DE642430C

DE642430C - Einrichtung zur Steuerung von Gas- oder Dampfentladungsstrecken

Info

Publication number: DE642430C
Application number: DES111351D
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Priority date: 1932-10-19
Filing date: 1933-10-17
Publication date: 1937-03-04
Also published as: US2033016A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Steuerung oder Regelung des Stromdurchganges bzw. der mittleren Ausgangsspannung von Anordnungen mit Gas- oder Dampfentladungsstrecken in Abhängigkeit von dem elektrischen Zustand strahlungsempfindlicher elektrischer Zellen,, insbesondere lichtempfindlicher sogenannter Photozellen. Die Erfindung kann jedoch auch zur Steuerung

ίο der Entladungsstrecken in Abhängigkeit von anderen veränderlichen Widerständen, beispielsweise temperaturabhängigen Widerständen, verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, erne Photozellensteuerung zu schaffen, bei der die Photozelle lohne besondere Verstärkereinrichtungen direkt in den Gitterkreis der zu 'Steuernden Gas-' oder Dampfentladungsstrecken geschaltet ist und bei der trotzdem eine sichere Beeinflussung der Entladung möglich ist.

Das Prinzip der Gittersteuerschaltung, mit Hilfe denen die Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst wird, besteht im wesentlichen darin, daß die Photozelle oder ein anderer veränderlicher Widerstand auf Größe und Richtung einer Komponente der Gitterspannung einwirkt, welche gegenüber der.Anqdenspannung ium einen Winkel von etwa 90 elekirischen Grad verschoben ist. Die Gitterspannung wird zu dem Zweck aus einer konstan-Erfindung daran

ten Spannung und einer mit der Spannung der Zelle veränderlichen Spannung gebildet. Der Vektor der mit der Spannung der Zelle veränderlichen Spannung steht bei allen Aussteuerüngsgraden auf dem Vektor der Anodenspannung zumindest annähernd senkrecht.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung im Schaltungsschema dargestellt, um die Wirkungsweise der Steuerungseinrichtung nach der
erläutern zu können.

In Fig. ι wirft der Stromverbraucher 1 über ein gittergesteuertes gas- oder dampfgefülltes Entladungsgefäß 5, beispielsweise einen Quecksilberdampfgleichrichter oder ein dampfgefülltes Glühkathodenrohr, aus einem Transformator gespeist, dessen Sekundärwicklung über die Leitung 2 an den Stromverbraucher 1 und über die Leitung 3 an den Nullpunkt 4 einer Heizwicklung für die Glühkathode angeschlossen ist. Eine besondere Sekundärwicklung 10 des gleichen Transformators liefert die auf der Anodenspannung des Entladungsgefäßes S senkrecht stehende Spannungskomponente der Gitterspannung. An die Wicklung 10 sind zu dem Zweck ein Kondensator 13 und ein Widerstand 12 angeschlossen, und zwischen dem Verbmdungspunkt 11 und 'einer Mittelanzapfung der Wicklung 10 liegt ein Potentiometerwiderstand 8. Das Ende des Widerstandes 8 bzw. der Verbindungspunkt 11

