DE587112C - Anordnung zur Erzeugung periodischer Gleichstromstoesse durch Gasentladungsgefaesse mit Steuerelektroden - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 30. OKTOBER 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d2 GRUPPE 12

Allgemeine Elektncitäts-Gesellschaft in Berlin*)

mit Steuerelektroden

Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. Januar 1930 ab

Es ist bekannt, periodische Gleichstromstöße mit Gas entladungsgefäß en zu erzeugen. Eine der hierbei benutzten Schaltungen ist als Blinkschaltung bekannt. Die hierbei entstehenden Schwingungen bezeichnet man als Kippschwingungen. Zur Vergrößerung der Energie des einzelnen·Schwingungsstoßes ist bereits vorgeschlagen, die Spannung, bei der die Entladung einsetzt, dadurch heraufzusetzen, daß man eine Hilf selektrode mit geeigneter Potentialdifferenz gegen die anderen Elektroden einführt. Außer dem Vorteil höherer Zündspannung läßt sich hierdurch erreichen, daß die Entladung den Charakter eines Lichtbogens annimmt. Dadurch wird sowohl die Energie 'des einzelnen Entladungsstoßes erheblich gesteigert wie auch die Zahl der Stöße pro Zeiteinheit erhöht.

Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung periodischer Gleichstromstöße geben die Anordnungen zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom. Hierbei wird eine der Phasenzahl des zu erzeugenden Wechselstromes entsprechende Anzahl von Entladungsgefäßen verwendet, die je eine Anode, ein Steuergitter und eine Glüh- oder Oxydkathode bzw. eine Quecksilberkathode mit einem durch Fremderregung aufrechterhaltenen Kathodenfleck enthalten. Sämtliche Entladungsgefäße können auch zu einem Gefäß mit gemeinsamer Kathode vereinigt werden. Die Arbeitsweise einer solchen Anordnung ■ ist derart, daß jeweils nur zwischen einer Anode und einer Kathode eine Lichtbogenentladung besteht, während die Entladung zu den übrigen Anoden durch negative Potentiale an den Steuergittern gesperrt ist. Auch das Potential desjenigen Steuergitters, das der Anode zugeordnet ist, die im Augenblick Strom führt, wird durch eine geeignete ^₀. Schaltungsanordnung dann negativ; wenn der Lichtbogen zu dieser Anode eingesetzt hat. Darauf wird das Steuergitter, das der im Zyklus folgenden Anode zugeordnet ist, kurzzeitig so hoch positiv aufgeladen, daß eine Entladung zu dieser Anode ermöglicht wird und die Entladung nunmehr auf diese Anode übergeht. Die. vorher bestehende Entladung zur vorhergehenden Anode wird dadurch gelöscht, daß zwischen beiden Anoden ein Kondensator liegt, der durch das Einsetzen · des Bogens zur zweiten Anode kurzzeitig die Spannung der ersten Anode herabsetzt und so eine Unterbrechung des Bogens zur ersten Anode herbeiführt. Eine erneute Zündung des Lichtbogens zu dieser Anode kann wegen des inzwischen negativ gewordenen Potentials des - zugehörigen Gitters nicht wieder ein-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Wolf gang Harries in Jena, Thür.

treten. In derartigen Anordnungen wurde bisher das wechselnde Potential für die Steuergitter durch eine von außen aufgedrückte Frequenz oder durch einen Schwingungskreis erzeugt, der innerhalb der Schaltung lag und durch die Entladung selbst angestoßen wurde.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine neue Schaltungsanordnung, durch die ίο periodische Gleichstromstöße unter Verwendung von Gasentladungsgefäßen mit Steuergittern erzeugt werden. Bei dieser Schaltungsanordnung wird zwar die Zündung des Bogens zu einer Anode in an sich bekannter Weise durch das Potential einer dieser Anode zugeordneten Hilfselektrode eingeleitet wie bei den Anordnungen zur Erzeugung energiereicher Kippschwingungen, jedoch ist der Widerstand, welcher der Anode vorgeschaltet ist, in der Anordnung gemäß der Erfindung so klein, daß der Lichtbogen stabil ist und nach der Zündung bestehen bleibt. Auch die Löschung der Entladung erfolgt in an sich bekannter Weise dadurch, daß eine Entladung zu einer zweiten Anode eingeleitet wird, wobei ein zwischen den beiden Anoden liegender Kondensator durch seine Umladung die Entladung zur ersten Anode unterbricht, wie dieses von den Anordnungen zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom her bekannt ist.

Eine Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich jedoch von den bekannten Anordnungen zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom prinzipiell dadurch, daß weder die Frequenz der erzeugten Gleichstromstöße der Anordnung von außen aufgedrückt wird noch innerhalb der Anordnung elektrische, aus Kapazität und Selbstinduktion bestehende, die Frequenz festlegende Schwingungskreise vorhanden sind. Prinzipiell ist außer den zwischen den einzelnen Anoden liegenden Kondensatoren weder eine Selbstinduktion noch eine weitere Kapazität erforderlich. Die Frequenz und Dauer der Gleichstromstöße wird vielmehr ausschließlich bestimmt und geregelt durch die Größe der zwischen den Anoden liegenden Kapazität in Verbindung mit Widerständen, die in den Entladungskreisen liegen, sowie durch die Größe der Potentiale an den Steuergittern. Durch Änderung dieser Schaltungselemente (Kapazität, Widerstand, Gitterpotential) kann nicht nur die Frequenz, sondern auch die Dauer der Entladungen über die einzelnen Anoden beliebig verändert werden, so daß auch die über die einzelnen Anoden gehenden Gleichstromstöße unter sich von ganz verschiedener Dauer sein können.
Für die Erzeugung von Gleichstromstößen gemäß vorliegender Erfindung sind mindestens zwei Entladungsgefäße erforderlich bzw. ein Entladungsgefäß mit zwei Anoden und diesen zugeordneten Steuergittern. Doch lassen sich auch solche Anordnungen mit mehr als zwei Entladungsgefäß en angeben, bei denen jeweils nur in einem Entladungsgefäß eine Entladung besteht, die nach gewisser Zeit von einem Gefäß zum nächsten in zyklischer Folge übergeht. Derartige An-Ordnungen können mit Erfolg Anwendung finden bei Problemen der Schalt- und Regeltechnik, zur Schwingungserzeugung, zur Ein- und Ausschaltung von Stromkreisen und zur Frequenzerniedrigung.

Spezielle Ausführungsbeispiele für Anordnungen gemäß der Erfindung zeigen die Abb. ι bis 5.

In Abb. ι ist B eine Gleichspannungsquelle, die über die Widerstände R₁ und R₂ eine Spannungsdifferenz zwischen der Anode A₁ bzw. A₂ und einer Quecksilberkathode K eines Entladungsgefäßes erzeugt. Den Anoden A₁ und A₂ sind zwei Steuerelektroden G₁ und G₂ zugeordnet. Zur Zündung und Aufrechterhaltung der Bogenentladung sind weitere Elektroden vorgesehen, die jedoch in der Abbildung fortgelassen sind. Zwischen den Anoden A₁ und A₂ liegt der Kondensator C₁₂. In den Verbindumgsleitungen zu den Anoden sind zwei Schalter ^₁ und S₂ angebracht. Zwischen je einer Anode und der Kathode befindet sich ein Potentiometerwiderstand P₁ bzw. P₂, an dessen Abgriffen die Steuerelektroden G₁ und G₂ über Gleichspannungsquellen E₁ bzw. E₂ liegen. Der Abgriff am Potentiometer ist so gewählt, daß bei unterbrochener Entladung die Spannung einer Steuerelektrode oberhalb der Zündspannung liegt, bei brennender Entladung dagegen unterhalb dieser Spannung. Die Schalter S₁ und 6*2 dienen dazu, die Anoden nacheinander einzuschalten, um das Arbeiten der Anordnung einzuleiten. Sie können gegebenenfalls auch fehlen. Die Potentiometerwiderstände P₁ und P₂ werden zweckmäßig groß gegen die Vorwiderstände R₁ und R₂ gewählt. Es braucht weder R₁ gleich R₂ noch P₁ gleich P₂ zu sein. Auch die Abgriffe an den Potentiometerwiderständen und die Gleichspannungen E₁ und E₂ können verschieden sein.

Die Arbeitsweise der Anordnung ist folgende: Bei brennender Erregung setzt nach Schließen des Schalters JT₁ die Entladung zur Anode A₁ ein, da die Spannung des Steuergitters G₁ oberhalb der Zündspannung liegt. Der jetzt durch den Widerstand R₁ fließende Entladungsstrom erzeugt einerseits in diesem inen solchen Spannungsabfall, daß die Spannung an der Steuerelektrode G₁ unter die Zündspannung sinkt. Andererseits entsteht dadurch gleichzeitig eine Spannungsdifferenz

am Kondensator C₁₂, so daß sich dieser auf das herrschende Potential auflädt. Wird dann der Schalter ^₂ geschlossen, so setzt der Bogen zur Anode A₂ ein, da die Spannung der Steuerelektrode G₂ die Zündspannung überschreitet. Der nunmehr auch durch den Widerstand R₂ fließende Entladungsstrom ruft auch in diesem einen Spannungsabfall hervor, so daß auch das "Potential der Steuerelektrode

ίο G₂ unter die Zündspannung sinkt. Da aber zugleich der Kondensator C₁₂ sich über die Widerstände R₂ und R₁ entlädt, so fließt durch diese Widerstände außer dem Entladungsstrom des Gleichrichters ein zusätzlicher Strom, der im Widerstand R₁ den Spannungabfall -so vergrößert, daß die Entladung über die Anode A₁ erlischt. Darauf muß sich der Kondensator C₁₂ im entgegengesetzten Sinne wie zuvor aufladen. Mit zunehmender Aufladung sinkt der Strom im Widerstand R₁ herab, bis die Steuerspannung am Gitter G₁ und die Anodenspannung an der Anode A₁ so hoch gestiegen sind, daß wiederum die Entladung· zur ersten Anode A₁ einsetzt und diejenige zur Anode A₂ durch. Umladung des Kondensators C₁₂ gelöscht wird. Die Entladung nimmt also wechselweise ihren Weg über eine der beiden Anoden.

Die Abb. 2 zeigt ein nach gleichem Prinzip arbeitendes Schaltungsbeispiel, jedoch sind hier die Potentiale der Steuergitter um einen konstanten Betrag negativer als die dazugehörigen Anoden. Die Potentiometerwiderstände P₁ und P₂ fehlen, und zwischen Anode und Gitter liegen die Gleichspannungsquellen E₁ und E₂. Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Abb. 3. Hier unterscheidet sich das Potential der Steuergitter von dem Potential der Kathode, um einen konstanten positiven oder negativen Betrag, was durch die hier zwischen Kathode K und Steuergitter G₁ bzw. . G₂ geschalteten Gleichspannungen E₁ bzw. E₂ erreicht wird. Auch diese Anordnung arbeitet einwandfrei, insbesondere bei nicht zu kleinem Durchgriff der Anoden. Bei Schaltungen nach Abb. 3 erfolgt demnach das wechselweise Zünden und Löschen der Entladungen über die Anoden A₁ und A₂ nur .durch die Spannungsschwankungen an den Anoden infolge der Umladungsströme des Kondensators C₁₂, während die Steuerspannungen der Gitter G₁ und G₂ konstant bleiben.

Abb. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Enveiterung der Anordnung gemäß Abb. ι auf drei Stromkreise. Abb. 5 bringt eine Erweiterung der Anordnung gemäß Abb. 2 auf vier Stromkreise. Statt mehranodiger Gefäße mit gemeinsamer Ouecksilberkathode sind hier drei bzw. vier Gasentladungsgefäße mit Glühkathoden K₁, K₂, K₃. .., Steuergittern G₁, G₂, G₃... und Anoden A₁, A₂, A₃ . . . vorgesehen. Die Bezeichnungen sind entsprechend der Abb. 1 gewählt. In Abb. 4 sind jedoch neu hinzugekommen die Widerstände R₁₁, R₁₂; R₂₂, R₂₃ ; R₃₃, R₃₁. Diese Widerstände sind derart angeordnet, daß der Widerstand R_ik das positive Ende des Potentiometerwiderstandes P₁ mit der Anode A_k verbindet. Die Kondensatoren C_ik liegen zwischen den Anoden Ai und A^. Die Abgriffe an. den Potentiometerwiderständen P₁ sind gegebenenfalls über Gleichspannungen E₁ mit dem Anodengitter G₁- verbunden. Über die Größe der Widerstände läßt sich folgendes sagen: Die Widerstände R_k vor den Anoden A_k sind zweckmäßig klein gegen die Widerstände R_ik zwischen den Potentiometern P₁ und den Anoden A_k. Die Widerstände R_ik sind zweckmäßig unter sich gleich, aber klein gegen die Potentiometer widerstände P₁. In Abb. 5 sind am positiven Pol der Gleichspannung E_u deren negatives Ende am Steuergitter G₁- liegt, drei Widerstände Ri, i, Ri, » + ι. Ru j + 2 parallel geschaltet, deren anderes Ende mit den Anoden Ai, Ai₊₁, Ai₊₂ bzw. verbunden sind.

Die Arbeitsweise dieser Anordnungen ist prinzipiell analog derjenigen der Schaltungen nach Abb. 1 und 2. Jedesmal, wenn zu einer Anode A_k der Entladungsstrom einsetzt und an dem Widerstand R_k einen Spannungsabfall erzeugt, sinkt die Spannung am Gitter G_k unter die Zündspannung, und gleichzeitig lädt sich der Kondensator C/c,/C _{+ 1} auf. Durch das Zünden der Entladung zur nächsten Anode Ah₊₁ sinkt jetzt'die Steuerspannung des zugehörigen Gitters Gk₊₁ unter die Zündspannung, und derKondensatorC/c+j, /_c+₂ lädt sich auf. Zugleich wird durch Umladen des Kondensators Ck, fc+j der Bogen zur vorhergehenden Anode A_k gelöscht, worauf die Spannung des Gitters G_k und der Anode A_k mit zunehmender Aufladung des Kondensators allmählich wieder ansteigt. Während so das Zünden und Erlöschen der Entladung von einer zur nächsten Anode fortschreitet, muß jeweils in demjenigen Entladungsgefäß die Spannung an Steuergitter und Anode den höchsten Wert haben, in welchem die. längste Zeit seit Erlöschen des Bogens vergangen ist. Daher muß auch in diesem Gefäß die Entladung zuerst wieder einsetzen.

Die Anordnungen gemäß Abb. 4 und 5 lassen sich auf beliebig viele Stromzweige erweitern. Ist η die Anzahl der Anoden und der parallel liegenden 'Stromkreise, so ist das positive Ende des Potentiometerwiderstandes Pi bzw. das positive Ende der Gleichspannung Ei über η—ι Widerstände R_ik mit der Anode A₁ und den η—2 im Zyklus folgenden Anoden verbunden.

Bei den in diesen Beispielen dargestellten Schaltungen werden verschiedene Methoden angewandt, um das Potential der Steuergitter aus dem der Anoden und Kathoden abzuleiten. Innerhalb einer jeden Schaltung ist hier immer die gleiche Methode benutzt worden. Das braucht im allgemeinen nicht der Fall zu sein, vielmehr läßt sich ohne Schwierigkeit in einer Schaltung zur Herleitung des Potentials to bei der einen Steuerelektrode die eine, bei einer anderen eine andere der beschriebenen Methoden anwenden. Auch mag es bisweilen von Vorteil sein, zwischen Zündelektrode und Kathode eine Kapazität zu legen, wodurch die Zündelektrode langsamer auf den Wert der Zündspannung aufgeladen wird.

Als Entladungsgefäße lassen sich in Anordnungen gemäß der Erfindung sowohl solche mit Lichtbogen- als auch solche mit Glimmentladungscharakteristik verwenden. Die ersteren werden besonders dann mit Erfolg benutzt, wenn es sich um größere Leistungen handelt. Bei Verwendung von Entladungen der letzteren Art werden sich hingegen im allgemeinen besondere Stromkreise für Zündung und Erregung bzw. Heizung.erübrigen, wodurch die Schaltungen sehr einfach werden.

Für Zwecke der Schalt- und Regeltechnik kann man zur Ableitung der Gitterspannung aus Kathoden- und Anodenspannungen in vielen Fällen statt der Kombinationen aus konstanten Spannungen und Widerständen .in an sich bekannter Weise geeignete Vorrichtungen verwenden, welche einer variablen Spannung oder einem variablen Widerstand gleichzusetzen sind, z. B. Kombinationen von Spannungsquellen und Widerständen mit Vakuumoder Gasentladungsgefäßen, deren Eigenschäften in Abhängigkeit von der zu regelnden Größe geändert werden.'

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   i, Anordnung zur Erzeugung periodischer Gleichstromstöße, durch Gasentladungsgefäße mit Steuerelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei gittergesteuerte Entladungsbahnen mit lichtbogenförmiger Entladung vorgesehen sind, deren Entladungskreise magnetisch nicht verkettet sind und ausschließlich mit Hilfe' von Widerständen und Kapazitäten so geschaltet sind, daß sie wechselseitig bzw. zyklisch das Ein- bzw. Aussetzen ihrer Entladung steuern.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden über eine Gleichspannungsquelle, gegebenenfalls unter Verwendung von Widerständen, mit den zugehörigen Kathoden verbunden sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bein über Entladungsstrecken parallel liegenden Stromkreisen g_s die Zündelektrode einer oder mehrerer dieser Entladungsstrecken über Widerstände oder Gleichspannungen mit der Anode der zugehörigen Entladungsstrecke und mit den Anoden der η—2 auf diese im Zyklus folgenden Entladungsstrecken verbunden ist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den η—ι Anoden η—ι Widerstände liegen, welche mit den freien Enden in einem Punkte miteinander verbunden sind, und daß dieser Punkt über Widerstände oder Gleichspannungen oder Kombinationen aus solchen mit der betreffenden Zünd- g₀ anode verbunden ist.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die η—ι Widerstände gleich sind.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1,4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode außerdem noch mit der Kathode über Widerstände oder Gleichspannungen oder Kombinationen aus solchen verbunden ist. go
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zündelektrode einer oder mehrerer parallel liegenden Gasentladungsstrecken und der zugehörigen Kathode ein Kondensator gs liegt.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung der " Gitterspannung aus Kathoden- und Anodenspannung außer oder an Stelle von Widerständen und Gleichspannungsquellen Vakuum- oder Gasentladungsgefäße Verwendung finden.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Gleichstromstöße durch Verändern der Widerstände und Kapazitäten geändert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen