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Einrichtung zur Steuerung von Gas- oder Dampfentladungsgef äßen mit
Hilfe von Zündelektroden Die Erfindung bezieht sich auf solche einanodigen Gas-
oder Dampfentladungsgefäße, in denen der Kathodenfleck in jeder positiven Anodenspannungshalbwelle
durch eine Zündelektrode von neuem gebildet werden muß. Die sich hierbei ergebende
Steuerungsart ist unter dem Namen »Initialst,.-u-erung« bekannt. Als Zündelektroden
können Stifte aus Widerstandsmaterial verwendet werden, die ständig in die Kathodenflüssigkeit
eintauchen. Bei diesen Elektroden erfolgt die Zündung der Entladung, wenn der sie
durchfließende Strom -eine bestimmte Größe überschreitet. Anstatt mit solchen »Stromzündern«
kann man aber auch mit »Spannungszündern« arbeiten. Das sind Zündelektroden, die
zwar auch in die Kathode hineinragen, von dieser aber isoliert sind. Die Zündung
erfolgt dabei dadurch, daß der Zündelektrode ein hoher Spannungsimpuls oder eine
Folge von solchen gegenüber der Kathode aufgedrückt wird.
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Bei Gefäßen, die in dieser Art gesteuert werden, zeigt es sich oft,
daß die Zündsicherheit zu wünschen übrigläßt. Es kommt vor, daß der über den Zünder
geschickt,- Zündimpuls in der betreffenden Halbwelle keine Entladung zur Folge hat,
oder daß die Entladung mit einer unkontrollierbaren Verzögerung gegenüber dem Einsatzpunkt
des Zündimpulses
zündet. Das ist besonders dann der Fall, wenn
die Anode mit Rücksicht aiif die Spannungssicherheit des Gefäßes von der Kathode
weiter entfernt angeordnet werden muß oder wenn zur Erhöhung der Rückzündungssicherheit
Einbauten zwischen Anode und Kathode vorgesehen sind.
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Um die Zündsicherheit zu erhöhen bzw. die statistischen Schwanktingen
der Verzögerung, mit der die Entladung gegenüber der Einleitung des Zündimpulses
einsetzt, zu beseitigen, hat man bereits Hilfsanoden in der Nähe der Kathode vorgesehen,
für die erleichterte Zündbedingungen gegeben sind, und die deshalb bei Erregung
des Zünders zunächst den Lichtbogen übernehmen. Dies-er Hilfslichtbogen leitet dann
seinerseits erst den Lichtbogen nach der Hauptanode ein, was wegen der starken Ionisation,
die durch den Hilfslichtbogen hervorgerufen wird', praktisch ohne Verzögerung vor
sich geht. Während bei den bekannten Anordnungen die Hilfsanode mit der gleichen
Spannung beaufschlagt wird wie die Zündelektrode, ist auch bereits vor-. geschlagen
worden, für die Hilfsanode einen besonderen Speisestromkreis vorzusehen, der von
demjenigen für die Zündelektrode getrennt ist. Dadurch ist es möglich, die Entladung
nach der Hilf sanode über. einen längeren Zeitraum aufrecht zu erhalten, während
die Zündelektrode nur mit einem kurzzeitigen Strom- bzw. Spannungsimpuls beaufschlagt
wird. Die Hilfsanode wirkt dabei gewissermaßen als Erregeranode, die jedoch nicht
ständig brennt, sondern in jeder Periode von neuem gezündet werden muß.
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Bei den vorgeschlagenen Einrichtungen mit getrennter Speisung von
Zündelektroden und Hilfsanoden erhalten nun die Hilfsanoden eine Spannung, die eine
Brenndauer der Hilfsanode von etwa i8o' ermöglicht. Im Gegensatz hierzu schlägt
die Erfindung vor, der im Stromkreis der Hilfsanode wirksam-en Spannung einen solchen
Verlauf zu geben, daß die mögliche Brenndauer dex Hilfsanode kleiner ist als i8o'.
