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Verfahren zum Schließen von Hochspannungsstromkreisen mit Hilfe gesteuerter
gas- oder dampfgefüllter Entladungsgefäße Es ist bekannt, Wechselstrom führende
Hochspannungsstromkreise zum Zwecke der Regelung,. Gleichrichtung oder Umrichtung
mit Hilfe gas- oder, dampfgefüllter Entladungsgefäße periodisch zu schließen. Man
verwendet zu diesem Zweck Entladungsgefäße mit Glühkathode oder Quecksilberkathode,
bei welchen die Entladungsbahn mit Hilfselektroden umgeben ist, welche dazu dienen,
eine gewünschte Spannurngsverteilung herbeizuführen. Diese Elektroden werden meist
über einen Spannungsteiler, z. B. kapazitiven Spannungsteiler, an eine geeignete,
z. B. zwischen Anode und Kathode liegende Spannung gelegt. Anstatt mit einer dauernd
erregten Elektronenquelle zu arbeiten, kann man die Entladung auch im gewünschten
Zeitmoment zünden. Es zeigt sich nun, daß bei.hohen Betriehsspannungen dadurch Schwierigkeiten
auftreten, daß der Energieinhalt der Leitungskapazität sehr plötzlich im Entladungsgefäß
freigemacht wird und insbesondere bei Glühkathoden zu Ü.berlastüngen der Kathode
oder auch zu unerwünschten Potentialänderungen an den Hilfselektroden führt. Es
könnenauch Verarmungen der Entladungsbahn an Ladungsträgern auftreten, welche zu
Überspannungen Andaß geben. Man kann die Entladung der Leitungskapazität durch Einschaltung
von Ohmschen oder induktiven Widerständen verlangsamen, muß dann aber dauernd einen
Energieverlust in diesen Widerständen in Kauf nehmen. Man kann diesen Nachteil vermeiden,
wenn man gemäß der Erfindung den Hochspannungsstromkreis durch mehrere zeitlich
gestaffelte Entladungsvorgänge schließt, durch welche ein im zu schaltenden Stromkreis
liegender Widerstand zwischen Beginn und Ende des Einschaltvorganges verringert
wird, wobei die Zeitdauer vom Beginn des Einschaltvorganges bis zum Einsetzen der
Hauptentladung so bemessen ist, daß sich die Kapazität des zu schaltenden -Hochspannungskreises
bis zum Einsetzender Hauptentladung auf einen unschädlichen Wert entladen kann.
Die Zündung
der Hauptentladung kann dabei vorteilhaft vom. Einsetzen
der Vorentladung derart abhängig- gemacht sein, daß die Hauptentladung ach Ablauf
einer bestimmten Zeitspanne selbsttätig zündet. Diese Zeitspanne wird unter Berücksichtigung
der Entladungsgeschwindigkeit der Leitungskapazität über die Vorentladung gewählt.
Man kann die Zeitverzögerung durch Laden oder Entladen von Energiespeichern erzielen,
etwa in der Weise, daß man nach dem Zünden der Vorentladung einen Energiespeicher
allmählich auflädt und beim Überschreiten eines bestimmten Ladezustandes die Hauptentladung
zündet. Man kann der Vor- und Hauptentladung aber auch zeitlich gestaffelte Zündspannungen
zuführen, die mit bekannten Mitteln, z. B. rotierenden Kontaktapparaten, erzeugt
werden. Verwendet man mehr als eine Vorentladung, so können die zeitlich zwischen
der ersten Vorentladung und der Hauptentladung liegenden Entladungen durch die gleichen
Mittei in bestimmter Reihenfolge gezündet werden. Im allgemeinen wird es genügen,
mit einer einzigen Vorentladung zu arbeiten.
