DE623982C - Einrichtung zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom oder von Wechselstrom in solchen hoeherer Frequenz - Google Patents

Description

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■17 PER 1936

AUSGEGEBEN AM
11. JANUAR 1936

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom sowie zur Umwandlung von Wechselstrom einer gegebenen Frequenz in Wechselstrom höherer Frequenz, und zwar unter Verwendung von Gas- oder Dampfentladungsstrecken mit Lichtbogenentladung und eindeutiger Durchlaßrichtung, im folgenden kurz Ventile genannt.

Bei den bisher bekannten Einrichtungen für die obengenannten Zwecke wurde beispielsweise so verfahren, daß die durch die gesteuerten elektrischen Ventile erzeugten Stromimpulse die Sekundärwicklung eines Transformators derart beeinflußten, daß der Primärwicklung dieses Transformators ein Wechselstrom, der gewünschten. Stärke, Spannung und Frequenz entnommen werden konnte. Die Notwendigkeit eines; solchen

ao Transformators in einer Wechselrichter- oder Umrichteranlage verteuert jedoch eine solche Anlage sehr bedeutend und stellt deren Wirtschaftlichkeit für manchen Verwendungszweck in Frage.

Es sind ferner Einrichtungen bekannt, bei denen vermittels einer mechanischen Schaltvorrichtung aus einer Energiequelle, beispielsweise einer Gleichstromquelle, ein Kondensator aufgeladen. wird, der sich über einen induktiven Widerstand entlädt. Abgesehen davon, daß eine derartige Anordnung durch Verwendung einer mechanischen Schaltvorrichtung nur eine begrenzte Stromstärke für die Beanspruchungen der Apparatur zuläßt, ist hierbei der Nachteil vorhanden, daß nur das Entladen der Kapazität zur Speisung bzw. Erregung der Induktivität ausgenutzt wird.

Alle diese Nachteile werden durch die Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch vermieden, daß zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom oder von Wechselstrom in solchen höherer Frequenz durch periodisches Laden und Entladen eines mit einem induktiven Widerstand, welcher der Verbraucher selbst sein kann, in Reihe liegenden Kondensators je eine in jedem Lade- und Entladestromkreis eingeschaltete elektrische Gas- oder Dampfentladungsstrecke mit Bogenentladung und eindeutiger Durchlaßrichtung verwendet wird, die derart gesteuert wird, daß sie den zugehörigen Stromkreis im Takte der Verbraucherfrequenz schließt und öffnet. Durch die Einrichtung gemäß der Erfindung kann also dem Wechselstromverbraucher der Strom in der gewünschten Form, d. h. Stärke, Spannung und Kurvenform, aus den elektrischen Entladungsstrecken unmittelbar zugeführt werden. Von den elektrischen Entladungsgefäßen sind aber gerade die Metalldampf- oder gasgefüllten Gefäße mit Bogenentladung hierzu besonders befähigt,- da deren Leistung von Fall zu Fall beliebig hoch bemessen und ihre Steuerung mit verhältnismäßig geringen Energien bei hohem Wirkungsgrad durchgeführt werden

kann. Ferner wird in der Einrichtung gemäß der Erfindung die als Energiespeicher dienende Kapazität in vollkommenster Weise ausgenutzt, da sowohl das Laden als auch das Entladen der Kapazität zur Speisung bzw. Erregung der Induktivität herangezogen wird und die Frequenz des erzeugten Wechselstromes von .der Kapazität des Kondensators bzw. durch die Steuerung der Lade- und Entladezeit des Kondensators mit Hilfe der gesteuerten elektrischen Entladungsstrekken bestimmt wird.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird Energie einem Schwingungskreis zugeführt, der ein elektrisches Ventil und Schalteinrichtungen enthält, durch die ein Stromkreis in Einklang mit der Frequenz des wünschten Wechselstromes geöffnet und geschlossen wird. Da wegen der Einschaltung des elektrischen Ventils in diesen Schwingungskreis nur die einen halben Wellen der Schwingungen durch den Stromkreis hindurchgehen können, wird ein zweiter Ventilkreis vorgesehen, der für die zweite Hälfte der Schwingungswellen benutzt werden kann. Durch die Steuerung der in Reihe mit den Ventilen liegenden Stromschlußvorrichtungen, die unter Umständen auch mit ,dem elektrischen Ventil. zu einer Einheit vereinigt sein können, ist man imstande, die Frequenz der Schwingungen über einen weiteren Bereich zu ändern, ohne besondere Einstellung an den einzelnen Bestandteilen des Schwingungskreises, also in dem Kondensator und der Selbstinduktion, vornehmen zu müssen. Derartige Einrichtungen sind besonders wertvoll für Anlagen von großer Leistung, z. B. Induktionsöfen, drahtlose Energieübertragung usw., obgleich die Erfindung auf diese Anwendungen nicht beschränkt ist.

Die Zeichnungen bringen· verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zur Darstellung.

