-
Anordnung von zwei mit Steuerelektroden versehenen Gas- oder Dampfentladungsstrecken
Die Erfindung bezieht sich .auf Anordnungen, bei denen ein Stromverbraucher über
zwei gegensinnig parallel geschaltete Entladungsstrecken an eine Wechselstromquelle
angeschlossen äst und bei denen der Verbraucherstrom durch wählbare Bestimmung des
Zündzeitpunktes der Entladungsstrecken geregelt werden soll. Die Erfindung ist für
die verschiedenen bekannten Formen von Lichtbogenentladungsstrecken anwendbar, bei
denen durch Beaufschlagung von Steuerelektroden, insbesondere Steuergittern, .der
Zeitpunkt für die Zündung des Lichtbogens zwischen den Hauptelektroden der Entladungsstrecke
wählbar bestimmt werden kann. Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung für gittergesteuerte
Quecksilberdampfentl.adungagefäße.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit zwei' gegensinnig
parallel geschalteten Entladungsstrecken arbeitende Stromrichteranordnung derart
zu betreiben, .daß die Steuerelektroden b,zw. Steuergitter beider Entladungsstrecken
unmittelbar elektrisch leitend miteinander verbunden sind, daß also die beiden Steuerelektroden
der Doppelentladungsstrecke für die Steuerschaltung wie eine einzige Steuerelektrode
bzw. ein einziges Steuergitter einer einzelnen Entladungsstrecke erscheinen.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen die
elektrisch unmittelbar miteinander verbundenen Steuerelektroden und die Hauptelektroden
der Doppelentladungsstrecken spannungsrichtungsabhängige Widerstände in der Weise
geschaltet sind, daß, abgesehen von zwischen Steuerelektroden und Hauptelektroden
liegenden Steuerspannungen, beide Steuerelektroden jeweils das Potential der Kathode
der gerade mit positiver Spannungsrichtung beaufschlagten Entladungsstrecke erhalten.
Die spannungsrichtungsabhängigen Widerstände liegen in der Steuerleitung zweckmäßig
zwischen den Hauptelektroden und dem den Steuerel:ektroden abgewandten Ende einer
in die Steuerleitung geschalteten Steuerspannungsquelle. Das Wesen .der Erfindung
besteht in der Einführung einer Hilfsschaltung, die mit spannungsrichfungsabhängigen
Widerständen arbeitet und die dafür sorgt, daß das Bezugspotential der elektrisch
unmittelbar leitend miteinander verbundenen Steuerelektroden .der Doppelentladungsstrecke
im Takt der die Doppelentladungsstrecke speisenden Wechselspannung geändert wird.
Diese Änderung erfolgt in .der Weise, daß das Potential dieser Steuerelektroden,
von der zur Bestimmung des Zündzeitpunktes dienenden Steuerspannung abgesehen, jeweils
gleich ist dem Potential desjenigen Poles der Doppelentladungsstrecke,
der
nicht mit der positiven Richtung der Wechselspannung beaufschlagt ist. Das Bezugspotential
der gemeinsamen Steuerelektrode der Doppelentladungsstrecke wird also periodisch
umgeschaltet. Es gelingt dadurch, trotz der leitenden Verbindung der Steuerelektroden
der beiden Entladungsstrekken untereinander durch eine in üblicher Weise in den
Steuerstromkreis eingeführte Steuerspannung jeweils den Zündzeitpunkt derjenigen
Entladungsstrecke wählbar zu bestimmen, welche gerade von der speisenden Wechselspannung
mit positiver Spannungsrichtung beaufschlagt wird.
-
Der in die Steuerleitung einzuschaltende spannungsrichtungsabhängi.ge
Widerstand besteht zweckmäßig aus einem gleichrichtenden Element in Form eines Trockengleichrichters
oder eines kleinen Glühkathodengleichrichters. Für die Schaltung dieses Gleichrichters
bestehen verschiedene Möglichkeiten, die an Hand der nachfolgenden Beschreibung
.der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert
werden sollen.
-
In Fig. i ist ein Verbraucher i über eine Doppelentladungsstrecke
2 mit 'zwei .gegensinnig parallel geschalteten Lichtbogenentladungsstrecken an eine
Wechselstromquelle 3 angeschlossen. Die beiden Entladungsstrecken der Doppelentladungsstrecke
2 können entweder in einem gemeinsamen Gefäß angeordnet sein, in dem jeweils eine
Anode der einen Entladungsstrecke mit der Kathode der anderen Entladungsstrecke
leitend verbunden ist. Es können aber auch, wie es bei der Schaltung der Fig.2 angenommen
ist, zwei .getrennte Entladungsgefäße üblicher Bauart gegensinnig parallel geschaltet
sein. Wesentlich ist nur, daß die Steuerelektroden beider Entladungsstrecken elektrisch
unmittelbar miteinander und gemeinsam an einen Steuerleiter .4 angeschlossen sind,
dessen Steuerpotential den Zündzeitpunkt beider Entladungsstrecken bestimmen soll.
-
Bei der Anordnung nach Fig. i- ist nur zwischen den Steuerleiterq.
und den unteren Pol der Doppelentladungsstrecke ein span nungsrichtungsabhängiger
Widerstand in Gestalt eines Trockengleichrichters 5 geschaltet, während der obere
Pol der Doppelentladungsstrecke über einen Widerstand 6 mit dem Steuerleiter verbunden
ist. Dieser Widerstand ist so bemessen, daß er klein ist gegenüber dem Widerstand
des Trockengleichrichters 5 in derRückwärtsrichtung. Bei 7 ist zwischen die Steuerelektroden
und den Verbindungspunkt des Widerstandes 6 mit dem Trockengleichrichter 5 eine
Steuerspannung eingeschaltet, welche jeweils innerhalb der Halbwelle der -beiden
Entladungsstrecken im Zeitpunkt der beabsichtigten Zündung eine Span- , von negativen
zu positiven nungsänderung Werten bewirkt. Diese Steuerspannung kann beispielsweise
eine Wechselspannung doppelterFrequenz sein od:ereinepulsierendeGleichspannung,
die irgendeiner Steuerspannungsq uelle, beispeilsweise einem Wechselrichter, entnommen
wird.
-
Die Wirkungsweise der in Fig. i dargestellten Schaltung ist folgende:
Wenn ein Zeitpunkt herausgegriffen wird, an dem die an der Doppelentladungsstrecke
2 liegende Wechselspannung am oberen Pol positiv ist, so wirkt diese Wechselspannung
für den Trockengleichrichter 5 in der Richtung Anode-Kathode, und es wird wegen
der gleichrichtenden Wirkung des Trockengleichrichters 5 der Steuerleiter 4 mit
dem unteren Pol der Doppelentladungsstrecke 2 verbunden. Es nimmt also der Steuerleiter
4. das Potential desjenigen Poles der Doppelentladungsstrecke 2 an, der in diesem
Augenblick an dem negativen Pol der Wechselspannungsquelle 3 liegt. In der nächstfolgenden
Halbwelle wird der untere Pol der Doppelentladungsstrecke 2 von der Wechselspannungsquelle
3 positiv beaufschlagt. 'Die Wechselspannung wirkt dann für den Gleichrichter 5
entgegen seiner Durchlaßrichtung. Das bedeutet, daß jetzt der Steuerleiter q. praktisch
auf das Potential des oberen Poles der Doppelentladungsstrecke 2 gebracht wird;
denn der Widerstand 6 ist, wie oben angegeben, so bemessen, daß er klein ist gegenüber
dem Rückwärtswiderstand des, Gleichrichters 5. Die Wirkung der Hilfsschaltung der
Fig. i ist somit die, daß der Steuerleiter q. ein periodisch wechselndes Bezugspotential
erhält, und zwar jeweils das Potential desjenigen Poles der Doppelentladungsstrecke
2, der gerade Kathode der stromdurchlässigen Entladungsstrecke ist. Durch die bei
7 eingeführte Steuerspannung kann dann innerhalb der beiden Halbwellen der Wechselspannungsquelle
3 der Zündzeitpunkt beliebig wählbar bestimmt werden.
