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Verfahren zur Steuerung von ssäsentladungsgefässen.
Die im nachstehenden beschriebenen Verfahren und Anordnungen zur Steuerung von Lichtbogengefässen bezwecken, den Zusammenhang zwischen dersteuernden Grässe - Eingriffgrässe genannt und der gesteuerten Grösse eindeutig und exakt zu machen.
Es ist bekannt, in Gasentladungsgefässen, die zur Stromrichtung verwendet werden, das Einsetzen des Lichtbogens dadurch zu verhindern, dass den den Anoden benachbarten Gittern Spannungen aufgedrückt werden, die gegenüber der Kathode des Gefässes negativ sind. Bei Veränderung der Gitterspannungen wird dann erst ein Stromdurchgang möglich, wenn die Gitter eine bestimmte, charakterstische Spannung - kritische Zündspannung - überschritten haben. Die diesbezüglichen Verhältnisse zeigt Fig. 1. Der Verlauf der kritischen Zündspannung ist in Fig. 1 mit Ek bezeichnet. Weiters bedeutet Er, die Anodenspannung gegenüber der Kathode und ES/1 den Spannungsverlauf der dem Gitter aufgedrückten Steuerspannung.
Das Einsetzen des Lichtbogens wird also in dem Zeitpunkt T erfolgen, wo ES/1 die kritische Gitterspannung Ek sehneidet. Je später die Zündung erfolgt, um so geringeren Mittelwert erhält die im Stromrichter umgesetzte Leistung bzw. Spannung.
Zur Veränderung des die Leistungsumsetzung bestimmenden Zündpunktes sind nun im wesentlichen vier verschiedene Verfahren bereits vorgeschlagen und auch zum Teil ausgeführt. Vor Eingehen auf dieselben ist es aber notwendig, darauf hinzuweisen, dass in Wirklichkeit die kritische Gitterspannung nicht nach der angegebenen eindeutigen Durchgriffslinie Ek. verläuft, sondern im Gegenteil vom Druck, Temperatur und insbesondere Ionisationsverhältnissen des Dampfes weitgehend beeinflusst wird, so dass in vielen Fällen nicht einmal der schraffierte Bereich Ek die kritisehe Gitterspannung umfasst, sondern dass häufig sogar einzelne Teile des Bereiches der kritischen Spannung im positiven Bereich liegen.
1. Das primitivste Verfahren zur Steuerung ist die Verwendung einer variablen, negativen Gleichspannung. In Fig. 1 ist eine solche durch die Linie ES/2 angegeben. Aus dieser Figur ergibt sich unmittelbar,
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Phasenverschiebung rp-, und man sieht daraus, dass hier der Fehlerbereich f1 wesentlich kleiner ist als f2'Es ist aber auch dieses für exakte Steuerungen, wie sie insbesondere für Umrichtungs-und Wechsel- richtungszweeke erforderlieh sind, nicht ausreichend, da aus später zu erläuternden Gründen die Steilheit des Anstieges dadurch begrenzt ist, dass am Gitter keine hohen Spannungen liegen dürfen.
3. Ungünstiger als das vorbesehriebene Verfahren mit einer phasenverschobenen Wechselspannung ist ein Verfahren, das eine Kombination aus einer variablen Gleichspannung und einer in der Phase festgelegten sinusförmigen Steuerspannung anwendet, da bei diesem Verfahren weniger exakte Schnittpunkte zu erzielen sind.
4. Das hinsichtlich des Zündmomentes bis jetzt bekannte exakteste Verfahren ist jenes, wo dem Steuergitter dauernd eine negative Spannung aufgedrückt wird, die tiefer liegt als der tiefste Punkt der kritischen Gitterspannung, und wo jeweils im Zündmoment diese negative Spannung plötzlich zum Zusammenbrechen bzw. auch zum Positivwerden gebracht wird. Um dieses Verfahren durchzuführen, wird heute meistens eine Kontaktvorriehtung verwendet, die einen umlaufenden Kontakt besitzt und
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eine im Drehsinn bzw. entgegengesetzt demselben verstellbare Btirstenvorrichtung hat, so dass auf diese Weise der Zündmoment festgelegt werden kann.
So exakt die Wirkung der letztgeschilderten Einrichtung ist, so weist dieselbe dennoch einen sehr grossen technischen Nachteil dadurch auf, dass sie einen mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Kontakt für sehr kleine Leistungen besitzt, was besonders bei Mehrphasensystemen eine sehr unliebsame Komplizierung der Anordnung mit sich bringt und auch hinsichtlich der Betriebssicherheit naturgemäss nicht den höchsten Forderungen entsprechen kann.
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Erfindungsgemäss wird nun, ohne umlaufende Teile, auf sehr einfache Weise dadurch ein exakter Schnittpunkt der Steuerspannungskurve mit der kritischen Gitterspannung erreicht, dass man zu einer dauernd negativen Spannung des Gitters Teile einer Weehselspannung sehr hoher Amplitude, u. zw. vorzugsweise jene um den Wendepunkt, hinzufügt, aber dann, bald nachdem die Zündung erfolgt ist, die Wechselspannung zusammenbrechen lässt, so dass auf diese Weise das Gitter durch keine unzulässigen Spannungen beansprucht wird. Die diesbezüglichen Verhältnisse sind in Fig. 2 angegeben ; demnach erfolgt die Spannungsänderung in dem für den Schnitt in Betracht kommenden Gebiet nach der Wende- punktstangents mit dem Winkel tp.
Der übrige Teil der Wechselspannung nach dem Zusammenbruch
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Grade zurückbringen, so dass auf diese Weise praktisch der Fehlerbereich f1 auf Null zusammen- schrumpft und damit die geforderte exakte Festlegung des Zündmomentes erreicht ist.
Die Anwendung des geschilderten Weges-exakter Schnittpunkt durch eine Steuerspannung sehr hoher Amplitude-auf das unter 2. beschriebene Verfahren lässt sich deswegen nicht durchführen, da aus bekannten Gründen die Spannung des Gitters in verhältnismässig engen Grenzen zu halten ist, um die bei höheren Spannungen auftretenden, selbständigen Entladungen des Gitters und damit ver- bundenen Zerstörungs-und Zerstäubungserscheinungen hintanzuhalten.
Erfindungsgemäss werden nun diese mit einer zu hohen Gitterspannung verbundenen Erscheinungen dadurch verhindert, dass parallel zu den die Steuerspannung liefernden Hilfsapparaten-in Fig. 3 durch die Wicklungsteile we-wn dargestellt - Strompfade unstetiger Charakteristik geschaltet werden.
Als solche können, wie in Fig. 3 dargestellt, Funkenstrecken F, aber auch beliebige Ventile verwendet werden, wobei als wesentlich vorausgesetzt wird, dass der Widerstand derselben unstetig verläuft, so dass bis zu einer gewissen Spannung überhaupt kein Strom hindurchgeht, bei Überschreiten derselben jedoch der Widerstand des Strompfades nahezu auf Null sinkt. Der Effekt einer solchen Anordnung ist in Fig. 2 gezeigt. Die Gitterspannung kann demnach nicht auf den der Leerlauf Spannung entsprechenden
Scheitelwert hinaufsteigen, sondern bricht sehr bald infolge des Ansprechens der vorangeführten Strom- pfade Pu zusammen.
Bei geeigneter Bemessung der negativen Vorspannung e und der Durchbruchspannung e, wird so auf einfache Weise erzielt, dass der Zündmoment der Anordnung lediglich von der leicht genau einzu- 'stellenden Phasenlage der Zusatzweehselspannung bestimmt wird, wohingegen die betriebsmässig unvermeidlichen Schwankungen der negativen Vorspannung e, der Durchbruchspannung ed und schliesslich auch der Amplitude Ader Steuerspannung in weiten Grenzen ohne Einfluss sind.
Hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung zur Ausübung des geschilderten Verfahrens er- geben sich noch einige Weiterbildungen, die von grosser Wichtigkeit sind. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es nicht angängig, dass im Moment des Durchbruches der Strompfade unstetiger Charakteristik ein grosser Kurzschlussstrom durch dieses System fliesst, da derselbe die Dimensionierung der Sehaltapparatur ungünstig beeinflussen würde. Aus diesem Grunde erweist es sich als zweckmässig, so wie in Fig. 4 zur
Steuerung eines einanodigen Glühkathodenrohres mit Gasfüllung angedeutet, in den Kreis der Trans- formatorentwieklung T und des Strompfades Pf einen Widerstand R zur Strombegrenzung einzuschalten.
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sonders leicht durch Erhöhung der Streuung durchführen lässt.
An Stelle einer Funkenstrecke kann auch eine Anordnung beliebiger Ventile, etwa nach Fig. 5, treten, wo diese Anordnung ebenfalls für ein Einanodenrohr nach Art der bekannten Thyratrons gezeichnet ist. Die beiden Ventile V1 und V2 können entweder gleiche Durchbruchsspannung oder auch verschiedene besitzen, da in der Sperrphase der Anordnung das Auftreten einer zweiten Spannungs- spitze nicht notwendig ist.
In besonderen Fällen lässt sich die eingangs angeführte, zur Verschiebung des Zündmomentes notwendige Phasenverschiebung dadurch besonders einfach erzeugen, dass an Stelle eines Drehreglers eine BrÜckenschaltung oder ein fixer mehrschenkeliger Transformator mit veränderlichem Magneti- ) sierungsstrom und vorgeschalteten Drosseln verwendet wird. So ist z.
B. in Fig. 8 ein Fünfschenkel- transformator für ein Seehsphasensystem gezeichnet, in dessen Primärzuleitungen Widerstände einge- schaltet sind, und wo der vierte und fünfte Sehenkel mit einer Gleichstromwicklung versehen ist, die mit
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Hilfe des Regelschalters S,. eine Regelung der Sättigung und damit eine Änderung der Magnetisierungsströme erlaubt. Je nach der Grösse der Vorsättigung erzeugt der Magnetisierungsstrom in den vorgeschalteten Widerständen eine mit dem Magnetisierungsstrom in Opposition stehende Spannung, die dementsprechend eine Verdrehung der Sekundärspannungen ergibt.
In Fig. 8 ist weiters noch ein Kondensatorsystem 0 angedeutet, das so dimensioniert ist, dass es ohne Gleichstromvorsättigung des Steuertransformators bei normalem Betrieb einen voreilenden Strom durch die Widerstände W schickt, entsprechend dem Vektoreck Pi in Fig. 7 hingegen bei maximaler Vorsättigung einen nacheilenden Strom entsprechend einem Spannungs eck P2 in Fig. 7. Darin ist die Netzspannung En als Bezug angenommen.
Eg ist die innere Trafospannung, der die Sekundärspannung entspricht. e,. l bzw. e,. sind die Spannungsabfälle in den Widerständen W bei vor-bzw. nacheilendem Strom. Die übrigen Zusammenhänge der Spannungen und Ströme i,. der Kondensatoren und der variablen im der Trafomagnetisierung ergaben sich augenfällig aus dem Diagramm. Damit ergibt sich ein ziemlich grosser Regelwinkel ohne Verwendung eines Drehreglers, was insbesondere für Sehnellsteuerungen sehr wichtig ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Steuerung von ein-oder mehränodigen Gasentladungsgefässen, bei denen in der Nähe der Anode Hilfselektroden angebracht sind, deren Spannung gegenüber dem Potential der Hauptelektroden in bestimmten, willkürlich festlegbaren Momenten der Periode stossartig verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zu einer negativen Gittervorspannung der auf den Nulldurchgang einer Wechselspannung hoher Amplitude folgende steile Teil bis zu einer Höhe, die unter allen Umständen zur Zündung ausreicht, überlagert wird und der übrige Teil der Wechselspannung vom Gitter ferngehalten wird.