-
Verfahren zum Umwandeln von Gleichspannung in Wechselspannung Es sind
Entladungsstrecken .mit lichtbogenartiger Entladung bekanntgeworden, die eine ständig
erregte Kathode besitzen und deren Lichtbogenentladung mit Hilfe von Steuergitterspannungen
gezündet und gelöscht werden können. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren
zum Betrieb derartigerEntladungsstreck.en, dem die Aufgabe zugrunde liegt, eine
.gegebene Gleichspannung in Wechselspannung oder in unterbrochene Gleichspannung
zu verwandeln sowie ferner eine gegebene Wechselspannung in solche anderer, insbesondere
höherer Frequenz umzuformen. Erfindungsgemäß wird der Steuergitteranordnung eine
aus einer Wechselspannun.gskomponente und einer Gleichspannungskomponente zusammengesetzte
Steuerspannung aufgedrückt, wobei durch Veränderung der Frequenz der Wechselspannungskomponente
die Frequenz und durch Veränderung der Gleichspannungskomponente die Phase des erzeugten
Wechselstromes bzw. pulsierenden Stro= mes, d. h. die Zeitdauer eines Stromstoßes,
geändert werden kann.
-
Die Wirkungsweise der Erfindung sei an Hand der in Fig. i dargestellten
Schaltung und der zugehörigen Diagramme der Fig.2 und 3 näher erläutert. In der
'Schaltung nach Fig. i bedeuten i eine Entladungsröhre mit Ouecksilberkathode a
und 3 .die Hilfsanode der von der Gleichstromquelle q. gespeisten Lichtbogenentladung
zur Erhaltung der Emissionsfähigkeit der Kathode 2. Mit 5 ist die Gitteranordnung
und mit 6 die Anode bezeichnet. Der Gitterkreis ist unter Vermittlung eines Spannungsteilers
7 an eine Gleichspannungsquelle 8 und durch einen Transformator 9 an .eine Wechselspannungsquelle
io angeschlossen. An Stelle der Gleichspannungsquelle 8 kann man auch einen Ohmschen
Widerstand im Gitterkreis benutzen. In .den Gitterkreis ist ferner eine Ventilzelle
i i geschaltet, die nur die negativen Halbwellen der Wechselstromkomponenten durchläßt.
Der Anodenkreis .enthält einen Kondensator 12 und gegebenenfalls weitere Siebmittel,
die nur bestimmte Frequenzen hindurchlassen. Es ist für die Schaltung der Fig. i
angenommen, daß mit der Entladungsröhre i .eine Hochfrequenzspannung erzeugt wird,
die einer Sendeantenne 13 zugeführt wird.
-
Der Steuergitteranordnung 5 der Entladungsröhre i wird bei der in
Fi,g. i als Ausführungsbeispiel der Erfindung angegebenen Schaltung eine Steuerspannung
zugeführt,
die sich aus einer Wechselspannungskomponenteund einer
Gleichspannungskömponente zusammensetzt. Steuerspannungen mit `der gleichen Zusammensetzung
sind an sich bekannt und beispielsweise angewendet worden, um in einem gittergesteuerten
Lichtbogenentladungsgefäß den Zeitpunkt der Zündung einer Anode in der Phase gegenüber
der diese Anode speisenden Wechselspannung zu verschieben. Durch die Anwendung einer
derartigen aus einer Wechselspannungskompönente und einer Gleichspannungskomponente
zusammengesetzten Steuerspannung bei einem Entladungsgefäß, welches durch Gittersteuerung
sowohl gezündet als auch gelöscht werden kann, erhält man erfindungsgemäß eine Umformeranordnung,
mit .der in einfachster Weise sowohl die Frequenz des erzeugten Wechselstromes bzw.
pulsierenden Gleichstromes eingestellt und verändert werden als auch die dem Verbraucher
zugeführte Leistung geändert werden kann, indem durch Verände.-rung der Gleichspannungskomponente
die Phase des erzeugten Wechselstromes bzw. pulsierenden Gleichstromes, d. h. die
Zeitdauer der einzelnen Stromimpulse, geändert wird.
