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Schaltanordnung zur Erhöhung der Rückzündungssicherheit von Hochspannungsstromrichtern
Die Erfindung befa,ßt sich mit der Aufgabe, die Rückzündungssicherheit von Stromrichtergefäßen
für hohe Betriebsspannungen zu erhöhen. Wenn der Anode einer mit Hochspannung betriebenen
Entla;d.ungsstrecke! ein. Steuergitter vorgelagert ist, so liegt während, der Sperrzeit
nahezu: diel gesamte Spannung zwischen der Anode und dem Steuergitter. Das, Potentia;l
dies Steuergitters unterscheidet sich nämlich von demjenigen der- Kathode nur durch
die Sperrspannung, welche bei Hochspannungsgefäßen wesealich kleiner ist als die
Betriebsspannung. Rückzündungen werden immer nur- dann entstehen können, wenn sich
an der auf negativem Potential gegenüber der Kathode befindlichen Anode ein ka.thodisches
Entladungsgebilde entwickelt. Da. zwischen. dem Steuergitter und. der Kathode nur
eine geringe Potentialdifferenz herrscht und in diesem Raum außerdem in der Regel
noch weitere Gitter, z. B. Entionisierungsgitter, vorhanden sind, so kann eine!
im Aufbau befindliche Entladung dort nur dann zündent, wenn sich bereits zwischen
der Anode und dem Steuergitter, welches ja meist. verhältnismäßig eng ist, eine
Bogenentladung gebildet hat. Eine solche Bogenentladung zwischen der Anode und dem
dieser vorgelagerten Steuergitter kann bei Entstehung eines kathodischen Entladungsgebildes
auf der Anode dadurch zustande kommen, daß sich die unvermeidbare An.od.en-Steuergitter-Kapazität
über diesen Teil der Entladungsstreicker entlädt. Wegen
der Kleinheit
der genannten Kapazität wird die entstehende Entladung zwischen der Anode und denn
Steuergitter nur äußerst kurzzeitig dauern. Während des Betstehens dieser Entladung
ändert- sich aber dass Potential des Steuergitters, welches sich vorher nur -wenig
von dem der Kathode unterschied, auf nahezu das Potential der Anode, und es besteht
nun die Möglichkeit, da,ß sich auch zwischen, dem Steuergitter und der Kathode eine
Entladung ausbildet, welche die Rückzündung zwischen der Kathode und der Anode veTvodlständigen
würde.
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Man, wird, um die Rückzündungsgefahr zu veirringeir.n, zunächst danach
trachten müssen, durch entsprechende Wahl der geometrischen, Verhältnisse die natürliches
Kapazität zwischen der Anode und dem Steuergitter und während :der Sperrzeit das
Potential des Steuergitters möglichst klein halten. Dazu kann z. B. auch eines Unterteilung
der Kapazität durch ein dazwischengesetztes Schirmgitter dienen. Des weiteren kämmt
es aber darauf an, zu verhindern, daß :im Fall des Entstehens eainex Bogenentla,dung
zwischen der Anode und dein Steuergitter während der Sperrzeit das Potential des
Steuergitters allzuweit in negativer Richtung verschoben wird. Man könnte daran
denken, dies durch eine Erhöhung der im Gitterkreis: ohneshin vorhandenen Ohmschen
Widerstände zu eirreicheni: Das, würde jedoch eine Schwächung der Gitter= stenerimpulse-
bedeuten; so, daß@ dieser Weg nicht gangbar ist. Die Erfindung schlägt deswegen
vor, in der Steuergitterkreis eine Hochfrequenzdr'ossel mit kapazitätsarmer Wicklung
zu schalten. Diel Be mes:sung dieser Drossel muß so daß die normalen Steuerimpulse
praktisch ungeschwächt an das Steuergitter gelangen. Man kann die Drossel entweder
als Luftdrossel ausbilden; oder, wie es in der Hochfrequenztechnik vielfach üblich
ist, mit einem Massekern versehen. Bei Steuerung der Entladungsstreckei mit Gitterspannung
spitzer Wellenform dürfte es :sich empfehlen., die Drossel für die Steuerspannungsimpulse
durch eine Trockengleichrichtersäule zu überbrücken.
