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Einrichtung zur Auslösung von Schalt oder Steuerimpulsen zu einem
innerhalb einer Periode einer Wechselspannung wählbaren Zeitpunkt Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, in elektrischen Stromkreisen irgendwelcher Art Schaltimpulse
auszulösen, deren Zeitpunkt innerhalb einer Periode einer Wechselspannung beliebig
einstellbar ist. Schalteinrichtungen dieser Art können in Regel- und Steuerstromkreisen
vielfach verwendet werden und sind von besonderer Bedeutung für die Steuerung von
Entladungsstrecken, beispielsweise für die Steuerung des Zündeinsatzes von gittergesteuerten.
gas- oder dampfgefüllten Entladungsgefäßen, wie Gleichrichtern, Wechselrichtern
oder Umrichtern. Für das letztgenannte Anwendungsgebiet ist bereits eine größere
Anzahl von Schaltanordnungen entwickelt worden, die sämtlich die Aufgabe haben,
mechanische Schaltapparate, beispielsweise umlaufende Kollektoren, wie sie bisher
vielfach für die Steuerung von Entladungsstrecken angewendet worden sind, durch
ruhende elektrische Apparate zu ersetzen.
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Bei der Entwicklung der bisher bekanntgewordenen Schalteinrichtungen
ist man von Steuerungsanordnungen elektrischer Entladungsgefäße ausgegangen, deren
Steuerkreise, beispielsweise Gitterstromkreise, an eine Wechselstromquelle über
Apparate angeschlossen sind, mit Hilfe deren die Phasenlage der Steuerwechselspannung
gegenüber anderen Bestimmungsgrößen cles Entladungsapparates, insbesondere gegenüber
der Phase einer Anodenwechselspannung, verschoben werden kann. Unter Beibehaltung
der Phasenverschiebungseinrichtungen hat man dann in den Steuerstromkreis Zusatzeinrichtungen
eingefügt, durch welche die Kurvenform der dem Steuerkreis zugeführten Wechselspannung
derart geändert wird, daß die Steilheit des Spannungsanstieges gegenüber der Sinuswelle
wesentlich erhöht wird und in eine Wechselspannung spitzer Wellenform übergeht.
Bei diesen Steuerungsanordnungen verwendet man die bekannte Eigenschaft eisengeschlossener,
hochgesättigter Drosselspulen, welche darin besteht, daß der Magnetisierungsstrom
bei sinusförmigem Verlauf von Spannung und Fluß in der Nähe des Flußmaximums ein
je nach dem Sättigungsgrad mehr oder weniger stark ausgeprägtes Maximum aufweist.
Schickt man diesen Strom durch einen der Drosselspule vorgeschalteten Widerstand,
so entsteht im Augenblick des Flußmaximums bzw. beim Nulldurchgang der an dem Steuerkreis
liegenden Wechselspannung ein Spannungsstoß, welcher für die
Steuerung
des Entladungsgefäßes ausgenutzt werden kann. Wesentliche Bestandteile dieser Anordnung
sind somit eine Einrichtung zur Veränderung der Phasenlage der den Steuerkreis speisenden
Wechselspannung und die gesättigte Drosselspule, welche die Sinusform dieser Wechselspannung
in eine spitze Wellenform umwandelt.
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Gegenstand der Erfindung ist eine ebenfalls vorzugsweise für die Steuerung
von gittergesteuerten Entladungsgefäßen verwendbare Schalteinrichtung, welche zwar
auch eine gesättigte Drosselspule verwendet, bei der es jedoch möglich ist, den
Schaltzeitpunkt zu verändern, ohne daß die Phasenlage der den Steuerkreis speisenden
Wechselspannung geändert zu werden braucht.
