DE958141C - Vorrichtung zum Steuern einer mit Wechselstrom gespeisten gas- oder dampfgefuellten Entladungsroehre - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 14. FEBRUAR 1957

N10172 VIII c121g

Die Erfindung bezieht sich, auf eine Vorrichtung zum Steuern einer mit Wechselstrom, gespeisten gas- oder dampfgefüllten Entladungsröhre, die insbesondere eine positive Zündcharakteristik aufweist, mit Hilfe einer steuerbaren Hochvakuumröhre und ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Steuerkreis der Hochvakuumröhre eine vorzugsweise von einem positiven zu einem negativen Wert regelbare Gleichspannung in Reihe mit einer Wechselspannung vorgesehen ist und daß ein im Anodenkreis der Hochvakuumröhre vorgesehener Widerstand in Reihe mit einer Steuerwechselspannung im Steuerkreis der Entladungsröhre liegt.

Eine solche Vorrichtung ergibt eine befriedigende Steuerung der Entladungsröhre, bei der die Ausgangsstromstärke in einem weiten Bereich geregelt werden kann. Insbesondere bei einer Entladungsröhre, die eine positive Zündcharakteristik aufweist und bei der somit auch ein positiver Zündspannungsimpuls Verwendung finden muß, ist es er- ao wünscht, daß die Gitterspannung gleichzeitig mit der Anodenspannung negativ wird, um zu verhüten., daß ein Ionenstrom zur negativen Anode fließt, was eine Rückzündung herbeiführen könnte. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht dies, weil die resultierende Steuerspannung an der Steuerelektrode der Entladungsröhre angenähert spitzenförmig ist, trotz der Tatsache, daß die resultierende Spannung aus sinusförmigen Spannungen entstanden ist. Obgleich es tatsächlich einfächer wäre, für die Steuerung der Entladungsröhre in der Phase verschiebbare spitzenförmige

Spannungen zu verwenden, ist dies in der Praxis bei Anwendung bestimmter Schaltungsanordnungen mit besonderen Geräten (beispielsweise einem schnellschaltenden Schutz gegen Rückzündung dear Entladungsröhren u. dgl., der auch von Hand regelbar und einstellbar ist) häufig nicht einfach zu verwirklichen. In diesem Falle kann, die Vorrichtung gemäß der Erfindung Abhilfe schaffen.

An Hand der ein Ausführungsbeispiel zeigenden ίο schematischen Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.

Gemäß Fig. ι ist in den Steuerkreis einer Hochvakuumröhre ι eine Gleichspannungsquelle 2 in Reihe mit einer Wechselspannungsquelle 3 und einer veränderlichen Gleichspannungsquelle 4 geschaltet. Die Gleichspannungsquelle 2 liefert eine positive Gitterspannung, während die Gleichspannungsquelle 4 beispielsweise aus einem Schnellschaltschutz eine veränderliche Gleichspannung lieferi, die in entgegengesetztem Sinne angeschlossen ist. Die resultierende Spannung der beiden Gleichspannungsquellen 2 und 4 liefert eine Gittergleichspannung, die zwischen einem positiveni Wert (wenn die Spannung der Quelle 4 gleich Null ist) und einem negativen Wert (wenn 4 eine größere negative Spannung als die Quelle 2 aufweist) schwanken kann. Die resultierende Steuerspannung im Gitterkreise der Hochvakuumröhre 1 ist somit eine einer zwischen positiven und negativen Werten schwankenden Gleichspannung überlagerte sinusförmige Wechselspannung.

Im Anodenkreis der Hochvakuumröhre 1 liegt in Reihe mit einer Anodenspannungsquelle 6 ein Widerstands, der zugleich in Reihe mit einer Wechselspannungsquelle 7 den Steuerkreis einer gas- oder dampfgefüllten Entladungsröhre 8 bildet. Der Anodenkreis der Entladungsrohres enthält eine Last 9 und eine Speiseweehselspannungsquelle 10.

