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Initialsteuerung von einanodigen Entladungsgefäßen mit verdampfbarer
Kathode Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung der Steuereinrichtung bei
der sog. Initialsteuerung von einanodigen Entladungsgefäßen mit verdampfharer Kathode.
Unter Initialsteuerung ist dabei eine Steuerung zu verstehen, bei der die Emissionsfähigkeit
der Kathode in jeder Halbwelle, für die das Entladungsgefäß durchlässig ist, von
neuem erzeugt werden muß. Es ist bekannt, hierzu Zündelektroden zu verwenden, die
während des Betriebes ständig mit der Kathodenflüssigkeit in leitender Berührung
stehen und beispielsweise in Form eines Stabes in das Kathodenquecksilber eintauchen.
Die Zündelektrode besteht dabei vorteilhaft aus einem Kristall oder einem anderen
widerstandsfähigen Material, dessen spezifischer Widerstand, verglichen mit dem
von Quecksilber, sehr hoch ist. Im übrigen weist das Entladungsgefäß die gewöhnliche
Bauart auf, d. h. es ist die aus Kohle oder einem anderen Material hergestellte
Anode zusammen mit dem Kathodenmaterial und der Zündelektrode in einem evakuierten
Behälter angeordnet, in welchem zusätzlich auch noch bestimmte Gase, z. B. Kohlenoxyde,
bei niedrigem Druck vorhanden sein können.
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Wenn durch Anlegen eines positiven Potentials an die Zündelektrode
gegenüber der Kathode ein Strom über die Zündelektrode nach der Kathode geführt
wird, so entsteht an der Berührungsstelle beider, sofern der Strom groß genug ist,
ein emissionsfähiger Punkt auf der Kathode, der beim Vorhandensein, einer hinreichenden
Potentialdifferenz zwischen, Anode und Kathode die Bildung eines Lichtbogens veranlaßt.
Damit der Zündelektrodenstrom immer nur in Richtung Zündelektrode-Kathode fließen
kann, schaltet man der Zündelektrode im allgemeinen ein entsprechend gerichtetes
Ventil vor. Um gleichzeitig auch noch eine Steuerung des Zündelektrodenstromes vornehmen
zu können, d. h. um seinen Einsatzzeitpunkt innerhalb der Anodenspannungshalbwelle
festzulegen oder zu verändern, bildete man das Ventil als steuerbares Ventil, und
zwar in Form eines Glühkathodenrohres, aus. Dieses Glühkathodenrohr
mußte
jedoch unverhältnismäßig groß bemessen werden, obwohl die Leistung des Zündstromkreises
verhältnismäßig niedrig ist. Das liegt daran, daß die zur sicheren. Bildung des
emittierenden Kathodenfleckes nötigen Zünderströme sehr groß sind, aber nur sehr
kurze Zeit andauern. Die Belastungsfähigkeit des Glühkathoden# rohres ist durch
die zulässige Belastung. der Glühkathode selbst beschränkt. Die Glühkathode verträgt
Überlastungen auch dann sehr schlecht, wenn sie nur kurzzeitig sind. Infolgedessen
mußte das Glühkathodenrohr nach Maßgabe des höchsten Zündstromes bemessen werden.
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Außerdem hat das gasgefüllte Glühkathodenrohr im Zündstromkreis des
zu steuernden Hauptgefäßes den Nachteil, daß eine rasche Inbetriebsetzung nicht
möglich ist. Glühkathoden müssen nämlich immer erst bis auf eine bestimmte Mindesttemperatur
aufgebeizt sein, bevor sie belastet werden dürfen.