-
Fig. 2 zeigt den Verlauf der an der Gitteranordnung 5 wirksamen Steuerspannung
Eg in Abhängigkeit von der Zeit t, Fig. 3 den entstehenden Anodenstrom, dessen Amplitude
vom äußeren Widerstand abhängig ist. Es ist angenommen"daß die Wechselspannungskomponente
der Steuerspannung gleiche Frequenz und gleiche Amplitude beibehält, während die
Höhe der überlagerten Gleichspannung veränderbar ist. In Fig. a sind drei verschiedene
Spannungskurven a, b und c angegeben, die einer verschiedenen Höhe -der überlagerten
Gleichspannung entsprechen. Die mit o bezeichnete Waagerechte gibt den Wert Null
der Spannung an. Die gestrichelte Gerade Z gibt die Zündspannung an, d. h.. den
Wert der Steuerspannung, bei welchem ein Lichtbogen zwischen der Entladungsstrecke
a, 3 und der Anode 6 gezündet wird. Diese Gerade kann auch oberhalb von ö im Bereich
niederer positiver Spannungen liegen. Die Gerade L gibt den Wert der Löschspannung
an, d. h. den Wert der Steuerspannung, bei welchem der zwischen der Entladungsstrecke
z, 3 und der Anode 6 brennende Lichtbogen bei der ,gerade benutzten Spannung an
der Anode 6 zum Erlöschen gebracht wird.
-
Hat die überlagerte Gleichspannungskomponente .einen niedrigen Wert,
so bleibt die Sinusform der Steuerwechselspannung während einer längeren Zeiterhalten
(Kurve a) als bei Anwendung einer höheren Gleichspannung (Kurve b oder c), weil
der positive Teil der =Halbwellen- durch- die Gleichrichterzelle i i abgeschnitten
wird. Das Verschieben der Steuerspannung durch Ändern der Gleichspannungskomponente
hat folgende Wirkung auf den Entladungsvorgang: Im Falle der Steuerspannung a wird
.der Lichtbogen zwischen der Entladungsstrecke 2, 3 und der Anode 6 in dem Zeitpunkt
gezündet; der durch den Punkt z gekennzeichnet ist und in dem darauffolgenden Zeitpunkt
d wieder gelöscht. Während der zwischen z und Z liegenden Zeit fließt der Anodenstrom.
Man erhält demnach bei Anwendung der a im Anodenkreis Stromstöße; deren Frequenz
mit der Frequenz der Steuerspannung a übereinstimmt und deren Dauer mit dem zeitlichen
Abstand des Zündaugenblicks M und -Löschattgenblicks l übereinstimmt.
-
In Fig. 3 sind die sich ergebenden Stromstöße IA durch die Rechtecke
ca', b', c' gekennzeichnet. -Hebt man die Steuerkurve durch Vergrößern der
Gleichspannungskomponente, so
erfolgt das Zünden früher und das Löschen später.
Z. B. entspricht der Steuerspannung b der aus den einzelnen Stromstößen b' bestehende
Verlauf der Stromkurve in, Fig. 3 und der Steuerspannung c der in Fig. 3 mit c'
bezeichnete Strom; .damit wird der zeitliche Mittelwert des Stromes vergrößert.
Bei Größerwerden der negativen Gleichspannungskomponente wird der zeitliche Mittelwert
entsprechend verkleinert.
-
Statt oder außer der Dauer der einzelnen Stromstöße im Anodenkreis
läßt sich auch die zeitliche Folge der Stromstöße dadurch ändern, daß man die Frequenz
der Steuerwechselspannung ändert.
-
In Wirklichkeit erhält man keine Kurvenformen von streng rechteckförmgern
zeitlichem Verlauf, wie sie in Fig. 3 angenommen sind. Die Stromkurve verläuft vielmehr
infolge der in dem Anodenstromkreis vorhandenen Induktivitäten stets abgeschrägt.
Die Kurvenform läßt sich in ,diesem Sinne noch weiter durch Drosseln, wie sie z.
B. durch die Drossel 14 in Fig. i angedeutet sind, weiter beeinflussen. Ferner kann
man auch durch Kondensatoren (12 in Fig. i u. a. Siebmittel) dafür sorgen, daß auf
der Verbraucherseite nur eine bestimmte Frequenz auftritt.
-
Aus dem Diagramm der Fig. z ist ersichtlich, daß die über der Zündwertlinie
der Entladungsröhre i liegenden positiven Teile der Steuerspannung abgeschnitten
werden. Bei der Schaltung nach Fig. i wird dies durch das Ventil i i im Gitterkreis
erreicht. Zum gleichen Zweck können auch Glimmentladungsröhren verwendet werden.
Die Verwendung von Gitterspannungen dieser Kurvenform ist in der Entladungstechnik
bei zündgttergesteuerten Entladungsstrecken bekannt.
Sie erbringt
dort den Vorteil, daß während des Steuervorganges das Auftreten eines positiven
Gitterstromes vermieden oder jedenfalls die Höhe dieses Stromes auf ein geringes
Maß begrenzt wird. Die Anwendung einer derartigen Gitterspannung bei einer Schaltung
nach Fig. i bewirkt, daß die Einrichtung nicht nur mit einem günstigeren Leistungsfaktor,
sondern auch .mit einem besseren Wirkungsgrad als die bisher für ähnliche Zwecke
bekanntgewordenen Einrichtungen arbeitet. Aus dem Diagramm der Fig. 2 ist ferner
ersichtlich, daß man auch bei Wechselspannungen großer .Amplitude die Gleichspannungskomponente,
welche die Zeitdauer der einzelnen Strominpulse (vgl. Fig.3) bestimmt, in weiten
Grenzen ändern kann, ohne daß im Gitterkreis unzulässig hohe positive Steuerspannun;gswerte
und damit verbundene Gitterströme auftreten. Die Verwendung von Wechselspannungen
hoher Amplitude hat dabei den Vorteil, daß die Gitterspannung bei der Löschung .der
Entladung schnell negativ gemacht wird, und daß daher die Ladungsträger schnell
aus dem Gitteranodenraum entfernt werden.
-
Entladungsröhren, bei .denen mit Hilfe einer Gittersteuerung die Lichtbogenentladung
gezündet und wieder gelöscht werden kann, sind an und für sich bekannt. Auch die
in Fig. i dargestellte Form der Entladungsröhre i ist bekannt. Diese Röhren werden
zweckmäßig so ausgebildet, daß der Abstand der Gitteranordnung 5 von der .Anode
6 der mittleren freien Weglänge der Ionen entspricht. Beispielsweise würde bei einem
Dampfdruck von 5 X io-3 mm dieser Abstand etwa 3 mm betragen. In diesem Falle hat
die Löschspannung ungefähr einen Wert von -12 Volt und die Zündspannung einen Wert
von -q. bis 6 Volt.
-
Die Steuerwirkung läßt sich verbessern, indem man gemäß Fig. i die
Gitteranordnung aus zwei Einzelgittern bildet, zwischen denen ein feldfreier Raum
geschaffen wird. Statt dessen kann man erfindungsgemäß auch ein einziges Gitter
anwenden, das in Richtung der zu zündenden und zu löschenden Lichtbogenentladung
eine Ausdehnung hat, die etwa ebenso .groß ist wie der Abstand zwischen Gitter und
Anode. Zu diesem Zweck kann das Gitter erfindungsgemäß aus hochkant gestellten Stäben
bestehen.
-
Bei Anwendung der Erfindung zum - Erzeugen von Heizstrom, z. B. hochfrequenten
Strömen für industrielle Heizungen oder für medizinische Zwecke (Diathermie), ist
ein besonderes Beeinflussen der sich ergebenden Kurvenformen der Hochfrequenz im
allgeneinen nicht erforderlich, weil die Kurvenform bei Heizströmen praktisch keine
Rolle spielt. Das gleiche gilt auch bis zu einem gewissen Grad für die Anwendung
der Erfindung in .der Telegraphie. Bei Telep.honiesendern kann, wie bereits erwähnt,
.die Modulation der Hochfrequenz durch die Sprechströme durch die sog. Anodendrosseln
erfolgen (Streudrosseln), vgl. B a n n e i t z, ' Taschenbuch der drahtlosen Telegraphie
und Telephonie, 1927, S. ioo6.
-
Wie bereits erwähnt, ist die Erfindung auch für beliebige andere Zwecke,
insbesondere für die Starkstromtechnik, und zwar auch für Niederfrequenz, z. B.
die übliche Netzfrequenz, geeignet. Hier kann man entweder durch Verändern der Gleichspannung
die Löschpunkte oder die Zündpunkte verschieben und .dadurch die Dauer der Stromstöße
ändern. Dasselbe erreicht man durch Verschieben .der Phase der Gitterwechselspannung
gegen die Anodenspannung bei gleichen Frequenzen. Verwendet man als Anodenspannung
eine Wechselspannung, und zwar von niedrigerer Frequenz, als die Gitterspannung
sie aufweist, so erhält man ganz ähnliche Wirkungen wie bei einer Anodengleichspannung,
nur sind hier die Verhältnisse nicht so übersichtlich und die entstehenden Kurven
nicht so gleichmäßig. Für viele Zwecke, z. B. zur Maschinensteuerung für Schmelzöfen,
können jedoch derartig unregelmäßig gestaltete Kurven ohne weiteres benutzt werden.
-
Bei Verwendung von Mehrphasenwechselstromlichtbögen lassen sich auch
Mehrphasenhochfreqüenzströme erzeugen. Bei der Erzeugung von Hochfrequenz für Starkstromzwecke
kann man auch den Zündlichtbogen als Hochfrequenzwechselstrombogen brennen lassen.
-
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird als Elektronenquelle
eine Hilfsentladung benutzt. Die 'Erfindung ist jedoch auch bei Röhren anwendbar,
die mit einer fremd geheizten Glühkathode hersehen sind, Bei diesen Röhren fällt
die Hilfsanode zur Unterhaltung der Emissionsfähigkeit der Kathode naturgemäß weg.
Es wird unmittelbar die von der Glühkathode zur Hauptanode übergehende Entladung
:gesteuert.