AT160846B - Anordnung zur Löschung eines in einem Vakuumentladungsgefäß brennenden Lichtbogens. - Google Patents

Description

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   Die zur Löschung des Lichtbogens dienende Spannung kann einem kleinen Kondensator entnommen werden, der über einen Gleichrichter vorgeladen wird. Als Löschspannungsquelle kann auch eine Influenzmaschine oder die Sekundärwicklung eines Induktors oder eines kleinen Hilfstransformators dienen. Die Löschspannung wird dann über eine Funkenstrecke, die mit einer gesteuerten oder ungesteuerten Gas-,   Dampf-oder Flüssigkeitsentladung   arbeiten kann, dem Gitter der zu löschenden Entladungsstreeke, beispielsweise dem Gitter eines zu steuernden Liehtbogengleichrichters, zugeführt. 



  Versuche haben gezeigt, dass die Spannung nach verhältnismässig kurzer Zeit wieder zu Null gemacht werden kann. Es genügt die Aufrechterhaltung eines   bestimmtenMindestpotentials   am Gitter während der auf die eigentliche Löschung des Elektronenstromes folgenden Entionisierung der Entladungsbahn   (Entionisierungszeit).   



   Durch zahlreiche mit der erfindungsgemässen Löschanordnung durchgeführte Versuche wurde festgestellt, dass der Löschvorgang einer Lichtbogenentladungsstrecke sich wirkungstechnisch aus zwei Teilvorgängen zusammensetzt, nämlich aus dem eigentlichen Löschvorgang, durch den der Elektronenstrom unterbrochen wird, und dem sich daran anschliessenden Vorgang der Entionisierung der Entladungsbahn. Für beide Teilvorgänge müssen die notwendigen Voraussetzungen geschaffen werden, wenn die Löschung zum Erfolg führen soll. Dem ersten Teilvorgang, nämlich der Unterbrechung des Elektronenstromes, dient im wesentlichen die hohe Geschwindigkeit, mit der bei der erfindungsgemässen Löschanordnung das Gitter auf das für die Löschung erforderliche Sperrpotential gebracht wird.

   Der zweite Teilvorgang, der kurz   als "Entionisierung" bezeichnet   werden kann, lässt sich, wie Versuche gezeigt haben, wesentlich fördern, wenn erfindungsgemäss einem die   Löschspannung   liefernden Kondensator eine Induktionsspule parallelgeschaltet wird oder wenn einer die Löschspannung liefernden Induktivität, beispielsweise der Induktivität der   Sekundärwicklung   eines Induktors, ein Kondensator parallelgeschaltet wird. In beiden Fällen wird erreicht, dass die über die Funkenstrecke dem Gitter zugeführte Entladung etwas länger dauert, als erforderlich ist, um das Gitter auf das für die Lichtbogenlöschung erforderliche Potential zu bringen.

   Es wird dann durch den in extrem kurzer Zeit zugeführten Löschspannungsstoss der Lichtbogenstrom unterbrochen und durch das nach diesem Stoss noch etwas länger bestehen bleibende Gitterpotential die Beseitigung von Restladungen bewirkt und die Wiederzündung verhindert. 



   In der Zeichnung ist in Fig. 1 eine Schaltanordnung dargestellt, mit der die Lichtbogenlöschung nach der Erfindung durchgeführt werden kann. Ein Quecksilberdampfentladungsgefäss 1 ist über einen als Widerstand dargestellten Verbraucher 2 an eine Stromquelle 3 angeschlossen. Als Stromquelle ist eine Gleichstromquelle gezeichnet. Die Schaltung kann aber auch für Wechselstromkreise angewendet werden. Zwischen den beiden Hauptelektroden des   Entladungsgefässes   ist ein Gitter 4 angeordnet welches über eine Funkenstrecke 5 und einen Kondensator 6 mit der Kathode verbunden ist. Der Kondensator 6 wird über einen Induktor 7 auf die für den Durchbruch der Funkenstrecke 5 erforderliche hohe Spannung aufgeladen. Der Schalter 8 im Primärkreis des Induktors bestimmt den Zeitpunkt der 'Löschung des Lichtbogens. 



