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Verfahren zum Zünden von Quecksilberd'ampfgleichrichtern oder -wechselrichtern
Die Erfindung bezieht sich auf solche Ouecksilberdampfentladungsgefäße, die durch
eine ständig in das Kathodenquecksilber eintauchende Zündelektrode gesteuert werden.
Im allgemeinen besteht dabei die Zündelektrode aus einem Halbleiter.
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Beim Betrieb solcher Entladungsgefäße kommt es darauf an, daß der
Kathodenfleck rechtzeitig gebildet wird. Verbindet man jedoch, wie es bisher geschah,
die Zündelektrode mit der zugehörigen Hauptanode, so muß das Anodenpotential erst
einen gewissen Betrag erreicht haben, bevor überhaupt ein Strom in dem Stromkreis
der Zündelektrode zustande kommen kann,-der imstande ist, den Kathodenfleck zu bilden.
Es ist in diesem Fall unter Umständen nicht möglich, die Anode rechtzeitig zu zünden.
Weiterhin kommt es beim Betrieb solcher Entladungsgefäße darauf an, daß der Strom
im Stromkreis der Zündelektrode nach der Erregung des Kathodenfleckes nicht unnötig
lange bestehen bleibt, sondern so bald wie möglich wieder unterbrochen wird.
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Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Erregung der Zündelektrode
von Entladungsgefäßen der genannten Art, bei welchen der Kathodenfleck mit Sicherheit
in dem Augenblick gebildet wird, der für die Zündung der Hauptanode festgelegt ist.
Außerdem wird durch die Erfindung in einfacher Weise erreicht, daß der Zündelektrodenstrom
kurze Zeit, nachdem der Kathodenfleck gebildet ist, wieder verschwindet und innerhalb
der betreffenden Periode der Anodenspannung nicht wieder erscheint. Die Erfindung
geht dabei von einer bekannten Schaltung aus, bei der in den Stromkreisen der Zündelektroden
steuerbare Hilfsentladungsgefäße, insbesondere gittergesteuerte Gas- oder Dampfentladungsgefäße
liegen.
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Erfindungsgemäß wird nun jeder Zündelektrode eine Wechselspannung
aufgedrückt, deren Frequenz ein ganzes Vielfaches der Frequenz der zugehörigen Anodenspannung
ist. Dieses Vielfache sowie die Phasenlage der Zündelektrodenspannung gegenüber
der Anodenspannung ist so gewählt, daß die Größe der Zündelektrodenspannung bereits
in dem festgelegten Augenblick der Zündung der zugehörigen Anodenstrombildung des
Kathodenfleckes ausreicht. Andererseits wird die Steuerspannung des Hilfsentladungsgefäßes
so gewählt, daß dieses nach seinem Erlöschen bei dem der Zündung der Hauptentladungsstrecke
folgenden Nulldurchgang der Zündelektrodenspannung innerhalb derselben Periode nicht
wieder zünden kann.
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Bei der Durchführung des Erfindungsgedankens kann die den Zündelektroden
zugeführte
Spannung nach Frequenz- und Phasenlage bei mehrphasiger
Speisung beispielsweise so gewählt werden, daß die Scheitelwerte der Zündelektrodenspannung
symmetrisch zu den Scheitelwerten der Anodenspannung liegen. Dadurch läßt sich erreichen,
daß die Zündelektrodenspannung in dem Augenblick, in dem die zugehörige Anode ihrerseits
erst zündbereit wird, bereits einen so hohen Wert erreicht hat, daß er zur Bildung
des Kathodenflecks ausreicht. Besonders günstig ist es in diesem Fall, wenn im Augenblick
des Zündbereitwerdens der Hauptanode die Zündelektrodenspannung gerade ihren Scheitelpunkt
erreicht. So kann bei dreiphasiger Speisung der Umformeranordnung den Zündelektroden
vorteilhaft eine Spannung zugeführt werden, die die dritte Harmonische der Anodenspannung
darstellt. Sämtliche Zündelektroden liegen in dem Fall an derselben Spannungsquelle
mit der dreifachen Frequenz der Speisespannung. Legt man bei einer derartigen Anordnung
die Phasenlage der Zündelektrodenspannung so, daß deren Nulldurchgang mit dem Nulldurchgang
der Anodenspannung zusammenfällt, so erreicht in dem Augenblick, in dem die Anode
zündbereit wird, d. h. 3o° nach dem Nulldurchgang, die Zündelektrodenspannung ihren
Scheitelwert.
