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Verfahren zur Verhinderung von Störungen bei elektrischen Entladungsgefäßen
in Gleichrichterschaltung Die Erfindung betrifft elektrische Entladungsröhren in
Gleichrichterschaltung und bezieht sich im besonderen auf die Verhinderung von Störungen
in dampf- oder gasgefüllten Entladungsgefäßen.
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Man hat bisher in derartigen Gleichrichtern schon verschiedene Anordnungen
getroffen, um Störungen zu beseitigen. Viele der bekannten Anordnungen sehen Steuerkreise
vor, die bei einer Störung die ganze Anlage abschalten. Andere der bekannten Anordnungen
sind mit Steuereinrichtungen verbunden, die im Störungsfalle die Spannung, den Strom
oder den Leistungsfaktor verändern. Durch die steigende Anwendung der elektrischen
Entladungsgefäße in der Starkstromtechnik, wo die Röhren ganz erheblichen unregelmäßigen
Belastungen ausgesetzt sind, ist es notwendig. geworden, ein Überwachungsverfahren
für den ordnungsmäßigen Betrieb vorzusehen, das Störungen verhindert, ohne die Gefäße
vollständig abzuschalten. Wenn z. B. mehrere Entladungsgefäße in Gleichrichterschaltung
vorgesehen sind und in einer bestimmten Reihenfolge stromleitend werden, so ist
es u. U. zweckmäßig, die Reihenfotge des Stromflusses zu ändern, um damit Ungleichheiten
in der Wirkungsweise auszugleichen, ohne daß die Entladungsgefäße abgeschaltet werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung
von Störungen bei elektrischen Entladungsgefäßen in Gleichrichterschaltung, die
in einer vorgegebenen Reihenfolge nacheinander zünden, bei dem -und hierdurch ist
die Erfindung gekennzeichnet
- beim Ansetzen der Entladung an Einbauteilen
oder an der Gefäßwand eines Entladungsgefäßes außerhalb der vorgegebenen Zündreihenfolge
ein Zündimpuls auf die Zündelektrode dieses Entladungsgefäßes gegeben wird.
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Eine Gleichrichteranördnung, bei der die Erfindung angewandt werden
kann, kann aus einer Mehrzahl von Entladungsgefäßen bestehen, die finit Hilfe eines
Initialzünders über Steuerkreise gezündet werden. Solche Anordnungen zeigen auch
die zur Erläuterung der Erfindung dienenden Abbildungen. Um die Entladungsgefäße
in den in Frage stehenden Anordnungen mit größeren Strömen belasten zu können, sind
sie vielfach mit Kühlschlangen versehen, die in der Nähe des Entladungsweges angeordnet
sind und durch geeignete Kühlmittel die Temperatur des Gefäßes unterhalb eines bestimmten
Wertes halten. Derartige Kühlschlangen bewirken eine starke Kondensation der Dampffüllung.
wodurch ini Störungsfalle der Lichtbogen leicht auf den Kühlschlangen ansetzen kann.
Hierdurch werden die Kühlrohre schnell zerstört und die Lebensdauer der Entladungsgefäße
herabgesetzt. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, werden ertindungsgeniäl,l die
Entladungsgefäße finit einem Steuerkreis versehen, der auf den Initialzünder einen
Impuls gibt, und zwar in dem Augenblick, in dein die Hauptröhre außerplanmäßig stromleitend
wird. Hierzu dienen Wechselspannungsquellen, die das Stromführen von Hilfsröhren
bewirken, von denen jede in einen der entsprechenden Steuerkreise geschaltet ist.
Gemäß einem in den Abbildungen dargestellten Beispiel sind induktive Einrichtungen,
wie z. B. ein Spartransformator, in den Hauptkreis geschaltet, um die Anodenspannung
der Steuerröhren in Abhängigkeit von einer elektrischen Bedingung (z. B. des Stromes)
iin Hauptkreis zu steuern und die außerplanmäßige Zündung der Hauptröhre bei einer
Fehlzündung an der Kühlschlange zu bewirken. In einem anderen Anwendungsbeispiel
wird in gleicher Weise die Spannung an den Steuerelektroden der Hilfsröhren geändert
und damit die Energieversorgung der Hauptröhren dann bewirkt, wenn diese zu einer
anderen Zeit, als vier vorgegebenen Reihenfolge entspricht, infolge einer Fehlzündung
an einem Einbauteil oder an der Gefäßwand Strom führen sollen.
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Bei der in Abb. i dargestellten Gleichrichteranordnung speist eine
dreiphasige Wechselstromquelle i ein Gleichstromnetz 2 über den Transformator 3,
der den Dreiphasenstrom in Vierphasenstrom verwandelt. Elektrische Entladungsgefäße
4, 5, 6 und 7 sind mit den Sekundärwicklungen des Transformators 3 verbunden. Die
Entladungsgefäße sind in diesem Falle mit Dampf gefüllt. Jedes dieser Entladungsgefäße
.4, 5, 6 und 7 besitzt eine Anode 8, eine Quecksilberkathode 9 und einen zugeordneten
Initialzünder io. Außerdem besitzt jedes der Hauptentladungsgefäße 4, 5, 6 und 7
eine Kühlschlange i i, die in der Nähe des Entladungsweges angeordnet ist und mit
der Kathode 9 verbunden ist. Durch diese Kühlschlange fließt . ein Kühlmittel, wodurch
die Temperatur der Röhren unterhalb eines bestimmten Wertes gehalten wird, was eine
Druckerniedrigung zur Folge hat und damit die Röhre höheren Belastungen zugänglich
macht.
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Zur Zündung der Hauptgefäße4, 5, 6 und 7 und um deren Leitfähigkeit
in einer bestimmten Reihenfolge durchzuführen, dienen die Zündkreise 12,
13, 14 und 15. Diese bestehen aus der Hilfsröhre 16, die vorzugsweise
mit Dampf oder Gas gefüllt ist und die eine Anode 17 und eine Kathode 18
und eine Steuerelektrode i g besitzt. Die in Abb. i dargestellten Röhren 16 haben
außerdem ein Schirmgitter 2o, das mit der Kathode 18 verbunden ist. Die Zündkreise
12, 13, 14 und 15 werden in Abhängigkeit von den elektrischen Bedingungen,
wie z. B. der Anodenspannung der zugehörigen Hauptröhre, erregt, was z. B. Tiber
induktive Mittel, wie z. B. Spartransformatoren 21, 22, 23 und 24, verwirklicht
«-erden kann. Die Widerstände 25, 26, 27 und 28 dienen zur Strombegrenzung des Anodenstromes
der Hilfsröhren. Die Induktivitätein 29. 30, 31 und 32 dienen zur Glättun.
des Anodenstromes der Hauptröhren.
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Die Steuerkreise der Anordnung werden durch die Leitungen 33 über
den Phasenschieber 34 aus dein Wechselstromnetz i gespeist. Hierdurch wird die Zündung
der Hauptröhren 4, 5, 6 und 7 über den Initialzünder io in bestimmter Reihenfolge
bewirkt. Zur Begrenzung des Gitterstromes dienen die Widerstände 35, 36, 37 und
38, die den Steuergittern i9 der Hilfsröhren 16 vorgeschaltet sind.
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Die Wirkungsweise der Erfindung gemäß Abb. i ist am ehesten verständlich
bei Betrachtung der Schaltung in dem Augenblick, in dem eine Energieübertragung
zwischen den Netzen i und 2 beginnt. Dann müssen die Hauptröhren 4., 5, 6 und 7
in richtiger Reihenfolge gezündet werden, um Gleichstrom in das Netz 2 zu schicken.
Die Zündung der Hauptröhren in der richtigen Reihenfolge geschieht durch die Erregung
der entsprechenden Initialzünder io in der entsprechenden Reihenfolge. Inn normalen
Betrieb wird die Energieversorgung der Initialzünder io mit Hilfe der Steuerkreise
12, 13, 14 und i5
durchgeführt, die in entsprechender Reihenfolge
mit Wechselstrom aus dem Netz i über den Phasenschieber 34 erregt werden. So ist
z. B. in dem Augenblick kurz vor der Zündung der Hauptröhre 4 die Anodenspannung
dieses Gefäßes sehr groß. Wenn in diesem Augenblick die Hilfsröhre 16 gezündet wird,
so erhält der zugehörige Initialzünder to einen Stromstoß, der den Spartransformator
2r mit der Kathode 9 der Hauptröhre 4 verbindet. Bei richtigem Vorzeichen dieses
Stromes wird derselbe in dieser kurzen Zeit die Hauptröhre 4 zünden. Nach der Zündung
der Hauptröhre 4 bricht die Anodenspannung auf den relativ kleinen Wert der Brennspannung
zusammen, und der Strom durch den Initialzünder wird ebenfalls verkleinert. In dieser
Weise erfolgt die Zündung der Hauptröhren q., 5, 6 und 7 in der richtigen Reihenfolge.
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Es kann nun vorkommen, daß in der Anordnung gemäß Abb. i das auf den
Kühlschlangen i i kondensierte Quecksilber als Kathode wirkt und ein Lichtbogen
zwischen der Kühlschlange i i und der Anode 8 entsteht und auch während der Sperrzeit
bestehen bleibt. Die Folge hiervon ist in den meisten Fällen eine Zerstörung der
Kühlschlange i i und damit eine Herabsetzung der Lebensdauer der Entladungsgefäße.
Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, wird erfindungsgemäß das Entladungsgefäß in
einem solchen Augenblick in der gleichen Weise gezündet, d. h. eine Entladung zwischen
Anode und Kathode zustande gebracht, wie dies bei dem normalen Arbeiten des Gefäßes
geschieht. Es wird in diesem Falle also von der normalen Zündreihenfolge der Gefäße
abgewichen. Auf den Betrieb der Gleichrichteranlage ist eine derartige Abweichung
von der normalen Zündfolge ohne Bedeutung.
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Es sei beispielsweise angenommen, daß in der Hauptröhre 4 eine derartige
Störung auftritt. Dann induziert der Strom durch den Spartransformator 21 in der
Wicklung desselben eine Spannung, die die Hilfsröhre 16 zünden läßt und damit einen
Impuls auf den zugehörigen Initialzünder to schickt und dadurch den Kathodenfleck
auf die Quecksilberkathode 9 bringt, d. h. die Hauptröhre 4 in der richtigen Weise
zum Arbeiten bringt. Wenn vorher ein Kathodenfleck auf der Kühlschlange i i entstanden
war, so wird derselbe von dort zur richtigen Kathode überspringen. Die Zündkreise
12, 13, iq. und 15 sind derart geschaltet, daß die Spannungen, die an den Spartransformatoren
2i,. 22, 23 und 24 auftreten und an die Anoden 17 der Hilfsröhren 16 gelangen, dieselben
zünden, selbst dann, wenn die Steuerglieder i9 gegenüber der Kathode 18 negativ
vorgespannt sind. In Abb. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel für die Erfindung
schematisch dargestellt, und zwar für einen Dreiphasengleichrichter, der zur Energieübertragung
zwischen ein Wechselstromnetz 39 und ein Gleichstromnetz 4o geschaltet ist und aus
dein Transformator 41 und den Entladungsröhren 42, 43 und 44 besteht. Diese haben
Dampffüllung, eine Anode 45, eine Quecksilberkathode 46 und einen Initialzünder
47. Die Steuerkreise 48, 49 und So sind mit den entsprechenden Initialzündern 47
der Hauptröhren 42, 43. und 4.4 verbunden und bewirken die Zündung der Hauptröhren
in der vorgegebenen Reihen-, folge. Jeder der Steuerkreise 48, 49 und So wird in
Übereinstimmung mit der Anodenspannung der zugehörigen Hauptröhren erregt. Jeder
der Steuerkreise 48, 49, 50 enthält eine Steuerröhre 5 i, die vorzugsweise
mit Dampf oder Gas gefüllt ist und die eine Anode 52, eine Kathode 53 und ein Steuerglied
54 besitzt. Die Kathoden 53 der Hilfsröhren 51 sind mit den Kathoden 46 der Hauptröhren
über Widerstände 55 verbunden, so daß der Zündstrom durch den Initialzünder 47 fließen
kann. Zur Zündung der Hilfsröhren 5 i und der Anregung der Steuerkreise 48, 49 und
50 in vorgegebener Reihenfolge dient die Phasenschieberanordnung 56, die
von der Wechselstromquelle 39 gespeist wird und sekundärseitig über den Transformator
57 an die Steuerkreise angeschlossen ist.
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Um die Hilfsröhren 51 dann zu zünden, wenn die Hauptröhren außerhalb
der normalen Reihenfolge durch Ansetzen einer Entladung an vorhandenen Einbauteilen
oder an der Gefäßwand stromführend werden, dienen die Transformatoren 6o, 61 und
62, die mit den zugehörigen Hauptröhren 42, 43 und 4_1 verbunden sind. Jeder dieser
Transformatoren 6o, 61 und 62 besitzt eine Wicklung 63 und eine Wicklung
64, die magnetisch miteinander gekoppelt sind. Ein Ende der Wicklung 63 ist mit
der Anode 45 der Hauptröhre 42 verbunden, und das andere Eznle ist mit der Anode
52 der Hilfsröhre 5 i verbunden. Das rechte Ende der Wicklung 64 des Transformators
6o ist mit dem Steuerglied 54 der Hilfsröhre 51 verbunden, un-_l das linke Ende
der Wicklung 64 ist an eine der Sekundärwicklungen 59 des Transformators 57 über
einen Strombegrenzungswiderstand 65 angeschlossen. Die negative Gittervorspannung
für die Steuerglieder 54 der Hilfsröhren 5 i wird z. B. durch die Batterie 66 bewirkt.
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Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Abb.2 ist irn wesentlichen die
gleiche wie die der Schaltung gemäß Abb. i. Die Schaltung nach Abb.2 weicht nur
in der Steuerweise der Hilfsröhren S i ab, und zwar in dem Augenblick, in dem die
zugeordnete Hauptröhre
außerhalb der vorgegebenen Reihenfolge zündet.
Während der normalen Wirkungsweise werden die Hilfsröhren 51 in den Steuerkreisen
48, 49 und 5o die Hauptröhren 42, 43 und 44 in der vorgegebenen Reihenfolge zünden,
so daß Gleichstrom in das Netz 4o gesandt wird. Wenn jedoch z. B. die Hauptröhre
42 aus dieser normalen Reihenfolge durch eine in ihr entstehende Fehlzündung an
irgendeinen Einbauteil oder der Gefäßwand herausfällt, so erzeugt der Strom durch
die Wicklung 63 des Transformators 6o eine Spannung in der Wicklung 64, die die
Hilfsröhre 5 i zündet und damit zu einem Impuls auf den Initialzünder 47 der Hauptröhre
42 Anlaß gibt. Auf diese Weise werden die Hauptröhren 42, 43 und 44 außerplanmäßig
in der richtigen Weise, d. h. zwischen Anode und Kathode gezündet, so daß der in
unerwünschter Weise über die Wandung des Gefäßes oder Einbauteile fließende Strom
auf dic Kathode übergeht.
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Abb. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Erfindung. Die
Anordnung ist der nach Abb. 2 weitgehend ähnlich, und die entsprechenden Schaltelement;
sind mit den gleichen Ziffern versehen. Die Steuerkreise 67, 68 und 69 sind mit
den entsprechenden Hauptröhren 42, 43 und 44 verbunden und besorgen deren Zündung
in vorgegebener Reihenfolge. jeder der Steuerkreise 67, 68 und 69 enthält eine Steuerröhre
7o mit einer Anode 71, einer Kathode 72 und einem Steuerglied 73. Zur Speisung der
Initialzünder 47 niit Spannungen, die die Zündung der Haupti-öliren in der richtigen
Reihenfolge einleiten, dienen die Kippschwinganordnungen 74, 75 und 76, die mit
den Steuerkreisen 67, 68 und 69 verbunden sind und die untereinander gleich aufgebaut
sind. Die Kipplzreise 74, 75 und 7 6 werden von der Wechselstromquelle 39 durch
einen Phasenschieber 77 und den Transformator 78 mit den Primärwicklungen 79 und
den Sekundärwicklungen 8o, 8i und 82 erregt. jede der Sekundärwicklungen 8o, 8i
und 82 besitzt einen Mittelabgriff 83. Es sei der Kreis 74 im besonderen betrachtet.
Der Kondensator 84 ist zwischen der Mittelanzapfung 83 und dem oberen Ende der Wicklung
8o in Reihe mit einem Gleichrichter 85 und einem Widerstand 86 geschaltet und wird
durch den Gleichrichter 85 und Widerstand 86 während der positiven Halbwellen aufgeladen.
Zwischen das untere Ende der Wicklung 8o und den Mittelabgriff 83 ist ein Phasenschieber,
bestehend aus Kapazität 87 und Widerstand 88. geschaltet.
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Um die Steuerröhren zu zünden, wenn wie in dem vorher an Hand der
Abb. 2 betrachteten Fall die Hauptröhren 4a, 43 und 44 durch eine Fehlzündung stromführend
werden, sind die Transformatoren 89, 9o und 9i mit den Primärwicklungen 92 und Sekundärwicklungen
93 in die Anodenkreise dieser Röhren geschaltet. Die oberen Enden der Sekundärwicklungen
93 sind an den Kondensator 87 und Widerstand 88 über einen Strombegrenzungswiderstand
94 angeschlossen. Die unteren Enden der Wicklungen 93 sind an die Steuerglieder
73 der Hilfsröhren 70 über Widerstände 95 angeschlossen.
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Die Wirkungsweise der Schaltung nach Abb. 3 ist im wesentlichen die
gleiche wie die nach Abb. 2. Die Zündung erfolgt, indem die Zündkreise 67, 68 und
69 Stromimpulse auf die Initialzünder der Hauptröhren 42, 43 und 44 senden. Die
Hauptröhren werden dabei in vorgegebener Reihenfolge stromführend. Zur Erklärung
soll der Zündkreis 67 im besonderen betrachtet werden. Während def Spannungshalbwellen,
in denen das obere Ende der Sekundärwicklung 8o des Transformators 78 positiv gegenüber
der Mittelanzapfung 83 ist, wird die obere Platte des Kondensators 84 positiv aufgeladen.
Vermöge des Gleichrichters 85 bleibt diese Ladung erhalten. Während der normalen
Wirkungsweise wird die Steuerröhre 70 in vorgegebenen wiederkehrenden Intervallen
stromführend gemacht, indem auf die Steuerglieder 73 mit Hilfe der Phasenschiebereinrichtung,
bestehend aus Kondensator 87 und Widerstand 88, periodische Spannungen gegeben werden.
Diese periodisch wiederkehrende Spannung gelangt zu dem Steuergitter 73 über einen
Widerstand 94,. die Sekundärwicklung 93 des Transformators 89 und den Widerstand
95. Wenn die Steuergitterspannung an 73 einen vorgegebenen Wert erreicht, so zündet
die Röhre 70 und entlädt damit den Kondensator 84 durch die Röhre
70 und den Initialzünder 47 der Hauptröhre 42, wodurch letztere stromdurchlässig
wird. Unter anormalen Betriebsbedingungen, wenn die Hauptröhre 42 außerhalb der
Reihe durch eine Fehlzündung an einem Einbauteil oder an der Gefäßwand Strom führt,
erzeugt der Strom in der Primärwicklung 92 des Transformators 89 eine Spannung in
der Sekundärwicklung 93 dieses Transformators und verändert damit die Spannung am
Steuergitter 73 der Hilfsröhre 70 so, daß in diesem Augenblick die Röhre
70 stromdurchlässig wird. Das hat dann sogleich die Zündung der Entladung
zwischen Anode und Kathode in der Hauptröhre zur Folge.
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Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf Entladungsgefäße mit Initialzündung
beschränkt. Sie kommt vielmehr auch für andere Gefäße mit Dampf- oder Gasfüllung
und für Hochvakuumgefäße in Frage. Auch Hochvakuumgefäße enthalten vielfach Einbauten,
wie z. B. Abschirinelektroden oder
Steuergitter, an denen, z. B.
bei Verwendung hoher Spannungen, Fehlentladungen ansetzen können. In solchen Fällen
ist dann die Erfindung mit Vorteil anwendbar. Die Erfindung ist auch nicht auf Gefäße
mit flüssiger oder fester kalter Kathode beschränkt. Die Entladungsgefäße können
vielmehr auch eine Glühkathode besitzen.