   Ein wesentliches Kennzeichen der Erfindung besteht, wie bereits erläutert wurde, darin, dass die Löschspannungsquelle, an die das Gitter im Augenblick der beabsichtigten Löschung angeschlossen . wird bzw. die Mittel zur Zuführung der Löschspannung derart bemessen und ausgebildet sind, dass das Gitter in der ausserordentlich kurzen Zeit von   10-8   bis   10-9   Sekunden auf das Sperrpotential gebracht wird. Auf Grund von Versuchen mit dieser   Löschanordnung   wurde festgestellt, dass die Erscheinungen, die bei dieser stossartigen Erregung des Gitters auftreten, dazu ausgenutzt werden können, um die Löschung wirkungsvoller zu machen. Bei dem raschen Stoss am Gitter verhalten sich das Bogenrohr und die angeschlossenen Schaltelemente ganz ähnlich wie bei sehr hohen Frequenzen.

   Die zum Stromkreis gehörigen Schaltelemente verhalten sich vielfach ganz anders als bei Niederfrequenzen, und durch Hinzufügen oder Fortnehmen von Schaltelementen kann   bei'hochfrequenzmässiger   Beurteilung und Anwendung der Elemente die   Löschwirkung   verbessert werden, bzw. können Störungen, die unmittelbar nach dem Erlöschen des Elektronenstromes auftreten, vermieden werden. Die Bemessung der Schaltelemente, die im nachfolgend erläuterten Sinne eine   hochfrequenzmässige   Kopplung zwischen einzelnen Punkten des Gesamtstromkreises herstellen, hängt von den besonderen Bedingungen ab, die durch die Art des   Entladungsgefässes   und den an dieses Gefäss angeschlossenen Verbraucherstromkreis gegeben sind.

   Wesentlich ist in jedem Fall, dass, wie die Versuche gezeigt haben, die Anwendung von aus der Hochfrequenztechnik an sich bekannten Schaltelementen, wie Widerständen, Induktivitäten, Kapazitäten usw., als Kopplungselemente zwischen einzelnen Stromkreispunkten den Erfolg der beabsichtigten   Lichtbogenlöschung   fördert. 



   Solche Änderungen durch Anwendung zusätzlicher Schaltelemente können in dem Stromkreis vorgenommen werden, in den der zu löschende Lichtbogen bzw. das   Liehtbogenentladungsgefäss   geschaltet ist. In diesen Stromkreis können beispielsweise in der Nähe einer der Hauptelektroden Induktivitäten oder Widerstände eingeschaltet werden. Induktivitäten oder Widerstände, die aus anderen
Gründen in dem Stromkreis bereits vorhanden sind, können vorteilhaft durch Kapazitäten überbrückt werden, denen auch   noch Widerstände zugeschaltet   sein können. Bei der in Fig. 1 dargestellten Schal- 

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 tung ist es demnach vorteilhaft, den Widerstand 2 oder eine an dieser Stelle im Belastungsstromkreis liegende Induktivität durch einen Kondensator zu   überbrücken.   



   Vielfach ist es vorteilhaft, den an den Lichtbogen angeschlossenen Belastungsstromkreis oder
Teile dieses Stromkreises durch Kopplungselemente zu überbrücken, also beispielsweise durch Kapazitäten, Induktivitäten, Widerstände, Funkenstrecken und Gleichrichter, die kombiniert oder einzeln in von der Hochfrequenztechnik her bekannter Weise als Kopplungsglieder dienen. 



   Versuche mit der erfindungsgemässen Löschanordnung haben weiterhin gezeigt, dass es vorteilhaft ist, Kopplungen zwischen dem Gitterkreis und Teilen des übrigen Stromkreises vorzusehen. Das
Steuergitter, dem der zur Lichtbogenlöschung dienende Spannungsstoss zugeführt wird, kann über solche Kopplungselemente mit der Anode oder mit der Kathode oder mit einem anderen Punkt des
Lichtbogenstromkreises verbunden werden. Eine kapazitive Kopplung zwischen Gitter und Anode sorgt beispielsweise dafür, dass ein dem Gitter zugeführter negativer Spannungsstoss sich auf die Anode überträgt, deren Potential erniedrigt und dadurch die Löschwirkung unterstützt.

   Eine Widerstands- verbindung zwischen Gitter und Anode wirkt als Dämpfungsmittel gegen Schwingungserscheinungen, die nach dem   Löschspannungsstoss   auftreten und zur Wiederzündung des Lichtbogens führen können. 