Fig. ι und 2 zeigen zwei Schaltschemata von Einrichtungen zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom. Fig. 3 gibt ein Schaltschenra zur Umwandlung von Wechselstrom niedriger Frequenz in Wechselstrom höherer Frequenz. Fig. 4, 5 und 6 veranschaulichen Kurven, die zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 3 dienen. Fig. 7 ist ein Schaltschema einer Anordnung, die ähnlich wie die nach Fig. 3 arbeitet und bei der Quecksilberdampfventile mit besonderer Regelung der Zündung benutzt werden, während Fig. 8 eine ähnliche Einrichtung veranschaulicht, die mit durch Gitter gesteuerten Quecksilberdampfgleichrichtern versehen ist.

Gemäß Fig. ι wird ein elektrisches schwingungsfähiges Gebilde 1 verwendet, bestehend 1 aus einer Selbtsinduktionsspule 2, die einen Tiegel 3 umgibt, in dem Metall durch die mit Hilfe elektrischer Schwingungen in der Selbstinduktionsspule 2 induzierten Ströme geschmolzen werden soll, und einem in Reihe liegenden Kondensator 4, der mit einem Kontakt an die eine Klemme der Spule 2 angeschlossen ist. Die andere Klemme 5 der Spule 2 ist über eine zur Stabilisierung dienende Selbtsinduktionsspule 6 mit dem positiven Pol 7 eines Gleichstromgenerators 8 verbunden. Der negative Pol 9 des Gleichstromgenerators ist über einen Gleichrichter 10 mit Kathode 11 und Anode 12 an einen Schalter 13 gelegt, der zum Schließen und öffnen des Stromkreises zwischen der Gleichrichteranode 12 und der freien Klemme 14 des Schwingungskondensators 4 dient.

Zu dem Schwingungskreis 1 liegt im Nebenschluß ein Stromkreis 15 mit einem Gleichrichter 16, dessen Anode 17 mit der freien Klemme 5 der Selbstinduktionsspule 2 verbunden ist. Die Kathode 18 des Gleichrichters 16 kann mit der freien Klemme des Kondensators 4 durch die Schaltvorrichtung 13 verbunden sein, welche die Stromverbindung zwischen dem Kondensator 4 und der Anode 12 des ersten Gleichrichters 10 überwacht.

Zwischen der freien Klemme 5 der Spule 2 s° und der negativen Klemme 9 der Gleichstromquelle liegt ein Brückenkondensator 19, der . einen annähernd ungestörten Durchgang von Wechselströmen gestattet.

Die Schaltvorrichtung 13 kann aus drei ringförmigen Kontaktglied«™ 21, 22 und 23 bestehen, die auf einer motorisch getriebenen Welle 24 gelagert sind und mit Bürsten 25, 26 und 27 zusammenarbeiten, um die notwendigen Verbindungen zwischen der freien Klemme 14 des Schwingungskondensators 4 und der Anode 12 und Kathode 18 der Gleichrichter 10 bzw. 16 herzustellen. Das Kontaktglied 21, das mit der zum Kondensator 4 führenden Bürste 25 zusammenarbeitet, ist mit einem leitenden Belag oder Schleifring 28 versehen, der seinen ganzen Umfang bedeckt. Die beiden anderen Kontaktglieder 22 und 23 sind nur auf einem Teil ihres Umfanges mit segmentförmigen leitenden Be-. lägen. 2g und 30 ausgerüstet, auf denen die Bürsten 26 oder 27 schleifen. Die leitenden Segmente 29 und 30 sind so gegeneinander versetzt, daß durch Leiter 32, die von dem Leitersegment 28 zu den Leitersegmenten 29 und 30 führen, zwischen der an den Kondensator führenden Bürste 25 und den mit den Gleichrichtern 10 bzw. 16 verbundenen Bürsten 26 oder 27 während je einer halben Umdrehung der Welle 24 abwechselnd eine Verbindung hergestellt werden kann. Die Ausdehnung der Bürsten 26, 27 sowie der Leiter-

Segmente 29 und 30, die mit ihnen zusammenwirken, ist so gewählt, daß die Verbindung nach dem einen Gleichrichter sicher unterbrochen wird, ehe die Verbindung mit dem anderen Gleichrichter hergestellt ist.

Zum Verständnis der Wirkungsweise dieser Anordnung mögen die Strombedingungen betrachtet werden in dem Augenblick, wo die Schaltvorrichtung 13 die in Fig. 1 angegebene Stellung einnimmt. Dann ist ein Stromkreis geschlossen von der freien Klemme 5 der Selbstinduktionsspule 2 über den Generator 8, dessen negative Klemme 9, durch die Kathode und Anode des Gleichrichters 10, über die Bürste 26, das Kontaktsegment 29, den Leiter 32, den Schleifring 28 und die Bürste 25 zur freien Klemme 14 des Schwingungskondensators. Durch diesen Stromkreis fließt ein Strom vom Generator und lädt den Kondensator 4 auf, wobei die mit der Selbstinduktionsspule verbundene Kondensatorbelegung 33 eine positive Ladung und die mit der Bürste 25 verbundene Kondensatorbelegung 34 eine negative Lass dung erhält.

