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Anordnung zur Verbesserung der Wirkungsweise von zur Leistungsregelung
dienenden Steuergittern bei Gas- oder Dampfentladungsstrecken 1)ie Erfindung betrifft
ein gittergesteuertes elektrisches gasgefülltes Entladungsgefäß, insbesondere solche
Entladungsgefäße in Wechselrichterschaltung. Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung
zur Sicherung der Gleichmäßigkeit und ,der Zuverlässigkeit der Arbeitsweise von
Gittersteuerungen bei gasgefüllten elektrischen Entladungsgefäßen., Ferner soll
das Auftreten von Rückzündungen an den Steuergittern von gasgefüllten elektrischen
Entladungsgefäßen verhütet werden.
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Wenn eine Hilfselektrode in den Weg des Stromflusses durch ein Gas
zwischen einem Paar von Hauptelektroden, von denen mindestens eine Elektronen emittiert,
angeordnet ist, wird der Stromfiuß zwischen den Hauptelektroden, allgemein gesprochen,
dann verhindert, wenn die Hilfselektrode eine Spannung besitzt, die niedriger ist
als ein gewisser kritischer Wert in bezug auf die negative Spannung der beiden Haupteleltro,den.
Die Gittersteuerung versagt jedoch in der Erreichung dieser Sperrfunktion, wenn
Entladungen oder, wie :d;ese -auch vielfach b;ezeichnet werden., Rückzündungen zwischen
,den Hilfselektroden und einer der Hauptelektroden auftreten. Solche Rückzündungen
haben offenbar die Wirkung, daß die Spannung über die Gasatmosphäre zusammenbricht
und sind von mehr oder weniger zufälliger Art und von verhältnismäßig kurzer Dauer.*
Es hat 'sich ergeben, daß, wenn der Stromfluß zu der Hilfselektrode während dieser
Rückzündungsentladung verhältnismäßig klein gehalten wird (in der Größenordnung
von einigen Milliampere), der Verlust der Steuerfähigkeit,durch die Elektrode auf
die kurze Dauer der Rückzündungsursache beschränkt ist und die normalen Arbeitsbedingungen
einschließlich der Sperrwirkung der Steuerelektrode wiederhergestellt sind, sobald
-diese kurze Zeitdauer verstrichen ist. ' Die Erfindung umfaßt demgemäß die Anwendung
von Anordnungen, um den Stromfluß zwischen der Hilfselektrode und wenigstens einer
der Hauptelektroden während dieser Rückzündungsperioden zu beschränken. Als ein
Mittel zur Ausführung der Erfindung ist in! nachfolgenden die Anwendung einer thermionischen
Hochvakuiunröhre mit beschränktem Rückstrom genannt, die, zwischen die Steuerelektrode
und die Kathode geschaltet, die Rückzündungsströme begrenzt, ohne wesentlich die
normale Steuerfunktion der
Hilfselektrode zu verhindern. Vorzugsweise
besitzt eine solche Glühkathodenröhre einen hohen Widerstand zur Verbesserung ihrer
Schutzwirkung.
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In dem Ausführungsbeispiel nach jbei liegender Figur besitzt das gasgefüllte
el@ktrische Entladungsgefäß i, das beispielsweise" mit Quecksilberdampf gefüllt
ist, eine Quecksilberkathode 2 und eine Erregeranode 3 in entsprechender Schaltung.
Ferner besitzt das Entladungsgefäß i die Hauptanoden 4 und die Hilfs- oder Steuerelektroden
5. Um eine der Verwendungsarten der Erfindung wiederzugeben, ist die vorgenannte
Röhre derart geschaltet, daß sie Energie von dem Gleichstromkreis 6 zu dem Wechselstrombelastungskreis
7 oder umgekehrt überträgt. In diesem Falle umfaßt der Wechselstromkreis meistens
eine Induktanz 8, zwischen deren Neutralpunkt 9 und der Kathode 2 des Entladungsgefäßes
der Gleichstromkreis über die Induktanz i i angeschlossen ist. Die gegenüberliegenden
Klemmen der Induktänz 8 sind mit den Hauptanoden 4 .des Entladungsgefäßes i durch
zugeordnete Induktanzen i 2 verbunden. Ein Kondensator 13 oder ein anderes energiespeicherndes,
zur Bestimmung der Frequenz des Wechselstromkreises geeignetes Schaltmittel ist
zwischen die Endklemmen der Induktanz 8 geschaltet.
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Jede Hilfselektrode 5 ist mit der Kathode 2 durch eine Gittersteüerspannungsquelle
14, deren Spannung eine beliebige Wellenform besitzen kann, und eine- Hochvakutimentladungsvorrichtung
15 verbunden, die eine thermionisch emittierende Elektrode 16 und
eine mit dieser zusammenarbeitende Elektrode 17.besitzt. Für die meisten Verwendungszwecke
ist es ratsam, einen Widerstand 18 den Klemmen der Vakuumröhre 15 parallel zu schalten.
Die Leitfähigkeit des Gleichrichters 15 in seiner Stromrichtung soll genügen, um
die Steuerelektrode 5 auf einem positiven Potential zu erhalten; um den Stromfluß
von der Anode 4 zu fördern, ungeachtet der Tatsache, daß ein wesentlich größerer
Strom von der Kathode 2 zu der Elektrode 5 zu :diesen Zeiten fließen kann als zu
solchen Zeiten, wenn die Elektrode 5 eine negative Spannungsphase aufweist.
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Es wird nämlich angenommen, daß die Entladungsröhre 15, die die Eigenschaft
besitzt, daß sie Ströme von einer Größe, die der Elektronenemission ihrer Kathode
entspricht, nur in einer Richtung durchläßt, während der normalen Arbeitsweise die
notwendigen elektrischen Ladungen hindurchläßt, um mit Hilfe der Steuerelektrode
den Raum zwischen der Kathode 2 und der Anode 4 leitend. zu machen, falls die Elektrode
5 positiv in bezug auf die Kathode -- ist und ihr normaler Rückstrom genügend
groß ist, um es der Steuerquelle 14 zu ermöglichen, die Elek-,. trode 5 auf ein
genügend negatives Potential aufzuladen, so daß .das Wiederzünden des lichtbogens
zwischen den Elektroden 2 und 4 ,' verhindert ist, falls sie einmal gelöscht ist.
-Anderseits werden Rückzündungen oder Entladungen zwischen der Kathode 2 und der
Elektrode 5 meistens dann auftreten, wenn die letztere negativ geladen ist. Die
Röhre 15
bildet jedoch einen hohen Widerstand für den FIuß derartiger Ströme,
insbesondere wenn ihre Elektrode 17 eine nicht emittierende ist. Irgendein Zusammenbruch
des Widerstandes der Gasstrecke i zwischen der Kathode 2 oder einer Anode 4 und
der Steuerelektrode 5 ist dementsprechend auf einen sehr kleinen Stromwert begrenzt
und dieser Vorgang gleichfalls auf den rasch vorübergehenden Umstand innerhalb des
Gases beschränkt, der den Zusammenbruch der Gasentladungsstrecke veranlaßt.
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Die oben beschriebene Wirkungsweise der Entladungsröhre 15
kann gesteuert und noch verbessert werden, wenn ein hoher Widerstand 18 ihren
Klemmen parallel geschaltet ist. Dieser Widerstand kann. einen solchen Wert besitzen,
daß die Summe der normalen Rückströme des Gleichrichters 15 und des durch
diesen fließenden Stromes, wenn die Elektrode 5 die höchstmögliche Spannung aufweist,
von der Größenordnung von einigen Millampere ist. Bei einem solchen Werte werden
die Zustände zwischen den Elektroden 5 und 2 während einer Zeit von mehr als einigen
wenigen Mikrosekunden nicht maßgeblich störend beeinflußt. Eine Anordnung, in der
die Anode der Röhre 15 ebenfalls geheizt wird, aber in einer solchen Weise,
daß ihre Elektronenemission auf einen Rückstrom beschränkt ist, der die gleiche
Größe besitzt, als wenn einer Röhre mit einer kalten Anode der Widerstand i8 parallel
geschaltet wäre, kann auch verwandt werden.