sind über die Photozelle 16 und einen Vorwiderstand 15 an das Steuergitter des Entladungsgefäßes s angeschlossen. Weiterhin ist ein Widerstand 14 vorgesehen, welcher einerseits an eine Mittelanzapfung des Widerstandes 8 und andererseits an die Verbindung zwischen dem Widerstand 15 und der Photozelle 16 angeschlossen ist. Der Widerstand 8 ist noch über einen Schiebekontakt 7 mit dem Endpunkt 6 der Hauptsekundärwicklung des Transformators verbunden. Dieser Anschluß hat den Zweck, in den Gitterkreis eine mit der Anodenspannung in Gegenphase liegende Zusatzspannung zu schalten. Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung entspricht in ihnen wesentlichen Bestandteilen der Schaltung nach Fig. 1. Für die gleichen Bestandteile sind dementsprechend auch die gleichen Bezugszeichen leingesetzt. Der Unterschied zwischen den beiden Schaltungen besteht darin, daß bei der Schaltung nach Fig. 1 die Kathode der Photozelle 16 mit dem Widerstand ι S verbunden ist, während bei der Schaltung nach Fig. 3 die Kathode der Photozelle 16 an das Ende des Widerstandes 8 angeschlossen ist. Ferner sind bei der Schaltung nach Fig. 3 die beiden an die Wicklung 10 angeschlossenen Widerstände, nämlich der Kondensator 13 und der Ohmsche Widerstandi2, so mit dem Widerstands verbunden, daß die Spannung zwischen dem oberen Ende des Widerstandes 8 xtnd dessen unterem Ende gegenüber derjenigen der Schaltung nach Fig. 1 die entgegengesetzt gerichtete • 35 Phasenlage hat.

Die beiden Schaltungen nach Fig. 1 und 3 werden gewählt, je nachdem es sich darum handelt, das Entladungsgefäß 5 bei belichteter Photozelle leitend zu machen oder seinen Stromdurchgang zu sperren.

In den Fig. 2 und 4 sind Vektordiagramme für die Spannungen der Schaltungen nach Fig. ι und 3 dargestellt, wobei sich das Diagramm der Fig. 2 auf die Schaltung nach Fig. ι und das Diagramm der Fig. 4 auf die Schaltung nach Fig. 3 bezieht. Der Vektor PS stellt die von der Sekundärwicklung 10 des Transformators gelieferte Wechselspannung dar. Die beiden Vektoren PT und ST sind. die Spannungen an dem Widerstand 12 und dem Kondensator 13, welche bekanntlich miteinander einen Winkel von 90⁰ bilden. Der Vektor MT ist die Wechselspannung zwischen dem Verbindungspunkt 11 zwischen Kondensator und Widerstand einerseits 'und der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 10 andererseits. Diese Spannung entspricht, wie sich aus dem Schaltungsschema ergibt, der an dem Potentiometerwiderstand 8 liegenden Spannung. Die beiden Vektordiagramme der Fig. 2 und 4 sind so gezeichnet, daß die entgegengesetzte Phasenrichtung des Vektors MT in den beiden Figuren erkennbar ist.

Der Vektor OA stellt die Ano'denspannung ¹ des Entladungsgefäßes 5 dar und ist gegen-' über dem Vektor MT um einen Winkel von ,praktisch 90⁰ verschoben. Diese Phasenverschiebung richtet sich in ihrem genauen Wert nach den Induktivitäten und Widerständen im Anoden- und Gitterkreis. Der Vektor OL ist die Wechselspannung, welche zwischen den Punkten 3 lund 6 an der Hauptwicklung des Transformators abgegriffen und über den Schiebekontakt 7 an den Potentiometerwiderstand 8 angeschlossen ist. Dieser Vektor ist gegenüber dem Vektor der Anodenspannung tun fast i8o° verschoben. Würde der Schiebekontakt 7 in der Mitte des Widerstandes 8 stehen, so würde der Endpunkt des Vektors OL mit dem Mittelpunkt des Vektors MT zusammenfallen. Die in dem Schaltungsschema angegebene Abweichung der Stellung des Schiebekontaktes 7 hat den Zweck, die dem Steuergitter des Entladungsgefäßes 5 zugeführte Spannung genau um i8o° elekirische Grad gegenüber der Anodenspannung OA zu verschieben und dadurch zu erreichen, daß das Entladungsgefäß mit Sicherr heit gesperrt ist. Die Spannung zwischen dem Mittelpunkt des Widerstandes 8 und der 9" Stellung des Schiebekontaktes 7 ist in den Diagrammen durch den Vektor LO₁ gegeben, wobei der Endpunkt G₁ in beiden Diagrammen in der Mitte des Vektors TM liegt.