   Zwischen dem Gitter und der Kathode können vorteilhaft eine Vorspannungsquelle, beispiels- weise eine Batterie, und ein Widerstand vorgesehen werden. Dadurch wird erreicht, dass der Spannungs- stoss am Gitter nicht erheblich gesenkt wird, sondern das Gitter nach Abklingen des Spannungstosses negativ gegen die Kathode vorgeladen bleibt. Die Widerstandsverbindung zwischen Gitter und Kathode hat die Wirkung, dass Schwingungen gedämpft werden und dass dadurch die Gefahr der Wieder- zündung des Lichtbogens nach dem Löschen verhindert wird. Eine Vorspannungsquelle kann auch mit der die Stossspannung erzeugenden Spannungsquelle in Reihe geschaltet sein. 



   Die vorstehend erläuterten Kopplungsverbindungen zwischen Gitter und Anode oder Gitter und
Kathode können auch gleichzeitig angewendet werden. In beiden Kopplungsleitungen ist dabei die
Einschaltung von hochohmigen Widerständen von wichtiger Bedeutung, weil dadurch störende freie
Schwingungen nach der Stromunterbrechung verhindert werden. Dem gleichen Ziel dienen auch ent- sprechend angeschlossene Kapazitäten. 



   In Fig. 2 ist ein Beispiel für eine solche Schaltanordnung dargestellt ; die mit Fig. 1 überein- stimmenden Teile sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Der Unterschied gegenüber Fig. 1 besteht darin, dass das Gitter   4   über einen Kondensator 9 mit der Anode und über einen Widerstand 10 mit der Kathode verbunden ist. An Stelle des Widerstandes 10 kann auch eine Kapazität verwendet werden. Das Gitter kann auch durch derartige Kopplungsverbindungen an andere Punkte des Licht- bogenstromkreises angeschlossen sein. 



   Eine weitere Verbesserung für die Löschwirkung besteht, wie die Versuche ebenfalls gezeigt haben, darin, dass Kopplungsverbindungen zwischen Anode und Kathode vorgesehen werden. In diese Kopplungsleitungen kann eine Funkenstrecke geschaltet sein, die durch die beim Löschspannungs- stoss auftretenden Anodenspannungsänderungen überschlagen (kurzgeschlossen) wird. Als Funken- strecken eignen sich hier speziell solche mit kleiner   Anspreeh-und Lösehspannung,   wie z. B. gesteuerte oder ungesteuerte Bogenentladungen in verdünnten Gasen und Dämpfen. 



   Ein Beispiel für diese Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Die Schalt- anordnung dieser Figur unterscheidet sich von Fig. 1 dadurch, dass die Anode des Entladungsgefässes 1 über einen Kondensator 11 mit der Kathode verbunden ist. Zwischen dem Kondensator und der Anode liegt ausserdem noch ein steuerbares Entladungsgefäss 12, dessen Steuergitter an einen Anzapfpunkt eines Widerstandes 13 angeschlossen ist. Dieser Widerstand verbindet die Anode des Entladungsgefässes 1 mit dessen Steuergitter 4. Ein von der Gitterstossspannungsquelle 5 bis 8 auf das Gitter 4 übertragener
Spannungsstoss ändert die Potentialverteilung des Widerstandes 13 derart, dass die Entladungsstrecke 12 leitend gemacht und dadurch die Verbindung zwischen der Anode des Entladungsgefässes 1 und dem
Kondensator 11 hergestellt wird. 



   Durch Versuche wurde erwiesen, dass die Anode vorteilhaft auch mit einem Abzweigpunkt eines Widerstandes gekoppelt werden kann, der zwischen Gitter und Kathode liegt. Der Kondensator 11 in Fig. 3 liegt dann nicht unmittelbar an der Kathode des Entladungsgefässes   1,   sondern an einem An- zapfpunkt eines Widerstandes, der das Gitter 4 mit der Kathode verbindet. 



   Wie durch Versuche erwiesen wurde, ist es fernerhin vorteilhaft, den nicht an das Gitter an- geschlossenen Pol der Gitterspannungsquelle nicht unmittelbar, wie in den Fig. 1 bis 3 angenommen, an die Kathode anzuschliessen, sondern zwischen diesem Pol der Gitterspannungsquelle und die Ent- ladungsstrecke zusätzliche Schaltelemente zu schalten. Beispielsweise kann eine Kopplungsverbindung zwischen Anode und Kathode vorgesehen und etwa die Mitte dieser Kopplungsverbindung mit dem vom
Gitter abgewendeten Pol der Gitterspannungsquelle verbunden werden. Das Gitter kann dabei in der bereits erwähnten Form mit der Anode verbunden sein, beispielsweise über einen Kondensator oder einen Widerstand. 
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 beiden Kondensatoren ist der dem Steuergitter 4 abgewendete Pol der Gitterspannungsquelle 5 bis 8 angeschlossen.