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Gemäß der Erfindung dient zur Einstellung des Zeitpunktes, bei dem
innerhalb der Periode der Wechselspannung, vorzugsweise in deren Maximum, der Sättigüngsfluß
einer an eine gegebene Wechselspannung angeschlossenen und in dem Impulsstromkreis
liegenden gesättigten Drosselspule erreicht ist und bei dem dadurch der Impuls ausgelöst
wird, die Bemessung der Drosselspule und die Größe oder Kurvenform der speisenden
Wechselspannung. Die Erfindung läßt sich auch so definieren, däß das Spannungszeitintegral,
welches bis zur Erreichung des Sättigungsflusses der Drosselspule notwendig ist,
entsprechend dem Zeitpunkt, zu dem innerhalb der Periode der Wechselspannung ein
Schalt- oder Steuerimpuls ausgelöst werden soll, eingestellt wird. Besonders zweckmäßig
ist es dabei, den Zeitraum, in dem der Schaltzeitpunkt liegt, in die Nähe des Spannungsmaximums
der speisenden Wechselspannung zu legen. Daß dies möglich ist, ist ein besonders
wichtiger Unterschied der Erfindung gegenüber den bekannten Schaltanordnungen und
ringt erhebliche Vorteile mit sich. Der Sättigungsfluß der Drosselspule kann dabei
durch Änderung des magnetischen Widerstandes oder durch Änderung einer Gleichstromerregung
oder durch überlagerung eines veränderlichen Magnetflusses oder durch Änderung der
Windungszahl bei gegebener Wechselspannung verschiedene Werte erhalten.
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Der Erfindung liegt die bekannte physikalische Tatsache zugrunde,
daß bei einer hochgesättigten, eisengeschlossenen Drosselspule der Fluß 0 sich in
Abhängigkeit von dem Strom in der Drosselspule nach dem in Fig. z dargestellten
Diagramm ändert. Zur Vereinfachung der nachfolgenden Betrachtungen ist dabei angenommen,
daß der Sättigungsflüß 0,s von dem Strom praktisch unabhängig ist und beim Nulldurchgang:
des Stromes unmittelbar von dem Wert - 0;r auf -f- 0s bzw. umgekehrt übergeht. Unter
dieser Annahme geht die bekannte Spannungsgleichung
über in die Gleichung
7a ist dabei die Spannung und zu die Windungszähl der Drosselspule. Das auf der
linken Seite der Gleichung (2) stehende Spannungszeitintegral, welches in folgendem
kurz als Spannungsintegral des Schaltzeitpunktes bezeichnet werden soll, ist für
die Erfindung von grundlegender Bedeutung. Es gibt die Zeit an, die bei gegebenem
Zeitspannungsverlauf, mithin bei gegebener Kurvenform der speisenden Wechselspannung,
verstreicht, bis der Sättigungsfluß der Drosselspule erreicht ist. In diesem Augenblick
ist das Spannungsintegral gleich dem doppelten Produkt aus Windungszahi und Sättigungsfluß--der
Drosselspule. Für den Stromkreis, in den die Drosselspule geschaltet ist, gibt das
Spannungsintegral den Zeitpunkt an, in dem der wirksame Widerstand der Drosselspule
praktisch gleich Null wird, in dem somit ein an Stelle der Drosselspule zu denkender
mechanischer Schalter geschlossen wird.
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In der Anwendung auf den wichtigsten Fall einer sinusförmgen Wechselspannung
ergeben sich die in den Diagrammen der Fig. 2 und 3 dargestellten Verhältnisse.
Die schraffierten Flächen der Fig. 2 sind ein Maß für das Spannungsintegral des
Schaltzeitpunktes, und zwar für den wichtigen Sonderfall, daß das doppelte Produkt
aus Windungszahl und SättigungsfluB derart gewählt ist, daß das Spannungsintegral
etwa gleich dem halben Spannungszeitintegral der Sinuswelle ist. Die in Fig. z stark
ausgezogene Linie gibt die Spannung u an, welche in dem Stromkreis, in den die Drosselspule
geschaltet ist, also beispielsweise an einem mit der Drosselspule in Reihe geschalteten
Widerstand, wirksam ist. Zwischen dem Nulldurchgang der Spannung und dem Spannungsmaximum
der speisenden Wechselspannung-az" bleibt der Drosselspulenschalter geöffnet. Im
Spannungsmaximum wird der Sättigungsfluß erreicht, der Schalter wird kurzgeschlossen,
die Spannung an den übrigen Teilen des Widerstandes springt auf das Maximum der
Speisespannung. Beim Nulldurchgang am Ende der Halbwelle wird .der Drosselspulenschalter
wieder geöffnet, und in der negativen Halbwelle wiederholt sich der gleiche Vorgang.
In Fig. 3 ist unter der Annahme gleicher
Bemessung der Bestimmungsgrößen
der Drosselspule der zeitliche Verlauf der Spannung uD an der Drosselspule dargestellt.
In der ersten Hälfte der Halbwelle der Sinuslinie entfällt die volle Wechselspannung
auf die Drosselspule, während im Spannungsmaximum die Drosselspannung plötzlich
auf Null herabsinkt. In diesem Zeitpunkt wird also der Schalter der vorliegenden
Schaltuhr. geschlossen.