-
An Stelle des Widerstandes 6 in Fig. i kann ein zweiter Gleichrichter
gesetzt werden. Das hat den Vorteil, daß der in dem Hilfsstromkreis 5, 6 zeitweilig
fließende Strom %vesentlich herabgesetzt wird. In Fig.-2 ist diese Schaltung dargestellt.
Der Aufbau der Schaltung ist bezüglich des Verbrauchers i der Doppelentladungsstrecke
2 und der Wechselstromquelle3 der gleiche wie in Fig. i. Die Hilfsschaltung zur
periodischen Änderung des Potentials der Steuerelektroden der beiden Entladungsstrecken
besteht in diesem Falle aus zwei Gleichrichtern 8 und 9, welche an die Sekundärwicklung
eines Hilfstransforinators io mit dein Übersetzungsverhältnis i : i angeschlossen
sind. Zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Gleichrichter 8
und
g und dem Nullpunkt des Transformators io kann noch ein Belastungswiderstand i i
lieben. Die Nullpunkte der beiden Wicklungen des Transformators io sind leitend
verbunden, um das Potential des Sekundärkreises des Transformators io mit Bezug
auf den Hauptstromkreis i, 2, 3 festzulegen. Die Lage dieses Verbindungspunktes
ist an sich gleichgültig, man kann beispielsweise auch Primärwickhing und Sekundärwicklung
des Transformators io an ihrem einen Ende mit-:einander verbinden. Die Hilfsschaltung
besteht bei der Anordnung nach Fig. 2 somit aus einer Zweiweggleichrichteranor dnung,
und es ist der negative Pol dieser Gleichrichteranordnung mit dem Steuerleiter 4.
der Doppelentladungsstrecke 2 verbunden.
-
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, welches
sich von der Anordnung nach Fig.2 dadurch unterscheidet, daß die beiden Gleichrichter
8 und g nicht wie bei der Schaltung nach Fig.2 mit ihren Anoden, sondern mit ihren
Kathoden verbunden sind. Im übrigen besteht auch hier die Hilfsschaltung aus einem
Zweiweggleichrichter, der von einem Transformator io gespeist wird und einen Belastungswiderstand
i i besitzt. Da in diesem Falle aber der negative Pol der Gleichrichteranordnung
an dem Nullpunkt der Sekundärwicklung des Transformators io liegt, muß dieser Nullpunkt
an den Steuerleiter 4 der Doppelentladungsstrecke angeschlossen sein. Dementsprechend
wird der Verbindungspunkt zwischen den Gleichrichtern 8 und g an den Nullpunkt der
Primärwicklung des Transformators io angeschlossen. Der Vorteil der Schaltung nach
Fig.3 liegt darin; daß die beiden Gleichrichter 8 und g zu einem Zweiweggleichrichter
mit$ gemeinsamem Entladungsgefäß zusammengefaßt werden können. Es kann an dieser
Stelle ein handelsüblicher Glühkathodengleichirichter mit zwei Anoden und einer
gemeinsamen Kathode verwendet werden. Gegenüber den Trockengleichrichtern wird dadurch
der Vorteil erzielt, daß die Gleichrichterstrecken in der Rwckwärtsrichtung einen
praktisch unendlich großen Widerstand besitzen.
-
Die zur Bestimmung des Zündzeitpunktes dienende Steuerspannung wird
bei den beiden Schaltungen der Fig. 2 und 3 ebenso wie bei der Schaltung der Fig.
i bei 7 in die Verbindungsleitung zwischen dem Steuerleiter q. und der Hilfsschaltung
eingeführt. 'Die Steuerspannung besteht, wie bereits erwähnt wurde, entweder aus
einer Wechselspannung doppelter Frequenz oder aus einer pulsierenden Gleichspannung,
die sich in dem jeweils erwünschten Zeitpunkt innerhalb der beiden Halbwellen von
negativen zu positiven Werten ändert. Bei den Fig. 2 und 3 kann die Steuerspannung
auch in die beiden Zweige der Gleichrichterstrecken eingefügt werden.