Besonders zweckmäßig ist es, die Speisespannung für die Hilfsanode so zu wählen,
daß die mögliche Brenndauer der Hilfsanode mit der normalen Brenndauer der Hauptanode
angenähert übereinstimmt. Es wird dadurch eine wesentliche Erhöhung der Rückzündungssicherheit
des Gefäßes erreicht, da der Lichtbogen der Hilfsanode während der Sperrzeit nicht
mehr aufrechterhalten bleibt und während dieser Zeit keine unerwünschte Ionisierung
der Entladungsstrecke mehr hervorrufen kann. Die Phasenlage der Hilfsanodenspannung
wird man in gewissen Fällen zusammen mit einer Verlegung des Zündzeit-! punktes
ebenfalls entsprechend ändern. Das kann beispielsweise dann günstig sein, wenn die
Entladungsstrecke in einem mehrphasigen Gleichrichter auf einen stark induktiven
Verbraucher arbeitet, wobei die Brenndauer der Hauptanode sich bei Verlegung des
Zündzeitpunktes nicht ändert. Arbeitet der Gleichrichter dagegen auf einem rein
ohnischen Verbraucher, so bleibt der Zeitpunkt des Erlöschens der Hauptanode praktisch
unverändert, so daß man, wenn das Erlöschen der Eilfsanode mit dem der Hauptanode
ungefähr-zusammenfallen soll, auch die Ph#asenlage der Hilfsanodenspannung fest
eingestellt lassen wird. Von besonderer Bedeutung ist. die Erfindung für
Graetzschaltungen, bei denen bekanntlich bei starker Zündzeitpunktverzögerung wegen
der Reihenschaltung zweier mit Phasenversthiebung gegeneinander arbeitenden Entladungsgefäße
jedes Gefäß innerhalb einer Periode zweimal zünden muß. Mit einem Gefäß, das nur
eine Zündelektrode und keine Hilfsaüode enthält, wäre ein solcher Betrieb gar nicht
ohne weiteres durchführbar, weil der zum erneuten Einsetzen der Entladung erforderliche
Zündimpals fehlen würde. Ist jedoch eine Hilfsanode vorhanden, deren Entladung hinreichend
lang aufrechterhalten bleibt, so kann auch die zweite Zündung des Gefäßes unbehindert
einsetzen.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
In Fig. i a bedeutet i die Onecksilberkathode eines einanodigen Entladnigsgefäßes,
2 ist die beispielsweise aus Widerstandswerkstoff bestehende, in die Quecksilberkathode
eintauchende Ziindelektrode. Der Zündstromkreis ist ebenso wie die Anode des Gefäßes
der Einfachheit halber nicht dargestellt. In der Nähe der Kathode befindet
sich im Innern des Entladungsgefäßes die Hilfsanode 3. Diese wird über einen
Transformator 4 und einen Strombegrenzungswiderstand 6 aus einer Wechselspannungsquelle
gespeist. Im Stromkreis der Hilfsanode liegt nun noch eine Gleichspannungsquelle
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die die Hilfsanode 3 gegenüber der Kathode i negativ vorspannt.
Praktisch ausbilden wird man diese Vorspannungsquelle als aus dem Wechselstromnetz
gespeisten Hilfsgleichrichter, vorzugsweise mit Trockenelementen.
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Die Wirkung dieser Vorspannungsquelle zeigt Fig. i b. Die vom
Transformator 4 gelieferte Spannung UH zeigt an sich sinusförmigen Verlauf.
Durch die Einfügung der negativen Vorspannung Ue, wird jedoch die Nullinie so verschoben,
daß als positive Spannungswelle an der Hilfsanode nur noch der schraffierte Flächenteil
übrigbleibt. Dadurch wird die Zeitdauer, während , der die Hilfsanode positives
Potential gegenüber der Kathode besitzt, verkürzt, und zwar bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel auf i:2o', was der Anodenbrenndauer eines dreiphasigen Gleichrichters
bzw. eines sechsphasigen Gleichrichters mit Saugdrossel entspricht. Den negativen
Anteil der Hilfsanodenspannung kann man gegebenenfalls noch durch ein in den Hilfsanodenstromkreis
geschaltetes Ventil von der Hilfsanode fernhalten.
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Die Verkürzung der positiven Spannüngswelle kann man auch durch Verzerrung
der ursprünglich sinnsförmigen Spannung erreichen. Hierfür zeigt Fig. 2a ein Ausführungsbeispiel.
Die Spannung der Hilfsanode wird an einem Widerstand io abgegriffen, der aus dem
Wechselstromnetz gesp22ist wird. In der Netzzuleitung liegen die Wechselstromwicklungen
8 einer Drossel 7, die außerdem noch mit Gleichstrom erregte Vormagnetisierungswicklungen
9 enhält. Die beiden Wechselstromteilwicklungen
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sind gegensinnig, die Gleichstromteilwicklungen 9 gleichsinnig in Reihe geschaltet.