Solange die Pbotozellen 16 in den Schaltungen nach Fig. 1 lund Fig. 3 nicht belichtet sind, ist der Vektor OG₁ maßgebend für die Spannung am Gitter des Entladungsgefäßes. Das bedeutet, daß bei der Schaltung nach Fig. ι bei nicht belichteter Photozelle das Entladungsgefäß gesperrt ist, weil Gitterspannung und Anodenspannung in Gegenphase liegen, während bei der Schaltung nach Fig. 3 bei nicht belichteter Photozelle das Entladungsgefäß strombereit ist, weil der Vek- ^l°5 tor OG₁ mit dem Vektor der Anodenspannung einen Winkel bildet, welcher kleiner ist als i8o°. Der Unterschied zwischen den beiden Schaltungen ist dadurch bedingt, daß, wie oben bereits erwähnt, die Vektoren MT verschiedene im Phasenlagen haben, so daß der Vektor LG₁, welcher in beiden Diagrammen gegenüber der Anodenspannung OA die gleiche Phasenlage hat, mit Bezug auf die Gitterspannung die entgegengesetzte Wirkung ausübt. Aus den beiden Diagrammen (Fig. 2 und 4) wird deutlich, daß der gegenüber der Mittelanzapfung des Widerstandes 8 verschobene Kontakt 7 für den Anschluß der Transformatorwicklung notwendig ist, um dafür zu sorgen, daß bei ge- ^lz<> sperrtem Entladungsgefäß der Gitterspannungsvektor mit Sicherheit um i8o° gegen-

über der Anodenspannung verschoben ist. Die Anordnung nach, der Erfindung hat dabei den Vorteil, daß man von der Bemessung der verschiedenen zu den Anoden- und Gitterkreisen gehörenden Apparateteile unabhängig ist.

Nimmt man an, daß in der Schaltung nach Fig. ι die Photozelle i6 leitend wird, so ändert sich die Gitterspannung, weil der Widerstand 8 jetzt nicht nur über den Widerstand 14, sondern auch noch über die Photozelle 16 mit dem Steuergitter des Entladungsgefäßes verbunden ist. Da die Photoaelle 16 an dem Endpunkt des Widerstandes 8 liegt, der in dem Vektordiagramm dem Punkt T entspricht, verschiebt sich der Endpunkt des Vektors OG₁ nach dem Punkt G. Das Entladungsgefäß wird gezündet, weil der Vektor OG mit der 'Anodenspannung einen Winkel bildet, der kleiner ist als i8o°. Bei der Schaltung nach Fig. 3 verschiebt sich der Endpunkt des Vektors OG₁ ebenfalls, sobald die an das Ende des Widerstandes 8 angeschlossene Photozelle ihren BelichtungszUstand ändert. Der Unterschied besteht nur darin, daß in diesem Falle bei belichteter PhotozeUe der Vektor OG in Gegenphase zu dem Vektor OA der Anodenspannung liegt, und daß daher das Entladungsgefäß 5 bei der Schaltung nach Fig. 5 erlischt, sobald die Photozelle beuchtet wird,

In dem Schaltungsschema der Fig. 1 ist noch durch strichpunktiert eingezeichnete Leitungen. 18 lünd 19 angedeutet, daß zu der Photozelle 16 ein Hilfsschalter oder ein Hilfskontakt parallel geschaltet sein kann, um die Photozelle zu überbrücken ^!und dadurch das Entladungsgefäß 5 zum Zünden zu bringen.

