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Einrichtung zur elektrischen Messung einer Spannung, insbesondere
der Brennspannung an Stromrichtergefäßen Elektrische Messungen von Betriebsgrößen
vom Charakter der Brennspannung eines Stromrichters sind bisher nur über den Umweg
der Zuhilfenahme einer Kunstschaltung möglich. Eine solche Schaltung erfordert insbesondere
dann einen großen Aufwand, wenn es gilt, bei gesteuerten Stromrichtern die Brennspannung
oder ihre Verlustleistung zu messen oder die Stromrichter auf diese Betriebsgrößen
hin zu überwachen. Meist sind für diese Zwecke Röhrenschaltungen oder solche mit
Schnellrelais oder entsprechende Kombinationsschaltungen üblich, mit denen die Sperrspannung
oder die im Verhältnis zur Brennspannung sehr hohen Betriebsspannungen entweder
abgeschnitten, ausgeblendet oder sonstwie unterdrückt werden. Meßverfahren mit einem
Leistungsmesser bzw. Wattmeter, wobei die Brennspannung den Spannungspfad und der
Anodenstrom des Gefäßes den Strompfad dieses Instruments speisen, werden ebenfalls
angewendet. Sie erfordern aber Spezialmeßeinrichtungen, die wegen der für einen
solchen Meßvorgang bedingten Empfindlichkeit der Geräte verhältnismäßig teuer sind.
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Die Erfindung bringt für die Aufgabe der Durchführung solcher Messungen
eine neue vorteilhafte Lösung, die sich insbesondere auszeichnet durch Trägheitslosigkeit
der Messung wegen des Wegfalles bewegter Teile und eine große Lebensdauer der Meßeinrichtung
wegen des Fehlens von der Abnutzung unterworfenen Teilen.
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Hierfür wird in einer Einrichtung zur elektrischen Messung einer
Spannung, insbesondere der Brennspannung einer Entladungsstrecke eines Stromrichtergefäßes,
erfindungsgemäß ein als Schalter wirkender magnetfeldabhängiger Halbleiterwiderstand
durch ein ihm zugeordnetes elektromagnetisches Steuerfeld, welches abhängig von
dem über die in ihrem Spannungswert zu messende Strecke fließenden Strom, z. B.
dem Laststrom der in ihrer Brennspannung zu messenden Entladungsstrecke eines Stromrichters
erregt wird, jeweils auf einen bestimmten Höchstwert ausgesteuert und damit in der
an die Meßstrecke angeschlossenen Meßeinrichtung der Strom über das Anzeigeinstrument
freigegeben.
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Halbleiter dieser Art sind z. B. Körper aus Indium-Antimonid oder
Indium-Arsenid. Die Erfindung benutzt von den oben angegebenen grundsätzlichen Maßnahmen
die zeitliche Ausblendung des Wertes aus einer Spannungskurve. Vorzugsweise wird
dieser in seinem Wert magnetisch steuerbare Widerstandskörper als Glied einer Widerstandsmessung
eingeschaltet, deren Ausgang unmittelbar oder mittelbar das Meßgerät für die Anzeige
der Meßgröße speist.
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Nach einer anderen Lösung kann der magnetisch steuerbare Widerstand
auch das Glied eines Spannungsteilers sein, an welchem mittels eines Instrumentes
ein dem Gesamtwert der zu messenden Größe proportionaler Meßwert abgegriffen wird.
Die von der Brücke oder dem Spannungsteiler gelieferte Meßgröße kann dem Meßinstrument
auch über einen besonderen Verstärker, vorzugsweise elektronischen oder magnetischen
Charakters, zugeführt werden.
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Die Messung kann entweder eine unmittelbare Absolutmessung oder eine
Vergleichsmessung sein, indem die Meßbrücke im letzteren Falle mit einer Kompen-.
sationshrücke zusammenwirkt, so daß ein durch die elektrische Ausgangsgröße beider
Brücken gelieferter elektrischer Wert für die z. B. mechanische oder elektrische
bzw. magnetische Steuerung eines Meßwerkes ausgenutzt wird, dessen Steuervorgang
mit Erreichen des Meßwertes an der Meßeinrichtung selbsttätig abgeschlossen wird.
