DE1086352B - Einrichtung zum Schutz von gittergesteuerten Metalldampf- bzw. Gasentladungsgefaessen mit Dauererregung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Schutz von gittergesteuerten Metalldampf- bzw. Gasentladungsgefäßen mit einer Einrichtung zur Dauererregung, die das Gefäß für die Zündung der Hauptentladungsstrecke betriebsbereit hält. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß beim Erlöschen der Dauererregung beim Betrieb von Einanodengefäßen oder von Mehranodengefäßen auf das Plasma im Stromrichtergefäß im Augenblick der nächsten Gitterfreigabe das Potential der Hauptanode des Gefäßes einwirkt. Beträgt z. B. die Anodenspannung des Gefäßes 2000 Volt, so wird demzufolge das Plasma im Augenblick der nächsten Gitterfreigabe auf einen dem Zündwinkel entsprechenden hohen Wert der Anodenspannung angehoben. Hieraus können sich für den Betrieb des Gefäßes z. B. folgende Störungen ergeben:

Da im Augenblick der Gitterfreigabe die Erregeranoden gegenüber dem in der angegebenen Weise angehobenen Plasma negativ sind, unterliegen sie entsprechend der nach dem Erlöschen noch vorhandenen Trägerdichte einem Ionenbombardement, was zu Erregeranoden-Rückzündungen führen kann. Da mit dem Plasma auch der mit diesem in Berührung stehende Kessel des Stromrichters ebenfalls auf das Potential der Hauptanode angehoben wird, kann dabei die Prüfspannung überschritten werden, für welche das Gefäß zwischen dem Quecksilber der isoliert eingebauten Kathode und dem Kessel bemessen ist, so daß also Zerstörungen der Isolation herbeigeführt werden können. Bei der erwähnten Schutzeinrichtung werden diese nachteiligen Erscheinungen nach der Erfindung dadurch beseitigt, daß beim Erlöschen der Erregung in Abhängigkeit von der Änderung der Erregeranoden-Kathoden-Spannung vor dem nächsten positiven Gittersteuerimpuls durch ein oder mehrere Gitter die Hauptanode des Gefäßes und der zwischen diesem Gitter und der Anode liegende Raum von dem übrigen Entladungsraum des Gefäßes potentialmäßig getrennt werden. Infolge der Wirkungsweise der Schutzeinrichtung wird eine Mindestanzahl von positiven Gittersteuerimpulsen, die auf das Erlöschen der Erregung folgen, unwirksam gemacht. Das kann z. B. erfolgen, indem die positiven Gittersteuerimpulse abgeschnitten werden und an das Steuergitter nur eine negative Sperrspannung gelegt wird. Bei dieser Sperrung des Steuergitters kann das Plasma nicht mehr auf das positive Potential der Hauptanode angehoben werden, so daß die oben beschriebenen Störungen unterbunden sind. Es kann jedoch auch ein besonderes Gitter im Gefäß vorgesehen sein, welches durch eine entsprechend negative Beaufschlagung bei Erlöschen der Erregung die angegebene potentialmäßige Trennung im Entladungsraum herbeiführt.

Einrichtung

zum Schutz von gittergesteuerten

Metalldampf- bzw. Gasentladungsgefäßen

mit Dauererregung

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing, Heinz Müller, Berlin-Zehlendorf,
ist als Erfinder genannt worden

Es ist an sich eine Schaltungsanordnung zur Inbetriebnahme von gittergesteuerten Quecksilber-Dampfgleichrrichtern mit Wechselstromzündung und Dauererregung bekannt, bei der der Erregerstrom ein Relais durchfließt, das bei Fortfall des Erregerstromes über einen Ruhekontakt die Gitter des Gefäßes sperrt. Diese Sperrung hat bei der bekannten Anordnung den Zweck, eine ordnungsgemäße Wiederzündung der Erregerentladung zu ermöglichen; daß die Sperrung auch eine Schutzwirkung hat, ist bisher nicht erkannt worden. Der Schutz, der durch die bekannte Gittersperrung in Abhängigkeit vom Fortfall des Erregerstromes bewirkt wird, ist außerdem unvollkommen. Im allgemeinen besteht nämlich beim Erlöschen der Erregung im Gefäß noch eine erhebliche Trägerdichte, die nur langsam abklingt. Während der Abklingzeit fließt über das erwähnte Relais weiterhin ein Strom, so daß dieses Relais nicht sofort abfällt, also auch keine sofortige Sperrung der Gitter eintritt. Diese Verzögerung ist für das ordnungsgemäße Wiederzünden bei der bekannten Anordnung belanglos, da beim Zünden ohnehin Teile mit erheblicher Trägheit mechanisch bewegt werden müssen. Für die Schutzwirkung der Gittersperrung, wie sie bei der vorliegenden Erfindung angestrebt wird, ist sie jedoch von erheblichem Nachteil, da bis zum Ansprechen des Relais die obengenannten Schaden am Gefäß bereits eingetreten sein können.

Handelt es sich im Rahmen der Erfindung um den Betrieb eines Stromrichters als Gleichrichter, so genügt es» wenn die Sperrung des Steuergitters bzw. bei einem Mehranodengefäß der Steuergitter an dem-

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jenigen Gefäß vorgenommen wird, an dem die Erregung erloschen ist. Handelt es sich dagegen um einen Stromrichter mit Wechselrichterbetrieb, so müssen alle Gefäße des Wechselrichtersatzes gesperrt werden, da bereits ein Ausfall eines Gefäßes den Wechselrichter kippen läßt. Die Sperrung der Gitter kann durch ein Relais herbeigeführt werden, das abhängig von der Erregerspannung gesteuert ist. Das Relais kann ein mechanisches oder ein elektrisches sein, vorzugsweise ein steuerbares Gasentladungsgefäß. Als mechanische Relais sind vorzugsweise empfindliche Relais nach Art der Telegraphenrelais geeignet, die im allgemeinen als polarisierte Relais ausgeführt sind.

Man kann die Anordnung so treffen, daß eine erneute Beaufschlagung des für die Sperrung benutzten Steuergitters mit Steuerimpulsen erst möglich ist, wenn über ein von Hand betätigtes Relais ein entsprechender Befehl gegeben wird. Man kann aber auch beim Erlöschen der Erregerspannung ein Zeitrelais in Gang setzen, das unmittelbar die Sperrung des Gitters des Gefäßes herbeiführt und gleichzeitig entsprechend einem eingestellten Zeitwert derart abläuft, daß es nach einer diesem Zeitwert entsprechenden Periodenzahl selbsttätig die Sperrung der Gittersteuerimpulse wieder aufhebt.

Es gibt nun Stromrichteranordnungen, bei denen in Verbindung mit der Zündeinrichtung des Gefäßes entsprechende Zeitrelais bereits vorhanden sind. Diese Zeitrelais haben die Aufgabe, nach dem Erlöschen einer Erregung rein zeitabhängig das Gefäß zu zünden, also z. B. eine Spritzzündeinrichtung zu betätigen. Eine solche Anordnung kann unmittelbar für die Zwecke der vorliegenden Erfindung mit ausgenutzt werden. Erlischt die Erregung, so springt die Spannung zwischen Erregeranode und Kathode von dem Brennspannungswert auf den Leerlaufspannungswert der Speisestromquelle der Erregung. Diese Spannungserhöhung bewirkt erfindungsgemäß die Sperrung der Gittersteuerimpulse des Gefäßes. Diese Sperrung bleibt so lange wirksam, wie die Erregung erloschen ist bzw. die Leerlauf spannung zwischen Erregeranode und Kathode besteht. Wird die Zündeinrichtung entsprechend dem in ihr vorgesehenen Zeitwerk in Wirkung gesetzt, so daß der Erregerlichtbogen wieder gezündet wird, so bricht die Spannung zwischen Erregeranode und Kathode auf die Brennspannung zusammen, und die Sperrung des Gitters des Gefäßes wird auf diese Weise ebenfalls aufgehoben.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Mit 1 ist das Entladungsgefäß mit der Anode la, dem Steuergitter 1 b, den Erregeranoden 1 c und der Kathode 1 d bezeichnet. Die Erregeranoden werden durch eine Gleichstromquelle 2 über eine gemeinsame Zuleitung 4 und Schutzwiderstände 3 gespeist. An das Steuergitter 1 b werden von dem Steuersatz 7 über die Schutz widerstände 8 und 9 Steuerimpulse gegeben. Mit 10 ist die negative Sperrspannungsquelle für das Steuergitter 1 b bezeichnet.

