DE683837C

DE683837C - Switching arrangement for monitoring the operating status inside a vacuum discharge vessel with gas or vapor filling and mercury or glow cathode

Info

Publication number: DE683837C
Application number: DEL80938D
Authority: DE
Original assignee: Julius Pintsch AG
Current assignee: Julius Pintsch AG
Priority date: 1932-04-10
Filing date: 1932-04-10
Publication date: 1939-11-16

Description

Schaltanordnung zur überwachung des Betriebszustandes im Innern eines Vakuumentladungsgefäßes mit Gas- oder Dampffüllung und Quecksilber- oder Glühkathode Bei Vakuumentladungsgefäßen mit Glühkathode oder Quecksilberkathode, bei denen die Elektronenraumladung durch die Gegenwart positiver Ionen, die durch die Ionisation einer Gas- oder Dampffüllung erzeugt werden, kompensiert wird, also bei mit Metalldampf oder Edelgas 'gefüllten Apparaten, beispielsweise Quecksilberdampfapparaten, z. B. Quecksilberdampfgleichrichtern, Umrichtern; Wechselrichtern, nimmt bekanntlich der Spannungsabfall zwischen zwei Leiterteilen, die mit der Entladung in Berührung stehen, z. B. zwischen Anode und Kathode, mit wachsendem Arbeitsstrom zunächst bis zum Erreichen eines Maximums, das bei kleinen Stromstärken liegt, zu und von da ab allmählich wieder ab. Erst bei größeren Stromstärken nimmt der 'Spannungsabfall wieder zu und kann, je nach der Konstruktion des Apparates, in einem mehr oder minder steilen Anstieg höhere Werte erreichen. Dieser Anstieg tritt bei um so kleinerer Stromstärke ein und verläuft um so steiler, je niedriger der Gasdruck, z. B. der Quecksilberdampfdruck, in dem Apparat ist.Switching arrangement for monitoring the operating state inside a Vacuum discharge vessel with gas or vapor filling and mercury or hot cathode In the case of vacuum discharge vessels with hot cathodes or mercury cathodes, where the Electron space charge due to the presence of positive ions generated by ionization a gas or steam filling are generated, is compensated, i.e. with metal vapor or noble gas' filled apparatus, for example mercury vapor apparatus, e.g. B. Mercury vapor rectifiers, converters; Inverters, as is well known, takes the voltage drop between two conductor parts that are in contact with the discharge stand, e.g. B. between anode and cathode, with increasing working current initially up to reach a maximum, which is small currents, to and from there from gradually decreasing again. The voltage drop only increases at higher currents again and can, depending on the construction of the apparatus, in one more or less steep rise to reach higher values. This increase occurs with the smaller Current strength and runs the steeper, the lower the gas pressure, z. B. the Mercury vapor pressure in the apparatus.

Es hat sich nun gezeigt, daß beim Eintreten .dieses Anstiegs des Spannungsabfalls infolge von zu hohen durch das Entladungsgefäß fließenden Arbeitsströmen (Überströmen) Störungen, insbesondere Rückzündungen und Überspannungen, an dem Apparat auftreten können. Solche die Betriebssicherheit gefährdenden Überströme können durch überlastungen oder Kurzschlüsse im Netz verursacht sein. Um nun. zu verhindern, daß das Entladungsgefäß in Betriebszustände kommt; bei denen mit wachsender Belastung der Spannungsabfall stärker ansteigt, werden gemäß der Erfindung in Abhängigkeit von dem durch den Arbeitsstrom verursachten Spannungsabfall zwischen Leiterteilen, die mit der Entladung in Berührung stehen, Schaltvorrichtungen derart .gesteuert, daß sie beim überschreiten eines vorbestimmten Spannungsabfalls die Überströme begrenzen oder das Entladungsgefäß abschalten. Die Auslösung dieser Schaltvorgänge kann entweder durch eine von dem Spannungsabfall abhängige Spannung oder den Spannungsabfall selbst ohne Benutzung mechanisch betätigter Vorrichtungen auf rein elektrischem Weg (elektrostatisch durch Aufladung von den Anoden vorgelagerten Gittern) gesteuert werden, oder man kann einen durch den Spannungsabfall verursachten Stromfluß induktiv oder galvanisch auf die zur Begrenzung der Überströme oder zur Abschaltung des Entladungsgefäßes dienenden mechanischen Schalteinrichtungen einwirken lassen.It has now been shown that when this occurs, the voltage drop increases as a result of excessively high working currents flowing through the discharge vessel (overcurrents) Malfunctions, especially reignitions and overvoltages, occur on the device can. Such overcurrents, which endanger operational safety, can be caused by overloads or short circuits in the network. To now. to prevent the discharge vessel comes into operating states; where with increasing load the voltage drop rises more strongly, are according to the invention depending on the through the working current caused voltage drop between conductor parts that come into contact with the discharge are, switching devices. Controlled in such a way that they are exceeded when one predetermined voltage drop limit the overcurrents or the discharge vessel switch off. These switching processes can either be triggered by one of the Voltage drop dependent voltage or the voltage drop itself without use mechanically operated devices in a purely electrical way (electrostatically through Charging from the grids upstream of the anodes) can be controlled, or one can a current flow caused by the voltage drop inductively or galvanically to limit the overcurrents or to switch off the discharge vessel Allow the mechanical switching devices to act.

Durch Einschalten besonders geformter Lichtbogenführungen zwischen Kathode und Anode kann man in einer vorteilhaften Ausführungsfonn der Erfindung den bei größeren Stromstärken auftretenden Anstieg des Spannungsabfalls absichtlich ganz besonders ausgeprägt gestalten. Wird beispielsweise die durch die Anodenhülse und die Anode gebildete Kammer in an sich bekannter Weise durch Einsetzen .einer Blende mit verengter Durchtrittsöffnung in der Nähe der Anode unterteilt, so zeigt es sich bekanntlich, daß,, hierdurch der Anstieg des Spannungsabfalls`' in Abhängigkeit vom Arbeitsstrom zwischen` Anode und Kathode bzw. zwischennä. und Blende -ein ;ganz besonders hoher ist: Die Kammer wird nämlich durch den Stromdurchgang von positiven Ionen evakuiert. Hierdurch entsteht eine Verarmung an Gas-bzw. Dampfteilchen in dieser Kammer, so daß nicht mehr in genügender Zahl positive Ladungsträger gebildet werden, was die Entstehung einer Elektronenraumladung vor der Anode und damit den hohen Spannungsabfall zur Folge hat.By switching on specially shaped arc guides between the cathode and anode, in an advantageous embodiment of the invention, the increase in the voltage drop that occurs at higher currents can be made particularly pronounced. If, for example, the chamber formed by the anode sleeve and the anode is subdivided in a manner known per se by inserting a diaphragm with a narrowed passage opening near the anode, it is known that, thereby the increase in the voltage drop depending on the working current between` Anode and cathode or between. and aperture -on; is particularly higher: the chamber is evacuated by the passage of current of positive ions. This results in a depletion of gas or gas. Vapor particles in this chamber, so that positive charge carriers are no longer formed in sufficient numbers, which results in the creation of an electron space charge in front of the anode and thus the high voltage drop.

Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen an sich bekannten Lichtbogenführung ist in Fig. i dargestellt: i ist die Anode, der durch die Gefäßwand 2 der .Ström zugeführt'wird, und 3 die Anodenhülse. Im Innern der Anodenhülse ist eine Blende q., z. B. in Form eines Blechschirmes, eingesetzt mit einer gegenüber dem Lichtbogenquerschnitt verengten Durchtrittsöffnung 5.An embodiment of such a known arc guide is shown in Fig. i: i is the anode that passes through the vessel wall 2 of the .Ström fed'wird, and 3 the anode sleeve. There is a screen inside the anode sleeve q., e.g. B. in the form of a sheet metal shield, used with one opposite the arc cross-section narrowed passage opening 5.