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Es sind zwar schon Entladungsgefäße bekannt, bei denen die Auslösung
der Hauptentladung durch gestaffelte Entladungsvorgänge vorgenommen wird. Bei den
bekannten Entladungsgefäßen dieser Art finden jedoch die Vorentladungen entweder
nicht im Hauptstromkreis statt, so daß die Vorentladungen am Einschaltvorgang nicht
beteiligt sind und die gemäß der Erfindung erzielte Wirkung, nämlich übergroße Stromspitzen
.dadurch zu vermeiden, daß die von,der Kapazität des zu schaltenden Stromkreises
aufgespeicherte elektrische Energie durch über geeignete Widerstände stattfindende
Vorentladungen ausgeglichen wird, nicht erreicht wird, oder aber die Auslösung der
Vorentladungen erfolgt durch dieselbe Spannungsphase wie die Auslösung der Hauptentladung,
so daß eine merkliche Zeitverzögerung zwischen dem Einleiten des Zündvorganges und
dem Einsetzen der Hauptentladung nicht stattfindet, wobei also ,auch in diesem Falle
.die Kapazität des Hochspannungskreises nicht auf einen unschädlichen Wert entladen
werden kann.
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In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele für diesen Fall dargestellt.
In Abbildung r sind mit i und z Dampfentladungsgefäße mit Glühkathode bezeichnet,
welche im wesentlichen .den gleichen Aufbau besitzen und mit einer Reihe nicht näher
bezeichneter, über einen kapazitiven Spannungsteiler an die Spannung zwischen Anode
und Kathode angeschlossener Zwischenelektroden versehen sind. Es sei angenommen,
daß das Gefäß i den Betriebsstrom tragen soll, während das Gefäß :z die Aufgabe
hat, zunächst den Energieinhalt der Leitungskapazität unschädlich zu machen. Zu
diesem Zweck ist mit dem Entladungsgefäß z ein Widerstand 3 in Reihe geschaltet.
Man kann an Stelle des Ohmschen Widerstandes aber. auch eine Induktivität oder eine
Kombination von beiden verwenden. Die Zündspannung wird dem Entladungsgefäß z #n
den durch den Doppelpfeil q. gekennzeichneten Punkten zugeführt. Mit der Kathode
ist ein Widerstand 5 in Reihe geschaltet, an dem nach dem Einsetzen der Entladung
ein Spannungsabfall entsteht. Dieser Spannungsabfall wird mit Zeitverzögerung auf
das Steuergitter 6 des Entladungsgefäßes i übertragen. Die Zeitverzögerung wird
mit Hilfe des gegebenenfalls in seiner Größe einstellbaren Kondensators 7 erzeugt,
der- vom Spannungsabfall am Widerstand 5 über den Ladewiderstand 8 aufgeladenwird.
Auchdurch Änderung der Größe dieses Widerstandes oder der Größe des Kondensators
7 läßt sich die Zeitverzögerung einstellen und der jeweiligen Leitungskapazität
bzw. der Entladegeschwindigkeit der Leitungskapazität anpassen. Die Leitungskapazität
ist durch die punktiert gestrichelte Kapazität 9 dargestellt. Zur Leitungskapazität
sind dabei auch -die Kapazitäten etwa vorhandener Hilfseinrichtungen, z. B. auch
die Kapazitäten der Spannungsteiler, zu rechnen, welche die Hilfselektroden mit
Spannung versorgen. Mit Hilfe der Batterie io kann dem Gitter 6 eine geeignete Vorspannung
erteilt werden. i r ist die Wechselspannungsquelle, 1z die Belastung. Die Einrichtung
arbeitet in folgender Weise: In einem gewünschten Zeitpunkt der positiven Halbwelle,
z. B. im Spannungsmaximum, wird durch Anlegen der Zündspannung an das Entladungsgefäß
z zunächst die Entladung in tdiesem Gefäß gezündet. Es entlädt sich dann zunächst
im wesentlichen die auf die im Zündzeitpunkt herrschende Spannung der Wechselstromquelle
aufgeladene Leitungskapazität über den Widerstand 3 des Entladungsgefäßes z und
den Widerstand 5. Unter Umständen kann man auch den Widerstand 3 weglassen und den
Widerstand 5 so dimensionieren, daß er für eine genügend langsame Entladung der
Leitungskapazität sorgt. Durch die während der Vorentladung in der Röhre .2 am Widerstand
5 entstandene Spannung wird der Kondensator 7 allmählich aufgeladen, und zwar derart,
daß sich die Spannung am Gitter 6 in Richtung der positiven Werte verschiebt. Man
kann nun durch Bemessung des Widerstandes 8 und der Kapazität 7 die Verhältnisse
so einstellen, daß die Hauptentladung im Rohr i zündet, sobald die Leitungskapazität
so weit entladen ist, daß keine unzulässigen Strom- oder Spannungsspitzen
mehr
entstehen. Nach dem Zünden der Hauptentladung wird im allgemeinen .die Entladung
im Gefäß 2 von selbst erlöschen. Bei der Bemessung des Entladungsgefäßes 2 wird
man deshalb nur den maimal auftretenden Energieinhalt der Leitungskapazität zu berücksichtigen
brauchen.