Die Größe der Selbstinduktionsspule 2, des Schwingungskondensators 4 und des Brückenkondensators 19 ist so gewählt, daß das Aufladen beendet ist, bevor die Bürste 26 von dem Leitersegment 29 abgleitet und .die Verbindung zwischen der Anode 12 des Gleichrichters und der negativ geladenen Kondensatorbelegung 34 des Kondensators 4 unterbricht. Durch eine solche Anordnung erzielt man ein völlig funkenloses öffnen der Kontakte zwischen den Elementen der Schaltvorrichtung 13, verringert die Beanspruchung derselben und ermöglicht auf diese Weise, daß eine große Leistung mit verhältnismäßig einfacher Ausrüstung erzielt wird.

Bei der weiteren Drehung der Welle 24 wird Stromschluß zwischen der Bürste 27 und dem Kontaktsegment 30 des zweiten Gleichrichters 16 und dadurch zwischen der negativ geladenen Kondensatorbelegung 34 und der Kathode 18 des Gleichrichters 16 hergestellt. Die letztere Verbindung gestattet die Entladung der während der ersten halben Drehung der Welle 24 im Kondensator aufgespeicherten Ladung durch den Gleichrichter 16, bis die' gesamte positive Ladung von der Kondensatorbelegung 33 durch die Selbstinduktionsspule 2, die Anode 17 tmd die Kathode 18 des Gleichrichters 16, die Bürste 27, das Leitersegment 30, den Leiter 32 und die Bürste 25 zu der vorher negativ geladenen Kondensatorbelegung 34 übergegangen ist.

Die positive Ladung, die auf diese Weise nach der unteren Kondensatorbelegung 34 übergeht,' wird darauf festgehalten und kann nicht durch den Gleichrichter 18 zurückgehen,.

da dieser nur in einer Richtung durchlässig ist; sie bleibt also im Kondensator, bis der Kontakt zwischen dem Leitersegment 30 und der Bürste 27 aufgehoben und die Verbin^ dung durch den anderen Gleichrichter 10 geschlossen wird. Dieser Kreislauf wiederholt sich im Einklang mit der Umlaufsgeschwindigfceit der Welle 24, und durch Regelung dieser Geschwindigkeit kann die Periodenzahl des Stromflusses durch die Spule 2 innerhalb weiter Grenzen geregelt werden. Für einen besonders wirksamen Betrieb ist es wünschenswert, die Frequenz der Schaltungen etwas geringer zu wählen als die Eigenfrequenz des Schwingungskreises, so daß die Ladung oder Entladung jedesmal zu Ende ist, gerade bevor die Schaltkontakte geöffnet werden.

Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung ist im wesentlichen derjenigen nach Fig. 1 gleich, nur wird hier dem Schwingungskreise Energie während jeder halben Welle zugeführt. Der Dreileitergleichstromgenerator 41 ist mit seiner neutralen Klemme 42 an die freie Klemme 5 der Selbstinduktionsspule 2 angeschlossen. Die positive Klemme 43 des Gleichstromgenerators ist über eine Stabilisierungsinduktanz 44 mit der Anode 17 des Gleichrichters 16 verbunden und die negative Klemme 45 des Gleichstromgenerators über eine Stabilisierungsinduktanz 46 mit der Kathode 11 des Gleichrichters 10. Die Verbindungen zwischen der freien Klemme 14 des Schwingungskondensators 4 und der Anode 12 des Gleichrichters 10 sowie der Kathode 18 des Gleichrichters 16 sind dieselben wie bei der Schaltung nach Fig. r. Brückenkondensatoren 47 und 48 liegen zwischen der freien Klemme 5 der Spule 2 und der Kathode Ii des Gleichrichters 10 einerseits und der Anode 17 des Gleichrichters 16 anderseits.

Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist ähnlich der nach Fig. 1, indem jede Hälfte des Generators 41 so arbeitet · wie der Generator in Fig. 1; der Schwingungskondensator 4 wird also während jeder halben Schwingung aufgeladen, während der Schalter 13 eine Verbindung zwischen dieser Generatorhälfte und dem Kondensator herstellt.

Fig. 3 zeigt eine Einrichtung zur Umwandlung yon Einphasenwechselstrom niedriger Frequenz in solchen höherer Frequenz. Hierbei wird im wesentlichen die Einrichtung nach Fig. 2 verwendet, und die Schaltvorrichtungen werden bis zu einem gewissen Grade verdoppelt, so daft Schwingungskreise für jede Hälfte der Stromwellen der Wechselstromquelle geschaffen werden. Die Klemme 5 der Induktanz 2 ist mit dem Verbindungs-. punkt 51 von zwei-in Reihe geschalteten Tränsformatorwicklungen 52 und 53 verbun-

den. Wechselstrom wird den Transformatorwicklungen "52 und 53 durch eine Primärwicklung 54 zugeführt, die an einen Wechselstromkreis 55 angeschlossen ist. Zwei Gruppen von Stromwegen liegen zwischen den Endklemmen 56, 57 der Transformatorwicklungen 52, 53 und der Klemme 14 des Schwingungskondensators 4, und zwar die Stromwege, welche über das Leitungspaar 58, 60, die der einen Wellenhälfte des zugeführten Wechselstromes entsprechen, und das weitere Leitungspaar 59, 61, die zu der zweiten Halbwelle des zugeführten Wechselstromes gehören, verlaufen. Zur Regelung des Stromflusses durch die verschiedenen Wege dient eine Schaltvorrichtung 62 mit einem Schleifring 63, dessen Bürste 64 zu der Klemme 14 des Schwingungskondensators 4 führt, sowie zwei Paaren von Kontaktsegmenten 65, 66 und 6j, 68, deren zugehörige Bürsten 69, 70 und 72, 73 an die verschiedenen Stromwege angeschlossen sind. Der Schleifring und die Kontaktsegmente sind auf einer motorisch getriebenen Welle 74 gelagert.