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Fig. 4 zeigt die einfachste Anwendung der Erfindung für die Steuerung
eines gasgefüllten Entladungsgefäßes. Die Drosselspule D ist in Reihe mit einem
Widerstand R an eine Wechselspannungsquelle W angeschlossen, welche beispielsweise
die gleiche Phase haben möge wie die Anodenspannung des Entladungsgefäßes E, dessen
Gitterkreis zu dem Widerstand R parallel geschaltet ist. Die Gitterspannung des
Entladungsgefäßes verläuft dann zeitlich nach dem Diagramm der Fig. 2. Im Spannungsmaximum
der Wechselstromquelle steigt der Strom des Widerstandes R und damit der Spannungsabfall
am Widerstand plötzlich auf das Maximum der Wechselspannung an, und an dem Gitter
des Entladungsgefäßes entsteht ein plötzlicher Potentialunterschied, der zu Steuerzwecken
ausgenutzt werden kann.
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Die Schaltung der Fig.4 ist an sich bekannt. Sie wurde jedoch bisher
stets derart angewendet, daß die Änderung des Stromes in dem Widerstand R mit dem
Nulldurchgang der speisenden Spannung u" zusammenfällt. Diese bekannte Anordnung
hat den großen Nachteil, daß die Schaltuhr gerade in dem Augenblick schaltet, in
dem die speisende Wechselspannung durch Null geht, und daß daher verhältnismäßig
wenig Energie im Schaltmoment an dem Widerstand R zur Verfügung steht. Es fehlte
die erst durch die Erfindung gebrachte Erkenntnis, daß es mit der gleichen Schaltung
durch Änderung der Bemessung der Bestimmungsgrößen gelingt, den Schaltzeitpunkt
bei gegebener Phasenlage der Wechselspannung beliebig einzustellen und im besonderen
derart zu wählen, daß er in das Maximum der Wechselspannung fällt. Bei der Schaltuhr
nach der Erfindung steht somit im Schaltmoment die größtmögliche Spannung an dem
Widerstand R zur Verfügung, woraus folgt, daß der Wirkungsgrad der Schaltung, d.
h. das Verhältnis zwischen der im Nutzstromkreis bzw. Schaltstromkreis abnehmbaren
Leistung zu der von der Wechselstromquelle gelieferten Leistung gegenüber den bekannten
Anordnungen wesentlich günstiger liegt.
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Für die Einstellung und betriebsmäßige Veränderung des Schaltzeitpunktes
können in Ausführung der Erfindung verschiedene Mittel angewendet- werden. Läßt
man die Wendungszahl und den Sättigungsfluß der Drosselspule unverändert, so ändert
sich das. Spannungszeitintegral des Schaltzeitpunktes, wenn die Amplitude der speisenden
Wechselspannung verändert wird. Vergrößert man die Spannung, so wird der Schaltzeitpunkt
vorverlegt, verkleinert man die Spannung, so wird, bezogen auf den Nulldurchgang
der Spannung, zu einem späteren Zeitpunkt geschaltet; denn die in Fig.2 schraffiert
eingezeichneten Flächen werden bei verschiedenen Amplituden der speisenden Spannung
innerhalb einer Halbperiode zu verschiedenen Zeiten erreicht. Zu dem gleichen Ziel
gelangt man, wenn die Kurvenforen der Spannung geändert wird. Der Schaltzeitpunkt
wird in dem gleichen Sinne verschoben, in dem bei gleichem Spannungsmaximum der
Schwerpunkt der Spannungszeitfläche gegenüber der Symmetrielinie der Sinuswelle
nach vorwärts oder rückwärts verschoben wird.
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Ein anderes Mittel zur Veränderung des Schaltzeitpunktes besteht darin,
daß die Windungszähl oder der Sättigungsfluß der Drosselspule, d. h. die auf der
rechten Seite der Gleichung (2) stehenden Größen, geändert werden. Den Sättigungsfluß
wird man zweckmäßig dadurch ändern, daß die Drosselspule mit einer Gleichstromerregerwicklung
ausgerüstet wird, in der ein veränderlicher Gleichstrom fließt. Diese Ausführungsform
der Erfindung ist insbesondere dann wichtig, wenn es sich um selbsttätige Steuer-
oder Regelanordnungen handelt, bei denen der Zeitpunkt der Auslösung eines Steuer-
oder Schaltimpulses von veränderlichen Gleichspannungs- oder Gleichstromgrößen abhängig
sein soll.
