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Anordnung zum Steuern elektrischer Ströme mit Hilfe gittergesteuerter
Gas- oder Dampfentladungsgefäße Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum
Steuern elektrischer Ströme mit Hilfe von gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungsgefäßen
mit zwei oder mehreren in verschiedenen Phasen liegenden Anoden. Es kann sich dabei
um Anordnungen handeln, bei welchen das Entladungsgefäß als steuerbarer Gleichrichter
benutzt wird, d. h. als ein Gleichrichter, der zur Erzeugung eines regelbaren Gleichstromes
oder einer regelbaren Gleichspannung dient. Es kann sich aber auch um' Wechselrichter,
Umrichter o. dgl. handeln.
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Gemäß der Erfindung wird jeder Anode neben dem eigentlichen Steuergitter
eine weitere Elektrode (Hilfselektrode), vorzugsweise ein weiteres Gitter zugeordnet,
dem eine vom Entladungsstrom des Gefäßes abhängige Spannung zugeführt wird. Außer
dem Steuergitter und der Hilfselektrode können auch weitere Elektroden, die zu an
sich bekannten Zwecken dienen, vorhanden sein. Bei der Ausbildung und Anordnung
der Elektroden werden die für den Bau von Dampfentladungsgefäßen bekannten Regeln
beachtet, beispielsweise hinsichtlich der gegenseitigen Abschirmung der einzelnen
Elektrodensysteme, der Bemessung der Abstände der Elektroden unter Berücksichtigung
des Dämpfdruckes, und der freien Weglänge, der Erwärmung usw.
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Die Abbildungen zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Soweit
in den Abbildungen die gleichen Teile wiederkehren, sind dieselben Bezugszeichen
verwendet. In Abb. i und 2 ist mit i ein Entladungsgefäß bezeichnet, welches als
Elektronenquelle die Glühkathode :2 enthält. An Stelle dieser Glühkathode könnte
auch ein Hilfslichtbogen treten. g, q. und 5 sind die Anoden des Entladungsgefäßes;
die in bekannter Weise an den Dreiphasentransformator 6 angeschlossen sind. Die
Belastung 7 ist mit der für Gleichrichter üblichen Weise an diesen Transformator
und die Kathode :2 angeschlossen. 8 ist eine den Heizstrom liefernde Transformatorwicklung.
Die
eigentlichen Steuergitter sind mit g, io und. ii bezeichnet und erhalten von dem
in an sich bekannter Weise ausgebildeten= Steuergerät 12 die Steuerspannung. Die
zur Einregelung der Größe oder zur Veränderung'* der Phase dieser Steuerspannung
dienenden Mittel sind an sich bekannt. Da sie für die Erfindung unwesentlich sind,
sind sie der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
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In Abb. i ist mit 13 die gemäß der Erfindung angeordnete Hilfselektrode
bezeichnet, welche die Form eines Gitters besitzt und dicht vor den Steuergittern
g, io und ii angeordnet ist. Ihr wird über den Widerstand -q. eine Spannung zugeführt,
die an einem vom Entladungsstrom durchflossenen Widerstandi5 abgegriffen wird. Diese
Spannung ist somit dem in diesem Widerstand fließenden Strome proportional. Bei
der Einstellung ihrer Größe ist folgendes zu berücksichtigen.
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Es sei angenommen, daß die Entladung in einem bestimmten Augenblick
zwischen der Glühkathode 2 und der Anode 3 übergeht: Durch die Ionisierung in der
Entladungsbahn zwischen. der Glühkathode :2 und der Anode 3 findet eine Verschiebung
der Zündkennlinie des Elektrodensystems 410 bzw. 5111 statt, und zwar in
der Richtung, daß die Zündung einer Entladung zu diesen Elektrodeüsystemen erleichtert
wird. Der Zündzeitpunkt der Entladung, -welche zu den Anoden q, und 5 übergeht,
wird also durch die Entladung zwischen der Kathode 2 und der Anode 3 beeinflußt.
Die Größe der Beeinflussung ist abhängig von der im Zeitpunkt der Zündung der nächsten
Entladungsbahn herrschenden Stromstärke, also in dem angegebenen Beispiel von der
Stromstärke zwischen der Kathode :2 und der Anode 3. Die Stromstärke des einen Elektrodensystems
im Zeitpunkt der Zündung eines -weiteren Elektrodensystems ist davon abhängig, in
welchem Maße jede Halbperiode ausgenutzt wird. Wird diese Ausnutzung zum Zwecke
der Regelung verschoben, so ändert sich mit der Ausnutzung der Entladungsstrom in
der Röhre im Zeitpunkt der Zündung je eines weiteren Elektrodensystems. Man kann
bei der Regelung sogar in Gebiete kommen, in welchen im Zeitpunkt der Zündung eines
Elektrodensystems die Entladung bereits erloschen ist. Die gleichen Gesichtspunkte
gelten für sämtliche Elektrodensysteme. Sie gelten auch für nur zweianodige Anordnungen,
sofern beide Anordnungen gleichzeitig Strom führen können, wie dies bei Röhren mit
nicht rein Ohmscher Belastung, insbesondere induktiver Belastung, der Fall ist.
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Gemäß der Erfindung wird nun die der Hilfselektrode 13 zugeführte
Spannung so eingestellt, daß sie die Beeinflussung der Zündeigenschaften der jeweils
nicht gezünde-,..ten Entladungsstrecke ganz oder annähernd ähfhebt. Es wird ihr
deshalb ein negatives I'btential zugeführt, welches die Zündkenn-"linien der jeweils
nicht gezündeten Entladungsstrecken so weit verschiebt, wie dies durch die benachbarte
brennende Entladung im umgekehrten Sinne der Fall ist.
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Da die Hilfselektrode 13 einen erheblichen Teil der Ionen,
die sich in ihrer Nähe aufhalten, an sich zieht, so fließt ein nicht unerheblicher
Gitterstrom. Der mit dem Gitter in Reihe geschaltete Widerstand 1q. muß deshalb
so bemessen sein, daß er die Aufrechterhaltung der gewünschten Spannung im Gitter
zuläßt. Mit Hilfe der Batterie -ö kann dem Gitter eine zur Anpassung des Entladungsgefäßes
an verschiedene Verhältnisse dienende zusätzliche Spannung (Vorspannung) zugeführt
-werden. Sie wird im allgemeinen dem Gitter ein negatives Potential geben müssen.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Abb. -2 sind an Stelle einer einzigen
Hilfselektrode mehrere dargestellt, von welchen je eine die Anodensysteme (Anode
.-f- Steuergitter) umgibt. Die Hilfselektroden sind mit 17, 18
und i9 bezeichnet.
Sie erhalten über die Widerstände 2o, 21, 22 eine am Widerstand 15 abgegriffene
Spannung. Die Spannungen sind einzeln einstellbar und werden entsprechend den im
vorangehenden hinsichtlich der Spannung der Hilfselektrode 13 (Abb. i) gegebenen
Gesichtspunkten eingestellt. Durch die Einstellbärkeit der Einzelspannungen kann
man Unsymmetrien in der Röhre berücksichtigen.
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Wie bereits erwähnt, zieht das Hilfsgitter einen erheblichen Teil
der Ionen, die sich in seiner Nähe aufhalten; an sich, und es fließt deshalb ein
nicht unerheblicher - Gitterstrom. Es sind deshalb auch merkliche Leistungen notwendig,
um den Hilfselektroden das gewünschte Potential aufzudrücken. Hierzu kommt noch,
daß es aus konstruktiven Gründen nur selten möglich ist, die Elektrodensysterne
so anzuordnen,. daß beim Übergang der Entladung zu dem einen System andere Systeme
nicht mit Ionen überschwemmt werden. In diesem Falle kann durch Bildung einer positiven
Raumladung die Wirkung des Hilfsgitters ganz oder teilweise aufgehoben werden. Man
kann diese Schwierigkeiten beheben; wenn man zwischen Kathode und den übrigen Elektroden
eine weitere Elektrode anordnet, -welche den zwischen ihr und der Anode liegenden
Raum von einem großen Teil der Ionen befreit. Eine solche Elektrode, beispielsweise
ein Gitter, kann auf Kathodenpotential oder einem gegenüber der
Kathode
negativen Potential gehalten werden. Eine Röhre dieser Art ist in der Abb. 3 dargestellt.
Die Elektrodensysteme 3, 9, 17 4, 10, 18; 5; 1 i, J 9 sind in den Kammern der Ionenfangelektrode
23 angeordnet. An Stelle einer einzigen derartigen Elektrode können natürlich auch
drei Einzelelektroden treten, welche das ihnen zugeteilte Elektrodensystem abschirmen.
Die Elektrode 23 kann unmittelbar an die Kathode angeschlossen werden. Man kann
ihr aber auch mit Hilfe der Batterie 24 ein negatives Potential erteilen. -In diesem
Fall empfiehlt es sich, in der Zuleitung zur Elektrode 23 einen Schutzwiderstand
einzufügen.
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Die Röhre nach Abb. 3 kann entweder in der in Abb. i oder 2 dargestellten
Schaltung betrieben werden. Benutzt man die Schaltung nach Abb. i, so werden die
Hilfsgitter 17, 18, i9 miteinander galvanisch verbunden und an den Widerstand 14
angeschlossen. Bei der Benutzung der Schaltung nach Abb.2 erhalten die Gitter 17,
18, 19 getrennte, vom Entladungsstrom abhängige Spannungen. Anstatt die Spannungen
unmittelbar von einem mit der Kathode in Reihe geschalteten Widerstand abzugreifen,
kann man diese Spannung auch mit Hilfe eines besonderen Entladungsgefäßes erzeugen.
Das hat den Vorteil, daß die am Widerstand 15 abgegriffene Spannung kleiner sein
kann und damit der Leistungsverlust geringer ist. Entwickelt die Belastung keine
selbständige elektromotorische Kraft, wie des beispielsweise bei rein 0hmscher Belastung
der Fall ist, so kann man die zur Speisung der Hilfselektrode dienende Spannung
auch von einem parallel zur Belastung liegenden Widerstand abgreifen. Man muß dann
beispielsweise durch Anwendung des Hilfsentladungsgefäßes dafür sorgen, daß die
dem Hilfsgitter 13 zugeführte Spannung das richtige Vorzeichen besitzt.
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Da die Entionisierungsvorgänge in der Röhre i eine gewisse Zeit erfordern,
so kann es sich empfehlen, die der Hilfselektrode zugeführte Spannung in ihrer Phase
etwas zu verzögern, um damit auf die Entionisierungsschwierigkeiten Rücksicht zu
nehmen. Diese Verzögerungen können durch Kettenleiter oder andere eine ähnliche
verzögernde Wirkung besitzende Schaltelemente erzeugt werden. Im einfachsten Falle
wird schon eine wenigstens zu dem für die Erzeugung dfr Hilfsgitterspannung dienenden
Teil desWiderstandes 15 parallel liegende Induktivität ausreichen.