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Schaltanordnung zum Löschen von Gas- oder Dampfentladungsstrecken
mit lichthogenartiger Entladung Es ist bekannt, die in einer Gas- oder Dampfentladungsstrecke
brennende lichtbogenartige Entladung bei positiver Anodenspannung dadurch zu löschen,
daß der Entladungsstrecke ein Kondensator parallel geschaltet wird, dessen Entladestrom
der Stromrichtung im Lichtbogen entgegengesetzt ist. Von dieser Löschmöglichkeit
wird beispielsweise bei dem selbstgeführten Wechselrichter Gebrauch gemacht, bei
dem zwei Gas- oder Dampfentladungsgefäße so mit dem Kondensator verbunden sind,
daß die Zündung des einen den Stromkreis für die das andere Gefäß löschende Entladung
des Kondensators schließt.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung der genannten Art, die
es mit einfachen Mitteln ermöglicht, die Löschung von gasoller dampfgefüllten Entladungsstrecken
zu beliebigen, genau definierbaren Zeitpunkten hzw. in periodischer Folge durch
den Entladestrom eines Löschkondensators zu bewirken.
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Gemäß der Erfindung liegt in dem Entladekreis des Löschkondensators
eine Hilfsgasentladungsstrecke mit genau definierter Zündspannung, vorzugsweise
in Form eines Überspannungsableiters, die und deren Stromkreis so bemessen sind,
daß die anfänglich in dieser Hilfsentladungsstrecke entstehende Glimmentladung sogleich
in eine Lichtbogenentladung übergeht, ohne daß die für ihr Ansprechen maßgebliche
Spannung am Kondensator überschritten wird. Es ist bekannt, als Schaltorgan in dem
Stromkreis des Löschkondensators -für die Löschung von Gas- oder Dampfentladungsstrecken
eine Funkenstrecke, insbesondere eine Löschfunkenstrecke zu verwenden. Das erfordert
jedoch eine besondere Hilfseinrichtung zum Zünden dieser Funkenstrecke, wofür bei
der bekannten Anordnung
ein Hochfrequenzschwingungskreis benutzt
wird. Man hat aber auch schon Glimmentladungsstrecken als Schaltmittel für Löschkondensatoren
verwendet. Damit wird an sich der Vorteil erreicht, daß eine besondere Hilfseinrichtung
zur Zündung der Entladunbsstrecke im Schaltkreis des Löschkondensators entbehrlich
wird, da die Durchbruchsspannung einer Glimmentladungsstrecke ihrer Größe nach genau
festliegt und man somit durch die Geschwindigkeit, mit der der Kondensator geladen
wird, den Zündzeitpunkt dieser Entladungsstrecke genau in der Hand hat. Bei der
bekannten Einrichtung handelt es sich jedoch umeine gewöhnliche Glimmentladungsstrecke,
deren Entladung den Charakter einer Glimmentladung nicht verliert. Hierdurch lassen
sich nur sehr geringe Ströme steuern, was bei der bekannten Einrichtung ausreicht,
da die zu löschende Entladungsstrecke ebenfalls nur eine Glimmentladungsstrecke
ist. Die Löschung einer Entladungsstrecke mit lichtbogenartiger Entladung wäre auf
diese Weise jedoch nicht möglich. Das gelingt erst durch die Erfindung, bei der
die Glimmentladung der Hilfsentladungsstrecke lediglich als Einleitung der ohne
weitere Spannungserhöhung unmittelbar folgenden Lichtbogenentladung benutzt wird.
Der Vorteil der Glimmentladung, nämlich die genau definierte Zündspannung, die es
möglich macht, lediglich mit der Geschwindigkeit, mit der der Kondensator geladen
wird, bzw. durch die Phasenlage der Ladespannung den Löschzeitpunkt der zu steuernden
Gas- oder Dampfentladungsstrecke zu bestimmen, bleibt dabei erhalten, und es braucht
keine besondere Hilfseinrichtung für die Zündung vorgesehen 'zu werden. In Anbetracht
der sehr großen Stromstärke, die kurzzeitig über die Hilf sentladungsstrecke fließen
muß, kann man mit Vorteil durch Glimmentladung zündende Entladungseinrichtungen
verwenden, die an sich für die Ableitung von Überspannungen in .Netzen und Verteilungsanlagen
bestimmt sind. Derartige Einrichtungen sind unter der Bezeichnung Glimmspannungsableiter
bzw. Kathodenfallableiter bekanntgeworden. Im Handel sind sie u. a. in Form von
Patronen erhältlich, die leicht auswechselbar in einer dazugehörigen Fassung befestigt
werden können. Es ist nicht nötig, den Entladestrom des Kondensators bei der Löschung
über die ganze Hauptentladungsstrecke des zu löschenden Entladungsgefäßes zu führen.