Durch die Leitung. 81 wird die Verbindung zwischen dem an den Kondensator 4 angeschlossenen Schleifring 63 und den Leitersegmenten 65, 66 hergestellt, die über die Ventile 83 und 84 an die Endklemme 56 der Transformatorwicklung 52 angeschlossen sind, und eine gleiche Verbindung wird durch die Leitung 82 zwischen dem Schleifring 63 und den Leitersegmenten 67 und 6.8 geschaffen, die über die Ventile 85 und 86 an die Endklemme 57 der Transformatorwicklung 53 angeschlossen sind. Die Ventile 83, 84, 85 und 86 haben eindeutige Durchlaßrichtung und sind paarweise gegendnnig parallel geschaltet. Brückenkondensatoren 47, 48 liegen zwischen der Klemme 5 der Induktanzspule 2 und den Endklemmen 56, 57 der Transformatorwicklungen 52, 53.

Aus der Zeichnung ist zu ersehe% daß die Anordnung, bestehend aus den Transformatorwicklungen 52, 53 und einem Satz Gleichrichter 83, 85, der Anordnung nach Fig. 2 gleich ist, indem die Transformatorklemme 56 den negativen Pol und die Transformatorklemme 57 den positiven Pol der Energiequelle bildet, entsprechend je einer Halbwelle des zugeführten Wechselstromes. Während der zweiten Halbwelle des zugeführten Wechselstromes werden die Polaritäten der Klemmen 56 und 57 umgekehrt, und der zweite Satz Gleichrichter 84,' 86 kommt zur Wirkung. Jeder Gleichrichtersatz mit den zugehörigen Schaltteilen 65, 67 und 66, 68 arbeitet während jeder Halbwelle in derselben Weise wie die Anordnung nach Fig. 2.

Die entsprechenden Stromverhältnisse sind aus Fig. 4, 5 und 6 zu entnehmen. Die Kurven der Fig. 4 veranschaulichen den Strom, der durch den linken Gleichrichtersatz 83, 84 fließt, die Kurven der Fig. 5 den Strom in .dem rechten Gleichrichtersatz 85, 86 und die Kurven in der Fig. 6 den resultierenden Strom, der durch die Induktanz 2 fließt.

Angenommen, die Linie 87 in Fig. 4 und die Linie88 in Fig. 5 bezeichne die den Transformatorwicklungen 52 bzw. 53 aufgedrückten Spannungen und die Welle 74 befinde sich in der gezeichneten Stellung, so fließt ein der Kurve 89 entsprechender Strom von der unteren Belegung des Kondensators 4 durch den Gleichrichter 83, den Brückenkondensator 47 und die'¹ Induktanzspule 2 nach der oberen Belegung des Kondensators 4.

Während der Drehung der Welle 74. der Schalteinrichtung 62 wird der Kontakt mit der in der Leitung 58 liegenden Bürste 69 funkenlos unterbrochen, und es wird ein Stromkreis geschlossen durch das Kontaktsegment 67 des Stromkreises 60, der zur Endklemme 57 der anderen Transformatorwicklung S3 führt. Dann fließt ein der Kurve 90 in Fig.5 entsprechender Strom von-derSpule2 durch den Kondensator 48, die Leitung 60 und den Gleichrichter 85 nach dem Kondensator 4. Während der nächsten halben Umdrehung der Welle 74 fließt wieder Strom nach der Kurve 91 vom Kondensator 4 durch den Gleichrichter 83 und den Kondensator 47 zur Spule 2, und während der folgenden halben Umdrehung geht Strom nach der Kurve 92 (Fig. S) durch den Gleichrichter 85. Dieser wechselweise Stromdurchgang durch die Gleichrichter 83 und 85 dauert solange wie die gleiche Halbwelle der aufgedrückten Spannung 87, 88. - lot

Während der nächsten Halbperiode der aufgedrückten Spannung (Kurve 87 und 88), nachdem die Kurven durch den ersten Nullwert hindurchgegangen sind, werden die Gleichrichter 83 und 85 unwirksam, und der Durchgang der Ströme wird dann durch das zweite Gleichrichterpaar 84, 86 in derselben Weise bewirkt, wodurch die den Kurven 93 und 94 entsprechenden Ströme erzeugt werden. Der durch die Spule 2 fließende Strom, der zum Erhitzen des im Tiegel 3 enthaltenen Metalls dient, entspricht der in Fig. 6 gezeichneten Kurve und stellt die Summe der den Kurven nach Fig. 4 und 5 entsprechenden Teilströme dar,