Der magnetisch steuerbare Widerstand kann der Meßleitung unmittelbar zugeordnet,
d. h. an dieser befestigt oder nahe derselben angeordnet werden, so daß er dem magnetischen
Feld ausgesetzt ist, welches hervorgerufen wird durch den Strom in der Leitung der
elektrischen Einrichtung, an welcher die Messung bzw. Überwachung durchgeführt werden
soll, z. B. also in der Anodenleitung des Stromrichtergefäßes. Im Falle der Benutzung
einer Brücke ist also die Brücke normalerweise abgeglichen, und ihr Gleichgewicht
wird gestört durch die Messung, z. B. also bei der Messung der Brennspannung eines
Stromrichters während der Brennzeit des Gefäßes. Der magnetisch steuerbare Halbleiter
wird derart beansprucht, daß er bei jeder Messung jeweils auf einen bestimmten Höchstwert
ausgesteuert wird, indem die magnetische Sättigung seines Steuermagneten
ausgenutzt
wird. Er hat daher den Charakter einer Schalteinrichtung.
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Einige beispielsweise Ausführungen für die Anwendung der Erfindung
veranschaulichen die Figuren der Zeichnung.
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In Fig. 1 bezeichnet 1 ein Stromrichtergefäß, welches von der Transformatorwicklung
2 gespeist ist und einen Verbraucher 3 mit Gleichstromleistung beliefert.
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In den Zug der Anodenleitung ist eine Wicklung 4 eingeschaltet. Diese
wirkt als Erregerwicklung des elektromagnetischen Steuerfeldes für den Halbleiterkörper
5. Dieser gehört einer Brücke Bt an, welche die weiteren Brückenwiderstände 6 bis
8 umfaßt. Diese Brücke wird über die Leitungen 9 und 10 eingespeist, welche an die
in ihrer Brennspannung zu messende Entladungsstrecke des Stromrichtergefäßes 1 angeschlossen
sind. In der Leitung 10 ist ein Ventil 11 vorgesehen, so daß eine Einspeisung der
Brücke Bt nur mit entsprechenden positiven Impulsen stattfindet.
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Zwischen den beiden Leitungen 9 und 10 ist noch eine Giimmlampe 12
eingeschaltet, welche zur Amplitudenbegrenzung der Spannung dient, mit welcher die
Brücke Bl gespeist wird. Ferner liegt in der Leitung 10 noch ein Widerstand 13,
welcher als Schutzeinrichtung mit der Glimmlampe 12 zusammenwirkt.
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Diese Spannungs- und Strombegrenzungseinrichtung ist insbesondere
wichtig, wenn in der Schaltung hohe Spannungsspitzen auftreten können, die sonst
eventuell die Brücke Bl gefährden könnten. 14 bezeichnet das Meßinstrument am Ausgang
der Brücke. Die Brücke Bl ist derart abgeglichen, daß sie unter der Einwirkung einer
über die Leitungen 9 und 10 an ihre Eingangsdiagonale angelegten Spannung im Gleichgewicht
mit der Ausgangsspannung Null an den Punkten der das Instrument 14 enthaltenden
Ausgangsdiagonale bleiben würde, solange kein Strom durch die das magnetische Steuerfeld
für den Halbleiterwiderstand 5 erzeugende Wicklung 4 fließt. Wird jedoch das Gefäß
1 gezündet, so wird 1. über die Leitungen 9 und 10 eine der auftretenden Anoden-Kathoden-Spannung
bzw. Brennspannung des Stromrichtergefäßes proportionale Spannung an die Eingangsdiagonale
der Widerstandsbrücke gelegt und 2. fließt der wesentliche Anodenstrom über die
Spule4, wodurch das magnetische Steuerfeld für die Beeinflussung des Widerstandes
des Halbleiterelementes 5 erzeugt und die Verstimmung der Widerstandsbrücke hervorgerufen
wird, so daß Strom über das Meßinstrument 14 fließt.
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Die Wirkung der Meßeinrichtung sei noch kurz an Hand des Kurvenschaubildes
nach Fig. 2 erläutert. In dieser bezeichnet a die Kurve der an der Entladungsstrecke
in nicht gezündetem Zustand liegenden Spannung. Von dieser Kurve ist der oberhalb
der Bruchliniea' liegende Teil fortgelassen. Sobald das Gefäß zündet oder gezündet
wird, sinkt diese Spannung a auf den Brennspannungswert entsprechend dem Kurventeil
b ab, wobei gleichzeitig ein Strom gemäß der Kurve c durch die Entladungsstrecke
fließt. In der Fig. 2b ist die Meßzeit tm angedeutet, innerhalb welcher der Meßvorgang
vor sich geht.