Das Gefäß 1 enthält ferner eine Zündanode 1 e, die über ein Zündrelais 12 gespeist wird, welches nach einem gewissen Zeitwert nach Erlöschen des Erregerstromes selbsttätig die Speisung der Zündanode 12 und der gegebenenfalls dieser zugeordneten Spritzeinrichtung einschaltet. Die Betätigung der Zündeinrichtung mittels einer Spritzeinrichtung ist durch die eingetragene Spule 13 angedeutet.

An die Erregeranoden-Kathoden-Strecke des Gefäßes — im Ausführungsbeispiel an die Strecke zwischen der linken Erregeranode Ic und der Kathode Id — ist ein empfindliches Relais 6 angeschlossen, das die Sperrung des Gitters Ib steuert. Erlischt die Erregung bzw. der Kathodenfleck, so springt die Spannung an der Erregeranoden-Kathoden-Strecke von dem Brennspannungswert auf angenähert den Leerlaufspannungswert der Erregung. Hierdurch spricht das Relais 6 an und schließt mittels seines Schaltorgans den Steuersatz 7 kurz, so daß die positiven Steuerimpulse gesperrt sind und das Steuergitter 1 b negativ beaufschlagt ist. Entsprechend dem an einem Zeitwerk des Zündrelais 12 eingestellten Zeitwert wird der Erregerlichtbogen wieder gezündet. Der Spannungswert an der Erregeranoden-Kathoden-Strecke sinkt dann von der Leerlaufspannung auf die Brennspannung ab. Hierdurch wird die Einrichtung 6 unwirksam, und das Gitter 1 b des Stromrichters des Gefäßes 1 wird wieder mit positiven Gittersteuerimpulsen beaufschlagt.

Bisher ist für die Wiederfreigabe der potentialmäßigen Trennung der Entladungsraumteile nur angegeben worden, daß sie in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Zeit erfolgen kann, die an einem Zeitwerk eingestellt ist. Die Erfindung läßt sich jedoch noch dahin gehend weiter ausgestalten, daß ein Betriebszustand des Gefäßes für die Bestimmung des Zeitpunktes ausgenutzt wird, nach dem die Trennung wieder aufgehoben wird. Hierzu kann beispielsweise die Spannung ausgenutzt werden, die beim Vorhandensein eines Plasmas im Gefäß zwischen der Kathode und dem Gefäßkörper oder einem anderen, gegen die Kathode isolierten, vom Plasma umgebenen Bauteil des Gefäßes besteht. Die Einrichtung kann derart getroffen werden, daß eine Relaiseinrichtung abhängig von der zwischen Gehäuse und Kathode auftretenden Spannung derart gesteuert wird, daß sie betätigt wird, solange diese Spannung einen bestimmten Wert überschreitet, und daß sie außer Wirkung gesetzt wird, sobald die genannte Spannung auf einen bestimmten unteren Wert abgesunken ist als Zeichen dafür, daß das Plasma abgeklungen ist. Das läßt sich z. B. mittels eines Relais verwirklichen, welches mit zwei Wicklungen, einer Arbeitswicklung und einer Haltewicklung, ausgestattet ist. Die Arbeitswicklung wird in Abhängigkeit von dem Erlöschen der Erregung des Gefäßes gespeist, die Haltewicklung wird in Abhängigkeit von der Spannung, die zwischen dem Gefäß und der Kathode besteht, gespeist. Die Haltewicklung allein ist nicht in der Lage, das Relais zum Ansprechen zu bringen. Erlischt die Erregung, so wird das Relais durch seine Arbeitswicklung zum Ansprechen gebracht, wodurch gleichzeitig die potentialmäßige Trennung der Räume des Stromrichters herbeigeführt wird. Die Haltewicklung, die in Abhängigkeit von der Spannung zwischen Gefäß und Kathode gespeist wird, hält nunmehr das Relais so lange in angezogenem Zustand, bis die an ihr liegende Spannung infolge des Abklingens des Plasmas auf einen Wert abgesunken ist, bei dem das Relais wieder abfällt. Durch entsprechende Bemessung oder Einstellung des Relais kann dieser Wert derart festgelegt werden, daß das Plasma beim Abfallen des Relais auf eine Ladungsträgerdichte abgeklungen ist, die nicht mehr zu nachteiligen Betriebserscheinungen des Gefäßes Anlaß geben kann.