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Der Sättigungsfluß 0s kann auch dadurch geändert werden, daß dem Magnetkreis
der Drosselspule ein Fluß eines anderen Magnetkreises, beispielsweise der Fluß eines
Dauermagneten, überlagert wird und daß in diesem Hilfsmagnetkreis Mittel vorgesehen
sind, um den zu überlagernden Fluß zu ändern. Alle diese Mittel sind an sich in
ähnlichen Steuer-oder Regelungsanordnungen bereits angewendet worden, sind also
als solche bekannt.
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An Hand der Fig. 2 wurde dargelegt; daß die Spannung am Widerstand
R der Schaltung nach Fig.4 im Schaltzeitpunkt der Drosselspule plötzlich auf den
Augenblickswert der speisenden Wechselspannung ansteigt und dann den Verlauf dieser
Spannung, also beispielsweise die Sinusform, beibehält. Aus mehrfachen Gründen ist
es häufig, beispielsweise bei der Steuerung von Entladungsgefäßen, erwünscht, daß
die Spannung unmittelbar nach dem Schaltimpuls wieder möglichst schnell auf Null
absinkt. Fig. ,
zeigt eine Schaltung, bei der diese Forderung erfüllt
ist. Mit dem Widerstand R ist ein Kondensator C in Reihe - geschaltet, welcher im
Schaltzeitpunkt aufgeladen wird und dann verhindert, daß weiterhin Strom durch den
Widerstand R fließt. In dem Diagramm der Fig. 6 ist der zeitliche Verlauf der Kondensatorspannung
uc und der Spannung uR am Widerstand R dargestellt. Die Kondensatorspannung springt
etwa im Maximum der speisenden Wechselspannung u" von einem negativen auf einen
positiven Größtwert innerhalb eines Zeitabschnittes T, welcher von dem Widerstand
R und der Kapazität des Kondensators abhängig ist. Die in Fig. 6 schraffiert eingezeichnete
Fläche gibt die Größe des Spannungsintegrals im Schaltmoment an. Innerhalb des Zeitabschnittes
T steigt die Spannung uR auf ihren Maximalwert an und fällt unmittelbar darauf auf
Null. Auch diese Schaltung hat den Vorteil, daß im Schaltmoment große Leistung zur
Verfügung steht. Der oben definierte Wirkungsgrad ist :noch günstiger als bei der
Schaltung nach Fig. q..
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In den Fig. 7, 9 und i i sind weitere Ausführungsformen der Erfindung
dargestellt, in denen die gesättigte Drosselspule als Schaltelement verwendet wird.
Die Diagramme der Fig. 8, io und 1a zeigen den zeitlichen Verlauf der Spannungen.
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In Fig. 7 sind mit der Drosselspule D eine Induktivität L und ein
Widerstand R, in Reihe geschaltet, der Nutzwiderstand R ist zu der Induktivität
L parallel geschaltet. Aus Fig. $ geht hervor, daß die Spannung uRj einen ähnlichen
Verlauf hat wie die Spannung 2c im Diagramm der Fig. z und daß die Spannung u am
Widerstand R verläuft wie die gleiche Spannung bei der Schaltung nach Fig.5. Der
Nutzwiderstand kann auch an eine zweite Wicklung der Induktivität angeschlossen
werden: In Fig.9 ist die Drosselspule D mit einem Kondensator in Reihenschaltung
an die Wechselspannungsquelle W angeschlossen. Fig. to zeigt den zeitlichen Verlauf
der Spannung uc des Kondensators; der Unterschied gegenüber der Schaltung nach Fig.5
liegt darin, daß das Maximum der Kondensatorspannung bei der Schaltung nach Fig.9
annähernd doppelt so groß ist wie bei der Schaltung nach Fig. 5. Schaltet man gemäß
Fig. ii zu dem Kondensator einen Widerstand R parallel, so ergibt sich die in Fig.
1z dargestellte Kurvenform für die Spannung uc am Kondensator, welche gleichzeitig
auch die Spannung an dem Widerstand darstellt. Es ergibt sich eine etwa rechteckige
Kurvenform der Spannung, bei der während eines Zeitabschnittes T, welcher von dem
Produkt von Kapazität und Widerstand abhängig ist, ein bestimmter Mindestwert der
Spannung überschritten bleibt.