Bei der Schaltung nach Fig. 3 sind ebenfalls Hilfsleitungen 18 und 19 eingeschaltet. Jedoch muß in diesem Falle eine etwas andere Schaltung gewählt werden, um durch Verbindung der Leitungen 18 lund 19 das vorher gezündete Entladungsgefäß 5 zum Verlöschen zu bringen. Die Leitung 19 ist zu diesem Zweck über leinen Kondensator 20 mit dem Schiebekontakt 7 bzw. dem Endpunkt 6 der Hauptsekundärwicklung des Transformators und über einen veränderbaren Widerstand 21 mit dem Anschlußpunkt 3 dieser Transf ormatorwicklung verbunden. In dem Diagramm der Fig. 4 ist das Vektordiagramm für die Gitterspannungen punktiert eingezeichnet, für den Fall, daß die beiden Leitungen 18 lund 19 miteinander verbunden sind. Der Vektor OT' stellt in diesem Falle die Gitterspannung des Entladungsgefäßes dar.

In Abänderung der Schaltungen nach Fig. 1 und 3 kann die Hilfsleitung 19 auch über einen Schiebekontakt an einen Widerstand angeschlossen sein, welcher zu dem Widerstand 8 im Gitterkreis parallel geschaltet ist, oder es kann für die Leitung 19 auf dem Widerstand 8 selbst ein besonderer Schiebekontakt angeordnet sein, welcher in seiner Stellung gegenüber dem Schiebekontakt 7 veränderbar ist.

An Hand der Schaltungen nach Fig. 1 'und 3 und der· entsprechenden Vektordiagramme nach Fig. 2 und 4 ist gezeigt worden, wie die von der Photozelle oder einem anderen veränderlichen Widerstand gelieferte Steuerspannung auf eine Spannungskomponente der Gitterspannung übertragen werden kann, welche gegenüber der Anodenspannung um etwa 90° in der Phase verschoben ist. Der Vorteil dieser Anordnung wird am deutlichsten, wenn man die Folgerungen' 'untersucht, die sich ergeben, wenn die Spannung an der Photozelle mit der Aniodenspannung in Phase ist. Der Strom, welcher durch eine' Photozelle fließt, ist annähernd proportional der an der Photozelle liegenden Spannung, solange die Spannung klein ist, d.h. bei Wechselspannungen zu Beginn der positiven Halbwelle. Bei weiterem Anwachsen der Spannung nimmt der Strom einen annähernd konstanten Wert an und behält diesen Wert bei bis zu einem vorbestimmten Wert vor dem Ende der positiven Wechselspannungshalbwelle. Beim Kleinerwerden der Spannung am Ende der Halbwelle ist der Strom wieder annähernd proportional der Spannung.

Zu Beginn der positiven Halbwelle der Spannung ist der Strom der Photozelle daher klein und außerdem von schwankendem Wert. Der Einfluß dieses Stromes auf den Widerstand 14, welcher zur Photozelle parallel liegt, ist daher klein und unsicher. Im selben Augenblick ist aber auch die Spanmrng, welche von der Transformatorwicklung 3, 6 geliefert wird, klein, und da diese Spannung nicht genau um i8o° gegenüber der Anodenspannung verschoben ist, ist ihr Wert unsicher. Es folgt daraus, daß Zufallsumstände leicht eine Änderung in dem Stromdurchgang des Entladungsgefäßes verursachen können, weil das Gitterpotential zu Beginn der Halbwelle aus der Summe von zwei Spannungen gebildet ist, welche beide klein und unsicher sind. Sehr kleine Änderungen in der Phase dieser Spannung können .leine starke Änderung in der Belastung des Entladungsgefäßes hervorrufen.

Eine ähnliche Unsicherheit besteht am Ende der positiven Halbwelle, und wenn das Entladungsgefäß dadurch nicht, wie vorgesehen, am Ende, sondern schon am Anfang der positiven Halbwelle gezündet wird, so ist der wirkliche Belastungszustand des Entladungsgefäßes von dem gewünschten Zu-