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In der Ausführung nach Fig. 3 wirkt eine Meßbrücke Bl zusammen mit
einer Kompensationsbrücke B2. Soweit in diser Figur wieder die gleichen Teile wie
in Fig. 1 vorhanden sind, sind die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden. Gegenüber
Fig. 1 ist nunmehr noch ein zweiter magnetisch steuerbarer Halbleiter 15 vorgesehen,
dèr durch die gleiche Wicklung 4 in seinem Widerstandswert gesteuert wird.
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Dieser Widerstand 15 gehört der Kompensationsbrücke B2 als Brückenglied
an. Diese weist im übrigen noch weitere Widerstandsglieder 16 bis 18 auf. Diese
Kompensationsbrücke B2. ist, wenn kein Meßvorgang stattfindet, ebenfalls auskompensiert,
so daß also an ihrem Diagonalausgangszweig keine Spannung auftritt. Sobald jedoch
der Halbleiter 15 durch die Wicklung 4 in seinem Widerstandswert gesteuert wird,
wird diese Kompensationsbrücke B2 für die Messung wirksam. Die beiden Brücken Bt
und B2 sind mit ihren Ausgängen in Reihe geschaltet, und mit der entstehenden Differenzspannung
wird ein Verstärker 19 gespeist bzw. gesteuert, durch den ein Verstellmotor 20 gespeist
wird. Dieser Motor 20 verstellt an einem Spannungsteiler 21, der von einer Stromquelle
22 gespeist wird, bei einer Messung den Schieber 21 a, so daß auf diese Weise die
an den Eingangsklemmen der Brücke B2 liegende Spannung entsprechend verändert wird.
Sobald die an den beiden Ausgangsdiagonalen der Brücke B1 und B2 entstehenden Spannungswerte
gleich geworden sind, ist die Messung voll endet, und es ist dann an dem Instrument
23 der Meßwert ablesbar.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung weist insbesondere den Vorzug auf,
daß der Stromeinfluß für die Steuerung des Halbleiters keine galvanische Verbindung
erfordert zwischen diesem und der ihn steuernden Wicklung, so daß über diese Wicklung
ein Steuervorgang durchgeführt wird, der auf das Meßinstrument auf jeden Fall erst
nach Absinken der Betriebsspannung der Entladungsstrecke auf den Brennspannungswert
diesen Spannungswert wirken läßt.
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Wenn von dem magnetisch gesteuerten Halbleiter gesprochen ist, so
ist dabei offengelassen, daß dieser aus einem oder mehreren einzelnen Elementen
zusammengesetzt sein kann, die elektrisch in Reihe, parallel oder in einer gemischten
elektrischen Schaltung einander zugeordnet sind für die Bildung des Brükkengliedes.
Um einen genügend hohen magnetischen Steuerwert für den Halbleiter zur Überführung
der Halbleiteranordnung in den Sättigungszustand zu erreichen, kann der magnetische
Steuerkreis für den Halbleiter mit einem vorzugsweise in sich geschlossenen Eisenkreis
arbeiten. Der Halbleiterwiderstand kann dabei z. B. in einer Aussparung in Form
eines oder mehrerer Fenster des geschlossenen Eisenkreises untergebracht sein.
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Die Erfindung ist in ihrer Anwendung für die Messung der Brennspannung
an Stromrichtern sowohl bei einanodigen als auch je Entladungsstrecke bei mehranodigen
Entladungsgefäßen geeignet.
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PATENTANSPR<)CHE 1. Einrichtung zur elektrischen Messung einer
Spannung, insbesondere der Brennspannung einer Entladungsstrecke eines Stromrichtergefäßes,
dadurch gekennzeichnet, daß ein als Schalter wirkender magnetfeldabhängiger Halbleiterwiderstand
durch ein ihm zugeordnetes elektromagnetisches Steuerfeld, welches abhängig von
dem über die in ihrem Spannungswert zu messende Strecke fließenden Strom, z. B.
dem Laststrom der in ihrer Brennspannung zu messenden Entladungsstrecke eines Stromrichters,
erregt wird, jeweils auf einen bestimmten Höchstwert ausgesteuert und damit in der
an die Meßstrecke angeschlossenen Meßeinrichtung der Strom über das Anzeigeinstrument
freigegeben wird.