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Einrichtung zum Steuern von elektrischen Entladungsapparaten mit Gas- oder Dampffüllung.
Es sind Einrichtungen angegeben worden, mit deren Hilfe es gelingt, den Lichtbogen an einer Elektrode eines elektrischen Entladungsapparates mit Gas-oder Dampffüllung in einem beliebigen Zeitpunkt auszulöschen. Derartige Einrichtungen bestehen beispielsweise darin, dass mit der zu löschenden Elektrode über einen Kondensator eine Hilfselektrode verbunden wird. Dieser Kondensator wird durch besondere Mittel derart aufgeladen, dass in dem Zeitpunkt, in welchem die Löschung der Hauptanode erfolgen soll, die Hilfselektrode positiv gegenüber der Hauptelektrode ist. Sowohl der Hauptelektrode als auch der Hilfselektrode sind Steuergitter vorgelagert, welche gestatten, die Zündung des Lichtbogens sowohl an der Hauptelektrode als auch an der Hilfselektrode in einem beliebigen Zeitpunkt einzuleiten.
Versuche mit einer derartigen Einrichtung haben ergeben, dass verhältnismässig grosse Kondensatorleistungen erforderlich sind, um die Lösung des Lichtbogens an der Hauptelektrode periodisch mit den gebräuchlichen Frequenzen durchzuführen. Dies hängt damit zusammen, dass die Steuergitter an den Hauptelektroden nach den heute gebräuchlichen Ausführungen eine gewisse Zeit für die Sperrung der Anoden benötigen. Bei zu kleiner Kapazität steigt die Spannung an der eben gesperrten Hauptanode so rasch an, dass diese letztere wieder zündet, wodurch der angestrebte Zweck illusorisch wird. Es sind deshalb die Kondensatoren so gross zu wählen, dass der Spannungsanstieg zwischen Haupt-und Hilfselektrode eine gewisse Steilheit nicht überschreitet.
Weiterhin sind besondere Gitterkonstruktionen angegeben worden, welche das Löschen eines Lichtbogens an einer Anode durch blosses negatives Aufladen des der Anode vorgelagerten Steuergitter allein und ohne Zuhilfenahme von weiteren Einrichtungen gestatten. Diese Einrichtung ist in ihrer Wirkung auf verhältnismässig enge Grenzen in der Temperatur des Gleichrichters beschränkt und erfüllt die heute an eine zuverlässige Löschung gestellten Anforderungen noch nicht.
Gemäss der Erfindung werden nun diese beiden genannten Einrichtungen in Kombination gleichzeitig angeordnet und benutzt, zu dem Zwecke, dass jede Einrichtung als solche die Wirkung der andern vervollständigt und unterstützt. Dies geschieht in der Weise, dass durch die Benutzung der Hilfselektrode, welche über den Kondensator mit der Hauptanode verbunden ist, der Strom in der Hauptanode im Verlaufe einer sehr kurzen Zeit angenähert oder ganz auf Null gebracht, und auf diese Weise die Wirkung des der Hauptanode vorgelagerten, negativ geladenen Löschgitters unterstützt wird, indem auf diese Weise die neutralisierende und schädliche Rückwirkung des Lichtbogens auf die negative Gitterladung beträchtlich gemildert oder ganz aufgehoben wird.
Umgekehrt erhöht die Wirkung dieses Löschgitters die Wirkung des Kondensators, insofern als sie die zur vollständigen Sperrung des Lichtbogens an der Hauptanode erforderliche Zeit ganz beträchtlich verkürzt, und dadurch einen rascheren Spannunganstieg zwischen Hilfselektrode und Hauptelektrode, d. h. also auch die Verwendung eines kleineren Kondensators gestattet. Aus dieser Erläuterung geht hervor, dass sich tatsächlich die beiden an sich bekannten Mittel gegenseitig vervollständigen und ergänzen und damit die Sicherheit der Löschung des Lichtbogens erhöht.
Diese Erhöhung der Löschsicherheit wirkt sich auch darin aus, dass sich die für den Gleichrichter zulässige Temperatur bzw. der im Gleichrichter herrschende Dampfdruck und damit das betriebsmässig zulässige Intervall zwischen der höchsten und der tiefsten Betriebstemperatur vergrössert und dadurch den Betrieb erleichtert.
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Gegenstand der Erfindung ist nun eine Einrichtung zum Steuern von elektrischen Entladungsapparaten mit Gas-oder Dampffüllung und mit mindestens einem jeder Anode unmittelbar vorgelagerten Gitter, das insbesondere zum Löschen brennender Lichtbögen dient, bei der erfindungsgemäss die Summe der Oberflächen aller kleinen, gleichmässig über die ganze Gitterfläche verteilten Durchtrittsöffnungen bei einem Abstand zwischen Anode und Gitter von der Grösse der mittleren freien Elektronenweglänge, kleiner als der dritte Teil der für die Aufnahme des positiven lonenstromes aus dem Raum zwischen Anode und Gitter in Frage kommenden Gitteroberfläche ist, zum Zweck der Beeinflussung der Quasineutralität im Raum zwischen Steuergitter und Anode und ferner die Hauptelektroden über Kondensatoren mit Hilfselektroden verbunden sind,
welche periodisch gegenüber der Hauptelektrode positiv aufgeladen und welchen ebenfalls Steuergitter vorgelagert sind.
Mit Hilfe dieser Einrichtung ist es beispielsweise möglich, Stromrichter jeder Art so zu betreiben, dass der von ihnen aufgenommene oder abgegebene Wechselstrom vor-bzw. nacheilenden Blindstrom enthält, und dadurch das betreffende Netz vom nacheilenden Blindstrom entlastet wird.
Man hat zwar bereits die Bedeutung der freien Elektronenweglänge für die Bemessung des Abstandes zwischen Anode und Gitter erkannt. Diese Erkenntnis allein zeigt aber noch nicht den Weg, um die Entladung zwischen Anode und Kathode vorzeitig löschen zu können. Dies wird vielmehr erst durch die besondere Bemessung der Gitteröffnungen bzw. der Gitter selbst und die erfindungsgemässe Kombination dieser Löschgitter mit Kondensatoren erreicht, welche die Hauptelektroden mit Hilfselektroden verbinden, denen ebenfalls Steuergitter vorgelagert sind. und dass diese Hilfselektroden gegenüber den Hauptelektroden periodisch positiv geladen werden.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung die Steuerung eines ventilgesteuerten Einphasenwechselstrommotors dargestellt. Hierin bedeutet 1 den Transformator, 4 die Statorwicklung, 5 die Rotorwicklung des Motors, 2 und 3 bedeuten. die beiden Stromrichter, welche sowohl die Gleichrichter des Stromes als auch die Verteilung desselben auf die sechs Phasen der Statorwicklung 4 durchführen, und auf diese Weise gleichzeitig die Rolle des Kommutators am Motor übernehmen.
10 und 16 sind die beiden der Statorphase 63 der Statorwicklung 4 zugeordneten Hauptanoden, 13 und 19 die der
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die Steuergitter der Hauptanoden in besonderer Weise als Löschgitter ausgeführt sind, welche gestatten, den Lichtbogen an der betreffenden Hauptanode in einer beliebigen Spannungsphase zu löschen, während die Steuergitter 68 und 23 an den Hilfselektroden 67 und 22 lediglich zur Sperrung der Anoden, d. h. zur Verzögerung der Zündung dienen. Die Hilfselektroden 67 und 22 sind über je einen Kondensator mit allen Hauptanoden verbunden und somit allen Hauptanoden gemeinsam. Den Steuergitter 11, 14,
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stände mit der zugehörigen Hauptanode verbunden sind, und welche einmal dazu dienen, das Einsetzen des Lichtbogens zu erleichtern, und zweitens die beim Löschen auftretenden Überspannungen abzuleiten.
Die Hilfselektroden 67 und 22 sind über die Hilfsventile 37 und 33 mit den Hilfswicklungen 26 und 27 am Transformator 1 verbunden, und werden durch diese periodisch positiv aufgeladen. Der im Mittelleiter 73 der Sekundärwicklung 28, 29 des Transformators 1 fliessende Gleichstrom fliesst über die Schleifringe 74, 75 und die Rotorwicklung 5 in den Sternpunkt der Statorwicklung 4, fliesst von hier nacheinander durch die sechs Wicklungsphasen 61-66 der Statorwicklung und von dort über dasjenige Steuerventil 2 bzw. 3, welches in dem betrachteten Zeitpunkt die grössere negative Spannung gegenüber dem Nulleiter 73 bzw. der Sekundärwicklung des Transformators aufweist.
Die Löschung des Lichtbogens in den Ventilen 2 und 3 geht folgenderweise vor sich. Setzt man voraus, dass die Hilfselektrode 67 gegenüber der brennenden Hauptelektrode 10 über den Kondensator 69 positiv aufgeladen sei, und das Steuergitter 11 der Anode sei hiebei noch positiv, das Steuergitter 68 der Hilfsanode 67 noch negativ aufgeladen, so kann die Hilfselektrode 67 nicht zünden.
Wenn nun in dem betrachteten Moment die Spannung in der Sekundärwicklung 28 von der Kathode 24 zum Mittelleiter 73, also in der Richtung des Stromes gerichtet, während die Spannung in der der Anode 10 zugeordneten Phase 63 der Statorwicklung 4 auf den Nullpunkt zu gerichtet ist, und es soll in diesem Betriebszustand der Lichtbogen an der Anode 10 gelöscht und. auf die zu ihr parallelgeschaltete Hauptanode 16 des Steuerventils 3 umgeschaltet werden, so wird mit Hilfe der Kontaktvorrichtungen 43, 44, welche von dem Synchronmotor 39 über den Transformator 42 synchron mit der Netzfrequenz rotieren, gleichzeitig das Steuergitter 11 der Hauptanode 10 negativ, das Steuergitter 17 der Hauptanode 16 sowie auch das Steuergitter 68 der Hilfsanode 67 hingegen positiv aufgeladen.
Da in diesem Momente die Hilfselektrode 67 durch den Kondensator 69 gegenüber der Hauptanode 10 positiv aufgeladen ist, fliesst über diese Hilfselektrode 67 in dem Moment, wo das Gitter 68 positiv aufgeladen wird, ein Stromstoss auf die Kathode 24 des Ventils 2. Dadurch steigt die Spannung der Kathode 24 momentan, vom Lichtbogenabfall abgesehen, auf das höhere Potential der Hilfsanode 61, so dass infolgedessen der Strom in der Hauptanode. M abnimmt. Gleichzeitig wird durch das negativ geladene Löschgitter 11 das Löschen des Lichtbogens an
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dieser Hauptanode 10 herbeigeführt. Dadurch steigt nun die Spannung der Anode 10 im Ventil 2 gegen- über der brennenden Hilfsanode 67 an und gleichzeitig auch die Spannung der mit der Hauptanode 10 verbundenen Hauptanode 16 im andern Ventil 3.
Da gleichzeitig das dieser Hauptanode 16 zugeordnete Steuergitter 17 positiv aufgeladen wird, so setzt nun der Strom'an dieser Hauptanode 16 auf die Kathode 25 ein, selbst dann, wenn die Spannung in der Sekundärwicklung 29 noch gegen die Kathode hin, dem Betriebsstrom also entgegengerichtet ist. Auf diese Weise ist es möglich, den brennenden Lichtbogen im Ventil 2 auf die Hilfsanode 67 zu bringen, wo er nach Aufladung des Kondensators 69 erlöscht. Nach Erlöschen des Lichtbogens an dieser Hilfselektrode 67 wird durch das inzwischen wieder negativ aufgeladene Gitter 68 eine Neuzündung solange verhindert, bis der Lichtbogen wiederum nach einer Periode der Netzfrequenz im Ventil 2 gelöscht und im Ventil 3 gezündet werden muss.
Inzwischen kehrt die Spannung in der Sekundärwicklung 28 und auch in der Hilfswicklung 26 des Transformators 1 ihr Vorzeichen um und es fliesst ein Strom in der Richtung Hilfswicklung 26, Hilfsventil 37, Widerstand 36, Drosselspule 35 auf den einen Belag der Kondensatoren 69,70 und ladet diese positiv auf, bis die Anode 67 durch das Gitter 68 wieder freigegeben und gezündet wird. Die Stellung der Kontaktapparate 43, 44 ist so dargestellt, dass in dem durch die Skizze festgehaltenen Moment der Lichtbogen im Ventil 3, d. h. an der zur Zeit brennenden Hauptanode 16 gelöscht und an der mit ihr parallelgeschalteten Hauptanode 10 im Ventil 2 gezündet wird.
Durch diese zeitliche Vorlegung der Löschung eines Ventils gegen- über dem natürlichen Ablöschen wird der Strom in der Primärwicklung 30 des Transformators 1 gegen- über der Spannung zeitlich vorgeschoben und auf diese Weise der vom Transformator aufgenommene Strom gegenüber der Spannung voreilend, so dass eine derartige Gruppe als Blindstromerzeuger bzw.
Phasenkompensator arbeiten kann.
Aus der oben erläuterten Wirkungsweise geht hervor, dass die Wirkung der Löschkondensatoren 69,
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indem mit Hilfe der Löschkondensatoren der Strom an den Hauptanoden momentan vermindert und die Löschwirkung der Gitter dadurch erhöht wird, während umgekehrt durch die sehr rasche Löschwirkung der Gitter ein steilerer Spannungsanstieg an den Hauptanoden zugelassen werden kann, was auf die erstrebenswerte Verkleinerung der Kondensatorkapazität hinausläuft. Erst durch die Kombination der beiden Einrichtungen ist eine sichere Löschung des Lichtbogens in beliebiger Spannungsphase gewährleistet und gleichzeitig eine Vergrösserung des betriebsmässigen Intervalls zwischen der höchsten und der tiefsten Temperatur des Quecksilberdampfventils zulässig. Es ist ohne weiteres selbstverständlich, dass jeder Hauptanode eine besondere Hilfsanode zugeordnet werden kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung. zum Steuern von elektrischen Entladungsapparaten mit Gas-oder Dampffüllung und mit mindestens einem jeder Anode vorgelagerten Gitter, das insbesondere zum Löschen brennender Lichtbogen dient, nach Patent Nr. 141387, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Oberflächen aller kleinen, gleichmässig über die ganze Gitterfläche verteilten Durchtrittsöffnungen bei einem Abstand zwischen Anode und Gitter von der Grösse der mittleren freien Elektronenweglänge, kleiner als der dritte Teil der für die Aufnahme des positiven Ionenstromes aus dem Raum zwischen Anode und Gitter in Frage kommenden Gitteroberfläche ist, zum Zweck der Beeinflussung der Quasineutralität im Raum zwischen Steuergitter und Anode, und dass ferner die Hauptelektroden über Kondensatoren mit Hilfselektroden verbunden sind,
welche periodisch gegenüber der Hauptelektrode positiv aufgeladen werden und welchen ebenfalls Steuergitter vorgelagert sind.
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Device for controlling electrical discharge devices with gas or steam filling.
Devices have been specified with the aid of which it is possible to extinguish the arc at an electrode of an electrical discharge apparatus with gas or vapor filling at any point in time. Such devices consist, for example, in that an auxiliary electrode is connected to the electrode to be erased via a capacitor. This capacitor is charged by special means in such a way that at the point in time at which the main anode is to be extinguished, the auxiliary electrode is positive with respect to the main electrode. Both the main electrode and the auxiliary electrode are preceded by control grids, which allow the ignition of the arc to be initiated both on the main electrode and on the auxiliary electrode at any point in time.
Experiments with such a device have shown that relatively high capacitor outputs are required in order to carry out the release of the arc on the main electrode periodically with the usual frequencies. This is due to the fact that the control grids on the main electrodes, according to the designs commonly used today, require a certain time to block the anodes. If the capacity is too small, the voltage on the main anode that has just been blocked rises so quickly that the latter ignites again, which makes the intended purpose illusory. The capacitors should therefore be selected to be so large that the voltage rise between the main and auxiliary electrodes does not exceed a certain steepness.
Furthermore, special grid constructions have been specified which allow an arc to be extinguished at an anode by merely negatively charging the control grid in front of the anode, alone and without the aid of other devices. This device is limited in its effect to relatively narrow limits in the temperature of the rectifier and does not yet meet the requirements for reliable extinguishing today.