   Es ist also die untere Belegung des Kondensators 6 mit dem Anschlusspunkt zwischen den beiden Kondensatoren 14 und 15 verbunden. 



   Der nicht an das Gitter angeschlossene Pol der Gitterspannungsquelle kann vorteilhaft über eine Spule mit der Kathode verbunden sein, die auch ganz oder zum Teil durch Kondensatoren und eventuell auch Widerstände   überbrückt werden   kann. Versuche haben gezeigt, dass je nach den vorliegenden Verhältnissen die eine oder andere Art der Kopplungsverbindung zwischen der vom Gitter abgewendeten Gitterspannungsklemme und der Entladungsstrecke eine Verbesserung der   Löschwirkung   herbeiführt. 



   Ein Beispiel für diese Schaltanordnung ist in Fig. 5 dargestellt. Das freie Ende der Gitterspannungsquelle 5 bis 8, d. h. die der Funkenstrecke 5 abgewendete Belegung des Kondensators 6, ist in dieser Schaltung nicht an die Kathode, sondern an einen anderen Punkt des Lichtbogenstromkreises, in diesem Falle an die Anode, angeschlossen. In die Verbindungsleitung zwischen der Anode des Entladungsgefässes 1 und dem Verbraucherwiderstand 2 ist bei dieser Schaltung noch eine Induktivität 17 geschaltet, die durch einen Kondensator 18 mit Widerstand 19 überbrückt ist.

   Diese Einfügung eines Schwingungskreises hat die Wirkung, dass bei einer Absenkung der Anodenspannung auch das Potential des an der Anode liegenden Punktes des Schwingungskreises sinkt und dass dieser Punkt dann nicht so schnell wieder auf die volle Spannung gelangen und dadurch eine unerwünschte Wiederzündung des Lichtbogens herbeiführen kann. 



   Eine weitere Verbesserung der Löschwirkung lässt sich dadurch erzielen, dass mit Kondensatoren, die zum Steuerkreis gehören, gleichrichtende Elemente in Reihe geschaltet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 kann zu dem Zweck ein Gleichrichter zwischen die Funkenstrecke 5 und den Anschlusspunkt des Kondensators 9 an das Steuergitter 4 geschaltet werden. Die Kondensatorspannung wird dadurch in einer Richtung aufrechterhalten, auch wenn die Gitterspannungsquelle das Vorzeichen wechselt. Der Gleichrichter verhindert also das   Rückströmen   von Ladungen, die über die Funkenstrecke 5 auf das Steuergitter 4 gebracht sind. 



   Eine weitere, durch Versuche erwiesene Möglichkeit der Verbesserung der   Löschwirkung   besteht darin, dass der von dem Gitter abgewendete Pol der Gitterspannungsquelle mit der Anode gekoppelt wird. Ein Ausführungsbeispiel für diese Kopplungsverbindung kann darin bestehen, dass bei der
Schaltung nach Fig. 1 die untere Belegung des Kondensators 6 bzw. der nicht an der Funkenstrecke 5 liegende Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 6 und dem Induktor 7 über einen Kondensator und einen dazu parallelgeschalteten Widerstand an die Anode der Entladungsstrecke 1 angeschlossen ist. 



   Die zwischen Gitterspannungsquelle und Gitterelektrode geschaltete Funkenstrecke (Funkenstrecke 5 in Fig. 1) wird vorteilhaft so gewählt, dass ihre Löschspannung sehr niedrig ist. Der   Löseh-   spannungsstoss wird dann mit grosser Geschwindigkeit dem Gitter zugeführt, die Gitteraufladung bleibt aber etwas länger erhalten und die Gefahr der Rückzündung ist vermindert. 



   Die Erfindung kann auch für Entladungsstrecken angewendet werden, bei denen zwischen Anode und Kathode mehrere Gitterelektroden angeordnet sind. Diese Elektroden können alle gleichzeitig an die Gitterspannungsquelle angeschlossen werden, es kann aber auch nur einem Teil der Gitter- elektroden ein Spannungsstoss zugeführt werden, während die anderen Elektroden mit dem Licht- bogenstromkreis oder dem Gitterkreis oder beiden verbunden sind. 



   Die Löschwirkung kann noch dadurch verbessert werden, dass den Gitterelektroden kurz nach- einander mehrere Spannungsstösse zugeführt werden. Zu dem Zweck kann eine Hochfrequenzgitter- spannungsquelle angewendet werden oder es können zwischen Gitter und Gitterspannungsquelle rotierende Unterbrecher geschaltet sein. 