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Schutz von gittergesteuerten Metalldampf- bzw. Gasentladungsgefäßen mit Dauererregung, dadurch, gekennzeichnet, daß beim Erlöschen der Erregung in Abhängigkeit von der

Änderung der Erregeranoden-Kathoden-Spannung vor dem nächsten positiven Gittersteuerimpuls durch ein oder mehrere Gitter die Hauptanode des Gefäßes und der zwischen diesem Gitter und der Anode liegende Raum von dem übrigen Entladungsraum des Gefäßes potentialmäßig getrennt werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 für Wechselrichterbetrieb, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Erlöschen der Erregung eines Gefäßes die potentialmäßige Trennung in allen Gefäßen des Wechselrichtersatzes herbeigeführt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 für als Gleichrichter betriebene Stromrichter, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines Erlöschens der Erregung nur die potentialmäßige Trennung jeweils in dem Gefäß stattfindet, in welchem die Erregung erloschen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Änderung der Erregeranoden-Kathoden-Spannung ein elektronisches oder mechanisches Relais gesteuert wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die potentialmäßige Trennung in dem bzw. den Gefäßen erst wieder aufgehoben wird durch eine bzw. aufgehoben werden kann nach einer entsprechenden Quittungsleistung an der Einrichtung, welche diese Trennung gesteuert hat.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden bis Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur potentialmäßigen Trennung der Entladungsraumteile nur über eine vorbestimmte Zeit bzw. einstellbare Anzahl von Perioden des Wechselstromes wirksam ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die abhängig von der Änderung der ErregeranodenrKathoden-Spannung gesteuerte Einrichtung die potentialmäßige Trennung über ein Zeitwerk herbeiführt, welches nach einem unmittelbaren Ansprechen die Trennung erst nach einem Zeitwert entsprechend der gewünschten Periodenzahl wieder aufhebt bzw. aufheben läßt.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden bis einschließlich Anspruch 4 oder nach Anspruch 6 oder 7 für Stromrichter, deren Zündeinrichtung nach dem Erlöschen der Erregung des Entladungsgefäßes selbsttätig zeitabhängig wieder für die Zündung des Entladungsgefäßes wirksam wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitwerk dieser Zündeinrichtung zugleich als Zeitwerk für die potentialmäßige Trennung im Stromrichtergefäß benutzt wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitwert, nach welchem die potentialmäßige Trennung im Stromrichtergefäß wieder aufgehoben wird, abhängig gemacht ist von dem Zustand des Plasmas zwischen dem Kessel und der Kathode und damit der Spannung, welche zwischen der Kathode und einem gegen diese isolierten, vom Plasma bespülten Bauteil des Gefäßes besteht.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Steuerung der potentialmäßigen Trennung ein Relais benutzt wird, welches sowohl abhängig von der Änderung der Erregeranoden-Kathoden-Spannung als auch von der durch das Plasma bestimmten Spannung gesteuert wird.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Relais mit zwei Wicklungen benutzt wird, von denen die eine als Arbeitswicklung für das Ansprechen des Relais abhängig von der Änderung der Erregeranoden-Kathoden-Spannung und die andere als Haltewicklung abhängig von der durch das Plasma bestimmten Spannung gespeist wird.

12. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die potentialmäßige Trennung im Entladungsraum durch Sperrung des Steuergitters des Gefäßes erfolgt.

13. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden bis einschließlich Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein besonderes Gitter abhängig von der Änderung der Erregeranoden-Kathoden-Spannung für die potentialmäßige Trennung im Entladungsraum negativ beaufschlagt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 638 337, 659 812, 388.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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