Es genügt vielmehr, wenn die Kondensatorentladung über einen Teil der Entladungsstrecke
des zu löschenden Gefäßes geführt wird, z. B. über die Entladungsstrecke, die durch
das Gitter und die Kathode gebildet wird. Der Gedanke, die Löschentladung nicht
über beide Hauptelektroden des zu löschenden Entladungsgefäßes zu führen, ist an
sich insofern bekannt, als man bereits eine Schaltung entwickelt hat, bei der sich
der Kondensator über das metallische Gehäuse und die von diesem ` isolierte Kathode
des Entladungsgefäßes entlädt.
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Die Erfindung möge an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. In
Fig. i bedeutet i ein Gas- oder Dampfentladungsgefäß, das mit Gittersteuerung ausgerüstet
sein kann und das in Reihe mit einem Verbraucher 3 an ein Wechsel- oder Gleichstromnetz
z angeschlossen sein möge. Die Aufgabe möge darin bestehen, dieses Entladungsgefäß
i periodisch zu bestimmten Zeitpunkten zu löschen. Die Einrichtung kann entweder
dazu dienen, einen zerhackten Gleichstrom zu erzeugen, wobei dann zweckmäßig der
Zeitpunkt des Wiedereinsetzens des Gleichstromes durch die Gittersteuerung festgelegt
wird. Man kann aber auch beispielsweise bei der Speisung mit Wechselstrom das Entladungsgefäß
vor Beendigung jeder positiven Anodenspannungshalbwelle löschen und auf diese Weise,
gegebenenfalls in Verbindung mit einer Zündpunktverzögerung, eine Spannungsregelung
erzielen. Der Vorteil einer solchen Regelung besteht vor allem darin, daß man den
Leistungsfaktor beliebig einstellen kann.
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Zur Löschung des Entladungsgefäßes i ist nun ein Kondensator 5 vorgesehen,
der über den Transformator S und einen Gleichrichter, beispielsweise das Entladungsgefäß
r i, mit Gleichstrom periodisch aufgeladen wird. Zur Begrenzung des Ladestromes
dient dabei der Widerstand 7. In den Entladestromkreis des Kondensators 5, in dem
auch das zu löschende Entladungsgefäß liegt, ist die Hilfsgasentladungsstrecke -.
mit genau definierter Zündspannung in Reihe mit einem Strombegrenzungswiderstand
6 geschaltet, derart, daß in ihr beim Zünden zunächst eine Glimmentladung entsteht,
die aber sogleich in eine Lichtbogenentladung übergehen kann. Sobald nun der Kondensator
5 so weit geladen ist, daß die Spannung an ihm die Spannung an der Entladungsstrecke
i um einen ganz bestimmten Betrag überschreitet, bricht die Hilfsgasentladungsstrecke
zusammen, d. h. also, es entsteht anfänglich in ihr eine Glimmentladung, die sogleich
in eine Lichtbogenentladung übergeht, ohne daß dabei die für ihr Ansprechen maßgebliche
Spannung am Kondensator überschritten wird, und der Kondensator schickt einen Entladestromstoß
durch das Entladungsgefäß i, der seiner Durchlaßrichtung entgegengesetzt ist und
somit den Lichtbogen zum Erlöschen bringt. Um den Zeitpunkt, in dem die Löschung
stattfindet. beispielsweise in bezug auf die Anodenwechselspannung
genau
festlegen zu können, ist zwischen die Primärwicklung des Transformators 8 und das
Weghselstromnetz io noch eine Einrichtung g geschaltet, die eine Verdrehung der
Phasenlage der Transformatorprimärspannung gegenüber der Netzspannung erlaubt. Da
der Löschstrom nur sehr kurzzeitig fließt, andererseits aber für die Aufladung des
Kondensators eine verhältnismäßig große Zeit zwischen den aufeinanderfolgenden Löschungen
zur Verfügung steht, so braucht das Entladungsgefäß i i nur für einen Bruchteil
(der Leistung des Entladungsgefäßes i bemessen zu werden.
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Fig. 2 zeigt die Anwendung des Erfindungsgedankens bei einer Einrichtung
zum selbsttätigen periodischen Zerhacken von Gleichstrom, die auch als Einrohrwechselrichter
Verwendung finden kann. Das Dampfentladungsgefäß ist wieder mit i, der Kondensator
mit 5 und die Glirnmentladungsstrecke mit .4 bezeichnet. Die -Leiter 22 führen den
Gleichstrom, der durch das Entladungsgefäß i zerhackt werden soll. In diesem Fall
erfolgt die Aufladung des Kondensators 5 nicht durch eine fremde Spannungsquelle,
sondern, wie es bei Anordnungen mit einem Löschkondensator an sich nicht neu ist,
durch den Spannungsabfall an einem Widerstand 12, .der von dem Arbeitsstrom des
Entladungsgefäßes i durchflossen ist. Sobald mit Hilfe der Gittersteuerung über
den Gittertransformator 14 das Entladungsgefäß i gezündet ist, beginnt über- den
vorzugsweise regelbaren Widerstand 13 die Ladung des Kondensators 5. Die. Spannung
an dem Kondensator 5 steigt, und zwar so lange, bis schließlich der Durchbruch der
Hilfsentladungsstrecke 4 und damit die Löschung des in dem Entladungsgefäß i brennenden
Lichtbogens erfolgt. Durch die Wahl der Widerstände 12 und 13, gegebenenfalls auch
durch die Bemessung des Kondensators 5 oder der Durchbruchsspannung der Hilfsentladungsstrecke
d. hat man es in der Hand, wieviel Zeit jedesmal nach erfolgter Zündung bis zur
Löschung vergehen soll. Zur Erzeugung eines zerhackten Gleichstromes, der sich in
eine Gleichstromkomponente und eine symmetrische Wechselstromkomponente zerlegen
lassen soll, muß man dieses Zeitintervall halb so groß wählen wie die Zeit, die
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zündimpulsen vergeht.