Die in Fig. 7 dargestellte Einrichtung wirkt ähnlich wie die nach Fig. 3, nur sind hier zwei Ventile 95, 96 vorgesehen, welche die in Fig· 3 gezeichneten beiden Gleichrichter und die zu ihnen gehörige Schaltvorrichtung 62 ersetzen. Jedes Ventil besteht aus einer luftleeren Röhre 97 mit zwei Quecksilberelek- ·

troden 98, 99. Zwischen diesen Elektroden 98, 99 ist in jeder Röhre eine Steuerelektrode 101 und 102 vorgesehen, von denen jede zur Erregung an eine der Sekundärwicklungen 103 bzw.· 104 zweier Steuertransformatoren angeschlossen ist. Die Primärwicklungen 105, io5 dieser Transformatoren sind hintereinandergeschaltet und werden von pulsierenden Gleichströmen durchflossen, die mittels der durch sie in den Sekundärwicklungen induzierten Spannungen in bekannter Weise Entladungen zwischen den Steuerelektroden ιοί, 102 und den zugehörigen Quecksilberelektroden hervorrufen.

Der pulsierende Gleichstrom wird einer Batterie 107 über einen Unterbrecher ro8 entnommen und auf die Primärwicklungen 105, 106 der Steuertransformatoren durch einen Verteiler 109 entsprechend der gewünschten Stromregelung verteilt. Der Unterbrecher 108 hat zwei Momentsclialterkontakte in, die durch einen Kondensator 112 überbrückt sind und durch ein motorisdi angetriebenes Zahnrad 113 gesteuert werden.

Der Verteiler 109 hat ringförmig angeordnete Kontakte 114, 115, die abwechselnd an die Leitungen 116, 117 angeschlossen sind, welche zu den Endklemmen der Primärwicklungen 105, 106 der Steuertransformatoren führen, und der abwechselnde Stromschluß mit den Kontakten 114, 115 erfolgt durch einen drehbaren Verteilerarm 118, wodurch die Steuertransformatoren der beiden Ventile 95, 96 abwechselnd erregt werden. Die Batterie 107 ist mit ihrer negativen Klemme an den Verbindungspunkt der in Reihe geschalteten Primärwicklungen der Steuertransformatoren angeschlossen, während die positive Batterieklemme mit dem Verteilerarm 118 des Verteilers 109 über den Unterbrecher 108 verbunden ist.

Während des kurzen Zeitraumes, in dem der Schaltarm 118 ein Kontaktglied des Verteilers 109 berührt, wird ein Gleichstromstoß durch den Unterbrecher 108 erzeugt und über die zugehörige Primärwicklung der Steuertransformatoren entsandt. Diese Gleichstromstöße induzieren periodisch ein hohes Gleichstrompotential zwischen der sekundärseitigen Anlaßklemme des Steuertransformators und jeweils einer der beiden Quecksilberelektroden 98,99 in dem Ventil. Das hohe Gleichstrompotential der induzierten Spannung beruht auf dem Umstände, daß der Strom durch die Primärwicklung schnell unterbrochen wird, aber verhältnismäßig langsam anwächst.

Das hohe Potential einer jeden Steuerelektrode ιοί oder 102 verursacht eine Entladung zwischen dieser Elektrode und derjenigen Quecksilberelektrode, die in dem Augenblick das niedrigere Potential hat. Mit Rücksicht auf die Spannungsbedingungen, die während des Betriebes herrschen, erfolgen die Entladungen zwischen der Steuerelektrode und den Quecksilberelektroden 98, 99 der Ventile 95, 96 in der gewünschten Richtung. Z. B. wird in einem gewissen Augenblick der Haupttransformatorwicklung 52 eine Spannung aufgedrückt, dadurch ein Strom von der Klemme 5 der Selbstinduktionsspule 2 über den Kondensator 47, das Ventil 97 in Richtung von der Quecksilberelektrode 98 nach der Quecksilberelektrode 99 und weiter zu dem Schwingungskondensator 4 entsandt, wodurch die Kondensatorbelegung 34 positiv aufgeladen wird. Das Ventil 96 ist hierbei nichtleitend. Sobald die Kondensatorbelegung 34 das volle Potential erhalten hat, dessen Größe durch die aufgedrückte Spannung bestimmt wird, geht der durch das Ventil 95 fließende Strom auf Null zurück, und das Ventil erlischt.