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Die vorliegende Erfindung benutzt deshalb in dem Stromkreis der Zündelektrode
an Stelle eines Glühkathodenrohres eine Hilfsentladungsstrecke, welche so beschaften
ist, daß sie zündet, sobald die Spannung an ihr einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Es kommen hierfür sowohl Lichtbogen- als auch Funken- oder Glimmentladungsstrecken
in Betracht. Derartige Entladungsstrecken mit selbständiger Entladung, deren Durchbruch
nur von der angelegten Spannung abhängt. lassen, sich auch für große Stromstöße
sehr dauerhaft herstellen.. :%,n sich ist die Verwendung von Funkenstrecken für
die Zwecke der Initialsteuerung bereits bekannt. Bei der bekannten Anordnung handelt
es sich jedoch um eine Initialsteuerung mit einem kapazitiv wirkenden sog. Zündband,
dem nur ein winziger Ladestrom, dagegen eine sehr hohe Spannung zugeführt werden
muß.
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Schwierigkeiten bereitet wegen des stof.'>-artigen Charakters des
Zündstromes auch die Lieferung des Zündstromes selbst. Es ist zweckmäßig, die Zündstromquelle
möglichst gleichmäßig zu belasten, d. h. also, die stoßartig in jeder Halbwelle
auftretende Zündenergie über die ganze Halbwelle oder sogar die ganze Periode zu
verteilen. Die Erfindung benutzt deshalb in bei Initialsteuerungen mit Widerstandszündelektrode
an sich bekannter Weise als Zün.dspannungsquelle einen Kondensator. Demgemäß besteht
die erfindungsgemäße Initialsteuerung von dampfgefüllten und gegebenenfalls zusätzlich
mit Gas gefüllten Entladungsgefäßen mit verdampfbarer Kathode unter Verwendung einer
in der Zuleitung zur Zündelektrode liegenden Hilfsentladungsstrecke, welche zündet,
sobald die Spannung an ihr einen vorbestimmten Wert überschreitet, darin, daß bei
Ausbildung der Zündelektrode als ständig in die Kathode tauchender Körper aus Widerstands-
oder halbleitendem Material als Zündspannungsquelle ein Kondensator dient. der über
ein Ventil aus der Wechselspannungsquelle in jeder Periode neu aufgeladen wird und
sich beim Zünden der Hilfsentladungsstrecke, das erfolgt, wenn die Kondensatorspannung
den vorbestimmten Zündspannungswert der HilfsentIadungsstrecke erreicht hat, über
den Stromkreis des zu steuernden Entladungsgefäßes entlädt. In jeder Periode steigt
also die Spannung an dem Kondensator infolge der Aufladung so lange. bis die Zündung
der Hilfsentladungsstrecke erfolgt, durch die dann sofort durch das Zustandekommen
des Zünderstromes auch das Hauptentladungsgefäß gezündet wird. Durch die Zeitkonstante
des Ladekreises . des Kondensators oder durch Regelung der Ladespannung kann man
den Zeitpunkt, zu welchem innerhalb der Wechselspannungsperiode die Durchbruchspannung
für die Hilfsentladungsstrecke erreicht wird, in weiten Grenzen beliebig einstellen.
Man kann .diesen Zeitpunkt auch dadurch beeinflussen, daß man die Ladespannung des
Kondensators, die ja häufig eine Wechselspanneng sein wird, gegenüber der Anodenspanneng
des zu steuernden Entladungsgefäßes in ihrer Phasenlage einstellbar macht. Wenn
Strom durch das Hauptentladungsgefäß während jeder positiven Halbwelle des Speisewechselstromes
übertragen werden soll, so muß die Entladung in dem Hauptent-, ladungsgefäß während
jeder Periode der Hauptspannung eingeleitet werden.
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Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. i umfaßt die Schaltung ein elektrisches Entladungsgefäß i mit einer Anode
;, vorzugsweise aus Kohle, jedoch können auch andere Metalle, z. B. Eisen, verwandt
«-erden, eine verdampfbare Kathode 5, vorzugsweise aus Quecksilber, jedoch können
auch andere verdampfbare Metalle, z. B. Zinn, Zink oder Blei, Verwendung finden,
und eine Zündelektrode 7, die vorteilhaft aus einem Silicitim-Carbid oder einem
Bor-Carbid-Kristall oder einem entsprechend geformten Stab von diesen oder ähnlich
zusammengepreßten Grundstoffen besteht, z. B. Nernst-Glühfadenmaterial (seltene
Erden, vermischt mit einem Bindematerial), Ferrosilicium, Bleiglanz, Zirkonwiderstandsmaterial,
Eisenpyriten, Eisensulfiden, Eisenoxyden, Bleistiftmaterial (Graphit und einem Bindematerial).