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Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des Erfindungsgedankens zeigt Fig.
3. Die dort dargestellte Anordnung soll dazu dienen, um aus jeder Halbwelle des
Wechselstromes ganz bestimmte Stücke herauszuschneiden. Zu dieseln Zweck liegen
in der Wechselstromleitung 23 zwei gittergesteuerte Gas- oder Dampfentladungsgefäße
15 und 16, die mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung einander parallel geschaltet
sind. Die Zündimpulse werden den Steuergittern dieser Entladungsgefäße über den
Gittertransformator 17 mit beliebig wählbarer Phasenlage gegenüber der Spannung
des Netzes 23 zugeführt. Der Kondensator 5 ist in Reihe mit der Hilf sgasentladungsstrecke
4 und dem Strombegrenzungswiderstand 6 so an die Parallelschaltung der beiden Entladungsgefäße
15 und 16 angeschlossen, daß er - richtiges Vorzeichen seiner Ladung vorausgesetzt
- sowohl zur Löschung des einen als auch des anderen Entladungsgefäßes dienen kann.
Da nun die beiden Entladungsgefäße, von denen das eine die positive, das andere
die negative Halb-,velle des Wechselstromes führt, abwechselnd gelöscht werden sollen,
wird der Kondensator 5 mit Wechselstrom geladen, der ihm über den Transformator
8 und den Widerstand ;7 mit beliebig einstellbarer Phasenlage zugeführt wird und
die gleiche Frequenz besitzt wie der Wechselstrom in den Leitern 23.
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Die sich bei der Anordnung nach Fig. 3 abspielenden Vorgänge sind
in Fig. d. kurvenmäßig dargestellt. Würden die beiden Entladungsgefäße 15 und 16
während der ganzen Dauer der positiven Anodenspannungshalbwelle durchlässig sein,
so würde ein Wechselstromverlauf zustande kommen, wie er durch die Kurve 18 dargestellt
ist. Zunächst möge nun einmal die Zündung der Entladungsgefäße durch entsprechende
Gitterbeaufschlagung so verzögert sein, daß sie erst jeweils in dem Zeitpunkt ig
bzw. i g' einsetzt. Die Phasenlage der Ladespannung für den Kondensator 5 möge unter
entsprechender Berücksichtigung der sonstigen Bemessungen des Lade- und Entladestromkreises
so gewählt sein, daß derDurchbruch derHilfsentladungsstrecke 4. und damit die Löschung
der jeweils brennenden Entladungsstrecke 15 bzw. 16 in den Zeitpunkten 2o bzw. 2o'
erfolgt. In dem Augenblick, in dem die Löschung erfolgt ist, kann sich der Kondensator
über die gelöschte Entladungsstrecke nicht mehr weiter entladen und würde daher
den Rest seiner Ladung in das Wechselstromnetz 23 schicken. In den Zeitpunkten 2o
bzw. 2o' würde also die Wechselstromkurve nicht steil abfallen, sondern an dieser
Stelle einen Verlauf zeigen, wie er durch die Kurve 21, die der Kondensatorentladung
entspricht, dargestellt ist. Sollte aus irgendwelchen Gründen ein solcher Verlauf
unerwünscht sein, so kann man ein steiles Abfallen des Wechselstromes in den Löschzeitpunkten
dadurch erreichen, daß man unmittelbar nach der Löschung der einen Entladungsstrecke
der anderen Entladungsstrecke zur kurzzeitigen vorübergehenden Zündung einen Zündimpuls
zuführt, so daß
sich der Kondensator über diese Entladungsstrecke
entladen kann, während der Ladestrom von dem Netz ferngehalten wird. Dieses Verfahren
ist allerdings nur dann anwendbar, wenn die Löschung innerhalb der positiven Halbwelle
so früh erfolgt, daß die Entladung des Kondensators über das andere Entladungsgefäß
bei Beginn der nächsten Halbwelle bereits beendet ist, da anderenfalls die Zündung
des anderen Gefäßes nicht mehr durch Gittersteuerung verzögert werden kann.
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Das zuletzt genannte Steuerverfahren kann beispielsweise dazu dienen,
den Leistungsfaktor bei der Wechselstromregelung mit Entladungsgefäßen zu verbessern.
Von besonders großer Bedeutung ist es jedoch für die Stromregelung in Widerstandsnaht-
und Punktschweißmaschinen. Die dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind der Einfachheit halber nur einphasig gewählt worden, lassen sich aber ohne
weiteres auch mehrphasig ausgestalten.