According to the invention, these two mentioned devices are now arranged and used in combination at the same time, for the purpose that each device as such completes and supports the effect of the others. This is done in such a way that by using the auxiliary electrode, which is connected to the main anode via the capacitor, the current in the main anode in the course of a very short time approximates or brought to zero, and in this way the effect of the main anode upstream, negatively charged extinguishing grid is supported by in this way the neutralizing and harmful reaction of the arc on the negative grid charge is considerably mitigated or completely eliminated.
Conversely, the effect of this quenching grid increases the effect of the capacitor in that it considerably shortens the time required to completely block the arc at the main anode, and thereby a more rapid voltage rise between the auxiliary electrode and the main electrode, i.e. H. the use of a smaller capacitor is also permitted From this explanation it can be seen that the two means, known per se, actually complement and complement one another and thus increase the security of the arc extinguishing.
This increase in extinguishing security also has the effect that the temperature permissible for the rectifier or the steam pressure prevailing in the rectifier and thus the operationally permissible interval between the highest and lowest operating temperature increases, thereby making operation easier.
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The invention now relates to a device for controlling electrical discharge devices with gas or vapor filling and with at least one grid immediately in front of each anode, which serves in particular to extinguish burning arcs, in which, according to the invention, the sum of the surfaces of all small, evenly over the entire grid area distributed passage openings at a distance between anode and grid of the size of the mean free electron path length, smaller than the third part of the grid surface in question for the absorption of the positive ion flow from the space between anode and grid, for the purpose of influencing the quasi-neutrality in the room between control grid and anode and furthermore the main electrodes are connected to auxiliary electrodes via capacitors,
which are periodically charged positively with respect to the main electrode and which are also upstream of the control grid.
With the help of this device, it is possible, for example, to operate power converters of any type in such a way that the alternating current taken up or output by them is fed in or out. contains lagging reactive current, and thereby the network in question is relieved of lagging reactive current.
The importance of the free electron path for dimensioning the distance between the anode and the grid has already been recognized. However, this knowledge alone does not yet show the way to prematurely extinguish the discharge between the anode and cathode. Rather, this is only achieved through the special dimensioning of the grille openings or the grids themselves and the inventive combination of these extinguishing grids with capacitors which connect the main electrodes to auxiliary electrodes, which are also preceded by control grids. and that these auxiliary electrodes are periodically charged positively with respect to the main electrodes.
In the drawing, the control of a valve-controlled single-phase AC motor is shown as an embodiment of the invention. 1 means the transformer, 4 the stator winding, 5 the rotor winding of the motor, 2 and 3 mean. the two converters, which perform both the rectifier of the current and the distribution of the same to the six phases of the stator winding 4, and in this way simultaneously take on the role of the commutator on the motor.
10 and 16 are the two main anodes assigned to the stator phase 63 of the stator winding 4, 13 and 19 are those of the
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the control grids of the main anodes are designed in a special way as extinguishing grids, which allow to extinguish the arc on the relevant main anode in any voltage phase, while the control grids 68 and 23 on the auxiliary electrodes 67 and 22 only to block the anodes, i.e. H. serve to delay the ignition. The auxiliary electrodes 67 and 22 are each connected to all of the main anodes via a capacitor and are therefore common to all of the main anodes. The control grid 11, 14,
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stands are connected to the associated main anode, and which serve on the one hand to facilitate the onset of the arc, and on the other hand to dissipate the overvoltages that occur during extinguishing.
The auxiliary electrodes 67 and 22 are connected to the auxiliary windings 26 and 27 on the transformer 1 via the auxiliary valves 37 and 33, and are periodically charged positively by them. The direct current flowing in the center conductor 73 of the secondary winding 28, 29 of the transformer 1 flows via the slip rings 74, 75 and the rotor winding 5 into the star point of the stator winding 4, flows from here one after the other through the six winding phases 61-66 of the stator winding and from there over the one Control valve 2 or 3, which at the time under consideration has the greater negative voltage compared to the neutral conductor 73 or the secondary winding of the transformer.
The arc in valves 2 and 3 is extinguished as follows. Assuming that the auxiliary electrode 67 is positively charged with respect to the burning main electrode 10 via the capacitor 69, and the control grid 11 of the anode is still positively charged, the control grid 68 of the auxiliary anode 67 is still negatively charged, the auxiliary electrode 67 cannot ignite.
If now, at the moment under consideration, the voltage in the secondary winding 28 is directed from the cathode 24 to the center conductor 73, i.e. in the direction of the current, while the voltage in the phase 63 of the stator winding 4 assigned to the anode 10 is directed towards the zero point, and in this operating state, the arc at the anode 10 should be extinguished and. are switched to the main anode 16 of the control valve 3, which is connected in parallel to it, the control grid 11 of the main anode 10, the control grid 17, simultaneously becomes negative with the help of the contact devices 43, 44, which rotate synchronously with the mains frequency from the synchronous motor 39 via the transformer 42 the main anode 16 and also the control grid 68 of the auxiliary anode 67, however, are positively charged.
Since at this moment the auxiliary electrode 67 is positively charged by the capacitor 69 compared to the main anode 10, a current surge flows to the cathode 24 of the valve 2 via this auxiliary electrode 67 at the moment when the grid 68 is positively charged. This increases the voltage the cathode 24 momentarily, apart from the arc drop, to the higher potential of the auxiliary anode 61, so that as a result the current in the main anode. M decreases. At the same time, the negatively charged extinguishing grid 11 causes the arc to be extinguished
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this main anode 10 brought about. As a result, the voltage of the anode 10 in the valve 2 increases with respect to the burning auxiliary anode 67 and at the same time the voltage of the main anode 16 connected to the main anode 10 in the other valve 3.
Since at the same time the control grid 17 assigned to this main anode 16 is positively charged, the current at this main anode 16 is applied to the cathode 25, even if the voltage in the secondary winding 29 is still towards the cathode, i.e. opposite to the operating current . In this way it is possible to bring the burning arc in the valve 2 to the auxiliary anode 67, where it is extinguished after the capacitor 69 has been charged. After the arc has been extinguished at this auxiliary electrode 67, the grid 68, which has now been negatively charged again, prevents re-ignition until the arc has to be extinguished again after a period of the mains frequency in valve 2 and ignited in valve 3.
In the meantime, the voltage in the secondary winding 28 and also in the auxiliary winding 26 of the transformer 1 reverses its sign and a current flows in the direction of the auxiliary winding 26, auxiliary valve 37, resistor 36, choke coil 35 on one layer of the capacitors 69, 70 and charges this positive until the anode 67 is released again through the grid 68 and ignited. The position of the contact apparatus 43, 44 is shown in such a way that in the moment recorded by the sketch, the arc in the valve 3, i.e. H. is extinguished at the currently burning main anode 16 and ignited at the main anode 10 connected in parallel with it in valve 2.
This temporal advance of the extinction of a valve compared to the natural extinction, the current in the primary winding 30 of the transformer 1 is advanced in time compared to the voltage and in this way the current consumed by the transformer leads the voltage, so that such a group as a reactive power generator or
Phase compensator can work.
From the mode of operation explained above, it can be seen that the action of the quenching capacitors 69,
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by momentarily reducing the current at the main anodes with the help of the quenching capacitors and thereby increasing the quenching effect of the grid, while conversely the very rapid quenching effect of the grid can allow a steeper voltage rise at the main anodes, which results in the desirable reduction of the capacitor capacity. Only by combining the two devices is a reliable extinguishing of the arc in any voltage phase guaranteed and at the same time an increase in the operational interval between the highest and lowest temperature of the mercury vapor valve is permissible. It goes without saying that a special auxiliary anode can be assigned to each main anode.
PATENT CLAIMS:
1. Establishment. for controlling electrical discharge devices with gas or vapor filling and with at least one grid in front of each anode, which is used in particular to extinguish burning arcs, according to patent no. 141387, characterized in that the sum of the surfaces of all small, evenly distributed over the entire grid area Passage openings at a distance between anode and grid of the size of the mean free electron path length, smaller than the third part of the grid surface in question for the reception of the positive ion current from the space between anode and grid, for the purpose of influencing the quasi-neutrality in the space between Control grid and anode, and that furthermore the main electrodes are connected to auxiliary electrodes via capacitors,
which are periodically charged positively with respect to the main electrode and which are also preceded by control grids.