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Der Übersichtlichkeit halber wurde in der Abb. i der Gegenstand der
Erfindung an einer Einwegschaltung dargestellt. Man kann natürlich zwei oder mehrere
Enhl,adungsgefäße,der bekannten Schaltungen zur Gleichrichtung, Steuerung, Regelung
oder Umrichtung von Wechselströmen verwenden. Es ist auch möglich, .die Entladungsgefäße
r und 2 zu kombinieren, etwa in der Weise, wie es schematisch in Abb.2 dargestellt
ist. Die Entladungsbahnen sind in diesem Falle mit einer gemeinsamen Q@u.ecks ilberkathode
i 3 iausgerüstet. Auch die Entladungsgefäße i und z nach Abb. i können eine Quecksilberdampffüllung
oder auch QueciZsilber-kathoden erhalten.
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In den Abb. i und 2 sind Einrichtungen mit getrennten Entladungsbahnen
dargestellt. Man kann auch ;die Entladungsbahnen zum Teil vereinigen, und zwar in
der Weise, .daß man die Vorentladung in den Stromkreis eines Widerstandes legt und
in die Hauptentladung überführt. Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Abb.
3 dargestellt. Das Entladungsgefäß zeigt im wesentlichen den gleichen Aufbau wie,die
in Abb.-i dargestelltenEntladungsgefäße. i4ist eineHohlkathode, die auch .durch
eine QQ.uecksilberkathoide ersetzt sein könnte. Das Entladungsgefäß besitzt zwei
Anoden, nämlich eine Hilfsanode 15 .und die Hauptanode r6. Die Hauptanode
16 ist von einer Steuerelektrode r7 umschlossen. Die Hilfsanode 15 ist über. den
Widerstand 18 mit der Hauptanode 16 verbunden. Zwischen :die Hilfsanode 15 und die
Steuerelektrode 17 ist eine geeignete Vorspannung mit Hilfe der Batterie i9 gelegt.
Die zwischen beiden Elektroden liegende Spannung wird so gewählt, daß eine nach,der
Anode 15 übergehende Entladung nicht nach der Anode 16 überspringt. Der Übergang,der
Entladung nach der Anode 16 findet erst statt, wenn der Steuerelektrode 17
ein geeignetes Potential erteilt wird. Zu idiesem Zweck: ist der mit einem Widerstand
überbrückte Kondensator 2o vorgesehen, der über den Widerstand 2i mit der Anode
verbunden ist.
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Die Einrichtung arbeitet in folgender Weise: Wird an das Steuergitter
des Entladungsgefäßes die Zündspannung 22 angelegt, so geht die Entladung nach der
Hilfsanode 15 über. Es wird auf diese Weise zunächst die Leitungskapazität über
den Widerstand 118 entladen. Durch :den am Widerstand i8 entstehenden Spannungsabfall
erhält die Anode 16 ein positives Potential gegenüber der Hilfsanode
15. Die Entladung kann aber zur Anode 16 nicht übergehen, weil das Gitter
17 noch genügend stark negativ vorgespannt ist. Über den Widerstand wird jedoch
der Kondensator 2o allmählich aufgeladen, so daß sich das Potential..des Gitters
17 nach positiven Werten verschiebt und schließlich .einen Wert" annimmt, bei welchem
die Hilfsentladung nach der Hauptanode übergreift. Durch Bemessung des Kondensators
2o und .des Widerstandes 21 läßt sich die Zeitdifferenz zwischen dem Einsetzen der
Entladung nach der Anode 15 und dem Einsetzen nach der Anode 1b so ein stellen,
daß über die Vorentladung die Leitungskapazität genügend entladen wird.