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Wenn die Aufgabe gestellt ist, in dem Stromkreis, in dem die Schaltimpulse
erzeugt werden sollen, Kurvenformen für die Schaltspannung zu erzielen, welche nach
bestimmten Gesetzen verlaufen, so läßt- sich dies in weiterer Ausgestaltung der
Erfindung dadurch erreichen; daß mehrere gesättigte Drosselspulen in Reihen- oder
Parallelschaltung an die den Steuerstromkreis speisende Wechselspannung angeschlossen
werden und daß das Spannungsintegral des Schaltzeitpunktes bei diesen Drosselspulen
auf verschiedene Werte eingestellt wird. Ferner besteht die Möglichkeit, mehrere
Steuerstromkreise zu kombinieren, welche an verschiedene Wechselspannungen angeschlossen
sind. So können beispielsweise zwei Stromkreise vorgesehen sein, bei denen die speisenden
Wechselspannungen in der Phase gegeneinander verschoben sind. Durch Addition oder
Subtraktion der an den Nutzwiderständen entstehenden Spannungen lassen sich praktisch
beliebige Kurvenformen für die resultierende, den Schalt- oder Steuerimpuls auslösende
Spannung erreichen. Weitere Steuermöglichkeiten ergeben sich dadurch, daß die Phase
der speisenden Wechselspannungen verändert wird. die vorstehend geschilderten Kombinationsschaltungen
lassen sich bei allen an Hand der Zeichnungen beschriebenen Prinzipschaltungen anwenden.
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In Fig. 13 sind zwei Drosselspulen Dl und D2 über Widerstände
R1 und R2 an eine Wechselspannungsquelle W angeschlossen, und der Verbraucherwiderstand
R liegt in der Querverbindung zwischen den beiden Stromkreisen. In Fig. 1q. ist
der zeitliche Verlauf der Spannungen uRl und up 2 der beiden Parallelstromkreise
dargestellt sowie die durch die Parallelschaltung entstehende resultierende Spannung
u am Widerstand R. Es entstehen rechteckförmige Spannungsimpulse; deren Breite von
dem Spannungsintegral des Schaltzeitpunktes der beiden Drosselspulen abhängig ist
und durch die obenerwähnten Mittel beliebig eingestellt werden kann.
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Eine Reihenschaltung von zwei Drosselspulen ist in Fig. 15
dargestellt. Zu der Drosselspule D2 ist in diesem Fall der Widerstand R, in dem
der Schaltimpuls erzeugt werden soll, parallel geschaltet. Aus Fig. 16 ist der zeitliche
Verlauf der Spannung uRi am Widerstand R1 und der Spannung u am Widerstand R ersichtlich.
Die Wirkung dieser Schaltung ist derart, daß zuerst die Drosselspule Dl Spannung
an den Nutzwiderstand R schaltet und daß kurze Zeit darauf durch die Drosselspule
D2 diese Spannung wieder kurzgeschlossen
wird. Fig. 16 zeigt, wie
die Spannungszeitintegrale der beiden Drosselspulen bemessen werden müssen.
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In der Schaltung der Fig. 17 werden ebenfalls zwei Drosselspulen D,
und D2 verwendet. Die Drosselspule D, liegt wie bei der Schaltung nach Fig. q. mit
einem Widerstand R, in Reihe, während die Drosselspule D2 unter Vorschaltung des
Nutzwiderstandes R zu dem Widerstand R, parallel geschaltet ist. Fig. i8 zeigt den
zeitlichen Verlauf der Spannungen. Die Spannung u am Widerstand R steigt steiler
an als die Spannung uR, am Widerstand R,. Die Schaltung wird somit zweckmäßig dann
angewendet, wenn es darauf ankommt, möglichst steil ansteigende Spannungsimpulse
zu erzielen. Das Spannungsintegral der Drosselspule Dl muß hier wesentlich größer
sein als das Spannungsintegral der Drosselspule D2.
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Es wurde bereits erwähnt, daß ein besonders zweckmäßiges Mittel für
die Einstellung des Schaltzeitpunktes darin besteht, durch veränderliche Gleichstromvormagnetisierung
den Fluß 0s bei sonst gleichen Destimmungsgrößen des Stromkreises zu verändern.
In den Fig. ig und folgenden sind einige Schaltungen für diese Ausführungsform der
Erfindung dargestellt.
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Die Schaltung der Fig. ig ist aus der Schaltung der Fig. q. entwickelt.
Mit dem Widerstand R sind zwei Drosselspulen in Reihe geschaltet, deren Gleichstromerregerwicklungen
in Gegenschaltung an eine veränderliche Gleichstromquelle G angeschlossen sind.
Die Drosseln können auch auf ihrer Wechselstromseite parallel geschaltet oder zu
einem Dreischenkelkern vereinigt werden. Es läßt sich zeigen, daß bei dieser Schaltung
das Integral des Stromes der Drosselspulen bzw. des Stromes im Widerstand R gleich
ist dem Vormagnetisierungsgleichstrom, der von der Spannungsquelle G geliefert wird.
Vorausgesetzt ist dabei, daß in dem Gleichstromkreis Wechselströme höherer Frequenz
(Oberwellen) fließen können. Erhöht man die Vormagnetisierung, so wird der Spannungsanstieg
am Widerstand R vorverlegt. Die beiden Drosselspulen werden zweckmäßig so dimensioniert,
daß ohne Vormagnetisierung der Fluß gerade noch im ungesättigten Bereich bleibt.
Wählt man eine Wechselspannung rechteckförmiger Kurvenform, so kann durch Änderung
der Vormagnetisierung bei der Schaltung nach Fig. ig der Zündpunkt über fast i8o°
verschoben werden, ohne daß sich die im Schaltzeitpunkt am Widerstand R -liegende
Spannung der Amplitude nach wesentlich ändert. Dies ist bei allen Schaltungen vorteilhaft,
bei denen der Schaltzeitpunkt verändert werden soll. Die Schaltung nach Fig. 2o
ist ähnlich wie die nach Fig. ig, nur dient als Gleichspannungsquelle ein Gleichrichter,
vorzugsweise ein Trockengleichrichter in Graetzscher Schaltung, welcher an die den
Stromkreis speisende Wechselspannung angeschlossen ist. Diese Schaltung hat den
Vorteil, daß Änderungen der Amplitude der Wechselspannung auf den Schaltzeitpunkt
praktisch keinen Einfluß haben; denn wenn beispielsweise die Wechselspannung erhöht
wird, sucht das dadurch vergrößerte Spannungsintegral der beiden Drosselspulen den
Schaltzeitpunkt nach vorwärts zu verlegen, während die gleichzeitig eintretende
Erhöhung der Vormagnetisierung der beiden Drosselspulen im entgegengesetzten Sinne
wirkt.
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Die Schaltung der Fig.2i ist aus der Schaltung nach Fig. 13 entwickelt
und zeigt in jedem der beiden Parallelstromkreise Widerstände R, und R2 und Drosselspulen
Dl und D2. An die Querverbindung zwischen beiden Parallelstromkreisen ist der Gitterkreis
eines Entladungsgefäßes angeschlossen, wobei noch eine konstante Vorspannung eingeschaltet
ist. Die Drosselspulen Dl und D2 bestehen wie bei der Schaltung nach Fig. 2o aus
zwei hintereinandergeschalteten Drosselspulen, deren Gleichstromerregerwicklungen
in Gegenschaltung an die zum Zwecke der Einleitung des Schaltzeitpunktes veränderliche
Gleichspannungsquelle angeschlossen sind. Bei der Anordnung nach Fig.2i sind auf
jeder Drosselspule zwei Gleichstromerregerwicklungen vorgesehen, welche an Gleichstromquellen
G, und G2 angeschlossen sind. Die Stromquelle G, liefert eine konstante Gleichspannung,
während die Stromquelle G2 veränderlich ist. In Fig. 22 ist der zeitliche Verlauf
der wichtigsten Spannungen der Schaltung nach Fig.2i angegeben. Das Spannungsintegral
der beiden Drosselspulen D, und D2 ist verschieden groß, so daß die Spannungen uR,
und uR2 zu verschiedenen Zeiten auf die Spannung der speisenden Wechselspannungsquelle
ansteigen. Die im unteren Teil der Fig. 22 dargestellte resultierende Spannung zeigt
die Spannung im Gitterkreis des Entladungsgefäßes. Durch Änderung der Spannung der
Gleichspannungsquelle G2 können die punktiert eingezeichneten rechteckförmigen Spannungsimpulse
am Gitterkreis erzeugt werden. Es ist dabei angenommen, daß die Gleichstromerregerwicklungen
der beiden Drosselspulen D, und D2 in entgegengesetztem Sinne an die Gleichspannungsquelle
G2 angeschlossen sind. Die Grundvormagnetisierung, welche von der' Gleichstromquelle
G, geliefert wird, wird somit bei der Drosselspule D, verstärkt und bei der Drosselspule
D2 geschwächt. Die Zeitpunkte,
in denen die Spannungen uRi und uR2
sich sprungartig ändern, werden daher bei einer Änderung der Spannung der Gleichstromquelle
G2 in entgegengesetztem Sinne verschoben, d. h. bei der einen Drosselspule zeitlich
vorwärts, bei der anderen dagegen zeitlich rückwärts.