Im Verlaufe der weiteren Drehung des Verteilerarmes 118 wird ein Gleichstromstoß durch die Tränsformatorwicklung 106 des während der ersten höher f requenten Halbwelle nichtleitenden Ventils entsandt und ein hohes Gleichstrompotential der Steuerelektrode 102 aufgedrückt. Da die Ladung der Kondensatorbelegung 34, die mit der Quecksilberelektrode 99 des Ventils 96 verbunden ist, positiv und die Ladung der mit der Quecksilberelektrode 98 verbundenen Kondensatorbelegung 33 negativ ist, so wird der Potentialunterschied zwischen der Steuerelektrode 102 und der Quecksilberelektrode 98. der Röhre 96 größer sein als der Potentialunterschied zwischen der Steuerelektrode 102 und der Quecksilberelektrode 99, und es wird eine Entladung zwischen der Steuerelektrode 102 und der Quecksilberelektrode 98 stattfinden. Die Elektrode 98 wird auf diese Weise zu einer Elektronen aussendenden Kathode, und die auf der Kondensatorbelegung 34 festgehaltene positive Ladung entlädt sich durch das Ventil 96 in der Richtung von der als Anode wirkenden Elektrode 99 nach der als Kathode wirkenden Elektrode 98 und von dort nach dem Uberbrückungskondensator 48 und über die Spulen zu der anderen Belegung 33 des Schwin- '" gungskondensators 4. In der Zwischenzeit ist der Verteilerarm 118 außer Berührung mit dem an dem Steuertransformator 106 der Röhre 96 angeschlossenen Kontakt gekommen, und die nur in einer Richtung wirkende Leitfähigkeit des Ventils 96 bleibt infolge des durch sie fließenden Stromes aufrechterhalten. ■ " Sobald die Kondensatorentladung durch das Ventil 96 hindurchgegangen und der Strom auf einen niedrigen Wert verringert ist, wird das Ventil nichtleitend, und nun

tritt eine ähnliche Wirkung in dem anderen Ventil 95 ein, so daß jetzt infolge der Weiterbewegung des Verteilerarmes 118 die positive Ladung, die auf der oberen Belegung 33 des Kondensators 4 vorhanden ist, durch das Ventil 95 in Richtung von der Quecksilberelektrode 98 nach der jetzt- als Kathode wirkenden Elektrode 99 entladen wird. Der gleiche Vorgang wiederholt sich immer wieder, wobei die Ladungen des Kondensators selbsttätig die Richtung der Entladungen durch die Ventile bestimmen.

Eine etwas andere Einrichtung, die im Grunde genommen der nach Fig. 3 ähnelt, ist in Fig. 8 veranschaulicht; hier wird der Stromfluß durch mit Steuergittern versehene Quecksilberdampfgleichrichter geregelt. Der Vollweggleichrichter 121 hat zwei Arme 122, 123 mit Anoden 124, 125, die an die Endklemmen 56, 57 der Transformatorwicklungen 52, 53 angeschlossen sind. Ferner sind zwei Einweggleichrichter 126, 127 vorhanden mit Ouecksilberkathoden 128, 129, die ebenfalls mit den Endklemmen 56, 57 der beiden Transformatorwicklungen verbunden sind. Die Anoden 131, 132 der beiden Gleichrichter 126, 127 sind an die Quecksilberkathode 133 des Gleichrichters 121 angeschlossen. Die Gleichrichterarme 122,123 dieses Gleichrichters und die beiden Gleichrichterröhren 126, 127 sind mit Gittern 134, 135, 136, 137 ausgerüstet, wodurch der Stromdurchgang gesteuert werden kann.

Nun hat sich gezeigt, daß ein Stromfluß durch einen Quecksilberdampfgleichrichter durch Aufdrücken eines den Stromkreis sperrenden Potentials auf ein gewöhnliches, in dem Stromkreis angeordnetes Gitter nur dann unterbrochen werden kann, wenn der Strom durch andere Mittel auf einen niedrigeren Wert verringert worden ist. In dieser Beziehung sind die Bedingungen, die bei der Anwendung eines Steuergitters beobachtet werden müssen, ähnlich denjenigen, die bei der Regelung, des Stromdurchflusses durch Schaltvorrichtungen in Einrichtungen nach Fig. i, 2 und 3 beachtet werden müssen, wo es auch wünschenswert ist, den durch die Gleichrichter gehenden Strom möglichst auf Null zu verringern, ehe die Steuerschalter geöffnet werden, um eine Funkenbildung und übermäßige Beanspruchung der Schalterkontakte zu verhüten. Dies vorausgesetzt, erscheint die Anordnung nach Fig. 8 gleich derjenigen nach Fig. 3, wobei nur die Schaltvorrichtung 62 durch die Steuergitter 134, !3S. 136, 137 ersetzt ist.

Das Potential der Gitter kann in irgendeiner bekannten Weise geregelt werden, z. B. mittels eines Gittertransformators 138 mit einer Sekundärwicklung 139 zur Steuerung der Gitter in dem Vollweggleichrichter 121 und zwei weiteren Sekundärwicklungen 141, 142 für die Gitter der Einweggleichrichter 126, 127. ^