Dadurch wird erreicht, daß sich die in den Wicklungen 9 in#duzierten Grundwellenspannungen
gegenseitig aufheben. Den auf diese Weise erzielten Verlauf der Spannung an der
Hilfsanode 3 gegenüber der Kathode i zeigt Fig. 2 b. Die positiven
und die negativen Halbwellen stimmen zwar hinsichtlich der von ihnen und der Nullinie
umgrenzten Fläche überein, jedoch ist die Zeitdauer der positiven Halbwellen gegenüber
der der negativen Halbwellen wesentlich verkürzt.
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In Fig. 3 wird die zeitliche Verkürzung der an der Hilfsanode
wirksamen positiven Spannungswelle dadurch erreicht, daß aus einer sinusförmigen
Spannungshalbwelle ein Stück ausgeschnitten wird. Zu diesem Zweck ist bei der Schaltung
nach Fig.3a ein Hilfsentladung f äß 12 vorgesehen, Z, -9ge welches
zwischen die Sekundärseite des speisenden Transformators ii und einen Widerstand
13 geschaltet ist. An diesem Widerstand 13 wird die Spannung für die Hilfsanode
abgegriffen. Eine Steuereinrichtung 14 gibt, wie das obere Diagramm der Fig.
3b zeigt, das Hilfs4#ntladungsgefäß 12, welches ebenfalls mit lichtbogenartiger
Entladung arbeiten kann, jeweils erst im ZeitpunktA frei. Dann fließt der gesamte
Strom des Hilfsentladungsgefäßes zunächst nur über den Widerstand 13. Wird
jetzt im Zeitpunkt t, die Entladung der Hilf sanode 3 durch Erregen
des Zünders 2 gezündet, so fließt von diesem 7eitpunkt ab für den Rest der positiven
Spannungshalbwelle der Strom des Hilfsentladungsgefäßes 1:2 im wesentlichen über
die Hilfsanode 3 und die Kathode i. Es entsteht dann der in Fig.
31) unten dargestellte Stromverlauf mit Hilfsanode.
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Die Anordnung nach Fig. 4a erreicht die Verkürzung der positiven Spannungsteilwelle
an der Hilfsanod2 durch Verwendung eines übersättigten Transformators 15, über den
der Stromkreis der Hilfsanode aus einer Wechselspannungsquelle ge-
speist
wird, Parallel zu der Sekundärwicklung des Transformators 1,9 liegt ein Ventil 16
in Reihe mit dem Widerstand 17, welches für die negativen Spannungshalbwellen des
Transformators 15 einen .Stromweg bildet. Dadurch wird die negative Spannungswelle
von der Hilfsanode ferngehalten. Die Wirkung dieser Anordnung zeigt Fig. 4b. Unter
dem Einfluß des Transformators entsteht eine Spannungskurvenform, bei der der Zeitraum,
während dessen die Spannung Ull an der Hilfsanode die zur Bildung eines Lichtbogens
erforderliche Höhe besitzt, gegenüber der Sinuslinie wesentlich verkleinert ist.
Die negative Teilwelle ist nur punktiert eingezeichnet, da sie durch das Ventil
16 von der Hilfsanode ferngehalten wird. Wenn im Zeitpunkt t, die Zündung erfolgt,
so stellt die schraffierte Fläche ein Bild für den Stromverlauf der Hilfsanode
3 dar.
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Schließlich sei noch die Möglichkeit erwähnt, die positive Spannung
an der Hilfsanode durch die Entladung eines Kondensators zu bilden. Dieser Kondensator
kann in den Zwischenzeiten über einen entsprechend bernessenen Widerstand aus der
Wechselspannungsquelle aufgeladen werden, wobei gegebenenfalls auch noch ein Ventil
im Ladekreis benutzt werden kann.
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Für die bauliche Ausgestaltung der Hilfsanode zeigt Fig.
5 ein Beispiel. Die Hilfsanode 3 ist hier als Schirm oder Topf ausgebildet,
welcher konzentrisch die Zündelektrode 2 bzw. deren vertikale Zuführung umschließt
und mit dieser unter Zwischenfügung von Isoliermaterial 20 zu einer baulichen Einheit
vereinigt ist. Mit 18 und ig sind die Speisespannungsquellen für die Hilfsanode
3 und den Zünder:2 angedeutet.
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Man kann an Stelle dieser Bauart die Hilfsanode auch so ausgestalten
wie die bekannten Erregeranoden bei Entladungsgefäßen mit Dauererregung oder auch
als Gitter, welches zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist. An Stelle
einer einzigen Hilfsanode können auch deren mehrere verwendet und in Form von Gittern
hintereinander angeordnet werden, um auf diese Weise bei Ge-
fäßen großer
Leistung bzw. hoher Sperrbeanspruchung eine Kaskadenwirkung zu erzielen.
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