DE761573C

DE761573C - Verfahren zur Steuerung eines Lichtbogengenerators

Info

Publication number: DE761573C
Application number: DEE52975D
Authority: DE
Inventors: Heinrich Tigler
Original assignee: GEMA GES fur ELEKTROAKUSTISCH
Current assignee: GEMA GES fur ELEKTROAKUSTISCH
Priority date: 1939-09-15
Filing date: 1939-09-15
Publication date: 1953-07-06

Description

Verfahren zur, Steuerung eines Lichtbogengenerators Die Erfindung, betrifft ein Verfahren, zur Steuerung eines, Lichtbogengenerators bei der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom, insbesondere solchen der mittleren Frequenzen, z. B. zo kHz, unter Verwendung eines, Gase oder Dampfentladwugs@gefäßes..

Die Lichtbogengeneratorschaltung wird bereits seit langem zur Umwandlung von; Gleichstrom in Wechselstrom verwendet. Dabei haben nicht nur solche Bogenentlidungeu Verwendung gefunden, bei denen der Lichtbogen in Luft oder anderen Gasen, beispielsweise Was;sers:toff; unter Atmosphärendruck oder aber auch erhöhtem Druck brennt, sondern es sind auch berentsj Anordnungen bekauntgewordieu, bei denen ein Gas- oder Dampfen:t@ladungsgefäß in einer Lichttbogengeneratorschaltung betrieben wird. Bei den unter Atmosphärendruck :oder erhöhtem, Druck brennenden Bogenentladungen wird der zum Betrieb in Lichtbogengeneratorschaltung totwendige Unterschied zwischen Zünd- und Brennspannung durch den Elektrodenabstand und dien Gasdruck erreicht. Bei der Verwendung von Gas- bzw. Dampfentladungs;gefäßen, bei dienen der Fülldruck dn der Größenordnung von r mm Quecksilbersäule liegt oder sogar nur Bruchteile dieses. Wertes. beträgt, müssen

dagegen zusätzliche :Maßnahmen getroffen

«erden, um bei dein an sich erwünschten,

besonders niedrigen Brennspannungen, die

sich mit solchen Entladungsgefäßen auch bei

den großen Strömen, wie sie die Lichtbogen-

generatorschaltung zur Voraussetzung hat,

und die einen besonders guten Wirkungsgrad

auch bei der Verwendung niedriger Gleich-

spannungen ermöglichen, die notwendigen

hohen Zündspannungen zu erzielen. Demzu-

folge hat man bereits zwischen den beiden

Elektroden eines derartigen Entladungs,-

gefäßes zusätzliche Gitter vorgesehen und

diese an eine konstante Gleichspannunggegen-

iiber der Kathode oder aber auch gegenüber

der Anode gelegt.

Trotz der m:it der Verwendung derartiger

Gas- bzw. Dampfentladungsgefäße erzielbaren

Vorteile. die vor allem in der hohen Betriebs-

sic',i;.rlieit. dem Fehlen von Abbranderschei-

nungen der Elektroden und dem infolge der

niedrigen Brennspannung auch bei kleinen

Betriebsspannungen hoben Wirkungsgrad be-

stehen, hat der Lichtbogengenerator für die

LTmforniung von Gleichstrom in Ureclisel-

strom an Bedeutung mehr und mehr verloren.

In dem Gebiet höchster Frequenzen hat sich

der Hochvakuumröhrensender gegenüber allen

sonstigen Anordnungen durchgesetzt. Freilich

liegt ein -Nachteil derartiger Hochvakuum-

röhren in dem verhältnismäßig hohen Span-

nungsabfall auch bei kleinen Entladungs-

strömen, so daß zur Erzeugung großer

Leistungen bei gutem Wirkungsgrad stets

hohe

erforderlich sind. Die

Vorteile des völlig einwandfreien Arbeitens

auch bei höchsten Frequenzen infolge des

Fehlens jeder En,tionisierungsvorgängelassen

jedoch diesen -Nachteil der Hochvakuum-

entladungsgefäße tragbar erscheinen.

Im Gebiet mittlerer und niedriger Frequen-

zen spielt neben der Verwendung rotierender

Generatoren auch die V"er-#verid:ung von. Gas-

entladun.gsgefäßen eine zunehmende bedeu-

tende Rolle. In diesem Frequenzgebiet ver-

langen die technischen Anwendungszwecke

die Erzeugung größerer Leistungen. von

mehreren Kilowatt mit möglichst einfachen

Mitteln, gutem Wirkungsgrad und unter Ver-

meidung höherer Betriebsspannungen. Auch

in diesem Frequenzgebiet ist jedoch der

Lichtbogengenerator gegenüber den als

Wechselrichter bekannten Schaltungen nur

von untergeordneter Bedeutung geblieben.

Dabei hat man zwischen zwei Wediselrichter-

schaltungen zu unterscheiden. Im allgemeinen

wird beim Wechselrichter eine Löschung der

Entladung in einer Entladungsstrecke durch

das Zünden der Entladung in. der folgenden

Entladungsstrecke über die als Löschkonden-

sator wirkende Kapazität zwischen den ein -

1 zelnen Anoden bewirkt. Ist die Gleiehstrom-

vordrossel genügend groß, so entnimmt ein

solcher Wechselrichter dem Gleichstromnetz

konstante Ströme, liefert aber dann keinen

sinusförmigen Strom auf der '\Vechselstrom-

seite. Wird jedoch ähnlich wie beim Licht-

bogengenerator die Schwungradwirkung eines

der Entladung vorgeschalteten Schwingungs-

kreises zur Löschwirkung herangezogen, so

liefert der Wechselrichter auf der Wechsel-

stromseite sinusförmigen Strom. In diesem

Fall muß jedoch auf die Glättungsdrossel in

der Gleichstromzuführung verzichtet werden

und statt dessen eine Drossel mit begrenzter

Induktivität in der Gleichstromzuleitung vor-

gesehen werden, die mit der Kapazität zwi-

schen den Anoden des Wechselrichters zu-

sammen einen Serienschwingungskreis bildet.

Wie bereits erwähnt, gelingt es in diesem

Fall, weitgehend sInusförmigen Strom zu

erzeugen, ebenso wie beim Lichtbogengene-

rator. Man muß jedoch den -Nachteil in Kauf

nehmen, daß nunmehr dem Gleichstromnetz

ein im Takt des erzeugten Wechselrichters

pulsierender Gleichstrom entnommen wird.

Ein derartiger Wechselrichter, der sich zu-

folge der geschilderten Schwungradwirktmg

des Schwingungskreises auch mit einem ein-

zigen Entladungsgefäß betreiben lassen würde,

unterscheidet sich hinsichtlich dieser Eigen-

schaft wesentlich von einem gleichfalls mit

einer einzigen Entladungsstrecke betriebenen

Lichtboge ngenerator, der bei sinusförmigem

Strom im Verbraucher dem Gleichstromnetz

bei genügend großer Glättungsdrossel einen

konstanten Strom entnimmt. Dementsprechend

ist der Lichtbogengenerator bei der Erzeu-

gung von Wechselströmen mittlerer Frequen-

zen, z. B. io kHz, vorzuziehen.

Ein Nachteil der bisher bekannten Licht:-

bogengeneratoranordnungen besteht darin,

daß der Wert der Anodenspannung, bei dem

die Entladung von der Kathode zur Anode

einsetzt, gewissen Schwankungen unterworfen

ist, die insbesondere von dem Emissionsver-

möa n der Kathode und der Gasdichte in der

Entladungs.streeke abhängen. Dies gilt sowohl

für unter Atmosphärendruck brennende Licht-

bogenstrecken als auch für Vakuumentladun-

gen in einer Gas- oder Dampfatmosphäre.

Hier genügt auch: die Verwendung einer kon-

stanten Vorspannung des zusätzlich vorge-

sehenen Steuergitters gegenüber der Kathode

oder Anode nicht. um einen einwandfreien

Einsatz der Zündung bei einer bestimmten

Anodenspannung zu gewährleisten. Durch

Schwankungen der Zündspannung wird aber

die Frequenz des erzeugten Wechselstromes

in unliebsamer Weise beeinflußt.

Hier setzt die Erfindung ein, indem die

Frequenz dies erzeugten Wechselstromes durch

Fremdsteuerung des Entladungsgefäßes bestimmt wird. Arbeitet das Entladungsgefäß m:it so wird, an das Gitter des Entladungsgefäßes. außer der an seich bekannten negativen Vorsipannunng gegenüber der Kathode oder Anode eine zusätzliche Wechselspannung von der gewiirnschten Frequenz gelegt. Damit ist nicht mehr die Frequenz dies parallel zur Entdadungsistrecke liegenden sohdern die Frequenz der an das Steueirgitter gelegten Wechselspannung maßgebend für die erzeugte Frey quenz. An Stelle einer Gittersteuerung können auch andere, Arten der Steuerung des Zündeinsatzes der- Entladung Anwendung finden:. Die Abstimmung des der Entladungsstrecke parallel gieschaketen: Serienschwingungssrreises bestimmt dagegen den. Ablauf des Entladunigsvorgang s nach einmal gezündeter Entladung, die Löschung dieser Entladung und dias allmähliche Wiederansteigen der Anodenspann nunig wäh:ren(d der Löschzeit innerhalb einer jeden Periode. Zur Erzeugung praktisch sinus:-förmi:ger Strorn@- und Spannungskurven wird man: naturgemäß die Eigenfrequenz des Serienschwingungskreilses praktisch übereinstimmend miit dein :an das: Steuergitter gelegten Fremds;teuerspannung wählen.

Ein, besondrerer Vorteil, eines derartigen Lichtbogengenerators, insbesondere gegenüber dien- mit Lös:chkon.densatiar arbeitenden Wechselrichterschaltung, ist,, die einfache Tastfähi,gkeit" die seich nicht rnur durch ents:prechendie Tastung der Gleichstro@mvors:pam@-nung für das. Steuergitter, erzielen läßt, sonn lern vor allem auch durch Unterbrechen der die Fremdsteuerung bewirkenden, an das Gitter geführten Wechselspannung. Diese Art der Tastung ermöglicht es, nur solche Gitterkonstruktion zu wählen, die bmereits. bei kleineren negativen Vorspannungen auch bei den .sehr highen positiven Spannungen, die zum Schluß der Löschdauer innerhalb einer jeden Arbeitsperiode an der Anode der Entladung in der Lichtbogengeneratorschaltung zufolge der Res,onanzüberhÖhurng auftreten, die Entladung einwandfrei sperren. Diese Tastfähi:gkeit der Entladung ist dabei für viele anleire Zwecke von großer Bedeutung.
Zur Erleichterung des: Verständnisses: ist die Durchführung der Erfindung in der Zeichnu.ng an Hand einiger Ausführungsiformen beispielsweise und schematisch dargestellt. Es bedeuten Abb. i eine erfindungsgemäße Anordnung mit Glühkathode und Gittersteuerung; Abb.2 eiine Anordnung mit Glühkathode und Magnetsteuerung, Abb. 3 einte Anordnung mit flüssiger oder festier Brznnfleckk.athodie und Gittersteuerun!g, Al):b. 4 eine Anordnung mit flüssiger oder fester Brennfleckkathode und Fleckzündungssteuerung.
Gemäß Abb. i liegt an der Anode: einer gas, oder dampfgefüllten Glühkathiadenröh-re- i über eine Anodendrossel 6 die Anodenspannung 8, welche beispielsweise einem Lichtnetzentnommen wird, dessen Gleichstrom in Wechiselistrom verwandelt werden soll. Im Gitterkreis liegt: über einen Gitterwiderstand 1a die negative Gittervorspannung 7 in Serie mit der Sekundiärwiicklung 2o, 21 eines Eingangstransformatorsi 2, an dessen Primärwickfung eine Steuerwechselspannung 9 gelegt wirdi, die beispielsweise einer besonderen Steuerstufe hoher Fre:quenzkonstanz enrtnomme:n wird. Ani dien Punkten io und i i des Glühkath:odenrohres liegt ferner ein Schwingkreis, bestehend aus einer für Serie mit: einem Kondensator 3 geschalteten Spule 4. Der Verbraucher 5 ist in Serie m;it diiesenn Schwingkreis geschaltet.
Die dargestellte Einrichtung arbeitet: in der Weise, daß, zunächst über die Drossel 6 der Kondensator 3 nm. Sinnt der angedeuteten Polarität aufgeladen wird und im Angenbl:ick des entsprechenden Werteis. der Steuerwechselspannung 9 die Zündung dies Rohres i unter Einwirkung der genannten, an dem Steuergitter liegenden Wechselspannung bew:ixkt wird. Es fließt nunmehr von der Stromquelle 8 über die Diros:se1, 6 ein Gleichstrom in Richtung des Pfeiles durch das Rohr i, ebenfalls entlädt sich der Kondensator 3 über das Rohr in Richtung des Pfeiles:, bis er entladen ist und sein Enitliadungäs.trom den Wert, Null erreicht. Unter Wsirkung dies in der S.pule:4 aufgebauten Magnetfeldeis wird niunnrehir eine Spannung am. Kondensator erzeugt, welche der durch, die Ladung von der Stromquelle 8 her erzeugten, durch die Plus- und Minuszeichen angedeuteten entgegengesetzt gerichtet ist, -und es: will damit ein Strom entgegen der Pfeilrichtung durch das: Rohr fließen. Die Anodenspannung stinkt daher bei entsprechendem Spannungsabfall an der Drossel 6 in bezug auf die Spannung B. auf einen- derartigen Wert (bzw. polt sich sogar um), diaß das Rohr gesperrt wird! und der Lichtbogen aufhört zu brennen. Das Spiel beginnt nu von neuem, d. h. der Kondensator wird aufgeladen usf., so daß ein Wechselstrom der gewünschten Frequenz erzeugt wird.
Diie dargestellte Anordnung eignet sich besonders zur Erzeugung von impulsartig getasteten, da infolge der elektrischen Steuerung der Zündung die Testung in einfachister Weiise elektrisch durch Öffnung und Sperrung dies. Rohres., also ahne Verwendung einest die Ausgangsleistung schaltenden mechanischen Schalters od. dgl. bewirkt werden kann, wie er etwa bei Lichtbogengeneratoren der üblichen. Bauart zwecks Tastun.g erforderlich ist. Die Tastung ist durch den Schalter 13 angedeutet, welcher lediglich die schwache Steuerleistung zu schalten hat. Durch- diese Art der Tastung ergibt sich gleichzeitig der Vorteil, daß eine große Leistungsersparnis eintritt, da auch gleichstromseitig Energie nur verbraucht wird, wenn wechsel-stromseitg Energie entnommen wird, während bekanntlich Lichtbogengeneratoren nur einmalig eingeschaltet werden können und dann durchlaufen müssen, also nicht impulsartig getastet werden können.
Die Abb. 2 bis 4 zeigen lediglich hinsichtlich der Steuerungsart abgewandelte, an sich bekannte Ausführungsformen von gas- oder dampfgefüllten Entladungsgefäßen und Steuerungen, und zwar sind die entsprechenden Anschlußpunkte, welche sich auf die Schaltung nach Abb. i beziehen, entsprechend bezeichnet. Das betreffende Entladungsgefäß ist also jeweils an Stelle des Entladungsgefäßes i in Abb. i in der bezeichneten Weise angeschlossen zu denken. Gemäß Abb. ? ist lediglich die Gittersteuerung durch eine magnetische Steuerung ersetzt, welche durch zwei Spulen 14 und 15 angedeutet ist. Gemäß Abb. 3 ist die K=athode 22 als flüssige oder feste Brennfleckkathode z. B. Ouecksilber oder Caesium) ausgebildet. In diesem Fall ist eine Hilfsanode 16 vorgesehen, über welche dauernd ein gewisser Ruhestrom fließt, so daß der Brennfleck nach einmaliger Zündung während der ganzen Betriebsdauer erhalten bleibt. Die Steuerung erfolgt. durch das Gitter 17, welches je nach seiner Vorspannung einen Arbeitsstrom von der Kathode zu. der Hauptanode 18 fließen läßt oder den Elektronenstrom zur Hauptanode sperrt. Zur Stabilisierung ist ein Widerstand 23 vorgesehen. Die Gittersteuerung 17 kann hierbei nach Art der Anordnung gemäß Abb. 2 auch durch eine Magnetfeldsteuerung ersetzt werden.
Gemäß Abb. 4 wird die Steuerung dadurch bewirkt, daß eine Zündelektrode i9, ani welcher die Steuerwechselspannungg liegt, in schneller Folge den Brennfleck zum Entstehen bringt, welcher dann mit dem Abnehmen der `Vechselspannung des Schwingkreises vorn selbst aus:gelit. Derartige Anordnungen sind unter dem Namen Ignitron bekannt.
Die Anordnung ist, abgesehen von den oben bereits geschilderten Vorteilen, wesentlich einfacher und betriebssicherer als ein Lichtbogengenerator der normalen Bauart, da kein Elektrodenabbrand eintritt, kein Gasstrom benötigt wird und keine besonderen Vorkehrungen für die Zündung getroffen zu werden brauchen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Steuerung eines Lichtbogengenerators bei der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom. insbesondere solchen der mittleren Frequenzen, z. B. io kHz, unter Verwendung eines Gas- oder Dampfentladungsgefäßes, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des erzeugten Wechselstromes durch Fremdsteuerung des Entladungsgefäßes bestimmt wird. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 158389, 204 903, 299 478, 430 101, 450 396, 515 450; österreichische Patentschrift Nr. 9o 075 ; französische Patentschrift Nr. 725 200 ; USA.-Patentschrift N r. 1 41g 547.