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Die Steuerung der den einzelnen Zündelektroden zuzuführenden Zündströme
erfolgt nun durch gittergesteuerte Entladungsgefäße. Die Steuerung dieser Hilfsentladungsgefäße
wiederum erfolgt zweckmäßig durch Aufdrücken von Spannungen auf ihre Gitter, die
dem speisenden Wechselstromnetz entnommen sind. Dürch geeignete Wahl der Gitterspannung
der Hilfsentladungsgefäße kann man erreichen, daß der Zündelektrodenstrom nach der
Bildung des Kathodenflecks beim nächsten Nulldurchgang der Zündspannung verschwindet
und nicht eher wieder entsteht, bis der Kathodenfleck wieder gebildet werden muß.
Beim Nulldurchgang der Zündelektrodenspannung erlischt nämlich das Hilfsentladungsgefäß.
Wenn man die Gitterspannung so wählt, daß sie bei Beginn der nächsten positiven
Halbwelle der Zündelektrodenspannung bereits genügend klein geworden ist, so wird
ein Wiederentstehen des Zündelektrodenstromes verhindert.
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Während es zur Erzielung der rechtzeitigen Freigabe des Zündelektrodenstromes
in vielen Fällen genügt, das Gitter des Hilfsentladungsgefäßes an die zugehörige
Hauptanode anzuschließen, kann es in anderen Fällen von Vorteil sein, das Gitter
des Hilfsentladungsgefäßes an die Spannung der in der Zündfolge voraufgehenden Hauptanode
zu legen, bzw. ihm eine Spannung zuzuführen, deren Phasenlage zwischen der Phasenlage
der Spannung der zugehörigen Hauptanode und der der Spannung der in der Zündfolge
voraufgehenden Hauptanode liegt. Von dieser Maßnahme kann man in den Fällen Gebrauch
machen, in denen die beim Zündeinsatz vorhandene Spannung der Hauptanode nicht zur
Zündung des I-Iilfsentladungsgefäßes ausreicht.
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In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele für eine Schaltung
mit dreiphasiger Speisung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt.
In Fig. i ist die Sekundärwicklung des Haupttransformators 4. aus zwei um 18o° in
der Phase gegeneinander versetzten Dreiphasensystemen, deren Nullpunkte durch die
mit einer Mittelanzapfung versehene Drosselspule 27 verbunden sind, gebildet. Die
Anoden der Hauptentladungsgefäße i sind in zwei Gruppen zu je drei Gefäßen mit entgegengesetzter
Phase an die Klemmen -q der Sekundärwicklung des Haupttransformators angeschlossen.
Die Kathoden der Entladungsgefäße sind gemeinsam an den einen Leiter 15 des Gleichstromnetzes
angeschlossen. Die Zündspannung mit der dreifachen Frequenz der Anodenspannung wird
den Zündelektroden 5 der einzelnen Entladungsgefäße über Hilfsentladungsstrecken
2o zugeführt. Die Anoden der Hilfsentladungsstrecken 2o sind durch Sammelleitungen
16 mit der Sekundärwicklung des Transformators io entsprechend der Schaltung der
Hauptentladungsgefäße in zwei Gruppen mit entgegengesetzter Phase verbunden, dessen
Primärwicklung an die in einem offenen Dreieck geschaltete Sekundärwicklung des
Transformators i i geschaltet ist. Durch die offene Dreieckschaltung der Wicklung
12 wird erreicht, daß der Primärwicklung des Transformators io nur die Summe der
dritten Oberwellen der einzelnen in der Wicklung 12 induzierten Phasenspannungen
zugeführt wird. Der Mittelpunkt 14 der Sekundärwicklung des Transformators io ist
mit der Sammelleitung, die die Kathoden der Hauptentladungsgefäße untereinander
verbindet, verbunden. Damit nun in jedem Hauptentladungsgefäß der Kathodenfleck
bereits erregt ist, wenn die Anode zündbereit wird, muß das mit der zugehörigen
Zündanode in Reihe geschaltete Hilfsentladungsgefäß durch geeignete Beaufschlagung
seines Gitters 21 frühzeitig genug gezündet werden. Zu diesem Zweck sind in der
Schaltung nach Fig. i die Gitter der Hilfsentladungsstrecken mit der Anode desjenigen
Hauptentladungsgefäßes über Widerstände verbunden, das in der Zündfolge dem zu der
betreffenden Hilfsentladungsstrecke gehörigen Hauptentladungsgefäß vorangeht.
In
der Schaltung nach Fig. z ist der Zwischentransformator zwischen den Anoden der
Hilfsentladungsstrecken und der offenen Dreieckschaltung des Transformators i i
fortgelassen, und die in der Sekundärwicklung 1z des Transformators i i induzierten
Spannungen mit dreifacher Grundfrequenz werden den Hilfsentladungsstrecken direkt
zugeführt. In diesem Falle muß ein künstlicher Nullpunkt zwischen den beiden Gruppen
von Hilfsentladungsgefäßen ,geschaffen werden. Dieser wird durch Kapazitäten z5
und Induktivitäten 26 gebildet. Der so geschaffene künstliche Nullpunkt ist wiederum
mit den Kathoden der Hauptentladungsgefäße 'verbunden. In der Schaltung nach Fig.
q. sind die Gitter der Hilfsentladungsstrecken nicht mit der Anode des dem zugehörigen
Hauptentladungsgefäß in der Zündfolge vorangehenden Hauptentladungsgefäßes verbunden,
sondern das Gitterpotential eines Hilfsentladungsgefäßes wird von dem Potential
der Anode der zugehörigen Hauptentladungsstrecke und der Anode einer dieser in der
Zündfolge vorangehenden Hauptentladungsstrecke abgeleitet. Zu diesem Zweck ist in
dieser Gruppe der Hauptentladungsgefäße jede Anode mit den beiden anderen über Widerstände
40 verbunden, an denen das Potential für die Gitter der Hilfsentladungsgefäße abgegriffen
wird.
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In der Schaltung nach Fig.3 ist der die dreifache Frequenz erzeugende
Hilfstransformator ganz weggelassen, und die Zündspannung wird von einem zwischen
die Nullpunkte der beiden sekundären Wicklungssysteme des Haupttransformators geschalteten
Transformator geliefert. Die Primärwicklung dieses Transformators wirkt wie die
bekannte Saugdrossel, wird also bei Belastungen der Gleichrichteranordnung von einem
Strom mit der dreifachen Grundfrequenz durchflossen. Da also die Zündspannung von
dein Transformator 7 erst dann geliefert wird, wenn der Gleichrichter belastet ist,
ist ohne besondere Veränderungen der Schaltung eine Zündung der Gefäße bei Leerlauf,
also ein Inbetriebsetzen der Gleichrichteranordnung, nicht möglich. Deshalb ist
in diesem Falle die Schaltung so gewählt, daß nicht die Anoden der Hauptentladungsgefäße
an die Sekundärklemmen des Haupttransformators angeschlossen sind, sondern die Kathoden,
während die Anoden untereinander und mit dem Nullpunkt 31 der Sekundärwicklung 3o
des Transformators 7 verbunden sind. Sobald nun der Haupttransformator unter Spannung
gesetzt wird, liegt, da über die Sekundärwicklung des Transformators 7 die Zündelektroden
5 über die Hilfsentladungsstrecken mit den Anoden der Hauptentladungsstrecken verbunden
sind, beim Anlassen zwischen den Zündelektroden und den Kathoden der Hauptentladungsgefäße
die volle Phasenspannung des Haupttransformators, so daß mit Hilfe dieser Spannung
eine Zündung der Gefäße möglich wird. Ist der Gleichrichter erst einmal gezündet,
dann fließt über den Belastungsstromkreis Strom, und damit kommt in der Primärwicklung
des Transformators 7 ebenfalls ein Strom, und zwar mit der dreifachen Grundfrequenz
zustande, so daß ein ordnungsmäßiger Betrieb des Gleichrichters aufrechterhalten
wird. In dieser Schaltung sind als Beispiel die Gitter der Hilfsentladungsgefäße
mit den zugehörigen Anoden der Hauptentladungsgefäße verbunden. Als Gitterspannung
wirkt für die Hilfsentladungsgefäße dementsprechend die Spannung zwischen Anode
und Kathode des zugehörigen Hauptentladungsgefäßes. Die Zündelektrodenspannung von
der dreifachen Frequenz der Speisespannung liegt nun zu der Anodenspannungshalbwelle
des Hauptentladungsgefäßes derartig symmetrisch, daß sie sowohl in dein Zeitpunkt
des Zündbereitwerdens als auch in dem theoretischen Zeitpunkt des Erlöschens des
Hauptentladungsgefäßes gerade ihren positiven Scheitelpunkt besitzen. Um nun zu
verhindern, daß in dem Augenblick, in dem das Hauptentladungsgefäß an sich erlöschen
soll, der Zündelektrodenstroin von neuem auf einen zur Bildung des Kathodenflecks
ausreichenden Wert ansteigt, muß man in diesem Fall dem Hilfsentladungsgefäß eine
solche Steuerkennlinie geben, daß die zu seiner Zündung erforderliche positive Gitterspannung
größer ist als der Spannungsabfall am Lichtbogen des zugehörigen Hauptentladungsgefäßes.
Dann wird sich der Vorgang wie folgt abspielen: Vor der Zündung des Hauptentladungsgefäßes
steigt die Gitterspannung des Hilfsentladungsgefäßes in gleicher Weise an wie die
Phasenspannung des Haupttransformators. Spätestens in dem Augenblick, in dem die
Anode des Hauptentladungsgefäßes zündbereit wird, d. h. 3o° nach dem Nulldurchgang
ihrer Spannung, wird die Spannung an dem Hilfsentladungsgefäß bereits einen solchen
Wert erreicht haben, daß in Anbetracht der Gitterspannung die Zündung des Hilfsentladungsgefäßes
erfolgt und der Kathodenfleck gebildet wird. An dem Augenblick, wo die Zündung der
Hauptentladungsstrecke erfolgt ist, bricht die Gitterspannung des Hilfsentladungsgefäßes
bis auf den zur Wiederzündung nicht mehr ausreichenden Spannungsabfall im, Lichtbogen
zusammen. Da nun in dem theoretischen Löschzeitpunkt der Hauptanode, d. h. 30° vor
dem Nulldurchgang der Anodenspannungshalbwelle, die Spannung an der Gasstrecke wegen
der
noch vorhandenen Restionisierung sowie wegen der zeitlichen
überlappung der einzelnen Anodenbrenndauern nicht sofort wieder auf den der Phasenspannung
entsprechenden vollen Wert ansteigt, so wird auch die Gitterspannung des Hilfsentladungsgefäßes
in dem Augenblick, in dem dessen Anodenspannung von neuem ihren positiven Scheitelpunkt
erreicht, noch nicht wieder so weit angestiegen zur völligen Entionisierung des
Hauptentladungsgefäßes -die speisende Phasenspannung dungsgefäßes die speisende
Phasenspannung schon wieder um einen beträchtlichen Teil abgesunken ist, so erreicht
die Gitterspannung des Hilfsentladungsgefäßes den Wert, den sie im Augenblick des
Zündbereitwerdens der Hauptanode besaß, in dieser Periode überhaupt nicht mehr.
Das der Zündelektrode vorgeschaltete Hilfsentladungsgefäß wird also, nachdem es
beim ersten Nulldurchgang der Zündelektrodenspannung erloschen ist, innerhalb derselben
Periode der Anodenspannung des Hauptentladungsgefäßes nicht wieder gezündet.
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Eine weitere Schaltung, bei der die Zündspannung von einem zwischen
die Nullpunkte der Sekundärwicklungen des Haupttransformators geschalteten Transformator
geliefert wird, zeigt die schon erwähnte Fig. q.. Hier sind jedoch wieder die Anoden
der Hauptentladungsgefäße mit dem Haupttransformator verbunden. Um auch in diesem
Falle ein Anlassen des Gleichrichters zu ermöglichen, d. h. in den Zündstromkreis
einen Strom hervorzurufen, wenn der Transformator 7 noch keine Spannung zu liefern
imstande ist, sind die Zündelektroden 5 über besondere Ventile 35 jeweils mit der
zugehörigen Anode verbunden, und zwar ist die Richtung der Ventile so gewählt, daß
nur Strom von der Anode zur Zündelektrode fließen kann. Sobald also eine Anode positiv
gegenüber der Kathode wird, wird auch die Zündelektrode 5 über das Ventil 35 an
die Anodenspannung gelegt, so daß auf diese Weise ein Zündstrom zustande kommt.
Damit die Ventile 35 nur beim Anlassen Strom führen, muß ihre Zündspannung höher
sein als der Spannungsabfall an der Hauptentladungsstrecke. Wenn dann das Hauptentladungsgefäß
im normalen Betrieb von dem Zündstrom, den der Transformator 7 liefert, gezündet
ist, wird dieser Wert der Spannung an dem Ventil 35 nicht mehr überschritten, da
dann an ihm nur noch die Lichtbogenspannung des Hauptentladungsgefäßes liegt.
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Zweckmäßig werden die Ventile 25 mit den Hilfsentladungsstrecken
ao zu einer einzigen baulichen Anordnung vereinigt. Ein derartiges Entladungsgefäß
zeigt Fig. 5. In dieser Figur ist 2o die Anode des Hilfsentladungsgefäßes, 2z das
zugehörige Steuergitter, während 5 die gemeinschaftliche, mit der Zündelektrode
verbundene Kathode darstellt. Außer diesen drei Elektroden ist- in dem Gefäß noch
die Anode 36 untergebracht, die zusammen mit der Kathode 5 eine Entladungsstrecke
bildet, die dem Ventil 35 in Fig. q. entspricht.
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Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist nicht auf Gleichrichteranordnungen,
wie sie in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, beschränkt, sondern erstreckt
sich auch auf andere Gleich- und Wechselrichterschaltungen, deren Entladungsstrecken
durch ständig in das Kathodenquecksilber eintauchende Zündelektroden gesteuert werden.