Wenn die Steuerspannungsquelle 7 vorläufig außer Betracht gelassen wird, ist die Wirkungsweise dieser Vorrichtung wie folgt. Zunächst sei angenommen, daß die Spannung der Vorrichtung 4 gleich Null ist. Die Gitterspannung der Hochvakuumröhre 1 ist dann so stark positiv, daß trotz der ihr überlagerten Wechselspannung aus dem Transformator 3 die Röhre 1 hinsichtlich des Anodenstroms stets im Sättigungsbereich bleibt. Der Sättigungsstrom I_a (Fig. 2) ergibt am Widerstand 5 dann einen solchen Spannungsabfall, daß die Entladungsröhre 8 stets gesperrt gehalten wird (der Transformator 7 wird noch immer außer Betracht gelassen). Liefert die Vorrichtung 4 eine geringe Gleichspannung, so nimmt die positive Gitterspannung der Röhre 1 ab, beispielsweise auf einen Wert, wie er in Fig. 2 mit 11 bezeichnet ist. In dieser Figur ist die Anodenstromgitterspannungscharakteristik der Röhre 1 mit 12 bezeichnet. Der positiven Gitterspannung 11 ist die Wechselspannung 13 aus dem Transformator 3 überlagert. Der Anodenstrom verläuft somit gemäß der Kurve a-b-c-d, d. h., daß der Spannungsabfall am Widerstand 5 in Fig. 1 bei dem geringsten Anodenstrom c (Fig. 2) viel geringer ist, so daß die negative Gitterspannung der Entladungsröhre 8 in diesem Augenblick stark herabgesetzt ist. Die Gitterspannung der Entladungsröhre 8 beim Stromverlauf a-b-c-d ist mit den gleichen Bezugs ζ eichen in Fig. 3 dargestellt. Wenn die Zündcharakteristik der Entladungsröhre 8 einen negativen Verlauf aufweist, wie dies in Fig. 3 beispielsweise mit 14 angegeben ist, zündet diese Röhre im Augenblick 15, d. h. in der zweiten Hälfte der positiven Halbperiode 16 der Anodenspannung dieser Röhre (die Anodenspannung 16 ist zur besseren Übersicht in Fig. 3 nach oben verschoben).

Liefert die Vorrichtung 4 eine größere negative Spannung (durch Regelung von Hand oder selbsttätig) als die positive Spannung aus 2, so ergibt sich im Gitterkreis der Röhre 1 beispielsweise eine resultierende negative Spannung 17 (Fig. 2) und dementsprechend ein Anodenstromverlauf e-f-g-h der Röhre 1 in Fig. 2 und eine Gitterspannungskurve e-f-g-h der Entladungsröhre 8 in Fig. 3. Die Röhre zündet nunmehr im Punkt 18, also· zeitlich früher als im soeben betrachteten Fall.

Wird die Spannung aus 4 noch stärker negativ, so- daß sich beispielsweise die negative Gitterspannung 19 in Fig. 2 ergibt, so· verschiebt sich auf entsprechende Weise der Zündumgsaugenblick in der Halbperiode 16 wieder weiter in der gleichen Richtung usw. (s. die Kurven j-j und k-k in Fig. 2 und 3).

Hat die Entladungsröhre 8 hingegen eine positive Zündcharakteristik 20 in Fig. 3, soi kann die Röhre 8 nicht zünden. Dies wird jedoch ermöglicht, wenn in Reihe mit den erwähnten Steuerspannungen eine zusätzliche positive Gleichspannung vorgesehen wird. In diesem Falle ist es jedoch ohne weiteres ersichtlich, daß die Steuerspannungs- ioo kurven a^-b-c-d, e-f-g-h, j-j und k-k noch einen positiven Wert gegenüber der Nullinie aufweisen, wenn die Anodenspannung bei 21 bereits Null geworden ist. Es ist jedoch meist erwünscht, daß auch die Gitterspannung negativ ist, wenn, die Anodenspannung negativ wird, um zu verhüten, daß Restionen zur negativen Anode fließen, was eine Rückzündung in der Entladungsröhre herbeiführen könnte. Die vorstehend erwähnten Steuerspannungskurven erfüllen somit diese Bedingungen nicht.

Die erwünschte Gitterspannungskurve an der Entladungsröhre 8 ist jedoch dadurch erzielbar, daß die vorstehend erwähnten Steuerspannungskurven mit der Wechselspannung aus dem bisher nicht in Betracht gezogenen Transformator 7 (Fig. 1) kombiniert werden, was in Fig. 4, 5 und 6 dargestellt ist.

In diesen Figuren ist diese eine gewisse Phasenverschiebung aufweisende Wechselspannung mit 22 bezeichnet und mit den Steuerspannungskurven a-b-c-d bzw. e-f-g-h bzw, j-j kombiniert worden.

Als resultierende Steuerspannung ergibt sich dann gemäß Fig. 4 die. Kurve 23, die die Zündcharakteristik 20 nicht schneidet, so daß die Entladungsröhre noch nicht zündet.

In Fig. 5 ergibt sich die Kurve 24 mit dein Schnittpunkt 25 mit der Zündcharakteristik 20. Folglich zündet die Röhre im Augenblick 26 in der positiven Halbwelle 16 der Anodenspannung·. Der Anfang der positiven Halbwelle der Steuerwechselspannung 13 (Fig. 2) im Gitterkreis der Hochvakuumröhre 1 ist in Fig. 2 bis 6 mit 27 bezeichnet·. In einer praktischen Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung eilt die Steuerspannung 13 gegenüber der Steuerwechselspannung 22 um· etwa 45 elektrische Grade vor, während die letztere gegenüber der Speisewechselspannung 16 der Entladungsröhre 8 um etwa 30 elektrische Grade voreilt. In Fig. 3 bis 6 sind diese Phasenverschiebungen nicht genau dargestellt, weil es ersichtlich ist, daß auch andere Phasenwinkel möglich sind. Die Wahl dieser Phasenwinkel hängt selbstverständlich unter anderem von der Lage der Zündcharakteristik der Entladungsrohres, den Amplituden der Wechselspannungen 13 und 22, den Regelgleichspannungen aus den Vorrichtungen 2 und 4 (Fig. 1), einer etwaigen zusätzlichen positiven oder negativen Gleichspannung im Gitterkreis der Röhre 8 und dem gewünschten Zündbereich der Entladungsröhre 8 ab.

Schließlich ergibt sich in Fig. 6 durch Kombination der Wechselspannung 22 mit der Steuerspannungskurve;-; eine resultierende Steuerspannung 28, die 29 als Schnittpunkt mit der Zündcharakteristik 20 aufweist, so daß sich der Zündaugenblick 30 in der positiven Halbwelle 16 ergibt und ein stärkerer Strom von der Entladungsröhre 8 geliefert wird, als dies in Fig. 5 der Fall war.

Bei noch geringerer Amplitude der Steuerspannungskurve ;-;' in Fig. 6 verschiebt sich die positive linke Flanke der Kurve 28 mehr nach links, bis die Steuerspannung 22 erreicht ist, wodurch sich eine noch frühere Zündung in der Anoden-.Spannungswelle 16 ergibt. Die positive rechte Flanke der Kurve 28 bleibt jedoch, ebenso wie in Fig. S bei der Kurve 24, stets an der gleichen Stelle. Aus Fig. S und 6 ist ersichtlich, daß die Steuerspannungskurven 24 und 28 in dem Augenblick, in dem die positive Anodenspannung 16 bei dem Nulldurchgang 31 in eine negative Spannung übergeht, stets einen negativen Wert aufweisen, so daß keine Rückzündung zu befürchten ist.

Bei der Wahl der Phase der Steuerwechselspannung 22 gegenüber der Speisewechselspannung 16 kann folgendes in Erwägung gezogen werden:

Im völlig leitenden Zustand der Entladungsröhre 8, wobei am Gitter der Röhre 1 eine so negative Spannung liegt, daß der Anodenstrom während der ganzen Periode der Spannung 13 Null ist, wirkt am Gitter der Entladungsröhre 8 nur die Steuerwechselspannung 22. Wenn die Entladungsröhre 8 in einer Dreiphasenschaltung oder einer Dreiphasen-Graetzschaltung Verwendung findet, So wird diese Röhre während angenähert 120 elektrischen Graden von Strom durchflossen (Fig. 7). Eilt jetzt die Steuerwechselspannung 22 um 30 elektrische Grade gegenüber der Speisespannung 16 vor, so deckt sich der erste Nulldurchgang 32 der Steuerspannung 22 mit dem ersten Nulldurchgang der Gegenspannung· 33, so daß, wenn diese im negativen Sinne zunimmt, die Steuerwechselspannung 22 negativ wird und der Gitter-Kathoden-Raum der Röhre 8 nicht gezündet ist. Es liegt also keine Rückzündungsgefahr in der Röhre 8 vor. Nach dem zweiten Nulldurchgang-34 der Spannung 22 wird die Steuerelektrode der Röhre 8 so weit positiv, daß die Röhre zünden kann.

Die Ionisationszeit des Gases in der Röhre verzögert diesen Zündvorgang, wähnend die Gegenspannung abnimmt.