Die Transformatorwicklung 139 is.t an einem Ende mit der Quecksilberkathode 133 des Gleichrichters 121 verbunden und mit dem anderen Ende über eine Batterie 143 mit den beiden Gittern 134, 135. Die Sekundärwicklung 141 hat gleichen Wicklungssinn wie die Wicklung 139, ist aber im Gegensatz zu dieser mit vertauschten Enden zwischen die Quecksilberkathode 128 und das Gitter 136 des Gleichrichters 126 geschaltet. In dem Steuerkreis dieses Gleichrichters liegt ebenfalls eine Batterie 144. Die Sekundärwicklung 142 ist in gleicher Weise zwischen die Quecksilberelektrode 129 und das Gitter 137 des Gleichrichters 127 gelegt wie die Wicklung 141 in bezug auf das Gefäß 126. Eine Batterie 145 liegt auch hier im Stromkreis. Eine Steuerspannung wird den Sekundärwicklungen 139, 141, 142 durch die Primärwicklung 146 aufgedrückt, die mit einem Kondensator 147 in einem Schwingungskreise 148 liegt. In diesem Schwingungskreise werden Schwingungen mittels einer Dreielektrodenröhre 149 aufrechterhalten, die einen Glühfaden 150 und eine Anode 152 hat und mit diesen Teilen an zwei Klemmen -des Schwingungskreises 148 über eine Batterie angeschlossen ist, während ihr Gitter 153 auf diesen Kreis durch einen Transformator 154 rückgekoppelt ist.

Die Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 8 ist folgende:

Angenommen, den Transformatorwicklungen 52 und 53 werde aus der Primärwicklung 54 eine Spannung aufgedrückt, die bestrebt ist, einen Strom in Richtung von der Klemme 56 durch die Transformatorwicklungen 52, 53 zur Klemme 57 zu entsenden, so kann ein Strom von der Kondensatorbelegung 34 zur Anode 131 des Gleichrichters 126 fließen, weiter durch den Gleichrichter zur Klemme 56 und durch den Überbrückungskondensator 47, die Klemme 5 und die Induktionsspule 2 zur zweiten Belegung 33 des Kondensators 4, wodurch die letztere eine positive Ladung erhält.

Sobald der Kondensator 4 voll aufgeladen ist, geht der durch den Gleichrichter 126 fließende Strom auf Null zurück. Eine Entladung in entgegengesetzter Richtung kann nicht stattfinden, da der Gleichrichter 126 nur in einer Richtung stromdurchlässig ist. Während dieser höher frequenten Halbiwelle drückt der Gittertransformator 138 den Gittern 136, der Gleichrichter 126, 127 ein positives Potential und den Gittern 134,135 des Gleichrichters 121 ein negatives Potential auf. Nach·

einer der Halbwelle entsprechenden Zeitspanne, die durch die Frequenz des Schwingungskreises 148 bestimmt wird, wird das positive Potential von den Gittern 136 und 137 abgenommen, während den Gittern 134, 135 ein positives Potential erteilt wird.

Da der Strom durch den Gleichrichter 126 kurz vor Aufdrückung eines negativen Potentials auf das Gitter bis auf Null verringert wurde, wird der Gleichrichter 126 nichtleitend und hält den Stromkreis offen. Das Gitter 137 des zweiten Nebengleichrichters 127 wird ebenfalls negativ geladen und macht diesen Gleichrichter nichtleitend; jedoch sind die Zustände dieses Gleichrichters jetzt nicht zu betrachten, da er während derjenigen Halbwelle des zugeführten Wechselstromes, während welcher die Klemme 57 als positive Stromklemme wirkt, an der Arbeit nicht teilnimmt. Der Kondensator 4 gibt seine positive Ladung von der Kondensatorbelegung 33 durch den Überbrückungskondensator 48, weiter durch den Gleichrichterarm 123 und die Quecksilberkathode 133 an die zweite Kdndensatorbelegung 34 ab. Dieser Kreislauf wiederholt sich in der gleichen Weise wie bei der Einrichtung nach Fig. 3.

Die Schwingungskreise, die durch die beiden Paare von Gleichrichterbahnen 126, 123 und 122, 127 gebildet werden-, werden so gesteuert, daß entweder das eine oder das andere Paar der Gleichrichterbahnen vollkommen nichtleitend ist im Einklang mit dem Wechseln der Spannung in der Stromzuleitung55. Zur Sicherstellung dieser Wirkung können z. B. in Reihe mit den Gittern 134 bis 137 noch besondere Gittertransformatoren 156 bis 159 vorgesehen sein, deren Primärwicklungen 160 bis 163 paarweise an zwei Hilfstransformatorwicklungen 164, 165 des Haupttransformators 54 angeschlossen sind. Eine der Hilfstransformatorwicklungen 164 speist die zusätzlichen Steuertransformatoren ¹S?! ¹S^, die in Reihe mit den Steuergittern Γ35,136 geschaltet sind, in denjenigen Gleichrichterbahnen, die während der einen Halbwelle der zugeführten Spannung benutzt werden. Die in den Zusatztransformatoren 157, 158 während einer niederfrequenten HaIbwelle induzierte Spannung wird den beiden Gittern 135 und 136 zugeleitet und führt in Verbindung mit den über den Transformator 138 zugeführten Spannungen die Zündung der Entladungsstrecken 126 und 123 herbei.

Während der zweiten niederfrequenten Halbwelle ist die in den zusätzlichen Transformatoren 157, 158 induzierte Spannung entgegengesetzt gerichtet und bringt die beiden Gitter 135, 136 auf ein hohes negatives Potential, so daß die Gleichrichterbahnen 123, 126, die durch die beiden Gitter gesteuert werden, nichtleitend bleiben ohne- Rücksicht auf die Wirkung des Gittertransformators.

Die beiden Zusatztransformatoren 156 und * dies anderen Paares von. Gleichrichter- 6= bahnen 122, 127 sind in gleicher Weise an die zweite Hilfswicklung 165 des Haupttransformators angeschlossen und bewirken in Verbindung mit den über den Transformator 138 zugeführten Spannungen die Zündung oder Sperrung dieser Gleichriditerbahnen.

Claims (22)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom oder von Wechselstrom in solchen höherer Frequenz durch periodisches Laden und Entladen eines mit einem induktiven Widerstand, welcher der 'Verbraucher selbst sein kann, in Reihe' liegenden Kondensators, gekennzeichnet durch je eine in jeden Lade- und Entladestromkreis eingeschaltete elektrische Gas- oder Dampfentladungsstrecke mit Bogenentladung und eindeutiger Durchlaßrichtung, die derart gesteuert wird, daß sie den zugehörigen Stromkreis im Takte der Verbraucherfrequenz schließt und öffnet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Entladungsstrecken mit Steuerelektroden, insbesondere Steuergitter, versehen sind,

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede elektrische Entladungsstrecke zwei emissionsfähige Hauptelektroden aufweist, zwischen denen eine die Stromdurchlaßrichtung bestimmende Steuerelektrode angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Ventile durch eine im Anodenkreis liegende mechanische Schaltvorrichtung gesteuert sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Schaltvorrichtung aus motorisch gemeinsam angetriebenen Kontaktwalzen besteht, deren Kontaktstücke so gegeneinander versetzt sind, daß die an die einzelnen Kontaktstücke angeschlossenen Ventile nacheinander in der vorgeschriebenen Reihenfolge stromdurchlässig werden.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Serie zur Verbraucherinduktivität liegende Kapazität die Induktivität der Spule ganz oder teilweise kompensiert.

7. Einrichtung zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Entladungsstrecken in bezug

Induktivität ange-

auf ihre Stromdurchlaßrichtung und den Verbraucher in Reihe geschaltet sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden .Pole der Gleichstromquelle an je eines der im Gegentakt arbeitenden elektrischen Ventile und die gemeinsame Verbindungsleitung der beiden Ventile an die als Verbraucher dienende
schlossen ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Anschlußpunkt der als Verbraucher dienenden Induktivität und dem zugeordneten Pol der Gleichstromquelle eine zur Stabilisierung dienende Drosselspule eingeschaltet ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem der beiden Ventile und der Gleichstromquelle eine zur Stabilisierung dienende Drosselspule eingeschaltet, ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Anschlußpunkt der als Verbraucher dienenden Induktivität und den einen Pol der Gleichstromquelle ein Uberbrückungskondensator geschaltet ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Anschlußpunkt der als Verbraucher dienenden Induktivität und die beiden Pole der Gleichstromquelle je ein Uberbrückungskondensator geschaltet ist.

13. Einrichtung zur Umwandlung von Wechselstrom in solchen höherer Frequenz

• nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher an den Neutralpunkt der Wechselstromspeisequelle und an jeden Leiter der Wechselstromquelle zwei in bezug auf ihre Stromdurchlässigkeit einander entgegengesetzt geschaltete elektrische Entladungsstrecken angeschlossen sind/

14. Einrichtung nach Anspruch 1, 3' und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsentladung in den elektrischen Entladungsgefäßen durch eine zwischen den beiden verdampfbaren und emissionsfähigen Elektroden geschaltete Steuerelektrode gesteuert wird, an die ein hohes Zündpotential gelegt wird.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß den Steuerelektroden über je einen der diesen zugeordneten Transformatoren von einer Gleichstromquelle mittels einer Unterbrechervoffichtung zur Zündung hinreichend große Spannungsstöße aufgedrückt werden.

16. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Doppelweggleicferichter vorgesehen ist, dessen Strombahnen je.eine gesteuerte elektrische Entladungsstrecke parallel geschaltet ist.

17. Einrichtung nach Anspruch i, 13 ⁶S und 16, gekennzeichnet durch einen gemeinsamen Gittersteuertramsformator für die Steuergitter sowohl des Doppelweggleichrichters als auch der Einweggleichrichter.'

18. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das eine Ende jeder den Steuergittern zugeordneten Sekundärwicklungen des Gittersteuertransformators und jedem Steuergitter eine Gleichstromvorspannungsquelle eingeschaltet ist.

19. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß in jeden Gitterkreis eine zusätzliche, die Sperrwirkung der Gitter sichernde, von dem Haupttransformator transformatorisch abgeleitete Spannung eingefügt ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Gitter- ⁸S Steuertransformator durch einen Schwingungskreis mit veränderlicher. Kapazität beeinflußt ist.

21. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Anschlußpunkt der als Verbraucher dienenden Induktivität und die Leiter der Wechselstromspeisequelle je ein Überbrückungskondensator geschaltet ist.

22. Einrichtung nach Anspruch 1, 7 und 13, gekennzeichnet durch ihre Verwendung zur Speisung von Induktionsöfen, wobei gegebenenfalls die mit dem Kondensator in Reihe geschaltete Induktivität zugleich die Ofenspule bildet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen