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Schaltungsanordnung zur Entnahme verschieden grosser Ströme.
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, bei der, wie bekannt, zwischen die Stromquelle und dem Verbraucher eine gesteuerte Röhre als veränderlicher Widerstand eingeschaltet ist. Die gegesteuerte Röhre soll ihren Widerstand entsprechend den am Verbraucher auftretenden Spannungs- änderungen ändern. Parallel zum Verbraucher liegt erfindungsgemäss eine Entladungsstrecke, an der eine Vergleichsspannung abgenommen wird. Es kann jedoch bei der Weiterentwicklung der Erfindung an Stelle dieser Entladungsstrecke auch eine andere Anordnung zur Abnahme einer Vergleichsspannung treten.
Bei Einrichtungen für Gleichstrom empfiehlt es sich, eine Hochvakuumröhre mit drei oder mehr Elektroden anzuwenden ; bei Wechselstromanlagen jedoch, oder falls die Speisespannung bis Null oder
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gittergesteuerte Röhren verwendet.
Mit Rücksicht auf eine trägheitslose Regelung empfiehlt sich insbesondere die Anwendung von Hochvakuumelektronenröhren. Diese Art von Röhren ist besonders deshalb vorteilhaft, weil diese Röhren sich mit reiner Gleichspannung bis Null aussteuern lassen, so dass sie zwischen Siebketten und Verbrauchern angeschlossen werden können, wodurch die Zeitkonstante der Siebkette den Regelungsvorgang nicht beeinflusst. Um bei Gasentladungsröhren eine bessere Aussteuerungsmöglichkeit zu erzielen, wird zweckmässig noch eine an und für sich bekannte Hilfswechselspannung überlagert. Auch ist es möglich, die Röhre gleichzeitig als Gleichrichter zu verwenden, falls sie in der Sperrichtung genügend Durchschlagsfestigkeit besitzt.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für den einfachsten Fall und für den Fall eines Gleichstromnetzes dargestellt, während die Fig. 2-5 Weiterentwicklungen zeigen.
Mit G ist in der Fig. 1 der Gleichstromgenerator bezeichnet, dem die Spannung über eine Siebkette al, 02, D entnommen wird. In den mit der Anschlussklemme für den Verbraucher verbundenen Leiter ist als veränderlicher Widerstand die Röhre R eingeschaltet. Diese Röhre wird im dargestellten Fall fremdgeheizt. Es handelt sich um eine gittergesteuerte Röhre, deren Gitterspannung an dem als Potentiometer ausgebildeten Vorwiderstand V der Entladungsstrecke N abgenommen wird. Zwischen Kr und K2 liegt dann der Verbraucher. Die Entladungsstrecke N vermag nicht den gesamten Verbraucherstrom aufzunehmen.
Nimmt man grössere Ströme an den Klemmen Kl und K2 ab, so sinkt, da die Spannung an N infolge der physikalischen Eigenschaften der Entladungsstrecke konstant bleibt, die Spannung am Widerstand V ab, und dementsprechend wird das Gitter der Röhre R weniger negativ, d. h. es fliesst mehr Strom durch den Anodenkreis der Röhre, oder anders ausgedrückt, der Widerstand im Kreis der Stromquelle ist geringer geworden. Nimmt jedoch die Stromentnahme an den Punkten Kl und K2 ab, so erfolgt der umgekehrte Vorgang, und der Stromzufluss wird durch den erhöhten Widerstand der Röhre R verringert.
Besitzt die Entladungsstrecke N für höhere Frequenzen einen grösseren inneren Widerstand, so schaltet man zweckmässig, sofern man einen konstanten Strom entnehmen will, zu derselben einen
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Kondensator solcher Grösse parallel, dass der resultierende Widerstand die gewünschte Grösse besitzt.
Schaltet man die Röhre R vor die Drosselkette Ci, Cs, D, so wird die Wirkung der Gitterspannungs- beeinflussung durch die Zeitkonstante der Drosselkette verzögert, d. h. sie erfolgt nicht trägheitslos.
Es ist selbstverständlich, dass der Regelungsvorgang mit der Art der Stromquelle an sich nichts zu tun hat und dass an Stelle der Gleichstrommasehine der Fig. 1, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, auch ein Wechselstromnetzanschlussgerät Verwendung finden kann. In diesem Falle wird gemäss der
Erfindung zweckmässig, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ; die notwendige Gleichrichterröhre mit der regu- lierenden Röhre vereinigt, jedoch ist dies nicht Bedingung.
Die gleichen Schaltelemente sind in den Fig. 2 und 3 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Es ist angenommen, dass nicht nur eine Verbraucherspannung entnommen wird, sondern verschiedene (Klemmen Ks, K4, K5), indem die Spannung mit Hilfe eines bekannten Glimmspannungsteilers unter- teilt ist. An den Klemmen A und B wird, wie an sich bekannt, eine Hilfswechselspannung zugeführt, was zweckmässig über einen Phasenschieber F erfolgt. Durch den Siebkreis Cg, C, Q wird ein Schliessen des Hilfsweehselstromes über den Verbraucher unmöglich gemacht. Die Hilfsweehselspannung kann auch vom Netz selbst abgenommen werden.
An sich wird der Regelvorgang eventuell durch Schwanken der Hilfsspannung beeinflusst, jedoch ist durch entsprechende Wahl der Werte zu erreichen, dass die
Schwankungen der Hilfswechselspannung keine störenden Spannungsschwankungen an den Ausgangs- klemmen verursachen.
Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung ist im wesentlichen mit der in der Fig. 2 gezeigten identisch.
Es wird jedoch der Erregerstrom für die Entladungsröhre N an den Klemmen C und D von einer fremden
Stromquelle zugeführt. Dies ist möglich, da die Entladungsstrecke N ja in erster Linie eine konstante
Vergleichsspannung zu liefern hat. An der Strecke K2, K5 liegt das Potentiometer P parallel, an dem die passende Spannung abgenommen wird.
Bei der in der Fig. 4 dargestellten Weiterentwicklung der Erfindung wird die schwankende Gleich- spannung (Differenzspannung von Gleichrichter und Gleichspannung) nicht direkt der Entladungs- strecke zugeführt, sondern es wird mit ihr eine Kippanordnung gespeist, die ihrerseits die gesteuerte
Röhre beeinflusst. Die Zwischenschaltung einer derartigen Kippanordnung hat im wesentlichen den Vorteil, dass die Phase der die Gittersteuerröhre steuernden Spannung besser einreguliert werden kann.
Ähnliche Anordnungen können überall dort Anwendung finden, wo Spannungsschwankungen in Phasen- änderungen umgewandelt werden müssen.
Ein Schaltungsbeispiel zur Durchführung des Erfindungsgedankens ist in Fig. 4 dargestellt.
Gleichstromquelle und veränderlicher Widerstand in der Stromführung zum Verbraucher sind miteinander vereinigt in Form eines gittergesteuerten Gleichrichters. Es ist selbstverständlich möglich, wie dies auch schon oben an Hand der Fig. 1-3 gesagt wurde, Stromquelle und veränderlichen Widerstand voneinander zu trennen. Die Gleichspannung wird zunächst einer Siebkette, die aus der Drossel D und zwei Kondensatoren 01, O2 besteht, zugefÜhrt. Parallel zur Siebkette liegt eine Serienschaltung eines Glimmspannungsteilers N und eines Vorwiderstandes Rv. An Stelle des Glimmspannungsteilers N könnte man auch eine andere Vergleiehsspannungsquelle setzen. Bei sich ändernder Nutzspannung. Ex nimmt der Vorschaltwiderstand Rv die gesamte Spannungsdifferenz A V auf.
Die Spannung Er an dem Glimmspannungsteiler N bleibt dagegen infolge seiner physikalischen Eigenschaften konstant.