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Die Wirkungsweise der vorbeschriebenen Anordnung ist etwa folgende:
Wenn Strom von dem Gleichstromkreis durch- die rechte Hälfte der Induktanz 8 zu
der Anode ¢ fließt, drückt die Spannungs- i quelle 14 der rechten Steuerelektrode
5 eine positive Spannung auf, während die linke Steuerelektrode 5 ein negatives
Potential erhält. Wegen der gegenseitigen Beeinflussung der Induktanz 8 und des
Kondensators 13 wird die rechte Elektrode 4 allmählich in ihrer Spannung bis auf
einen Wert abfallen, der negativer als -der der Kathode 2 ist, und zur gleichen
Zeit wird die linke Anode 4 ein positives Potential erhalten. Die Steuerspannüngsqüellen-14
sind so angeordnet, daß die linke Steuerelektrode 5 frühzeitig ein positives
Potential
in bezug auf die Kathode 2 annimmt und die rechte Steuerelektrode 5 ein in bezug
auf die Kathode 2 negatives Potential erhält. Der Stromfluß von dem Gleichstromkreis
6 geht alsdann zu der linken Seite der Induktanz 8 über, 'von der zur linken Anode
q. durch die Kathode 2 und zurück zur 'anderen Stromseite des Stromkreises 6. Der
Stromfl.uß in der rechten Anode q. hört auf. Der Kondensator 13 wird sich nun auf
ein umgekehrtes Potential aufladen und hierdurch die Spannung der linken Anode q.
reduzieren und die der rechten Anode q. vergrößern. Sobald alsdann .die Spannungen
:der Steuerelektroden 5 mit Bezug auf die Kathode 2 wechseln, wird der Stromfluß
durch die linke Anode q. aufhören und wiederum durch die rechte Anode q. einsetzen.
Somit `wird ein Wechselpotential an den Klemmen des Kondensators 13 und des Belastungsstromkreises
7 erzeugt.
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Würde eine Entladung zwischen der Kathode 2 und einer der beiden Steuerelektroden
5 einsetzen, während die letztere negativ geladen ist und ihre Funktion der Sperrung
des Stromflusses zu der zugehörigen Anode q. ausübt, wird die Elektronenröhre 15,
und der ihr zugeordnete Widerstand 18 den Strom gemäß der vorhergehenden Ausführung
auf einen solch niedrigen Wert begrenzen, daß die Bildung eines ständigen Lichtbogens
zwischen der Kathode und einer der Steuerelektroden 5 verhindert i'st. Wenn ein
solcher Lichtbogen sich bilden könnte, wenn die Elektrode 5 zuerst negativ gemacht
ist, würde der Lichtbogen während der Zeit fortdauern, während der die Elektrode
ihre Sperrfunktion aus üben soll, und die Aufrechterhaltung des Lichtbogens würde
die Elektrode daran hindern, die Einleitung eines' Lichtbogens zu den Anoden ¢ zu
verhindern.
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Es sei darauf hingewiesen, daß zwar die Erfindung in Verbindung mit
einer Anordnung zur Wechselrichtung beschrieben ist, jedoch die Wirkungsweise der
Röhre 15 und des Widerstandes 18, nämlich die Sicherstellung der Arbeitsweise
der Steuerelektroden 5, auch dann angewandt werden kann, wenn die Steuerelektroden
5 zur Steuerung des Energieübertritts von dem Stromkreis 7 in den- Gleichstromkreis
6 verwandt werden oder, mit anderen Worten, wenn. die Röhre i als gittergesteuerter
Gleichrichter arbeitet. Die Erfindung wird ebenfalls anwendbar sein, wenn der Stromkreis
6 ein Wechselstrom- statt eines Gleichstromkreises ist. Die vorstehende Erfindung
ist ferner nicht auf Steuerelektroden bei quecksilber dampfgefüllten Röhren beschränkt,
sondern kann auch bei Röhren, in denen die Elektrode 2 eine Glühkathode oder eine
andere elektronenemittierende Vorrichtung darstellt; verwandt werden. Die Anordnung
der Röhre 15 ist allgemein da anwendbar, wo die Wirkungsweise der Steuerelektroden
in Gasentladungen sichergestellt werden soll.
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. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß, da die thermionische Vakuumröhre
i 5 zur Begrenzung des Stromflusses zu der Steuerelektrode 5 dient, die Röhre 15
und der Widerstand 18 durch andere Stromkreiselemente, die -den Fluß von Strömen
bis zu einem gewissen kritischen Wert gestatten und Strömen von wesentlich größerer
Ordnung eine vergrößerte Impedanz entgegenstellen, ersetzt werden können, z. B.
Gasentladungs- oder andere Gleichrichter oder vormagnetisierte gesättigte Eisendrosselspulen
an Stelle des Gleichrichters 15 verwandt werden.
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Die Steuerquelle 14 kann auch aus Transformatoren, deren Primärwicklung
von dem Wechselstromkreis 8 gespeist wird, z. B. durch Reihenschaltung dieser Primärwicklung
mit einer Kapazität, oder aus anderen entsprechenden Anordnungen bestehen.