stand völlig abweichend. Der Umstand, daß die Photozelle nur in einer Richtung leitend ist und daß ferner eine Phasenverschiebung von 90⁰ zwischen der Photozellenspannung und der Anodenspannung des Entladungsgefäßes 5 besteht, führt mit Sicherheit zur Entladungseinleitung erst nahe dem Ende der positiven Halbwelle der Anodenspannung. Wenn die Photozelle 16 keinen Stnom führt, entsteht kein Spannungsabfall im Widerstand 14. Würde man in der Schaltung nach Fig. 3 die Photozelle 16 durch einen lichtempfindlichen Selenwiderstand ersetzen, so könnte ein Strom durch den Widerstand 14 fließen und eine positive Spannungskomponente zu der vorhandenen Gitterspannung hinzufügen. Der Strom im Widerstand 14 würde diese Richtung haben, weil die Gitterspannung OG₁ negativ ist. Die Zusatzspannung würde das resultierende Gitterpotential positiv machen oder zumindest verhindern, daß es ausreichend negativ ist, um das Entladungsgefäß zu sperren. Mit einer Einrichtung, die einen Strom durch den Widerstand von rechts nach links unterbindet, kanu dies verhindert werden.

Wenn die Spannung an der Photozelle gegenüber der Anodenspannung ium 90⁰ verschoben ist, erhält man einen sicheren Wert des Stromes der Photozelle und entsprechend auch des Spannungsabfalles am Widerstand 14 zu Beginn der positiven Halbwelle der Anode,nspannung. Die Steuerung durch die Resultierende aus der Spannung zwischen den Punkten 3 und 6 der Hauptsekundärwicklung des Transformators und der Spannung, welche von der Sekundärwicklung 10 geliefert wird, bestimmt daher mit Sicherheit den Belastungszustand des Entladungsgefäßes 5.

Es sei noch erwähnt, daß bereits Einrichtungen bekanntgeworden sind, bei denen Gas- oder Dampfentladungsstrecben in Abhängigkeit von der Spannung einer lichtelektrischen Zelle durch Änderung der Phasenlage einer Gitterwechselspannung gegenüber der Anodenspannung gesteuert werden. Diesen bekannten Einrichtungen fehlt jedoch das für die Erfindung wesentliche Merkmal, daß die Photozelle auf Größe und Richtung einer Komponente der Gitterspannung einwirkt, welche gegenüber der Anodenspannung um einen Winkel von etwa 90 elektrischen Grad verschoben ist. Die vorstehend ausführlich erläuterten Wirkungen lassen sich daher mit diesen bekannten Anordnungen nicht erzielen.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Steuerung von Gasoder Dampfentladungsstrecken in Abhängigkeit von der Spannung einer lichtelekirischen Zelle durch Änderung der Phasenlage einer Gitterwechselspannung gegenüber der Anodenspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterspannung aus einer konstanten Spannung und einer mit der Spannung der Zelle veränderlichen Spannung gebildet wird, und daß der Vektor der mit der Spannung der Zelle veränderlichen Spannung bei allen Aussteuerungsgraden auf dem Vektor der Anodenspannung zumindest annähernd senkrecht steht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergitter des Entladungsgefäßes einerseits über die lichtelektrische Zelle (16) und anderseits über einen Festwiderstand (14) an einen Potentiometerwiderstand (8) angeschlossen ist, der an einer gegenüber der Anodenspannung um etwa 90⁰ verschobenen Spannung liegt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, insbesondere für Photozellen mit Ventilwirkung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Potentiometerwiderstand (8), der an einer der Anodenspannung gegenüber um etwa 90⁰ verschobenen Spannung liegt, mit einer Mittelanzapfung über einen Festwiderstand (14) und mit seinem einen Endpunkt über die lichtelektrische Zelle (16), gegebenenfalls unter Vorschaltung eines weiteren Festwiderstandes (15), an das Steuergitter der zu steuernden Entladungsstrecke (5) angeschlossen ist, und daß ferner der Potentiometerwiderstand (8) über einen Schiebekontakt (7) an einen Punkt der Schaltung angeschlossen ist, der gegenüber der Kathode ein zur Anodenspannung in Phase oder Gegenphase befindliches Potential führt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen