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Anordnung zur Herabsetzung der von einer Zündeinrichtung für gas-oder
dampfgefüllte Entladungsgefäße zu liefernden Zündleistung Die Erfindung betrifft
die Zündung von elektrischen gas- oder dampfgefüllten Entladungsgefäßen, z. B. Ouecksilberdampfgleichrichtern.
Zweck der Erfindung ist, mit kleineren Strömen bzw. Spannungen, welche zur Gittersteuerung
erforderlich sind, auszukommen, d. h. die Typenleistung der für dieZündung bzw.
Steuerung derartigerEntladungsgefäße notwendigen Zünd- bzw. Steuereinrichtungen,
beispielsweise Regelsätze, zu erniedrigen.
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Gemäß der Erfindung wird bei. einem derartigen Gleichrichter in den
Gitterkreis, der von einer von der Anodenspannungsquelle des Entladungsgefäßes unabhängigen
Spannungsquelle gespeist wird, ein Kondensator von solcher Größe geschaltet, daß
der für die Zündung von der Steuereinrichtung im Augenblick der Zündung zu liefernde
Strom sowie die notwendige äußere Zündspannung herabgesetzt werden. Unter der äußeren
Zündspannung wird dabei diejenige Spannung verstanden, welche man an den durch die
Entladungsstrecke von der Kathode bis zum Gitter und den Gitterwiderstand gebildeten
Stromkreis anlegen muß, um die Entladung zum Zünden zu bringen.
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Um die Erfindung genau zu erläutern, soll zunächst kurz auf die physikalischen
Erscheinungen bei der Zündung der Entladung in gittergesteuerten Quecksilberdampfgleichrichtern
eingegangen werden. Wenn in einem derartigen Entladungsgefäß ein verhältnismäßig
niedriger Dampfdruck und eine nicht zu große Ionenkonzentration herrscht, muß
dem
Steuergitter eine positive Spannung aufgedrückt werden, um eine Entladung auf die
Hauptanoden -zum Entstehen zu bringen. Zunächst bildet sich dabei eine Entladung
zwischen der Kathode und dem Gitter aus, welche bei'genügender Steigerung des Gitterstromes
eine für die Zündung auf die Anode ausreichende Ionisation schafft. Ist der notwendige
Ionisationsgrad erreicht, dann beginnt die Hauptentladung zwischen Kathode und Anode
zu brennen. Diese Art der Zündung einer Entladung, welche vor allem immer dann vorliegt,
wenn der Gleichrichter eingeschaltet wird, pflegt man als Gitterzündung zu bezeichnen.
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Fig. i zeigt ein Prinzipschaltbild, an Hand dessen die Vorgänge bei:
der Zündung näher erläutert werden sollen. Die Kathode ist mit i, das Steuergitter
mit z und die Anode mit 3 bezeichnet. 4 ist der im Gitterkreis liegende Gitterwiderstand,
5 und 6 sind die Klemmen, an welche die Spannung der Zündspannungsquelle angelegt
wird.
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Die Verhältnisse bei der Zündung einer Entladung lassen sich aus Fig.
a entnehmen. In dieser Figur, welche den Gitterstrom als Funktion der Gitterspannung
darstellt, ist auf der Abszisse der jeweilige Wert der Gitterspannung, auf der Ordinate
der des Gitterstromes aufgetragen. Man sieht, daß mit zunehmender Gitterspannung
(wobei unter Gitterspannung schlechthin die Spannung zwischen Kathode und Steuergitter
und nicht die Spannung an den Klemmen 5 und 6 verstanden wird) der Gitterstrom steil
ansteigt und schließlich an dem Punkt 7 einen bestimmten Stromwert erreicht, und
nach dessen überschreiten die Charakteristik fallend wird und daher nur durch entsprechend
große Gitterwiderstände stabil eingestellt werden kann. Würde der äußere Gitterwiderstand
4 verschwindend klein gemacht werden, so könnte die Stromstärke der Hilfsentladung
zu beliebig hohen Werten ansteigen. Der erwähnte Stromwert, von dem ab die Charakteristik
fallend wird, sei mit-J,. bezeichnet. Bei einem Strom Jg, ist eine ausreichende
Vorionisation geschaffen, bei welcher nunmehr eine Zündung der Entladung von der
Kathode zur Anode stattfinden kann. Man erkennt aus diesem Kurvenbild, daß unter
allen Umständen die Gitterspannung zunächst den dem Gitterstrom Jg,n entsprechenden
Wert Ugm überschreiten muß, wenn eine Zündung stattfinden soll. Wenn keine besonderen
Maßnahmen getroffen werden, dann muß die Zündspannungsquelle imstande sein, einen
Strom von der Größe Jg, zu liefern, wenn überhaupt eine Zündung stattfinden soll.
Hat diese stattgefunden, dann bricht dieGitterspannung auf einenverhältnismäßig
kleinen Wert zusammen.
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Nun soll die äußere Zündspannung betrachtet werden. Steigert man die
äußere Gitterspannung gleichmäßig von Null bis zu höheren Werten, so schneidet die
sich parallel verschiebende Widerstandsgerade 8 die Kennlinie zunächst in Punkten,
in welchen sich der Gitterstrom stabil einstellt. Im Augenblick, wo aber die Widerstandsgerade,
welche die Abhängigkeit des Stromes von der äußeren Gitterspannung darstellt, den
Punkt 7 überschreitet; springt der Strom plötzlich auf einen Wert, der bei angelegter
Anodenspannung sofort zur Zündung auf die Anode führt. Der dabei fließende Zündstrom
kann je nach der Wahl des Gitterwiderstandes, welcher die Steilheit .der Widerstandsgeraden
beeinflußt, Werte erreichen, die bedeutend größer sind als der zur Zündung tatsächlich
notwendige Gitterstrom. Die Zündspannungsquelle wird dann mit diesem Strom belastet.
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Wählt man den Gitterwiderstand groß, dann ergibt sich eine flachere
Widerstandsgerade g. Die äußere Zündspannung Ug, muß dann so weit gesteigert werden,
bis die Widerstandsgerade die Charakteristik im Punkte io schneidet. Die Stromwerte,
welche sich bei Wahl großer Gitterwiderstände ergeben, sind alle stabil.
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Nun ist die Wahl des Gitterwiderstandes für den Zündkreis bei Quecksilberdampfgleichrichtern
stets von verschiedenen Faktoren abhängig, und man hat damit zu rechnen, daß die
Größe des Gitterwiderstandes im allgemeinen durch die schalt- und entladungstechnischen
Erfordernisse vorgegeben ist. Die Spannung, welche von der Zündspannungsquelle'geliefert
werden muß, ist daher in vielen Fällen verhältnismäßig groß, ferner muß die Gitterspannungsquelle
bei dieser Spannung den Strom Jg= liefern, so daß sich unter Umständen die Notwendigkeit
ergibt, die Zündspannungsquelle, beispielsweise den Steuersatz, der für die Regelung
des Gleichrichters dient, für eine verhältnismäßig große Typenleistung auszulegen.
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Die Versuche des Erfinders haben nun ergeben, daß die erforderliche
äußere Zündspannung sowie auch die notwendige Strombelastbarkeit der Zündspannungsquelle
dadurch erheblich herabgesetzt werden kann, daß man in den Gitterkreis einen in
Fig. i mit i i bezeichneten Kondensator einschaltet. Es hat sich gezeigt, daßdann,
wenn die Kapazität des Kondensators eine bestimmte später noch zu erörternde Mindestgröße
besitzt, die äußere Gitterspannung nur auf einen Wert Ugz erhöht zu werden braucht,
also nur so weit, daß die für den betreffenden Gitterwiderstand geltende Widerstandsgerade
1a die Charakteristik im Punkt 7 schneidet. Dann erfolgt die Zündung, ohne daß der
dem Steuergerät zu entnehmende Strom den Wert ig,n, also den dem Punkt 7 entsprechenden
Stromwert, überschreitet. Diese Wirkung der Einschaltung eines Gitterkondensators
bestimmter Größe ist offenbar darauf zurückzuführen, daß der Kondensator, welcher
bei Steigerung der Gitterzündspannung bis auf den Wert Ugn aufgeladen wurde, eine
stromergiebige Spannungsquelle darstellt, die ohne Vorwiderstand an eine Entladungsstrecke
mit fallender Charakteristik angeschlossen ist. Der Kondensator entlädt sich daher
plötzlich mit sehr hoher Stromstärke- über das Gitter und zündet den Lichtbogen'
zwischen Kathode und Anode, ohne die treibende Spannungsquelle im Augenblick der
Zündung mit einem größeren Strom als Jg. zu belasten. Die Zündung erfolgt nicht
mit einem beliebig kleinen Kondensator, da ja stets in der Gitterleitung Impedanzen
vorhanden sind und die
Gitterentladung eine bestimmte Aufbauzeit
nötig hat, während der eine bestimmte Ladung abgegeben werden muß.
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Es hat sich nun ergeben, d.aß die Bestimmung der notwendigen Mindestgröße
des Gitterkondensators in verhältnismäßig einfacher Weise erfolgen kann. Zwischen
der äußeren Gitterzündspannung und der Größe des Gitterkondensators besteht nämlich
ein durch Fig. 3 veranschaulichter Zusammenhang. Man erkennt, daß die äußere Gitterzündspannung
bei einer bestimmten Größe der Kapazität des Gitterkondensators plötzlich von einem
verhältnismäßig hohen Wert auf einen sehr niedrigen Wert herabsinkt. Fig. 3 läßt
dies deutlich erkennen. Die Werte der äußeren Gitterzündspannung Ug, sind auf der
Ordinate, die Werte für die Größe der Kapazität des Gitterkondensators auf der Abszisse
aufgetragen. Bis zum Punkt 13 bleibt die äußere Gitterzündspannung auf einer gewissen,
verhältnismäßig großen Höhe, um dann nach Überschreiten dieses Punktes zum Punkt
14 auf einen sehr niedrigen Wert abzusinken. Durch diesen Punkt 14 ist der auf der
Abszisse ablesbare Mindestwert der Kapazität des Gitterkondensators cg ,"1n. bestimmt.
Man kann natürlich die Größe des Gitterkondensators empirisch in der Weise feststellen,
indem man in den Gitterkreis einen veränderlichen Kondensator schaltet und nun die
Größe der Kapazität so lange verändert, bis die erwähnte Erniedrigung der äußeren
Gitterzündspannung auftritt. Der dann in die Leitung einzuschaltende Kondensator
muß dann mindestens die Kapazität besitzen, auf welche der veränderliche Kondensator
eingestellt worden war.
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Auf diese Weise ist es also möglich, die Größe der Kapazität eines
Kondensators zu ermitteln, welcher, zwischen Gitter und Kathode geschaltet, es gestattet,
sowohl mit einer geringeren äußeren Gitterzündspannung auszukommen als auch die
Gitterspannungsquelle für eine geringere Strombelastbarkeit auszulegen. Dies wird
in allen Fällen als Vorteil empfunden, insbesondere aber dann, wenn die Steuerung
des Gleichrichters durch Apparate erfolgt, deren Typenleistung infolge der höheren
äußeren Zündspannung als auch der vorübergehenden größeren Stromentnahme höher gewählt
werden müßte. Bei Versuchen mit Steuereinrichtungen, durch welche dem Gitter zum
Zwecke der Zündung periodisch eine Spannung mit steiler Wellenfront aufgedrückt
wird, hat sich die Maßnahme nach der Erfindung besonders bewährt. Sie ist aber für
alle Fälle von Vorteil, gleichgültig auf welche Weise die Zündung der Entladung
erfolgt, d. h. welche Apparate oder Spannungsquellen zur Lieferung der Gitterzündspannung
herangezogen werden.