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Steuerung von Gas- oder Dampfentladungsstrecken, beispielsweise Quecksilberdampfgleichrichtern
Zur Steuerung von Gas- oder Dampfentladungsstrecken hat man vorgeschlagen, den Gittern
Steuerspannungen aufzudrücken, die Spannungsspitzen aufweisen. Der Verlauf dieser
Steuerspannungen ist derart, daß in demAugenblick derZündung dieSpannung von einem
genügend hohen negativen Wert rasch auf einen genügend hohen positiven Zündwert
ansteigt und hierauf wiederum plötzlich bis auf den hohen negativen Wert des Steuergitters
verringert wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Verwendung derartiger Steuerspannungen
sowohl für den Entladungsvorgang selbst als auch in der Steuerapparatur unter Umständen
sehr bedeutende Nachteile mit sich bringt. Das augenblicklich nach der Zündung wieder
auf den hohen negativen Wert gebrachte Steuergitter wirkt wie eine Sonde in der
Entladungsbahn und führt infolgedessen verhältnismäßig hohe Gitterströme. - Diese
Gitterströme erhitzen einerseits das Gitter und belasten andererseits den Steuerkreis.
Ferner besteht die Möglichkeit, daß das Steuergitter nach Erlöschen der Entladung
zwischen Anode und Kathode die in der Entladungsbahn vorhandene Restladung an sich
zieht und hierdurch eine selbständige Entladung zum negativen, als Kathode wirkenden
Gitter eintritt, so daß das Steuergitter seine Steuerfähigkeit einbüßt und die zugehörige
Anode in der folgenden Arbeitsperiode durch- oder fehlzündet.
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Zur Behebung dieses Übelstandes hat man nun bereits vorgeschlagen,
den Steuergittern eine Steuerspannung aufzudrücken, die im Augenblick der Zündung
rasch auf einen genügend hohen Zündwert ansteigt und alsdann allmählich bzw. stufenweise
wieder bis zum Sperrwert absinkt. Zur Gewinnung derartiger Steuerspannungskurven
schlug man mechanische Kontaktapparaturen vor. Da jedoch diese rotierenden Kontaktapparate
vielfach die einzigen umlaufenden Teile in einer ruhenden Entladungsgefäßanlage
darstellen und andererseits infolge der mechanischen Arbeitsweise eine gewisse Trägheit
besitzen, ermöglichen solche Apparaturen noch nicht oder nur unter beachtlichen
Schwierigkeiten den vollkommen einwandfreien Betrieb einer Entladungsgefäßanlage.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden deshalb die vorgenannten Nachteile
dadurch in vollkommenster Weise beseitigt, daß zur Steuerung und Sicherung des Betriebes
von gesteuerten Gas- oder Dampfentladungsstrecken in gleicher Weise wie bei einer
mechanischen Steuerapparatur eine beliebige
periodische Veränderung
des inneren Widerstandes des Steuerkreises sowie eine beliebige Veränderung der
Steuerspannungshöhen und.. beliebige Veränderung der einzelnen Kurven-;'. abschnitte
innerhalb einer Periode zwec'kry Erzielung der günstigsten Steuerspannurigs-: kurve
mit Hilfe trägheitslos wirkender oder trägheitsarmer Schaltmittel vorgenommen wird,
wobei durch Verschiebung der Steuerspannungskurve in bezug auf die Anodenspannung
der zu steuernden Entladungsstrecke diese ausgesteuert wird. Als trägheitslose Schaltmittel
werden vorteilhaft Entladungsstrecken verwandt. Beispielsweise können drei Entladungsstreckenkreise
derart miteinander verkettet werden, daß deren abwechselnde Inbetriebnahme die gewünschte
Steuerspannungskurve ergibt, nämlich eine Steuerspannung, die schroff bis zu dem
Zündwert ansteigt, für eine gewisse Zeit auf diesem beharrt und alsdann stufenweise
bis zu einem genügend hohen Sperrwert absinkt. In Anlehnung an die in der Gasentladungsgefäßanlage
einmal vorhandenen Gas- oder Dampfentladungsstrecken wird man vorteilhaft zur Veränderung
der inneren Widerstände der Steuerkreise ebenfalls gesteuerte Gasentladungsstrecken
verwenden.
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Eine Anordnung zur Ausführung des Steuerverfahrens gemäß der Erfindung
kann beispielsweise derart ausgeführt werden, daß drei Entladungsstrecken zwei ineinandergeschachtelte
Wechselricliterkreise bilden, wobei die Verkettung der beiden Wechselrichterkreise
dadurch erzielt wird, daß die Entladungsstrecke, die den positiven Abschnitt der
Steuerspannungskurve liefert, beiden Wechselrichterkreisen gemeinsam ist, während
die beiden anderen Entladungsstrecken die in ihren Amplitudenwerten verschieden
großen negativen Abschnitte der Steuerspannungskurve liefern. Als Wechselrichterkreise
verwendet man vorteilhaft fremderregte Wechselrichter, deren beide Entladun.gsstreckensysteme
über Widerstände anodenseitig -miteinander gekoppelt sind.
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In .der beiliegenden Fig. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
wiedergegeben.
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In dieser bedeutet i ein Entladungsgefäß mit der Kathode 2, der Anode
3 und dem diesen zugehörigen Steuergitter 4. Dem Steuergitter 4 wird von der Steuerapparatur
5 eine Steuerspannung zugeführt. Die Steuerapparatur 5 besteht aus zwei ineinandergeschachtelten
Wechselrichterkreisen, von denen der erste die Hilfsentladungsgefäße 6 und 7 und
der zweite die Entladungsgefäße 6 und 8 enthält. Die Anodenkreise 9 bzw. ro der
beiden Entladungsgefäße 6 und 7 sind über die Widerstände 18 und 19
miteinander gekoppelt, und zwischen die Anoden ist der Kondensator 24 geschaltet.
Die Kathoden 15 und 16 der beiden Entladungsgefäße 6 und 7 sind miteinander vereinigt
und an einen Po128 ;.Tier Spannungsquelle 32 gelegt, .deren posi-"t#.eer Pol 26
mit dem Verbindungspunkt 21 ,der beiden Widerstände 18 und i9 verbunden ist. Der
zweite Wechselrichterkreis umfaßt, wie bereits oben erwähnt, die Entladungsgefäße
6 und 8, deren Anodenkreise 9 bzw. i i über die Widerstände 18, i9 und 2o und den
Kondensator 25 miteinander gekoppelt sind, wobei dieKathodei7 desEntladungsgefäßes8
mit dem negativen Pol 29 der Spannungsquelle 32 verbunden ist. Die Kathode 2 des
Hauptentladungsgefäßes i ist mit einem Punkt 27 der Spannungsquelle 32 verbunden,
der positiver als der Punkt 28 bzw. negativer als der Punkt 26 der Spannungsquelle
32 ist. Die Hilfsentladungsstrecken weisen sämtlich Steuergitter 12, 13 und 14 auf,
denen von einer beliebig gearteten Steuerapparatur 30 Steuerspannungen zugeführt
werden. Schließlich sei darauf hingewiesen, daß bei demAusführungsbeispiel nach
Fig. i bloß eine Entladungsstrecke des Hauptentladungsgefäßes i und die zugehörige
Steuerapparatur wiedergegeben ist. Selbstverständlich kann die Steuerapparatur auch
so ausgeführt werden, daß die Hilfsentladungsgefäße6, 7 und 8 so viel Entladungsstrecken
aufweisen, wie das Hauptentladungsgefäß i Steuerkreise besitzt, wobei die einzelnen
zueinander gehörigen Anodenkreise über getrennte Widerstandsanordnungen aus der
gleichen Gleichstromquelle gespeist werden.
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Die Wirkungsweise der in Fig. i wiedergegebenen Schaltung sei im nachfolgenden
an Hand der in Fig.2 wiedergegebenen Steuerspannungskurve erläutert.
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In dem Augenblick t1, in dem die Entladungsstrecke 3, 2 durch ein
positives Steuergitterpotential gezündetwerden soll, wird dem Steuergitter i2 des
Entladungsgefäßes 6 von der Steuerapparatur 3o ein Zündpotential aufgedrückt und
hierdurch der Stromweg von dem Pol 26 der ,Spannungsquelle 32 über den Widerstand
18, die Anode 9 und die Kathode 15 zu dem Pol 28 der Spannungsquelle 32 freigegeben.
Die Spannung dieses Stromkreises weist die Höhe der Spannung zwischen den Punkten
28 und 26 der Spannungsquelle 32 auf, doch ist diese Spannung für das Steuergitter
4 unbeachtlich. Wichtig für das Steuergitter 4 ist hingegen, daß der Punkt 2i des
Widerstandes 18 ein Potential von der Höhe 27-26 erhält, das sich über die Widerstände
i9, 20 und 31 bis zu dem Steuergitter4 fortpflanzt und dort eine Zündspannung von
der Höhe +E, hervorruft, durch die mit vollkommener Sicherheit ein Zündeinsatzpunkt
für
die Entladungsstrecke 3, 2 geschaffen wird. Mit dem Stromfluß über die Entladungsstrecke
9, 15 wird gleichzeitig eine Aufladung des Kondensators 2q. erfolgen, und
zwar dergestalt, daß sich die linke Kondensatorbelegung positiv auflädt und somit
dieser Kondensator in dem Augenblick, in dem das Steuergitter 13 der Hilfsentladungsstrecken
io, 16 ein positives Steuerpotential erhält, die Zündung dieser Entladungsstrecke
herbeiführt. Setzt der Stromfluß durch die Hilfsentladungsstrecke io, 16 in dem
Augenblick t2 ein, so wird der Punkt 22 des Widerstandes i9 etwa das Potential des
Poles 28 der Spannungsquelle 32 aufweisen, der ein negativeres Potential als die
Kathode 2 des Hauptentladungsgefäßes i besitzt. Dieses negative Potential des Poles
28 gelangt, durch den Widerstand 2o bzw. den Vorwiderstand3i geschwächt, an das
Steuergitter und ruft hier eine Spannung von der Größe Espe hervor. Beim Stromfluß
durch die Entladungsstrecke 9, 15 erhält jedoch nicht nur der Kondensator 24., sondern
ebenfalls der Kondensator 25 eine entsprechende Aufladung. Gibt man nun nach einer
gewissen Zeitdauer dem Steuergitter 1q. der Entladungstrecke i i, 17
des Entladungsgefäßes
8 ein positives Potential, so wird der Kondensator 25 eine Zündung dieser letzteren
Entladungsstrecke herbeiführen, indem er die positiveLadungseiner linken Seite an
die@Entladungsstrecke 1i, 17
abgibt. Gleichzeitig mit der Freigabe des Stromweges
1i, 17 erhält jedoch der Punkt 23 des Widerstandes 2o in dem Augenblick t3
ein Potential, das etwa dem des Poles 29 der Spannungsquelle 32 entspricht. Das
Potential des Punktes 29 ist jedoch bedeutend niedriger als das des Punktes 28 der
Spannungsquelle 32, und dieses hohe negative PotentialE"2 (höchster Sperrwert)
gelangt, lediglich durch den Vorwiderstand 3 i ,geschwächt, an das Steuergitter
q.. Gleichzeitig mit dem Stromfluß in der Hilfsentladungsstrecke i i, 17 tritt eine
Umladung des Kondensators dergestalt ein, daß seine rechte Seite sich positiv und
seine linke Seite sich negativ auflädt oder mit anderen Worten, daß der Kondensator
25 befähigt ist, in dem Augenblick, in dem das Steuergitter 12 der Hilfsentladungsstrecke
9, 15 ein positives Potential erhält, die Zündung dieser Hdlfsentladungsstrecke
zu begünstigen. Jedenfalls werden bei Zündung der Entladungsstrecke 9, 15 die beiden
anderen Entladungsstrecken erlöschen, und dieses erfolgt wiederum in dem Punkt t1,
so daß damit der Zyklus des Steuervorganges geschlossen ist.
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Es ist leicht ersichtlich, daß die Zeitdauer zwischen den einzelnen
Punkten (Kurvenabschnitten) t142 bzw. t243 und ts t1 beliebig eingestellt werden
kann, je nach den Zeitpunkten, in denen durch die Steuerapparatur 3o den :Steuergittern
12 bis 1q. Zündspannungen zugeführt werden. Die Einstellung dieser Zeitpunkte kann
man je nach der verlangten Steuerspannungskurve beliebig vornehmen; vorzugsweise
wird man sie jedoch so gestalten, daß nach Einleiten der Entladung in der Hauptentladungsstrecke
während der Arbeitszeit der Anode das Steuergitterpotential auf dem positiven Zündwert
verharrt, kurz vor Beendigung dieser Arbeitszeit alsdann bis zu einem Sperrwert
Espl im Zeitpunkt t, absinkt, wobei das Steuergitter diesen Sperrwert so lange beibehält,
als die Anode eine im negativen Gebiet liegende Spannung führt. Etwa vor dem Wiedererreichen
des positiven Spannungsgebietes durch die Anodenspannung wird man die Steuerspannung
auf den hohen negativen Wert Espe senken und hierdurch eine vollkommene Sperrung
der Entladungsstrecke sicherstellen. Die Einstellung des hohen Sperrwertes erweist
sich vor allen Dingen deshalb als vorteilhaft, weil bei mehrphasigen Entladungsgefäßanordnungen
die einzelnen Entladungsstrecken in dem am häufigsten benutzten Regelbereich von
5o bis ioo°/o eine verhältnismäßig hohe Spannung aufweisen und es deshalb in diesen
Bereichen leicht möglich ist, daß eine Zündung der Entladung im ungeeigneten Augenblick
eintritt. Durch Aufdrücken eines hohen Sperrwertes wird jedoch diese Möglichkeit
vollkommen vermieden und dadurch eine stets befriedigende Steuerung des Betriebes
herbeigeführt.
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Das Steuerverfahren gemäß der Erfindung bringt aber nicht nur eine
einwandfreie Steuerung .der einzelnen Entladungsstrecken mit sich, sondern erfüllt
gleichzeitig eine sehr wesentliche, vielfach nicht genügend berücksichtigte Forderung
für den einwandfreien Betrieb für Entladungsgefäßanlagen, nämlich die Sicherung
.des Betriebes, d. h. die rasche und betriebssichere Abschaltung der Entladungsstrecken
im Kurzschluß- oder Störungsfalle. Tritt ein Kurzschluß oder eine irgendwie andersgearteteBetriebsstörung
auf, so :ist es lediglich- notwendig, den Stromkreis des .die positive Spannungswelle
liefernden Stromkreises zu unterbrechen. Beispielsweise kann dies dadurch geschehen,
daß in Abhängigkeit vom Störstrom und der Störspannung dem Steuergitter 12 der Hilfsentladungsstrecke
9, 15 ein negatives Potential aufgedrückt wird. In besonders vorteilhafter Weise
kann man jedoch auch einevoljkommen betriebssichere Abschaltung der Hauptentladungsstrecken
dadurch bewerkstelligen, daß gegebenenfalls selbsttätig und/oder in Abhängigkeit
vom Störstrom oder der Störspannung
allen Steuergittern der Hiifsentladungsstrecken
ein positives Zündpotential zugeführt wird. Es fallen alsdann die Wechselrichter
außer Tritt, und eine Dauersperrung der Hauptentladungsstrecken tritt ein.
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Ein weiterer sehr wesentlicher Vorteil des beschriebenen Verfahrens
zur Steuerung und Sicherung des Betriebes von gesteuerten Gas-oder Dampfentladüngsstrecken
beruht auf der Tatsache, daß das vorliegende Verfahren vollkommen selbsttätig arbeitet.