Dies hat zur Folge, dass die Spannungsänderung am Widerstand Er, bezogen auf den Mittelwert, prozentual sehr gross ist. Mit den am Vorschaltwiderstand Rv abgenommenen Spannungsdifferenzen wird der Kippgenerator in Fig. 4, aus einem Kapazitätswiderstandsglied Cg und Round einer Glimmlampe Gl bestehend, derartig gespeist, dass durch dessen Kippschwingungen bei sich verändernder Nutzspannung Ex diesen Spannungsänderungen entsprechende frühere bzw. spätere Zündeinsätze erreicht werden. Im Glimmlampenstromkreis sind die Transformatoren T und T2 eingeschaltet. Über Ti, den Stosstrans- formator, wird dem Gitter des Gleichrichters die Steuerspannung zugeführt.
Der in der genannten Kippanordnung entstehende Steuerstoss ist von ausserordentlich kurzer Dauer, und seine Grösse beträgt unter Umständen ein Vielfaches der zur Einleitung des eigentlichen Zündprozesses notwendigen Mindest- spannung ; hiedurch wird, wie aus Fig. 5 hervorgeht, ein sehr scharfer Schnitt mit der Zündeharakteristik (Ea/Eg Charakteristik = Anodenzündspannung als Funktion der Gitterspannung) erzielt, so dass ein vollkommen sicherer Zündeinsatz gewährleistet wird. Die notwendige, in einem konstanten Verhältnis zur Netzfrequenz stehende Frequenz der Zündspannungsstösse wird neben geeigneter Wahl von Widerstand und Kapazität durch eine zusätzliche Synehronisierungseinrichtung erzielt.
Diese Synchronsierung wird in der beschriebenen Anordnung beispielsweise derart erreicht, dass dem Glimmlampenstromkreis über einen Transformator T2 eine dem Netztransformator entnommene Hilfswechselspannung EH zugeführt wird. Mittels eines solchen Kipprelais lässt sich der Zündeinsatz des Gleichrichters innerhalb eines grossen Zeitbereiches variieren ; jedoch lässt sich durch Zwischenschaltung einer weiteren Phasensehieberanordnung nötigenfalls dieser Zeitbereich auch vergrössern. Diese weitere Phasenschieberanordnung kann z. B. aus einem zweiten Kipprelais gebildet sein, das mit dem ersten in Kaskade geschaltet ist ; die Kippschwingung des ersten Kipprelais wird dann dem zweiten Kipprelais als Syn- chronisienmgsfrequenz zugeführt. Als Phasenschieberanordnungen können z. B.
Brücken aus veränder-
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lichen oder nichtohmischen Widerständen bzw. durch die Spannungsänderung am Widerstand Rv gesteuerte Elektronenröhren verwendet werden.
Neben der oben angeführten selbsttätigen Regulierung kann dieses Regelprinzip eventuell gleichzeitig auch dazu benutzt werden, um die Nutzgleichspannung EN ohne Leistungsverlust in gewissen Grenzen von Hand aus oder in Abhängigkeit eines beliebigen andern Vorganges in vorgeschriebener Weise zu regeln, indem der Vorschaltwiderstand R als Potentiometer ausgebildet wird. Die jeweilige Höhe der diesem Potentiometer abgegriffenen Spannung ist bestimmend für die relative Phasenlage der Gleichrichterwechselspannung zu der von dem Kipprelais gelieferten Steuerspannung und damit direkt für die Höhe der von der Einrichtung abgegebenen Gleichspannung.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur Entnahme verschieden grosser Ströme, bei der als veränderlicher Widerstand eine in Abhängigkeit von den Spannungsänderungen des Verbrauchers gesteuerte Röhre zwischen Stromquelle und Verbraucher eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbraucherspannung mit einer konstanten, vom Verbraucherstrom praktisch unabhängigen Spannung verglichen wird und die zwischen Stromquelle und Verbraucher liegende Röhre durch die Differenzspannung gesteuert ist.