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Die Erfindung möge an Hand der Zeichnung noch näher erläutert werden.
In Fig. i ist schematisch ein Gas- oder Dampfentladungsrohr dargestellt, welches
eine Anode i, ein Steuergitter, 2, ein. EntionisierungsgittOr 3 und die Kathode
4 enthält: Die Kapazität zwischen dem Steuergitter 2 und der Anode i ist durch einen
Kondensator 5 versinnbildlicht. Entsprechend ersetzt der Kondensator 6 die Kapazität
zwischen dem Steuergitter .2 und der Kathode 4. Zur Verkleinerung der Steuergitter-Anoden-Kapazität
5 kann in bekannter Weise ein Schirmgitter io vorgesehen, sein.
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Das Steuergitter2 ist mit der Kathodeq. über eine Sperrspannungs.quelle
7 und die Sekundärwicklung eines an die Steuerquelle angeschlossenem Gittertransformators
i i verbunden. Außerdem liegt in dem Steuergitterkres noch ein Hochohmwiderstand
B. Mit 9 ist die Hoehfrequenzdrossel bezeichnet, dien gemäß der Erfindung zusätzlich
in den Steuergitterkreis geschaltet wird. Man wird sie möglichst nahe; an dem Steuergitter
anordnen, damit eine im Aufbau begriffene Rückzündungsentladung aus dem Steuergitterkreis
möglichst wenig Energiei empfängt.
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In Fig. 2 ist der Potentialverlauf längs der Entladungsstrecke während
der Sperrzeit dargestellt, und zwar gilt der ausgezogene Linienverlauf für den Fall,
daß leine karhodische Entladung an der Anode ansetzt, während der gestrichelte Verlauf
die Potentialverteilung zeigt, wenn zwischen der Anodei i und dem Steuergitter 2
eine Entladung entgegen der normalen Durchlaßr'ichtung brennt. Wird das Kathodenpotential
gleich Null gesetzt und ist Ui das negative Potential der Anode- in dein. betrachteten
Augenblick der Sperrzent, so. unterscheidet: sich das Potential U2 der' Steuerelektrode
2 von dem,der Kathode nur durch. die Spannung der Sperrspannungsquelle, 7. Es liegt
also, wie schon oben erwähnt, praktisch die gesamte Spannungsbeanspruchung der Entladungsstrecke
zwischen der Anode und dem Steuergitter. Wird nun durch Entladung der Kapazität
5, die zwischen Anode und Steueirgitter vorhanden; ist, ein Lichtbogen; zwischen
diesen, beiden Elektroden gebildet, so wird das: Potential des Steuergitters bis
nahezu auf das Potential der Anode, nämlich auf den: Wert U2 gehoben, so daß nunmehr
auch zwischen dem Steuergitter 2 und der Kathode 4 eine Entladung zünden kann, was
schließlich zu einer Rückzündüngsentladung zwischen Kathode und Anode führt.
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Durch die Hoch:frequenzdrossel 9 wird nun bewirkt, daß. die Energiezufuhr
zu dem Steuergitter :2 so verzögert wird, daß, sich während der äußerst kurzen Zeit,
in .der sich die Steuergitter-Anoden-Kapazität 5 entlädt, .das Potential des Steuergitters
nicht wesentlich verändernkann. Dann ist-dieeigentlicheRückzündungsursache, nämlich
eben, die Lichtbogenentladung zwischen Steuergitter und Anode:, bereits verschwunden;,
bevor überhaupt die Voraussetzungen für das Zünden eiiner Entladung zwischen Steuergitter
und Kathode gegeben sind. Eine Rückzündung kann .dann also nicht zustande kommen.