Zur Steuerung der die zu hohen, durch das Entladungsgefäß fließenden Arbeitsströme begrenzenden oder das Entladungsgefäß ausschaltenden Schaltvorrichtungen ist es nicht erforderlich, den ;gesamten Spannungsabfall zwischen Anode und Kathode für die Auslösung heranzuziehen, sondern es ist möglich, nur einen Teil dieses Spannungsabfalls zu benutzen, beispielsweise =den Spannungsabfall zwischen :der Anode und dem metallenen Gehäuse, .der Anode und der Anodenhülse, der Anode und einem eingebauten Gitter usw. Man kann auch den Spannungsabfall zwischen zwei Leiterteilen, von denen beide weder die Anode noch die Kathode sind, heranziehen, z. B. Anodenhülse und Gehäuse oder Anodenhülse und Gitter: Wesentlich ist aber, daß die verwendeten Leiterteile stets in Berührung mit ;der Entladung stehen, und die Potentiale; die sie annehmen; durch den Arbeitsstrom von Anode zur Kathode bestimmt werden.To control the excessively high levels flowing through the discharge vessel Switching devices that limit working currents or switch off the discharge vessel it is not necessary to measure the total voltage drop between anode and cathode to be used for tripping, but it is possible to only use part of this voltage drop to use, for example = the voltage drop between: the anode and the metal Housing, .the anode and the anode sleeve, the anode and a built-in grid etc. One can also see the voltage drop between two conductor parts, both of which neither the anode nor the cathode are to be used, e.g. B. anode sleeve and housing or anode sleeve and grid: It is essential, however, that the conductor parts used always in contact with; the discharge, and the potentials; that they accept; can be determined by the working current from anode to cathode.

Vielfach ist es sogar vorteilhaft, zum Abgriff des Spannungsabfalls, der für die Auslösung der Schaltvorrichtungen zur Begrenzung der überströme oder zur Ausschaltung des Entladungsapparates ausgenutzt wird, die Anode nicht heranzuziehen, da bei einer Verbindung der Anode mit besonderen Ausschalt- oder Begrenzungsvorrichtungen der Einfluß der negativen Spannung welche die Anode im Sperrintervall annimmt, ausgeschaltet werden muß.In many cases it is even advantageous to tap the voltage drop, the one for tripping the switching devices to limit the overcurrents or the anode is used to switch off the discharge apparatus, because when the anode is connected to special switch-off or limiting devices the influence of the negative voltage which the anode assumes in the blocking interval is switched off must become.

Da sich der .Spannungsabfall. zwischen Anode und Kathode oder zwischen zwei anderen beliebigen Leiterteilen, die in Berührung mit der Entladung stehen, indem Zeitintervall, in dem eine bestimmte Anode Ström führt, zeitlich :ändert, bestehen verschiedene Mög- 4Ehkeiten, diesen Spannungsabfall zur Steue- '"Yfxng der Vorrichtungen für die Auslösung -.der Schaltvorgänge zur Begrenzung der über- ströme bzw. zur Ausschaltung des Apparates auszunutzen. Beispielsweise kann man den Mittelwert oder den Scheitelwert des Spannungsabfalls während eines Stromimpulses für die Steuerung benutzen.Since the .voltage drop. between anode and cathode or between any two other conductor parts that are in contact with the discharge, in that the time interval in which a certain anode conducts currents changes over time, there are various possibilities 4 possibilities to control this voltage drop '"Yfxng of the devices for the trip -. of the switching operations to limit the over- to use currents or to turn off the apparatus. For example, the mean value or the peak value of the voltage drop during a current pulse can be used for the control.