Die Zündelektrode 7 taucht in die Kathode 5 ein.
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Die wesentlichen Eigenschaften des Zünders 7 sind seine hohe Widerstandsfestigkeit,
verglichen,
mit der der Quecksilberelektrode 5, und die Fähigkeit, daß er nicht durch da,s#
Quecksilber benetzt wird. Beispielsweise soll die Widerstandsfestigkeit des Zünders
wenigstens 0,004 Ohm je Kubikzoll betragen.- Die Substanzen, die oben als besonders
vorteilhaft für die Herstellung von Zündern bezeichnet werden, weisen besonders
günstige Resultate der beiden vorgenannten Eigenschaften auf, jedoch kann eine große
Anzahl von anderen Materialien auch mit Vorteil zur Erzielung des obengenannten
Zweckes angewandt werden.
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Die Betriebswechselspannung wird der Anode 3 und Kathode 5 des elektrischen
Entladungsgefäßes i von der Sekundärwicklung eines geeigneten Transformators i i
geliefert. Die Hauptelektroden 3 und 5 sind mit den Klemmen dieser Wicklung über
die Last 13 von beliebigem Charakter und durch eineue Strombegrenzungswiderstand
15 verbunden. Das Zündsystem umfaßt einen Stromkreis 17,
der einen Gleichrichter
i g und eine mit diesem in Reihe geschaltete Kapazität 2 i enthält, und einen Stromkreis
23, in dessen einem Zweig eine Belegung des Kondensators 21 und eine Hilfsentladungsvorrichtung,
z. B. eine gasgefüllte Glimrrientladungsvorrichtung 25, liegt und dessen anderer
Zweig den Zünder 7 und die mit diesem zusammenarbeitende Elektrode 5 einschließt.
Die Anode 27 des Gleichrichters 19 ist unmittelbar mit der Anode 3 des Entladungsgefäßes
i verbunden.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende-: Wenn Energie dem System
zugeführt wird; wird die Kapazität 21-durch den Gleichrichter 19 von der Sekundärwicklung
9 aus aufgeladen, und wenn die Spannungsdifferenz zwischen seinen Platten einen
genügend hohen Wert erreicht, zündet die entsprechend bemessene Glimmentladungsvorrichtung
25, und ein Zündstrom fließt durch den Zünder 7. Wenn Strom von genügender Stärke
zwischen dem Zünder 7 und der zugehörigen Elektrode 5 nur für einen kurzen Zeitraum
einsetzt, wird eine Entladung zwischen den Hauptelektroden 3 und 5 der elektrischen
Entladungsvorrichtung i eingeleitet und der Last 13 Energie zugeführt. Es sei darauf
hingewiesen, daß, da die Kapazität 2 i sich in einem geschlossenen Stromkreis 23
mit der Glimmentladungsvorrichtung 25 der Quecksilberelektrode 5 und dem Zünder
7 befindet, die zwischen den Platten des Kondensators angelegte Spannung im wesentlichen
gleich der zwischen den Elektroden der Glimmentladungsvorrichtung 25 anliegenden
Spannung ist.
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Die Größe des Gleichrichters ig und der Kapazität 21 hängt von der
Charakteristik und der Größe des Stromes ab, der der Last 13 zugeführt werden soll.
Wenn der Laststrom derartiger Natur ist, daß die Entladung in dem elektrischen Entladungsgefäß
i in jeder Periode eingeleitet werden muß, müssen die Größe der zugeführten Spannung,
die Strombelastbarkeit des Gleichrichters i 9 und die elektrische Kapazität des
Kondensators 2 i von solcher Größe in bezug auf die Glimmentladungsvorrichtung sein,
daß letztere während jeder Periode gezündet wird. Wenn der erforderliche Strom eine
kleinere Periodizität als die der Energiequelle aufweist, muß der Kondensator 21
in dem Zünderstromkreis 23 von solcher Größe sein, daß er durch die durch den Gleichrichter
i 9 übertragenen Impulse während einer Reihe von Halbwellen, in denen die Anode
27 des Gleichrichters elektrisch positiv ist, geladen wird. Die so der Kapazität
21 zugeführte Ladung kann nicht abfließen, da sie- in Reihe mit de Gleichrichter
i9 liegt, und zwar so lange nicht, bis sie einen Wert erreicht hat, daß die Glimmentladungsvorrichtung
25 zündet und die Entladung in dem Entladungsgefäß i eingeleitet wird.
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Insbesondere dann, wenn die Last 13 während jeder Halbwelle der an
dem Entladungsgefäß i anliegenden Hauptspannung Strom erhalten soll, kann es wünschenswert
sein, die Größe des Stromes je Halbwelle zti steuern.. Ein Ausführungsbeispiel hierfür
ist in Fig.2 wiedergegeben.
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Dieses System enthält zusätzlich zu den Elementen der Fig. i einen
Phasenverschiebungsstromkreis 29, durch welchen Energie dem Zündsystem zugeführt
wird. Der Stromkreis 29 enthält eine Sekundärwicklung 31 des Transformators i i,
an deren Endklemmen in Reihe ein Widerstand 33 und ein Kondensator 35 angeschlossen
sind. Der Phasenverschiebungsstromkreis 29 ist mit dem Zündsystem durch den Zündtransformator
37 gekoppelt, dessen Sekundärwicklung 39 mit dem Stromkreis 17 über einen geeigneten
Strombegrenzungswiderstand ¢1 verbunden ist. Die Primärwicklung 43 des Zündtransformators
37 ist an den Verbindungspunkt q:5 des Widerstandes 33 und der veränderlichen Kapazität
35 des Phasenverschiebungsstromkreises 29 und die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung
31 des Transformators i i angeschlossen.
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Die Phasenbeziehung zwischen der Hauptspannung und der dem Zündtransformator
37 aufgedrückten Spannung kann durch Veränderung der Kapazität 35 in dem Stromkreis
29 eingestellt werden. Der Punkt, während der positiven Halbwelle der Hauptspannung,
bei dem die Kapazität genügend geladen ist, um die GlimmentladungsvorrichtUng 25
zu erregen, und damit der der Last 13 zugeführte Strom können 'somit durch Einstellung
der Kapazität 35 bestimmt werden.
In den Ausführungsbeispielen sind
Systeme mit Halbwellengleichrichtern dargestellt. Es ist jedoch leicht ersichtlich,
daß die Erfindung auch mit Vollweggl'eichrichtungssystemen ausgebildet werden kann.
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Überdies können an Stelle der einseitig durchlässigen Entladungsvorrichtungen,
die in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen dargestellt sind, doppelseitig
durchlässige Entladungsgefäße verwendet werden. Ein doppelseitig durchlässiges Entladungsgefäß
besteht im allgemeinen aus einer U-förmig gebogenen Röhre, in deren beiden Schenkeln
je eine Quecksilberelektrode und eine dazugehörige Zündelektrode angeordnet ist.
Die zwischen den beiden Quecksilberelektroden angelegte Spannung wechselt jeweils
ihre Polarität, und infolgedessen ist immer eine der beiden Elektroden eine Anode,
während die andere eine Kathode ist. Eine solche Vorrichtung kann in Fällen verwandt
werden, wo die Last einen Wechselstrom aufnehmen soll und bei der gegebenenfalls
die von der Entladungsvorrichtung abgegebene Leistung gesteuert werden soll.