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Naturgemäß ist die in der Schaltung nach Fig.2i angenommene Wicklungsanordnung
nur als Beispiel anzusehen. Schaltung und Bemessung der Wicklungen hängen davon
ab, in welchem Sinne die resultierenden, am Gitterkreis des Entladungsgefäßes oder
an einem anderen Stromverbraucher wirksamen Steuerimpulse sich zeitlich ändern sollen.
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Die an den Schaltungen der Fig. i9 und 2i erläuterten Erscheinungen
gelten unter der Voraussetzung, daß die Stromkreise der Gleichstromvormagnetisierungswicklungen
der Drosselspulen derart beinessen sind, daß in ihnen Wechselströme höherer Periodenzahl,
d. h. Oberwellen, fließen können. Nur dann erhält man auch bei einer mit Vormagnetisierung
ausgerüsteten Drosselspule Spannungskurven, die in ihren positiven und negativen
Halbwellen den gleichen zeitlichen Verlauf haben. Anders liegen die Verhältnisse
bei Schaltungen, bei denen dem Fluß der Drosselspule ein dauernd gleichbleibender,
also ein reiner Gleichfluß überlagert ist. In diesem Falle ist die Wirkung der Vormagnetisierung
derart, daß eine gegebene Spannungskurve gegenüber der Nullinie nach oben öder unten
verlagert wird. In Fig. 23
ist eine solche Schaltung dargestellt. Die Drosselspule
D; welche mit dem Widerstand R in Reihenschaltung an eine Wechselspannung angeschlossen
ist, ist mit einer Gleichstromerregerwicklung ausgerüstet, die über eine Induktivität
an eine Gleichspannungsquelle G angeschlossen ist. Durch die vorgeschaltete Induktivität
wird verhindert, daß in dem Gleichstromkreis Wechselströme fließen. Fig. 24 zeigt
den zeitlichen Verlauf der Spannung der Drosselspule und der Spannung uR an dem
Widerstand R. Aus dem oberen Teil der Fig. 24 ist ersichtlich, daß in der negativen
Halbwelle der Wechselspannung das Spannungszeitintegral kleiner ist als das doppelte
Produkt aus Windungszähl und Sättigungsfluß der Drosselspule. Nur in der positiven
Halbwelle wird dieser Wert erreicht, und nur in der positiven Halbweile entsteht
daher ein Spannungssprung. am Widerstand R.
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Die gleiche Wirkung läßt sich auch dadurch erreichen, daß die gesättigte
Drosselspule sowohl an eine Wechselspannungsquelle als auch an eine Gleichspannungsquelle
angeschlossen ist; indem beispielsweise der Wechselstromquelle eine Gleichspannungsquelle
vorgeschaltet wird. Fig. 25 zeigt die Schaltung und Fig. 26 den zeitlichen Verlauf
der Spannung. Die der Wechselspannungsquelle vorgeschaltete Gleichspannungsquelle
kann hier so bemessen werden, daß nur in den positiven Halbwellen der Wechselspannung
das zum Schalten notwendige Zeitspannungsintegral erreicht wird. Das Diagramm der
Fig. 26 zeigt deutlich, daß die von den negativen Halbwellen gebildeten Flächen
kleiner sind als die in der positiven Halbwelle eingezeichnete Fläche, die dem zum
Schalten notwendigen Spannungsintegral entspricht. Die Sonderschaltungen der Fig.
23 und 25 können naturgemäß, ähnlich wie dies an Hand der Schaltungen der Fig. 13,
15, 17 und 21 gezeigt wurde, zum Aufbau anderer Schaltungen verwendet werden, bei
denen mehrere Drosselspulen in Reihenschaltung oder- in Parallelschaltung oder in
Kaskadenschaltung in ein und demselben Steuerstromkreis angewendet sind: An Hand
der Fig. 2 und 3 ist gezeigt worden, daß die Spannung an dem Stromverbraucher; beispielsweise
einem Widerstand, welcher mit der Drosselspule in Reihenschaltung an die Wechselspannungsquelle
angeschlossen ist, einen anderen zeitlichen Verlauf hat als' die Spannung an der
Drosselspule selbst. Diese Tatsache kann vorteilhaft dazu verwendet werden, um durch
Addition oder Subtraktion von zwei Spannungskurven eine resultierende Spannung bestimmter
Kurvenform zu bilden, und zwar läßt sich dies bei sämtlichen vorstehend geschilderten
Grundschaltungen ohne weiteres anavenden. Ein Beispiel dafür ist im Schaltungsschema
der Fig.27 dargestellt. Auf den Gitterkreis des Entladungsgefäßes E wirkt in diesem
Falle die Spannung uR des Widerstandes R und die Spannung up der Drosselspule D,
welche in Reihe mit dem Widerstand R an die Wechselspannungsquelle angeschlossen
ist. Das Steuergitter des Entladungsgefäßes liegt an einer Zusatzwicklung der Drosselspule
D, die der Hauptwicklung entgegengesetzt geschaltet ist. Die im oberen Teil der
Fig.28 ausgezogen dargestellte Spannungslinie gibt die Differenz zwischen der Spannung
am Widerstand und der Spannung an der Drosselspule. überlagert man nun, wie in dem
Schaltungsschema der Fig.27 angedeutet ist, im Gitterkreis noch eine Wechselspannung,
welche in dem Diagramm der Fig. 28 als Spannung u,2 punktiert eingezeichnet ist,
so erhält man eine praktisch rechteckförmige Spannungskurve am Steuergitter des
Entladungsgefäßes, wie sie im unteren Teil der Fig. 28 dargestellt ist. Durch Änderung
der Vormagnetisierung der Drosselspule D in Fig.27 kann der Nulldurchgang
der
resultierenden Spannung und damit der Zündzeitpunkt des Entladungsgefäßes verändert
werden.
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Bei der Schaltung nach Fig. 29 wird die Differenz zweier Spannungen
auf einem anderen Wege erreicht. Die Drosselspule D hat zwei Teilwicklungen. Die
eine der beiden Teilwicklungen ist über den Widerstand R an die Wechselstromquelle
angeschlossen, während die andere Teilwicklung am Steuergitter des Entladungsgefäßes
liegt. Bringt man noch auf der Drosselspule eine Gleichstromvormagnetisierungswicklung
an und schaltet in deren Stromkreis eine Induktivität zum Zwecke der Glättung des
Gleichstromes, so erhält man einen zeitlichen Verlauf für die Spannungen, wie er
in der Fig.3o dargestellt ist. Im oberen Teil der Figur ist der zeitliche Verlauf
der Spannungen an der Drosselspule und am Widerstand R angegeben, während der untere
Teil der Figur die resultierende Spannung am Gitter des Entladungsgefäßes zeigt.
Durch Änderung der Vormagnetisierung der Drosselspule kann der Zündzeitpunkt des
Entladungsgefäßes verschoben werden.
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Es sei noch erwähnt, daß in sämtlichen Schaltungen parallel zu der
den Steuerstromkreis speisenden Wechselspannungsquelle ein Kondensator liegen kann,
um im Augenblick des Schaltens eine Zusatzleistung zur Verfügung zu haben.
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Für die verschiedenen. Schalt- und Steueranordnungen nach der Erfindung
ist es von wesentlicher Bedeutung, daß bei den gesättigten Drosselspulen, welche
in die Steuerstromkreise geschaltet sind, die aus der Fig. i ersichtlichen Bedingungen
für den Zusammenhang zwischen Strom und Fluß der Drosselspule möglichst weitgehend
erfüllt sind. Das Eisen der Drosselspule muß also die Eigen-. Schaft haben, daß
der Fluß bei kleinen Stromwerten so steil wie möglich ansteigt und daß hinter dem
Knick in der Magnetisierungskurve bei weiterem Ansteigen des Stromes möglichst keine
Flußänderung mehr eintritt. Eine Eisensorte, welche diese Bedingung weitgehend erfüllt,
ist unter der Bezeichnung Permalloy bekanntgeworden.
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Für die konstruktive Ausbildung der Drosselspule hat es sich als zweckmäßig
erwiesen, einen Eisenkern zu verwenden, welcher nicht auf der ganzen Länge des Flußweges
gleichen Querschnitt hat, sondern an einer Stelle, zweckmäßig an derjenigen, an
der die Wicklung der Spule angeordnet ist, mit einer Einschnürung versehen ist.
Der Magnetkreis muß möglichst so bemessen sein, daß die Zahl der für die Erreichung
des Sättigungszustandes notwendigen Arnperewindungen möglichst gering ist.