DE945109C

DE945109C - Switching arrangement for gas or vapor discharge vessels with initial ignition

Info

Publication number: DE945109C
Application number: DES4746D
Authority: DE
Inventors: Joseph H Cox; Henry C Myers; Joseph Sleipian
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1940-08-02
Filing date: 1941-07-31
Publication date: 1956-06-28
Also published as: CH252907A; US2259293A; BE442276A; GB550872A; FR875708A

Description

Schaltanordnung für Gas- oder Dampfentladungsgefäße mit Initialzündung Bei Gas- oder Dampfentladungsgefäßen, die in der Weise betrieben werden, daß mittels einer ständig in die Kathode eintauchenden Zündelektrode in jeder positiven Anodenspannungshalbwelle der Lichtbogen von neuem gezündet wird, ist es aus verschiedenen Gründen zweckmäßig, außer der Anode noch eine besondere Hilfselektrode vorzusehen, die ebenfalls imstande ist, zeitweilig als Anode zu arbeiten. Eine solche Hilfselektrode erleichtert die Zündung der Hauptanode und erhöht somit die Genauigkeit der Steuerung. Bei geeigneter Ausbildung der Hilfselektrode kann sie aber auch dazu dienen, um die Rückzündungssicherheit des Gefäßes zu erhöhen. Entladungsgefäße der genannten Art mit Hilfselektroden sind an sich bereits bekannt. Dabei ist bei den bekannten Entladungsgefäßen die Hilfselektrode unmittelbar mit der Zündelektrode verbunden, so daß der Spannungsverlauf an ihr der gleiche ist wie an der Zündelektrode. Nach der Erfindung wird vorgeschlagen, bei einer Schaltanordnung mit einanodigen Metalldampfentladungsgefäßen, in denen Initialzündungen in jeder Periode des Wechselstromes durch einen in das Kathodenmetall eintauchenden Zündstift stattfinden und zwischen Kathode und Anode eine Hilfselektrode mit einem Spannungsverlauf, der von demjenigen. an der Zündstiftelektrode abweicht, benutzt ist, daß erfindungsgemäß außer der Zündstiftelektrode, Anode und Kathode, lediglich eine die Anode umschließende weitere Elektrode solcher Formgebung vorgesehen ist, daß die Anode optisch gegenüber der Kathode verdeckt liegt, die Entladung ihren Weg nur durch seitliche Offnungen der Hilfselektrode zur Anode nehmen kann und der aufsteigende Metalldampf durch den Elektrodenkörper als Leitkörper zur Gefäßwand hin abgelenkt wird. Eine solche Abschirmung der Anode hat natürlich zunächst eine erhebliche Erschwerung der Lichtbogenzündung zur Folge. Man kann dies dadurch wieder ausgleichen und sogar die Zündung der Anode noch fördern, wenn man der Hilfselektrode ein solches Potential gibt, daß sie die Ionisation in der Umgebung der Anode verstärkt.Switching arrangement for gas or vapor discharge vessels with initial ignition In the case of gas or vapor discharge vessels that are operated in such a way that by means of an ignition electrode that is constantly immersed in the cathode in every positive anode voltage half-wave the arc is re-ignited, it is advisable for various reasons, In addition to the anode, a special auxiliary electrode must also be provided, which is also capable is to work temporarily as an anode. Such an auxiliary electrode facilitates this Ignition of the main anode and thus increases the accuracy of the control. With suitable Training the auxiliary electrode can also serve to improve the safety against reignition of the vessel to increase. Discharge vessels of the type mentioned with auxiliary electrodes are already known per se. The auxiliary electrode is in this case in the known discharge vessels directly connected to the ignition electrode, so that the voltage curve across it is the same as on the ignition electrode. According to the invention it is proposed in a switching arrangement with single-anode metal vapor discharge vessels in which Initial ignitions in each period of the alternating current through one into the cathode metal immersing ignition pin take place and an auxiliary electrode between the cathode and anode with a tension curve that of the one. deviates on the ignition pin electrode, is used that according to the invention in addition to the ignition pin electrode, anode and cathode, only one more surrounding the anode Electrode such Shaping is provided that the anode is optically hidden from the cathode The discharge only finds its way through openings on the side of the auxiliary electrode can take to the anode and the rising metal vapor through the electrode body is deflected as a guide body towards the vessel wall. Such a shielding of the anode Of course, this initially makes the arc ignition much more difficult. You can compensate this again and even promote the ignition of the anode, if the auxiliary electrode is given such a potential that it causes the ionization in around the anode.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben. In Fig. r ist ein Drehstromnetz r mit einem Gleichstromkreis 2 über einen Stromrichter verbunden, der im wesentlichen aus dem Transformator 3 und den an dessen Sekundärklemmen angeschlossenen Entladungsgefäßen 4 besteht. Jedes dieser Entladungsgefäße 4 besteht aus einem Gefäß 5, vorzugsweise aus Metall, welches eine verdampfbare und sich selbst erneuernde Kathode, beispielsweise eine Quecksilberkathode 6, eine Anode 7 und einen mit Durchbrüchen für den, Lichtbogen versehenen Anodenschirm 8 enthält. Diese Schirmelektrode 8 besteht vorzugsweise ebenfalls aus leitendem Material, beispielsweise Graphit, und ist dicht vor der Anode 7 angeordnet. Sie bildet dabei den Abschluß eines die Anode umschließenden, nicht näher bezeichneten Rohres. In jedem Entladungsgefäß ist außerdem noch die Zündelektrode 9 vorgesehen, die in ständiger Berührung mit der verdampfbaren Kathode 6 steht. Sie wird periodisch mit Strom beaufschlagt, um in den gewünschten Zeitaugenblicken den Kathodenfleck zu bilden und den Lichtbogen zwischen der .Anode 7 und der Kathode einzuleiten.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. In Fig. R is a three-phase network r with a direct current circuit 2 via a converter connected, essentially consisting of the transformer 3 and the secondary terminals thereof connected discharge vessels 4 exists. Each of these discharge vessels 4 consists from a vessel 5, preferably made of metal, which is a vaporizable and itself renewing cathode such as a mercury cathode 6, an anode 7 and a with openings for the arc-provided anode shield 8 contains. This shield electrode 8 is preferably also made of conductive material, for example graphite, and is arranged close to the anode 7. It forms the end of a die Anode enclosing, unspecified tube. In every discharge vessel the ignition electrode 9 is also provided, which is in constant contact with the vaporizable cathode 6 is. It is periodically energized to to form the cathode spot and the arc in the desired moments of time to initiate between the .Anode 7 and the cathode.

Zu diesem Zweck ist die Zündelektrode 9 an die-Sekundärseite eines Steuertransformators io angeschlossen. Zwischen jeder Zündelektrode und der zugehörigen sekundären Phasenklemme r r liegen Impedanzen 12 und 13 sowie ein steuerbares Hilfsentladungsgefäß 14, durch welches der Einsatzzeitpunkt des Stromimpulses über die Zündelektroden 9 gesteuert werden kann. Da die Zündimpulse nur kurzzeitig zu sein brauchen; aber verhältnismäßig kräftig sein müssen, sind noch Kondensatoren 15 vorgesehen, die mit den Phasenwicklungen 16 des Steuertransformators io parallel geschaltet sind. Der Ladestrom für diese Kondensatoren 15 wird durch die Impedanzen 12 begrenzt, welche rein ohmisch oder auch induktiv sein können. Der Entladestrom der Kondensatoren wird seiner Höhe nach durch die Impedanzen 13 bestimmt, die zweckmäßig einen sehr viel niedrigeren Ohmwert besitzen als die Impedanzen z2. Der Kondensator 15 wird somit langsam aufgeladen, liefert aber einen kurzen und intensiven Stromstoß bei Freigabe des Entladungsgefäßes 14 an die Zündelektrode 9. Der Steuertransformator io wird zweckmäßig so geschaltet, daß seine Spannungen den entsprechenden Spannungen des Haupttransformators 3 voreilen. Besonders günstig ist es, wenn seine Sekundärspannung gerade ihr Maximum in dem Augenblick besitzt, in dem die Zündung des Entladungsgefäßes 4 erfolgen soll.For this purpose, the ignition electrode 9 is connected to the secondary side of a Control transformer OK connected. Between each ignition electrode and the associated one Secondary phase terminal r r are impedances 12 and 13 and a controllable auxiliary discharge vessel 14, through which the start of the current pulse via the ignition electrodes 9 can be controlled. Since the ignition pulses only need to be brief; but must be relatively strong, capacitors 15 are also provided, the are connected in parallel with the phase windings 16 of the control transformer io. The charging current for these capacitors 15 is limited by the impedances 12, which can be purely ohmic or inductive. The discharge current of the capacitors its height is determined by the impedances 13, which is useful a very have a much lower ohmic value than the impedances z2. The capacitor 15 is thus charged slowly, but delivers a short and intense current surge Release of the discharge vessel 14 to the ignition electrode 9. The control transformer io is expediently switched so that its voltages correspond to the corresponding voltages of the main transformer 3 lead. It is particularly favorable if its secondary voltage has its maximum at the moment in which the ignition of the discharge vessel 4 should take place.