-
In Fig. 4 ist noch ein Ausführungsbeisp'el dargestellt, welches sich
von den anderen Ausführungsformen" dadurch unterscheidet, daß als Steuerspannung
ein Transformator verwendet ist, dessen Primärwicklung an die speisende Wechselspannungsquelle
angeschlossen ist, während die Steuerspannungen für die beiden Halbwellen der Doppelentladungsstrecke
zwei Sekundärwicklungen- dieses Transformators entnommen sind. Im übrigen ist auch
hier ein Verbraucher i über eine Doppelentladungsstrecke 2 an eine Wechselstromquelle
3 angeschlossen. Der Hilfsstromkreis zur periodischen Änderung des Potentials des
gemeinsamen Steuerleiters 4. besteht aus einer Zweiweggleichrichteranordnung, die
von einem Transformator io gespeist wird und die beiden Gleichrichterentladungsstrekken
8 und g besitzt. Der Belastungswiderstand i i der Zweiweggleichrichteranordnung
liegt ebenso wie bei der Schaltung nach Fig. 3 zwischen dem Steuerleiter 4. und
der gemeinsamen Kathode der beiden Gleichrichterstrecken 8 und g. Der Steuertransformator
12 ist an die den Hauptstromkreis speisende Wechselstromquelle angeschlossen. Seine
beiden Sekundärwicklungen 13 und 14 liegen in den beiden Zweigen der Zweiweggleichrichteranordnung
8 bis ii. Der Zündzeitpunkt der Entladungsstrecken der Doppelentladungsstrecke 2
wird durch Änderung der Phase des Steuertransformators 12 bestimmt. Dieser Transformator
kann zu dem Zweck entweder als Drehtransformator ausgebildet sein, oder es kann
seine Primärwicklung an eine der bekannten Schaltungen zur Änderung der Phasenlage
einer gegebenen Wechselspannung angeschlossen werden. Der Steuertransformator 12
kann übrigens auch an Stelle der Steuerspannung 7 in dem Ausführungsbeispiel der
Fig.2 angewendet werden. Seine beiden Sekundärwicklungen wären in der Fig. 2 zwischen
die Gleichrichter 8 und g und die beiden Enden der Sekundärwicklung des Transformators
io zu schalten.
-
In der Schaltung der Fig. 4 ist neben dem Verbraucher i noch eine
Induktivität mit paxallel geschaltetem Widerstand angegeben. Dadurch soll zum Ausdruck
gebracht werden, daß bei einem Verbraucher, der gleichzeitig Verbraucher für Wirkstrom
und Blindstrom äst, zweckmäßig die Induktivität durch einen Wirkwiderstand überbrückt
wird, um Spannungsspitzen abzuschneiden. Die durch Einschaltung der Induktivität
auftretenden hochfrequenten Schwingungen können auch mit Hilfe einer Siebkette von
der Doppelentladungsstrecke ferngehalten werden. Erlischt nämlich die Entladungsstrecke
beim Unterschreiten
der Brennspannung, so treten an der Induktivität
hohe Spannungsspitzen und Schwingungen hoher Frequenz auf. Wegen der Symmetrie der
Gitteranordnung zwischen den Anoden und Kathoden der Doppelentladungsstrecke ist
das Gitter bestrebt, ein Mittelpotential zwischen den einander gegenüberliegenden
Anoden und Kathoden anzunehmen. Das bedeutet, daß das Gitter eine positive Spannung
gegenüber der Kathode der gerade arbeitsfähigen Entladungsstrecke annimmt und diese
Entladungsstrecke zum Zünden bringt. Eine sichere Steuerung würde dadurch unmöglich
gemacht werden. Die Störungen durch hochfrequenteSchwingungen können entweder durch
den bereits erwähnten Parallelwiderstand beseitigt werden oder dadurch, :daß :ein
Resonanzkreis parallel zur Entladungsbahn geschaltet wird.