekundärseitig eine Spannung in der Größenordnung von i Veff liefert.
Der Widerstand q. stellt den Arbeitswiderstand -im Steuergitterkreis dar.
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,Die Zuführung der Regelspannung in Form einer veränderlichen Gleichspannung
erfolgt über die Klemmen 5 und 6. Im Anodenkreis der Elektronenröhre i liegt die
Primärwicklung des Steuertransformators 7. Auf Grund der eingestellten geringen
Steilheit der Elektronenröhre i wird die am Transformator 7 auftretende Wechselpannung
gering sein. Tritt an .den Klemmen 5 und .6 eine zum Gitter positiv gerichtete Gleichspannung
auf, so verschiebt sich der Arbeitspunkt zu den Gebieten größerer Röhrensteilheit
und die Wechselspannung auf der Sekundärseite des Transformators 7, deren Größe
von der Höhe der Regelgleichspannung im Gitterkreis abhängig ist, erhöht sich. Durch
die Verwendung des Transformators ist die so gewonnene Wechselspannung galvanisch
von dem Röhrenkreis getrennt. Soll diese veränderliche Wechselspannung zur Steuerung
eines steuerbaren gas- oder dampfgefüllten Glühkathodengleichrichters Verwendung
finden, so kann dies in bekannter Weise geschehen. In der Fig. i stellt die Röhre
8 einen, steuerbaren gas- oder dampfgefüllten Glühkathodengleichrichter mit zwei
Steuergittern dar. Im Anodenkreis der Röhre 8 liegt die Last g. Die Speisung des
Hauptstromkreises erfolgt über die Klemmen io und i i aus dem Wechselstromnetz.
Dem ersten Steuergitter wird eine Wechselspannung gewünschter Größe zugeführt, die
in ihrer Phase go°- zur Anodenwechselspannung phasenverschoben ist. Diese phasenverschobeneGitterwechselspannung
kann beispielsweise über ein RC-Glied 12, 13 und über einen Transformator 14 ebenfalls
aus dem Wechselstromnetz gewonnen werden. Das zweite Steuergitter ist über Transformator
7 und eventuell Wicklung 15 des Transformators 14 mit Wechselstrom gespeist. Hierbei
liegt die vom Transformator 7 gewonnene Wechselspannung in Phase mit der Anodenwechselspannung
des Gleichrichters, während die Wechselspannung der Wicklung 15 um 18o° phasenverschoben
ist. Die Spannungswerte sind so gewählt, daß im Ruhezustand der Steuerung die von
Wicklung 15 gelieferte Wechselspannung überwiegt, .so daß am zweiten Steuergitter
eine Wechselspannung liegt, die um iSo° zur Anodenwechselspannung des Gleichrichters
phasenverschoben ist. Der Gleichrichter sei dann für die gesamte Dauer der positiven
Halbwelle der Anodenwechselspannung gesperrt. Steigt durch Aussteuerung der Elektronenröhre
i die Wechselspannung an der Sekundärwicklung des Transformators 7 an, so wird mit
Größerwerden dieser Spannung der Gleichrichter zunehmend geöffnet.
In
Fig. 2 ist die Wirkungsweise der Steuerung einer derartigen gas- oder dampfgefüllten
Glühkathodengleichrichterröhre mit zwei Steuergittern zu erkennen. Die Fig. 2 zeigt
die Abhängigkeit der Zündspannung über Steuergitter i vom Gleichspannungspotential
des Steuergitters 2. Der Schnittpunkt der Steuerwechselspannung U,1 mit der jeweiligen
Zündkennlinie ergibt den Zeitpunkt des Zündeinsatzes. Findet im Steuergitterkreis
2 eine sinusförmige Wechselspannung Verwendung, so ist für das in Fg. 2 gewählte
Beispiel aus Fig. 3 der Wechselspannungsbedarf für das zweite Steuergitter in Abhängigkeit
vom Zündwinkel (p ersichtlich.
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In der Fig.4 ist ein weiteres Anwendungsbeispiel für die .Aussteuerung
zweier antiparallel geschalteter Gleichrichter gegeben. Die darin dargestellte Steuerungsarf.ist
für die Steuerung von Lastkreisen geeignet, die mit einer stetig veränderlichen
Wechselspannung gespeist werden sollen. Dies trifft beispielsweise bei der Regelung
von elektrischen Öfen, Beleuchtungskreisen u. a. zu. Für' derartige Einrichtungen
findet der gleiche Steuerkreis wie in Fig. i Verwendung. Der Transformator 7 enthält
jedoch zweigetrennte Sekundärwicklungen. Dem Gleichrichter 8 mit den Schaltelementen
13 bis 15 ist der zweite Gleichrichter 16 mit den Schaltelementen 17 bis 2o antiparallel
geschaltet. Beide Gleichrichter werden von der Regelspannung an den Klemmen 5 und
6 im gleichen Sinne gesteuert, so daß der Lastkreis 9 mit Wechselstrom gespeist
wird.
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Besteht die Forderung, zwei antiparallel geschaltete Gleichrichter
derartig zu steuern, daß im Lastkreis ein Gleichstrom fließt, dessen Größe und Richtung
geändert werden soll, so sind hierfür zwei Elektronenröhren in einer Brückenschaltung
zu verwenden.
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Die Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Steuerung,
bei der beispielsweise die Drehzahl und Drehrichtung eines fremderregten Gleichstrom-Nebenschluß-Motors
in Abhängigkeit von der Belichtung einer Fotozelle gesteuert werden. Die Wirkungsweise
dieser Schaltung sei nachfolgend näher erläutert. Im Gitterkreis der Elektronenröhre
2.i liegt die Fotozelle 22 in Arbeitsstromschaltung. Ihre Speisung erfolgt über
den Spannungsteiler 23, 24 und 25 aus der Gleichspannungsquelle 26, 27. Im Fotozellenkreis
liegt der Arbeitswiderstand 28, der gleichzeitig den Gitterableitwiderstand für
die Röhre 2i darstellt. An ihm entsteht bei Belichtung der Fotozelle ein Spannungsabfall,
der das. Gitterpotential der Röhre 21 nach positiven Werten hin erhöht. Durch den
beiden Elektronenröhren :2 i und 29 gemeinsamen Kathodenwiderstand 30 sowie
durch den Spannungsteiler 23, 24, 25 ist das Gitter der Elektronenröhre 21 bei mittlerer
Belichtung der Fotozelle gerade so weit negativ vorgespannt, daß sich der Arbeitspunkt
der Röhre in einem Gebiet mittlerer Steilheit befindet. Dem Steuergitter ist wiederum
über den netzgespeisten Transformator 31 eine Wechselspannung überlagert.
Im Anodenkreis der Elektronenröhre 21 liegt der Steuertransformator 32 in Reihe
mit einem Widerstand 33. Der Gitterkreis der Elektronenröhre 29 wird mittels des
Spannungsteilers 34 und 35 auf ein derartiges Potential eingestellt, daß die Steilheiten
und die Anodenströme beider Röhren möglichst gleich sind. Auch diesem Gitterkreis
ist wiederum eine Wechselspannungsamplitude überlagert. Im Anodenkreis der Elektronenröhre
29 liegt der Steuertransformator 36. Der zu steuernde GleichTichterkreis ist in
seinem elektrischen Aufbau entsprechend der Fig. 4 gewählt. Im Lastkreis liegt der
Anker 37 des fremderregten Gleichstrom-Nebenschluß-Motors. Die Dimensionierung der
Schaltanordnung ist so getroffen, d-aß bei mittlerer Belichtung der Fotozelle 22
durch Überwiegen der Wechselspannung der Wicklungen 15 bzw. 2o beide Gleichrichter
vollständig gesperrt sind. Erfolgt eine Zunahme -der Belichtung der Fotozelle 22,
so wird das Gitter der Rähre 2i positiver und. damit die Wechselspannung am Transformator
32 größer. Die Gleichrichterröhre 8 wird demzufolge entsprechend der Beleuchtungszunahme
geöffnet. Gleichzeitig erfolgt durch den erhöhten Spannungsabfall am Wnderstand
33 eine Änderung des Gitterpotentials der Elektronenröhe 29 nach negativen Werten
hin: Die Wechselspannung am Transformator 36 wird also kleiner. Bei Herabsetzung
der Belichtung der Fotozelle erfolgt eine Steuerung der Gleichrichter im umgekehrten
Sinne, so daß die Gleichrichterröhre 8 gesperrt bleibt, während das Öffnen der Gleichrichterröhre
16 einsetzt. Die Stromrichtung im Ankerkreis des Motors wird dabei entgegengesetzt,
so daß eine Drehrichtungsänderung erfolgt. Um eine zu starke Gegenkopplung für die
Wechselspannungskomponente in den Elektronenröhrenkreisen zu vermeiden, sind die
Widerstände 30 und 33 durch Kondensatoren 38 und 39 überbrückt. Die Zeitkonstanten
sind dabei so-gewählt, daß eine genügend kleine Ansprechverzögerung erreicht wird.
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Sollen an Stelle der Mehrgittergleichrichter Eingittergleichrichter
Verwendung finden, so ist die Steuerung leicht dahingehend abzuändern, @daß die
von den Transformatoren 32 und 36 gelieferten Wechselspannungen sekundärseitig über
zusätzliche Gleichrichter gleichgerichtet werden. Die- Steuerung der Glühkathodengleichrichter
kann ,dann in bekannter Weise durch Überlagerung der so gewonnenen veränderlichen
Gittergleichspannung , mit einer um 9o° zur Anodenwechselspannung phasenverschobenen
Gitterwechselspannung erfolgen.