Die Gitter der Hilfsentladungsstrecken 14 werden von einem Transformator 2o gesteuert, dessen Sekundärspannungen der Phase nach geregelt werden können. Zu diesem Zweck ist zwischen seine Primärwicklung 2a und das Drehstromnetz z ein Drehtransformator 21 geschaltet. Man kann mit Hilfe dessen den Zündzeitpunkt der Entladungsgefäße 4 -und damit den Aussteuerungsgrad des Stromrichters beliebig einstellen. .The grid of the auxiliary discharge paths 14 are from a transformer 2o controlled, the secondary voltages of which can be regulated according to the phase. to For this purpose, a rotary transformer is between its primary winding 2a and the three-phase network z 21 switched. With the help of this, one can determine the ignition point of the discharge vessels 4 - and thus set the modulation level of the converter as required. .

Um das Zünden der Hauptanode 7 nach erfolgter Bildung des Kathodenfleckes beim Beaufschlagen der Zündelektrode 9 zu beschleunigen oder sicherzustellen, ist ein Transformator 25 vorgesehen, an Stelle dessen aber auch eine andere Spannungsquelle benutzt werden kann. Das von diesem Transformator gelieferte Hilfspotential wird den Hilfselektroden 8 zugeführt, so daß diese als den zugehörigen Hauptanoden unmittelbar benachbarte Erregerelektroden dienen. Sie bringet dadurch die Ionisation in die Nachbarschaft der Anode 7 oder sogar in Berührung mit dieser, wodurch ein rasches Zünden des Lichtbogens nach der Anode gewährleistet wird. Der Transformator 25 wird zweckmäßig so geschaltet oder eingestellt, daß seine Sekundärspannungen mit den entsprechenden Sekundärspannungen des Haupttransformators 3 in Phase sind oder ihnen voreilen. Es ist günstig, wenn der über die Hilfselektrode fließende Erregerstrom jeweils zusammen mit dem Strom der Hauptanode sein Ende findet.About the ignition of the main anode 7 after the cathode spot has formed to accelerate or ensure when applying the ignition electrode 9 a transformer 25 is provided, but instead also another voltage source can be used. The auxiliary potential supplied by this transformer is the auxiliary electrodes 8 supplied so that these as the associated main anodes directly neighboring excitation electrodes are used. It brings the ionization into the Neighborhood of the anode 7 or even in contact with it, creating a rapid Ignition of the arc after the anode is guaranteed. The transformer 25 is appropriately switched or adjusted so that its secondary voltages with the corresponding secondary voltages of the main transformer 3 are in phase or them to advance. It is beneficial if the excitation current flowing through the auxiliary electrode comes to an end together with the current of the main anode.

Die Anordnung nach Fig.2 unterscheidet sich von der nach Fig. r nur dadurch, daß für die Beaufschlagung der Hilfselektroden keine besondere Spannungsquelle vorgesehen ist, vielmehr sind die Hilfselektroden an Anzapfungen 3o der Sekundärwicklungen des Zündtransformators io angeschlossen.The arrangement according to FIG. 2 differs from that according to FIG. R only in that no special voltage source is used to act on the auxiliary electrodes is provided, rather the auxiliary electrodes are at taps 3o of the secondary windings of the ignition transformer is connected.

Gegen Rückzündungen und sonstige Störungen schützte man bisher Entladungsgefäße mit Zündelektrodensteuerung dadurch, daß man im Störungsfall lediglich die weitere Zufuhr von Zündimpulsen an die Zündelektroden unterband, beispielsweise durch Sperrung der den Zündelektroden vorgeschalteten Hilfsentladungsgefäße. In vielen Fällen genügt dies jedoch nicht, um mit Sicherheit den Stromrichter zum Erlöschen zu bringen. Die Erfindung schlägt deshalb weiterhin vor, die in den Entladungsgefäßen angeordneten Hilfselektroden, insbesondere wenn sie als Anodenschirme ausgebildet sind, mit zur Sperrung der Hauptentladungsgefäße heranzuziehen. Dies kann in der Weise geschehen, daß im Störungsfall durch eine entsprechende Relaisanordnung die Hilfselektroden an ein negatives Potential gelegt werden, wobei gleichzeitig auch die weitere Zufuhr von Zündimpulsen an die Zündelektroden unterbrochen wird.Up to now, discharge vessels have been protected against reignition and other malfunctions with ignition electrode control in that, in the event of a fault, only the other The supply of ignition pulses to the ignition electrodes was suppressed, for example by blocking of the auxiliary discharge vessels upstream of the ignition electrodes. In many cases it is sufficient However, this is not done in order to make the converter go out with certainty. The invention therefore also proposes that which are arranged in the discharge vessels Auxiliary electrodes, especially if they are designed as anode screens, with for Use blocking of the main discharge vessels. This can be done in the way that in the event of a fault, the auxiliary electrodes are provided by an appropriate relay arrangement be applied to a negative potential, with the further supply at the same time is interrupted by ignition pulses to the ignition electrodes.

Hierfür zeigt Fig.3 ein Ausführungsbeispiel. Die Betriebsschaltung der Zünd- und Erregerelektrollen sowie der Gitter der Hilfsentladungsgefäße 14 entspricht der nach Fig. 2. Die obenerwähnte Sperrspannungsquelle, die das negative Potential für die vor den Anoden angebrachten Schirmelektroden liefert, besteht aus dem Transformator 4i, dem Gleichrichter 42 und der Glättungseinrichtung 4.4, 45.3 shows an exemplary embodiment for this. The operating circuit the ignition and exciter rollers as well as the grid of the auxiliary discharge vessels 14 corresponds to that of FIG. 2. The above-mentioned reverse voltage source, which is the negative Provides potential for the screen electrodes attached in front of the anodes from the transformer 4i, the rectifier 42 and the smoothing device 4.4, 45.

In den Wechselstromzuleitungen zu dem Haupttransformator 3 liegen Stromtransformatoren, welche die Wicklungen 26 des Relais 5 i speisen. Im normalen Betrieb besteht eine Verbindung von den Kathoden 6 über die Ruhekontakte 28 des Störungsrelais 5 i zu dem Mittelpunkt 29 des die Gitterspannungen für die Hilfsentladungsgefäße 14 liefernden Transformators 2o. Sobald eine Rückzündung oder ein Kurzschluß eintritt, zieht das Fehlerrelais 5 i an, öffnet dabei seinen Kontakt und schließt den Kontakt 30, so daß die gesamte, an dem Widerstand 43 auftretende Sperrspannung zwischen den Nullpunkt 29 und die gemeinsame Kathodenverbindung der Entladungsgefäße geschaltet wird. Gleichzeitig wird das Relais 31 erregt, welches seine Kontakte 32 schließt und damit die Hilfselektroden 8 der Entladungsgefäße 4 ebenfalls mit dem auf negatives Potential gegenüber der Kathodenverbindung gebrachten Nullpunkt 29 des Transformators 2o verbindet. Es wird also durch Sperrung der Hilfsentladungsgefäße 14 die weitere Zufuhr von Zündimpulsen an die Zündelektroden g unterbunden und gleichzeitig den Hilfselektroden bzw. Anodenschirmen 9 ein negatives Potential aufgedrückt.In the alternating current leads to the main transformer 3 lie Current transformers which feed the windings 26 of the relay 5 i. In normal Operation is a connection from the cathodes 6 via the normally closed contacts 28 of the Fault relay 5 i to the center point 29 of the grid voltages for the auxiliary discharge vessels 14 supplying transformer 2o. As soon as a flashback or a short circuit occurs, the error relay 5 i picks up, opens its contact and closes the contact 30, so that the entire reverse voltage occurring across the resistor 43 between the zero point 29 and the common cathode connection of the discharge vessels switched will. At the same time, the relay 31 is energized, which closes its contacts 32 and thus the auxiliary electrodes 8 of the discharge vessels 4 likewise with the negative Potential against the cathode connection brought zero point 29 of the transformer 2o connects. Thus, by blocking the auxiliary discharge vessels 14, the further Supply of ignition pulses to the ignition electrodes g and at the same time the A negative potential is applied to auxiliary electrodes or anode shields 9.

In den Zuleitungen zu den Hilfselektroden 8 liegen noch Impedanzen 33 und 34, vorzugsweise ohmsche Widerstände, welche sowohl im normalen Betrieb als auch im Störungsfall den Strom der Hilfselektroden begrenzen. Die beiden Relais 51 und 31 können vorteilhaft so ausgebildet sein, daß sie zwar schnell schließen aber mit Verzögerung wieder öffnen. Man kann auch Zeitrelais verwenden, die mit Verzögerung ansprechen, wenn es erwünscht ist, im Störungsfall den Stromrichter erst nach einer bestimmten Zeit zu sperren.There are still impedances in the leads to the auxiliary electrodes 8 33 and 34, preferably ohmic resistors, which both in normal operation as Limit the current of the auxiliary electrodes even in the event of a fault. The two relays 51 and 31 can advantageously be designed so that they close quickly but open again with a delay. You can also use timing relays with Address the delay, if required, and the converter in the event of a fault to be blocked only after a certain period of time.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Switching arrangement with single-anode metal vapor discharge vessels, in which initial ignitions take place in each period of the alternating current by an ignition pin dipping into the cathode metal and an auxiliary electrode with a voltage curve that deviates from that at the ignition pin electrode is used between the cathode and anode, characterized in that, in addition to the ignition pin electrode , Anode and cathode, only a further electrode surrounding the anode is provided in such a way that the anode is optically hidden from the cathode, the discharge can only find its way through the side openings of the auxiliary electrode to the anode and the rising metal vapor through the electrode body as a guide body is deflected towards the vessel wall.

2. Circuit arrangement according to claim i, characterized in that the screen electrode for the anode is operationally on Has the potential for strengthening the ionization in the vicinity of the anode.

3. Circuit arrangement according to claim i, characterized in that the grid Auxiliary electrode that acts for the anode in the event of a fault, at the same time as one Interruption of the further ignition pulses on the ignition pin to a negative potential is brought across from the cathode.

4. Circuit arrangement according to claim i or one of the following, characterized in that the auxiliary electrode supplied AC voltage leads the associated anode voltage.

5. Circuit arrangement according to Claim i or one of the following, characterized in that the phase position the alternating voltage supplied to the auxiliary electrode can be regulated.

6. Circuit arrangement according to claim i or one of the following when using grid-controlled auxiliary discharge paths for controlling the ignition electrode currents, characterized in that in the event of a fault the auxiliary electrodes of all vessels together with the zero point of the grid voltages for the auxiliary discharge path supplying transformer to the negative pole of a common reverse voltage source can be connected.

7. Circuit arrangement according to Claim i, characterized in that the associated Anode is optically hidden for the cathode. B. Circuit arrangement according to claim 7, characterized in that the auxiliary electrode encloses the anode like a pot and is provided with side openings for the arc passage. G. Circuit arrangement according to claim 7, characterized in that the auxiliary electrode terminates a the anode surrounding tube forms. Referred publications: German patents No. 656986, 678921; British Patent No. 405,857; U.S. Patent No. 2 190 774.