Die Gefahr einer Rückzündung ist sehr gering, weil der Anoden-Kathoden-Raum erst ionisiert werden kann, wenn der Gitter-Kathoden-Raum gezündet hat, während in diesem Punkte die Gegenspannung gering ist. Der Zeitraum, während dessen die Röhre 8 gezündet ist, läßt sich gegebenenfalls noch weiter dadurch verringern, daß die Röhre 8 infolge des Gitterstromes und der Anordnung eines geeigneten i?C-Gliedes selbst eine negative Spannung 35 »(Fig. 9) in ihrem Gitterkreis erzeugt. Ein solches i?C-Glied ist in Fig. 8 mit 36 und 37 bezeichnet.

Dies hat auch zur Folge, daß die Spannung 22 aus dem Transformator 7 (die Spannung des go Widerstandes 5 ist Null) sich infolge der Phasenverschiebung dieses i?C-Gliedes um eine bestimmte Anzahl elektrischer Grade später am Gitter der Röhre 8 ergibt.

Es ist also' möglich, daß erstens die Spannung am Gitter mit der Anodenspannung gleichphasig ist, zweitens das Gitter um angenähert 140⁰ gezündet ist (mehr als 120⁰ infolge der Kommutierung) .

Die ursprüngliche Spannung 22 muß also gegenüber der Anodenspannung 16 voreilen.

Eine 3o°-Phasenverschiebung- zwischen den Spannungen 16 und 22 ist auf einfache Weise dadurch er.'ielbar, daß ein Dreieck-Stern- oder ein Stern-Dreieck-Transformator zwischen der Niederspannung und der Hochspannung eingeschaltet wird.

Es leuchtet ohne weiteres ein, daß bei einem Ein- oder Zweiphasensystem, gegebenenfalls in Graetzschaltung·, die Steuerwechselspannung 22 gleich- n₀ phasig mit der Speisespannung 16 sein kann, weil bei Vollast die Röhre 8 während der ganzen positiven Periode der Anodenspannung 16 gezündet sein muß.

Gegebenenfalls kann in Reihe mit der Spannung 22 eine positive oder negative Gleichspannung geschaltet werden, je nachdem die Zündcharakteristik positiv oder negativ ist und je nach der Kommutierungszeit.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   I. Vorrichtung zum Steuern einer mit Wechselstrom gespeisten gas- oder dampfgefüllten Entladungsröhre, die insbesondere

   eine positive Zündcharakteristik aufweist, mit Hilfe einer steuerbaren Hocfavakuumröhre, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Steuerkreis der Hochvakuumröhre eine vorzugsweise von einem positiven zu einem negativen Wert regelbare Gleichspannung in Reihe mit einer Wechselspannung vorgesehen ist und daß im Anodenkreis der Hochvakuumröhre ein Widerstand liegt, der in Reihe mit einer Stieuerwechselspannung im Steuerkreis der Entladungsröhre angeordnet ist.
2. 2. Vorrichtung gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der höchste positive Wert der Gleichspannung so bemessen ist, daß die Hochvakuumröhre wenigstens nahezu im Sättigungsbereich der Anodenstrom-Gitterspannungs-Charakteristik arbeitet, und daß der höchste negative Wert der Gleichspannung so groß ist, daß die Hochvakuumröhre keinen Anodenstrom führt.
3. 3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung zwischen der Wechselspannung· im Steuerkreis der Hochvakuumröhre und, der Wechselspannung im Steuerkreis der Entladungsröhre so bemessen ist, daß die rechte Flanke der aus der veränderlichen Gleichspannung am Widerstand und der ihr überlagerten Wechselspannung resultierenden. Zündspannungsimpulse praktisch am der gleichen Stelle bleibt, bzw. daß die erwähnten Zündspannungsimpulse im Augenblick des Nulldurchganges der Anodenwechselspannung nach einer positiven Halbperiode gegenüber der Kathode der Entladungsröhre einen negativen Wert aufweisen.
4. 4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung im Steuerkreis der Hochvakuumröhre angenähert um 45 elektrische Grade gegenüber der Steuerwechselspannung im Steuerkreis der Entladungsröhre voreilt und daß die letztere um angenähert 30 elektrische Grade gegenüber der Speisewechselspannung der Entladungsröhre voreilt.
5. 5. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkreis der Entladungsröhre eine weitere gesonderte. Gleichspannung vorgesehen ist.
6. 6. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkreis der Entladungsröhre Phasendrehuingsmittel angeordnet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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