Als Einrichtungen zur Begrenzung der Überströme bzw. zum Ausschalten des Entladungsapparates kommen Steuergitter oder Schaltvorrichtungen id den Stromkreisen, die an den Entladungsapparat angeschlossen sind, in Betracht. Im erstgenannten Fall beeinflußt der Mittelwert bzw. der Scheitelwert des Spannungsabfalls zwischen .den benutzten Leiterteilen die Steuergitter derart, daß diese entweder den Stromdurchgang begrenzen oder ihn vollständig abriegeln, so daß der Entladungsapparat mindestens kurzzeitig außer Betrieb gesetzt wird. Im zweitgenannten Fall wird der Spannungsabfall zwischen den mit der Entladung in Berührung stehenden Leiterteilen benützt, um die Auslösespulen von Schaltvorrichtungen zu betätigen.As devices for limiting overcurrents or for switching off of the discharge apparatus, control grids or switching devices are used in the circuits, that are connected to the discharge apparatus. In the former case influences the mean value or the peak value of the voltage drop between .den used conductor parts the control grid in such a way that these either the current passage limit or lock it off completely, so that the discharge apparatus at least is temporarily put out of operation. In the second case, the voltage drop becomes used between the parts of the conductor in contact with the discharge in order to To operate trip coils of switching devices.

Um den Spannungsabfall zwischen den mit der Entladung in Berührung stehenden Leiterteilen nur so lange auf die vorgesehenen Einrichtungen zur Auslösung der Schaltvorrichtungen bzw: zur Beeinflussung von Steuergittern einwirken zu lassen, als ein Arbeitsstrom fließt, kann in den Stromkreis zwischen den beiden Leiterteilen eine Ventilzelle eingeschaltet werden, die einen Stromfluß im Kreis zwischen den beiden Leiterteilen nur so lange ermöglicht, als zwischen diesen die durch den Arbeitsstrom gegebene Polarität besteht.To the voltage drop between those in contact with the discharge standing ladder parts only so long on the intended release devices the switching devices or: to influence the control grids, as a working current flowing can be in the circuit between the two conductor parts a valve cell are switched on, the current flow in the circuit between the both parts of the conductor are only possible as long as the working current between them given polarity.

In Fig: z ist ein Ausführungsbeispiel einer Schaltanordnung gemäß der Erfindung dargestellt.: 6 ist die Anöde und 7 die Kathode des Entladungsgefäßes. Die Anode und die Kathode sind über einen Kondensator g und eine Ventilzelle i o miteinander verbunden. Der infolge des Arbeitsstromes auftretende Spannungsabfall zwischen der Anode 6 und der Kathode 7 bewirkt eine AufIadung des Kondensators g. Parallel zu dem Kondensator liegt :die Steuerspule i i eines Schalters. Steigt die Aufladung des Kondensators 9 über einen vorbestimmten Betrag, so bringt die Spule i i den ihr zugeordneten Schalter zum Ansprechen, der in dem Hauptstromkreis des Entladungsgefäßes die gewünschten Schaltungen zur Begrenzung des Überstromes oder Ausschaltung des Entladungsgefäßes auslöst. Die Ventilzelle i o hat die Aufgabe, eine Einwirkung des während des Sperrintervalls auftretenden hohen negativen Spannungsabfalls zwischen Anode und Kathode auf die Steuerspule i i zu verhindern.In Fig: z is an embodiment of a switching arrangement according to of the invention: 6 is the anode and 7 is the cathode of the discharge vessel. The anode and the cathode are connected via a capacitor g and a valve cell i o connected with each other. The voltage drop that occurs as a result of the working current between the anode 6 and the cathode 7 causes the capacitor g to be charged. In parallel with the capacitor is: the control coil i i of a switch. Increases the Charging the capacitor 9 by a predetermined amount, so brings the coil i i the switch assigned to it for response, which is in the main circuit of the Discharge vessel the desired circuits to limit the overcurrent or The discharge vessel is switched off. The valve cell i o has the task of an effect of the occurring during the blocking interval high negative voltage drop between the anode and cathode on the control coil i i impede.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung besteht darin, in Reihe mit der Ventilzelle die Primärwicklung eines Transformators zu schalten. Mittels der durch die Sekundärwicklung dieses Transformators induzierten Spannung können dann irgendwelche der erwähnten Einrichtungen, wie Steuergitter oder Auslösespulen, von Schaltern beeinflußt werden. In Fig.3 ist eine derartige Anordnung in Verbindung mit einem Steuergitter schematisch dargestellt, bei der ein durch den Spannungsabfall verursachter Stromfluß induktiv auf den Auslösemechanismus einwirkt.Another possible embodiment of the invention consists in To connect the primary winding of a transformer in series with the valve cell. Means of the voltage induced by the secondary winding of this transformer then any of the mentioned devices, such as control grids or trip coils, can be influenced by switches. Such an arrangement is shown in connection with FIG shown schematically with a control grid, in which a voltage drop caused current flow acts inductively on the trigger mechanism.

6 ist wieder die Anode, 7 die Kathode, die über die Ventilzelle io und die Primärwicklung i z eines Transformators miteinander verbunden sind. Die Sekundärwicklung 13 des Transformators liegt mit dem einen Ende an der Kathode und mit dem andern Ende über eine weitere Ventilzelle i q. und einem Kondensator 15 an einem Steuergitter 16, dem in üblicher Weise noch ein Widerstand 17 vorgeschaltet ist.6 is again the anode, 7 the cathode, which is connected to the valve cell io and the primary winding i z of a transformer are connected to one another. the One end of the secondary winding 13 of the transformer is connected to the cathode and with the other end via another valve cell i q. and a capacitor 15 on a control grid 16, which is preceded by a resistor 17 in the usual way is.

Fließt nun der Arbeitsstrom von der Anode 6 zur Kathode 7 und erzeugt zwischen der Anode 6 und der Kathode 7 einen Spannungsabfall, so bewirkt dieser Spannungsabfall einen Stromstoß über die Ventilzelle i o und die Primärwicklung i z des Transformators. Dieser Stromstoß induziert in der Sekundärwicklung 13 ebenfalls einen Stromstoß, der den Kondensator 15 ;aufladet. Da die Ventilzelle i q. derart geschaltet ist, daß, über die Sekundärwicklung 13 ein Strom vom Steuergitter 16 zur Kathode 7 fließen kann, erfolgt eine negative Aufladung des Steuergitters, 16, die so lange anhält, bis nach Abklingen des Arbeitsstromstoßes in einem Stromintervall der neue Arbeitsstromstoß im darauffolgenden Stromintervall wieder einsetzt. Je nach der Stärke seiner Aufladung begrenzt das Steuergitter entweder den Überstrom oder riegelt :das Entladungsgefäß ganz ab.The working current now flows from the anode 6 to the cathode 7 and generates between the anode 6 and the cathode 7, a voltage drop causes this Voltage drop causes a current surge across the valve cell i o and the primary winding i z of the transformer. This current surge induces in the secondary winding 13 as well a rush current that charges the capacitor 15; Since the valve cell i q. like that is connected that, through the secondary winding 13, a current from the control grid 16 can flow to the cathode 7, there is a negative charge of the control grid 16, which lasts until after the working current surge has subsided in a current interval the new working current surge starts again in the following current interval. Ever depending on the strength of its charge, the control grid either limits the overcurrent or seals off: the discharge vessel completely.

Der dem Steuergitter 16 vorgeschaltete Widerstand 17 bewirkt bei richtiger Bemessung und bei geeignetem übersetzungsverhältnis des Transformators 12, 13, daß erst dann eine genügende Aufladung des Steuergitters 16 eintritt, wenn der durch den Arbeitsstrom bedingte Spannungsabfall zwischen 6 und 7 einen bestimmten Grenzwert überschreitet.The resistor 17 connected upstream of the control grid 16 effects when correct Dimensioning and with a suitable transmission ratio of the transformer 12, 13 that only then a sufficient charge of the control grid 16 occurs when the through the voltage drop between 6 and 7 caused by the operating current exceeds a certain limit value exceeds.

Die Ventilzelle i o hat hier ebenfalls die Aufgabe, den zwischen der Anode 6 und der Kathode 7 während des Sperrintervalls auftretenden hohen negativen Spannungsabfall von der Betätigungseinrichtung für das Steuergitter 16 fernzuhalten. Die Erfindung kann naturgemäß auch durch zahlreiche andere Schaltanordnungen verkörpert werden, z. B. kann man in dem die Schaltvorrichtungen steuernden Hilfsstromkreis zwischen Anode und Kathode statt einer Ventilzelle ein polarisiertes Relais vorsehen, das nur auf Stromstöße in Richtung Anode-Kathode anspricht. Ferner können Elektronenröhren benutzt werden, mit welchen durch Beeinflussung ihres Gitters in Abhängigkeit von dem Spannungsabfall größere Energien zum Auslösen von Schalter usw. gesteuert werden "können. Weiterhin ist @es denkbar, daß bei einem Entladungsgefäß mit mehreren Anoden ein Überstrom über eine von diesen Anöden, z. B. mittels Steuergitters, die der betreffenden Anode zeitlich nachfolgende sperrt.The valve cell i o here also has the task of between the Anode 6 and cathode 7 occurring during the blocking interval high negative Keep voltage drop away from the actuating device for the control grid 16. The invention can of course also be embodied in numerous other switching arrangements be e.g. B. one can in the auxiliary circuit controlling the switching devices provide a polarized relay between anode and cathode instead of a valve cell, which only responds to current surges in the direction of the anode-cathode. Furthermore, electron tubes can be used with which by influencing their lattice depending on the voltage drop larger energies for triggering switches etc. can be controlled "It is also conceivable that in a discharge vessel with several anodes an overcurrent through one of these anodes, e.g. B. by means of a control grid that the the relevant anode locks in time.

Ferner kann man Verzögerungseinrichtungen, z. B. Zeitrelais, derart anordnen, daß ein Überstrom nicht sofort im Sinne der Erfindung, sondern erst nach einer gewissen Dauer der Einwirkung wirkt.Furthermore, one can delay devices such. B. timing relay, such arrange that an overcurrent is not immediately within the meaning of the invention, but only after a certain duration of the action.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Switching arrangement for monitoring the operating status inside a vacuum discharge vessel with gas or vapor filling and mercury or hot cathode, characterized in that switching devices are dependent from the arc drop caused by the working current between with the discharge in contact with conductor parts are controlled in such a way that they are crossed its predetermined voltage drop enables the current to pass through the discharge vessel limit or turn it off.

2. Switching arrangement according to claim i, characterized in that that arc leadthroughs are provided between the anode and cathode, which the steep rise in the voltage drop that occurs at high working currents make it particularly distinctive.

3. Switching arrangement according to claim 2, characterized in that that, in the arc path an expediently formed by the anode sleeve and the anode Chamber is provided by a known per se, arranged in the vicinity of the anode Aperture is divided with a narrowed passage opening for the arc. q ..

Switching arrangement according to claim i and / or 2, 3, characterized in that the switching devices either depending on the total voltage drop between anode and cathode or depending on a part of this Voltage drop controlled be e.g. B. depending on the voltage drop between anode and cathode, Anode and metal housing, anode and anode sleeve, anode and internals (grid), anode sleeve and housing.

5. Switching arrangement according to claim i and / or z, 3, q., Characterized in, that the switching devices by the voltage drop or one dependent on it Voltage without the use of mechanically operated devices on purely electrical ones Path (electrostatically) controlled.

6. Switching arrangement according to claim i and / or 2, 3, q., Characterized in that the switching devices by the voltage drop or a current foot caused by this inductively or galvanically controlled will: