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Anordnung zur Steuerung eines Quecksilberdampfstromrichters Die Erfindung
bezieht sich auf eine Anordnung zur Steuerung, eines Quecksilberdampfstromrichters
mit- dauernd erregter Kathode und mit den Anoden vorgelagerten Sperrelektroden.
-Bei bekannten Anordnungen dieser Art hat man die Steuerung der Entladung in der.
Weise vorgenommen, daß man der Umgebung der Sperrelektroden im gewollten Zündmoment
Hochfrequenzschwingungen - zugeführt hat. Dadurch werden in der Umgebung der Sperrelektroden
positive Ionen erzeugt, was zu einer Verringerung der räumlichen Ausdehnung des
Sperrfeldes der Sperrelektrode und damit zu einer Vergrößerung des Durchgriffes
des Anodenfeldes führt.
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Zur Erzeugung der das Sperrfeld überwindenden Steuerspannung bzw.
Hochfrequenzschwingungen sind bei den bekannten Anordnungen besondere Steuerelektroden
bzw. Steuergitter vorgesehen. Die Erfindung geht darauf hinaus, diese besonderen
Steuerelektroden zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die
zizr Steuerung dienenden Hochfrequenzschwingungen in einem zwischen die Anode einerseits
und die Gefäßwandung bzw. das Anodenschutzrohr oder die Sperrelektrode andererseits
gelegten, im wesentlichen auf Resonanz mit der. Frequenz der Spannung des erregenden
Hochfrequenzgenerators abgestimmten Schwingungskreis erzeugt werden. Hier dient
also die Anode selbst gewissermaßen gleichzeitig als Steuerelektrode, indem sie
im gewollten Zündmoment durch Zuführung der Hochfrequenzspannung aufgeladen wird
und dadurch das Gas .bzw. den Dampf zwischen der Anode und der ihr vorgesetzten
Sperrelektrode derart-ionisiert, daß die Anode durch das Sperrfeld der Sperrelektrode
hindurchgreifen kann. Der Schwingungskreis zwischen Anode und Gefäßwandung bzw.
Sperrelektrode ist dabei so anzuordnen, daß er durch seine Sperrwirkung den Übergang
der der Anode zugeführten Hochfrequenzenergie in das Wechselstromnetz verhindert.
-An sich ist es bereits vorgeschlagen worden, den Anoden eines Stromrichters zur
Steuerung der Entladung eine Hochfrequenzspannung zuzuführen. Jedoch wird hierbei
die Hochfrequenz zwischen der Anode und der Kathode des Stromrichters wirksam. Demgegenüber
hat die erfindungsgemäße Anordnung, bei der die Hochfrequenz lediglich zwischen
der Anode und der Sperrelektrode auftritt, den Vorteil, daß die Hochfrequenzschwingungen
nur auf den Teil der Entladungsstrecke konzentriert werden, wo sie tatsächlich zur
Ionisierung benötigt werden, nämlich auf den zwischen der Anode und der Sperrelektrode
gelegenen Lichtbogenweg.
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Beim Erfindungsgegenstand besteht der zur Erzeugung -von Hochfrequenz
dienende
Schwingungskreis vorzugsweise aus der Anode und den ihr
gegenüberstehenden metallenen Gefäßteilen wie Sperrgitter, Anodenhülsen, Einführungen
als Kapazität sowie 3 einer in den Anodenstromkreis eingeschalteten Drosselspule
als Induktivität, wobei die der Anode zuzuführende normale Betriebsspannung durch
einen Block- oder Sperrkondensator von den der Anode gegenüberstehenden metallenen
Gefäßteilen wie Sperrgitter, Anodenhülsen, Einführungen ferngehalten wird.
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Die Hochfrequenz kann in irgendeiner geeigneten Weise erzeugt werden.
Zweckmäßig wird ein später näher beschriebener Schwingungsgenerator benutzt.
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Die Zuführung erfolgt vorteilhaft durch transformatorische Kopplung
mit Hilfe der Induktiv ität des Schwingungskreises. Zur Verteilung der hochfrequenten
Schwingungen auf die verschiedenen Anoden kann ein mit regelbarer Geschwindigkeit
utnlaufender Umschalter vorgesehen werden, dessen Verteilerkontakte als Glimmstrecken
oder sonstige sich nicht mechanisch berührende Kontakte ausgebildet sind.
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An Hand der in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Fig. i zeigt eine Steueranordnung, bei der die erforderlichen hochfrequenten
Schwingungen in einem -besonderen Entladungsgefäß erzeugt werden.
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Fig. 2 stellt eine Schaltanordnung dar, bei der die Erzeugung der
zur Steuerung dienenden hochfrequenten Schwingungen in denn Hauptentladungsgefäß
selbst erfolgt.
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Fig. 3 zeigt den Schwingungskreis für sich allein, Fig.:I eine weitere
Ausführungsform des Schwingungskreises, und Fig.5 eine dritte Ausführungsform des
Schwingungskreises zur Steuerung der Entladung.
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In F!-. i ist i das Vakuumgefäß eines Ouecksilberdampfgleichrichters,
2 ist die Kathode und 3 sind die Anoden, die mittels der Isolatoren q. eingeführt
werden. Die Anoden 3 sind mit Anodenschutzrohren 5 umgeben, in welche die Sperrgitter
6 eingesetzt sind; eine besondere Isolierung der Sperrgitter ist nicht erforderlich,
kann aber vorhanden sein. In den Anodenstromkreis ist eine Drosselspule 7 bzw. 7'
eingeschaltet, deren oberes von der Anode abgelegenes Ende über einen Block-oder
Sperrkondensator 2.I bzw. 2.I' mit der Sperrelektrode, also im vorliegenden Fall
z. B. mit dem metallenen Gehäuse i, leitend verbunden ist. Durch die Drosselspule
7 als Induktivität und die gegenseitige Kapazität zwischen der Anode 3, der Sperrelektrode
6, der Anodenhülse 5 und der Stromeinführung .I wird ein Schwingungskreis gebildet,
der in Fig. 3 noch einmal gesondert dargestellt ist, wobei in der Fig. 3 der Kondensator
25 die durch die Anode und die ihr gegenüberstehenden Metallteile gebildete Block-
oder Sperrkapazität darstellt. Nachdem die Frequenz der zur Zündung der Entladung
dienenden Hochfrequenzspannung gewählt ist, ist es lediglich erforderlich, die Drosselspule
7 auf die Kapazität der Anode 3 zu ihrer Umgebung so abzustimmen, daß die bekannte
Beziehung, genügend genau erfüllt ist. Soll nun
die Anode gezündet werden, so wird dem Schwingungskreis von irgendeiner Hochfrequenzquelle
aus eine Hochfrequenz, die in der Nähe der Resonanzfrequenz des Schwingungskreises
liegt, zugeführt. Der Schwingungskreis schaukelt sich infolgedessen auf immer höhere
Schwingungsamplituden auf, so daß die Wechselspannung an der Kapazität des Schwingungskreises,
also auch zwischen der Anode 3 und der Sperrelektrode 6, steigt. Da nun in der zwischen
der Sperrelektrode 6 und der Anode 3 befindlichen Gas- oder Dampfmenge stets Ladungsteilchen,
insbesondere Elektronen, vorhanden sind, geraten diese Elektronen unter dem Einfluß
der Hochfrequenz in eine pendelnde Bewegung und erreichen nach mehreren Hochfrequenzschwingungen
immer höhere Geschwindigkeitsamplituden, bis diese schließlich dazu ausreichen,
beim Zusammenstoß mit einem neutralen Gas- oder Dampfteilchen dieses zu ionisieren.
Sobald derartige Ionisationsvorgänge in genügender Zahl eintreten, wird die Sperrelektrode
bzw. ihre Umgebung mit positiven Ionen überschwemmt, was den Zusammenbruch des an
der Oberfläche der Sperrelektrode vorhandenen Sperrfeldes zur Folge hat. Sobald
dieser Fall eintritt, können die Elektronen aus dem Hauptentladungsraurn des Vakuumgefäßes
i durch die Sperrelektrode 6 hindurch nach der Anode 3 vordringen, womit der Stromdurchgang
freigegeben ist, so daß die Entladung einsetzt.
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Die zur Aufladung des Schwingungskreises erforderliche Hochfrequenz
kann in beliebiger Weise erzeugt werden. Da bekanntlich von etwa ioe Hertz an aufwärts
die Zündspannung, welche zur Einleitung einer Entladung zwischen zwei in einem Gase
angeordneten Elektroden erforderlich ist, abnimmt und bei etwa io8 Hertz Werte erreicht,
die bedeutend tiefer sind als die Zündspannungen bei niedrigen Frequenzen, ist es
vorteilhaft, mindestens Hochfrequenz von ioe Hertz zu benutzen, insbesondere kommt
Hochfrequenz in den Grenzen io6 bis ioe Hertz in Frage. Die Zuleitung der Hochfrequenz
erfolgt
zweckmäßig auf induktivem Wege mittels einer Wicklung 26
bzw. 26', die mit der Drosselspule 7 bzw. 7' transformatorisch gekoppelt ist.
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Zur Erzeugung der Hochfrequenz kann ein besonderer Schwingungsgenerator
benutzt werden, der aus einem Hilfsentladungsgefäß B besteht, dessen Anode 9 eine
Blende io vorgeschaltet ist. Als Kathode dient eine Glühkathöde i i, welche in üblicher
Weise, z. B. mittels einer Batterie 12, geheizt wird. In den Anodenstromkreis ist
eine Drosselspule 13 eingeschaltet. Die Speisung des Hilfsentladungsgefäßes 8 erfolgt
von einer Gleichstromquelle 14 aus. Wird nun die Stromstärke in dem durch 14, 13,
9, io und i i gebildeten Stromkreis so weit gesteigert, daß in - dem Raum über der
Blende io, in dem sich die Anode g befindet, eine- Ionenverarmung eintritt, so bildet
sich in diesem Raum eine hochfrequente Schwingung derart aus, daß das Potential
der Anode 9 gegenüber deren Umgebung, insbesondere gegenüber der Blende 10, in hochfrequente
Schwingungen gerät. Die diesen Potentialschwingungen entgegengesetzt gleichen Schwingungen
treten an der Drosselspule 13 auf.
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Um nun die Entladung zwischen einer der Hauptanoden 3 und der Kathode
2 des Gleichrichters i zu steuern, werden die Wicklungen 26 im gewollten Zündmoment
kurzzeitig an die Spannung zwischen der Anode 9 und der Kathode i i bzw. an die
Spannung der Drosselspule 13 gelegt. Zu diesem Zweck ist die Glühkathode i i des
Hilfsentladungsgefäßes 8 mit dem einen Ende der Spulen 26, 26' dauernd leitend verbunden,
während die Anode 9 über einen Umschalter 15 abwechselnd mit den anderen Enden der
Wicklungen z6 bzw. 26' verbunden wird. Die Verbindung erfolgt, indem der Kontaktarm
17 abwechselnd mit einem der beiden Gegenkontakte 18, ig in Berührung kommt.
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Der Umschalter 15 kann in irgendeiner geeigneten Weise als rotierender
Schalter ausgebildet werden, z. B. -in ähnlicher Weise wie ein Verteiler für die
Zündeinrichtung bei einer Brennkraftmaschine. Zum Antrieb des Umschalters dient
ein Synchronmotor 2o, der an die Spannung der Wechselstromnetzseite des Transformators
21 für den Gleichrichter i angeschlossen wird, so daß der Motor 2o synchron mit
der Frequenz des speisenden Wechselstromnetzes umläuft.
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Infolge der hohen Frequenz und Spannung der erzeugten Schwingungen
genügt es, für den Stromschluß im Umschalter 15 Glimm- j strecken vorzusehen, d.
h. eine Annäherung der Kontaktteile auf kleine Abstände, welche dann durch die Spannung
der hochfrequenten Schwingungen durchschlagen werden. Eine derartige Ausführungsform
hat die besonderen Vorteile, daß die Kontakte nicht abgenutzt werden, so daß mit
einer kleinen und leichten Apparatur eine zuverlässige Schaltung möglich ist.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die hochfrequente Spannung
zwischen der Anode 9 und der Kathode i i abgenommen. Es ist aber auch möglich, sie
zwischen der Anode 9 und der Blende io abzunehmen oder an beiden Enden der Drosselspule
13.
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Bei der Ausführung nach Fig.2 ist das Hilfsentladungsgefäß mit dem
zu steuernden Zntladungsgefäß i baulich vereinigt. Es besteht aus einem Rohrstutzen
22, in den mittels eines Isolators 23 die Zuleitung für die Anode 9 eingeführt wird.
Von der Spannungsquelle 14 .aus wird nun über die Drosselspule 13, die Anode 9,
die Blende io nach der Kathode :2 des zu steuernden Entladungsgefäßes eine Hilfsentladung
aufrechterhalten, welche die gewünschten - hochfrequenten Schwingungen erzeugt.
Die Blende io ist derart eng zu bemessen, daß bereits beim normalen Betriebsgas-
oder -dampfdruck des Gefäßes die hochfrequenten Schwingungen entstehen. Das Potential
der Anode g ändert sich demnach in hochfrequenter Weise und wird genau so wie bei
der Ausführung gemäß Fig. i durch den rotierenden Umschalter 15 abwechselnd kurzzeitig
an eine der beiden Wicklungen 26 angelegt.
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Der durch die Wicklungen 26 bestimmte Zündmoment kann auf verschiedene
Weise verändert werden, z. B. indem der bewegliche Teil des Umschalters 15 gegenüber
dem Rotor des Antriebsmotors 2o mechanisch verstellt wird oder indem die Phase des
Statorfeldes des Motors 2o gegenüber derjenigen des speisenden Wechselstromnetzes
geändert wird. Selbstverständlich fallen auch andere Änderungen des Zündmomentes
in den Bereich des Erfindungsgedankens.
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Um das Hauptentladungsgefäß i auszuschalten, genügt es, die Hochfrequenzentladung
über das Hilfsentladungsgefäß 22 zu unterbrechen, denn beim Abschalten der Hochfrequenzentladung
sind die Hauptanoden 3 nicht mehr imstande, zu zünden.
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Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denen der Fig. i.
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Bei der in Fig. q. dargestellten Ausführungsform des Schwingungskreises
ist die Anodenhülse 5 mittels eines verlängerten Isolators 27 gegenüber dem metallenen
Vakuumgefäß i isoliert eingesetzt und mit dem von der Anode abgelegenen Ende der
Dros= sel 7 über den Block- oder Sperrkondensator 24 verbunden. # Die Verbindungsleitung
ist hierbei mittels der Einführung 28 isoliert durch die Gehäusewandung durchgeführt.
Bei
einem derartigen Schwingungskreis besteht also die Kapazität aus der Anode, dem
Sperrgitter und der Anodenhülse. 32 ist eine zusätzliche Kapazität, deren Bedeutung
bei Fig.5 erläutert wird. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denen der Fig. 2.
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Die vorstehend angegebene Ausführungsform ist auch, sinngemäß abgeändert,
für Glasgefäße verwendbar.
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Eine weitereAusführungsform des Schwingungskreises, die für Gefäße
aus Glas oder sonstigem isolierenden Material bestimmt ist, ist in der Fig. 5 dargestellt.
In dieser ist 29 das aus Glas bestehende Vakuumgefäß, in das die Anoden 3 in üblicher
Weise eingeführt sind. Jede Anode ist von einer metallenen Anodenhülse
30 umgeben, die im Innern des Gefäßes angeordnet ist und die Sperrelektrode
6 trägt. An der Außenseite des Gefäßes gegenüber der Sperrelektrode befindet sich
eine Metallbelegung 31, die mit dem von der Anode abgelegenen Ende der Drosselspule
7 verbunden ist. Die äußere Belegung 31, die Anodenhülse 3o, die Sperrelektrode
6 und die Anode 3 bilden dann die Kapazität des Schwingungskreises, die aus mehreren
hintereinander geschalteten Kondensatoren besteht, wie ohne weiteres verständlich
ist. Zweckmäßig ordnet man die Metallteile 30 und 31 in unmittelbarer Nähe der Glaswandung
an deren beiden Seiten an, so daß die Kapazität des durch die Belegung 31, die Glaswand
als Dielektrikum und die Anodenhülse 30 gebildeten Kondensators groß ist
im Vergleich zu der Kapazität des durch die Anodenhülse 3o, die Sperrelektrode 6,
die Gas- oder Dampfstrecke als Dielektrikurn und die Anode 3 gebildeten inneren
Kondensators, da infolge der hierdurch sich ergebenden Spannungsverteilung das Zustandekommen
der Entladung erleichtert wird.
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Falls eine kleinere Kapazität ausreichend ist, kann man auch die Anodenhülse
30 weglassen und die Sperrelektrode 6 dann an der Glaswandung selbst befestigen.
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Sofern jedoch bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 4. und 5 die
vorhandene Kapazität des Schwingungskreises nicht ausreicht, kann man dieser einen
Kondensator 32 parallel schalten, wie in den Figuren angedeutet ist.
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Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denen der Fig. i und 2.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Schwingungskreis ist ein Block- oder
Sperrkondensator 24 nicht nötig, da ein Fernhalten der den Anoden zuzuführenden
normalen Betriebsspannungen von den Anodenhülsen und den Sperrelektroden nicht in
Frage kommt.
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Die Erfindung soll nicht auf die vorstehend angegebenen Ausführungsformen
der Schwingungskreise beschränkt sein, sondern es fallen sämtliche Schwingungskreise
unter den Erfindungsgedanken, bei denen in gleichwertiger Weise die Anode als Steuerelektrode
ausgenutzt wird.
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Unter Umständen wird es auch vorteilhaft sein, z. B. bei Glasgefäßen
mit einer Kathode, einer Anode und einem Sperrgitter zwischen Kathode und Anode
die Sperrelektrode vom Gehäuse isoliert anzuordnen und sie mit der Kathode oder
einer negativen Spannung zu verbinden.