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Löschung eines in einem Vakuumentladungsgefäss brennenden Lichtbogens mit einer zwischen den beiden Hauptelektroden (Anode und Kathode) des Entladungsgefässes angeordneten Elektrode (Gitter), der im Zeitpunkt der beabsichtigten Löschung eine Spannung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet ; dass die Grösse der Löschspannung mindestens der Durchschlagsspannung einer Funkenstrecke (etwa 1000 Volt) gleich ist und dass die Mittel zur Zuführung dieser Spannung derart ausgebildet sind, dass die Spannung mit einer Geschwindigkeit zugeführt wird, die etwa gleich   ist der Durchbruchsgeschwindigkeit einer Funkenstrecke (10-8 bis 10-9 Sek. ).   
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Claims (1)

1. quelle und die Gitterelektrode eine Funkenstrecke geschaltet ist.

   3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausser der Löschspannung eine die Lichtbogenzündung verhindernde negative Sperrspannung vorgesehen ist, welche vor oder gleichzeitig mit der Löschspannung an die Gitterelektrode anschliessbar ist.

   4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Löschspannungsquelle ein Kondensator dient, der an eine Hilfsgleichspannungsquelle angeschlossen ist.

   " 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Löschspannungsquelle eine Induktionsspule dient, beispielsweise die Sekundärwicklung eines Transformators oder eines Induktors. <Desc/Clms Page number 5>

   6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem als Löschspan- nungsquelle dienenden Kondensator eine Induktionsspule parallelgesehaltet ist.

   7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der als Lösehspannungsquelle dienenden Induktionsspule ein Kondensator parallelgesehaltet ist.

   8. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass in den Lichtbogenstromkreis, vorzugsweise in der Nähe der Hauptelektroden des zu löschenden Entladungsgefässes Induktivitäten oder Widerstände geschaltet sind.

   9. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass im Lichtbogenstromkreis enthaltene Induktivitäten oder Widerstände durch Kapazitäten überbrückt sind.

   10. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Lichtbogen angeschlossene Belastungsstromkreis ganz oder zum Teil durch Kopplungselemente überbrückt ist.

   11. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Gitterelektrode und die Lichtbogenanode oder die Lichtbogenkathode oder einen anderen Punkt des Lichtbogenstromkreises Kopplungselemente geschaltet sind.

   12. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterelektrode mit der Kathode über eine Vorspannungsquelle und einen Widerstand verbunden ist.

   13. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass Anode und Kathode des Lichtbogens durch Kopplungselemente verbunden sind.

   14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kopplungsverbindung eine Funkenstrecke geschaltet ist, die in Abhängigkeit von bei der Löschung auftretenden Schwankungen der Anodenspannung überschlagen wird.

   15. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode über Kopplungselemente an einen Abzweigpunkt eines Widerstandes angeschlossen ist, der zwischen Gitter und Kathode liegt.

   16. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht an die Gitterelektrode angeschlossene Ende der Lösehspannungsquelle sowohl mit der Anode als auch mit der Kathode über Kopplungselemente verbunden ist.

   17. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht an die Gitterelektrode angeschlossene Pol der Gitterspannungsquelle an einen Punkt des Lichtbogenstromkreises angeschlossen ist, der von der Kathode durch Spulen oder Widerstände getrennt ist.

   18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die der Kathode vorgeschaltete Induktionsspule ganz oder zum Teil durch Kondensatoren überbrückt ist.

   19. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht an die Gitterelektrode angeschlossene Pol der Gitterspannungsquelle über Kopplungselemente mit der Anode oder einem Stromkreispunkt in der Nähe der Anode verbunden ist.

   20. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkenstrecke derart bemessen ist, dass ihre Löschspannung wesentlich kleiner ist als die Zündspannung.

   21. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Anode und Kathode der Lichtbogenentladungsstrecke mehrere Steuerelektroden angeordnet sind, von denen mindestens ein Teil an die Gitterspannungsquelle angeschlossen ist, während die übrigen Gitterelektroden mit dem Lichtbogenstromkreis oder dem Gitterstromkreis oder beiden verbunden sind.

   22. Verfahren zur Löschung eines Lichtbogens unter Anwendung der Anordnungen nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der oder den Gitterelektroden kurz hintereinander mehrmals ein Spannungsstoss zugeführt wird, beispielsweise durch Anwendung von Hochfrequenz oder von rotierenden Unterbrechen.