DE969403C - Schaltungsanordnung zum Betrieb eines elektrischen Entladungsgefaesses mit einer fluessigen Kathode und einer Widerstandszuendelektrode - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 29. MAI 1958

S 14812 VIIIe 121g

(Ges. v. 15. 7. 1951)

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines elektrischen Entladungsgefäßes mit einer flüssigen Kathode, bei dem die Zündung der Entladung durch eine ständig in die Kathode eintauchende Zündelektrode aus Widerstandswerkstoff erfolgt. Bei diesen Entladungsgefäßen ergeben sich für manche Betriebszustand^ Schwierigkeiten, die darin bestehen, daß der Strom am Ende einer Halbperiode der zwischen den Elektroden liegenden Wechselspannung nicht stetig bis zu beliebig kleinen Werten abnimmt und dabei in seiner Form genau der Form der Wechselspannung folgt, sondern daß er bei einer Stromstärke von einem bis zu einigen Ampere plötzlich abreißt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß ein Kathodenfleck nur so lange aufrechterhalten werden kann, als der Strom einen bestimmten Mindestwert besitzt. Dazu kommt noch als weiterer Übelstand, daß der Wert des Stromes, bei dem die Entladung erlischt, nicht eindeutig festgelegt ist, sondern statistischen Schwankungen unterworfen ist. Dieser Umstand fällt besonders dann ins Gewicht, wenn das Entladungsgefäß in einem Hochspannungsstromkreis verwendet wird. Die Ströme, die das Entladungsgefäß in diesem Falle führt, sind verhältnismäßig klein, so daß es leicht vorkommen kann, daß die Entladung schon verhältnismäßig frühzeitig innerhalb einer Halbperiode des Wechselstromes erlischt. Es gibt auch Anwendungsfälle, bei denen dieses frühzeitige Erlöschen selbst nicht so unangenehm in

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Erscheinung tritt wie die statistischen Schwankungen der für die Aufrechterhaltung des Brennflecks notwendigen Stromstärke. Ein solcher Fall liegt z. B. bei zwei im Gegentakt geschalteten, auf eine gesättigte Drossel arbeitenden Entladungsgefäßen mit Widerstandszündelektrode vor.

Die Erfindung betrifft eine Maßnahme, durch welche die erwähnten Nachteile vermieden werden und eine allgemeinere Anwendung von Entladungsgefäßen mit

ίο Widerstandszündelektrode ermöglicht wird. Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung für ein elektrisches Entladungsgefäß mit flüssiger Kathode, in die eine Innenzündelektrode aus Widerstandswerkstoff taucht, einer Anode und einer Hilfselektrode (Hilfsanode) mit dem besonderen Kennzeichen, daß an die Hilfselektrode eine Hilfsspannung mit einer gegenüber der Hauptspannung nacheilenden Phasenverschiebung solcher Winkelbemessung gelegt wird und dabei der Scheitelwert der Stromstärke der zugehörigen Hilfsentladung etwa größer als die für ein Aufrechterhalten eines Brennfleckes an der Kathode erforderliche Stromstärke gewählt wird, so daß der Strom in dem Entladungsgefäß mit der Wechselspannung an den Hauptelektroden am Ende der Halbperiode stetig bis zum Wert Null abnimmt.

Elektrische Entladungsgefäße mit Widerstandsinnenzünder und einer Hilfselektrode sind zwar bereits bekannt, es handelt sich bei diesen Röhren jedoch nicht darum, die Verhältnisse am Ende der Halbperiode der Elektrodenwechselspannung zu beeinflussen und die Röhre für hohe Betriebsspannungen und kleine Ströme beliebig verwendbar zu machen, wie dies bei der Erfindung der Fall ist, sondern vielmehr darum, das Zustandekommen des Lichtbogens zwischen den Hauptelektroden zu erleichtern. Hierbei wird abweichend von der Maßnahme der Erfindung die Phasenverschiebung einer Steuerelektrode und nicht einer Hilfsanode zugeführt. Weiter sind Entladungsgefäße mit einer Hilfsanode bekanntgeworden, bei denen die Phasendifferenz zwischen der Hauptanode und den Hilfsanoden verändert wird, die aber keine flüssige Kathode bzw. keine in sie ständig hineinragende Zündstiftelektrode besitzen und außerdem anderen Aufgaben dienen.

Eine Anordnung, die zur Durchführung des Erfindungsgedankens geeignet ist, ist in der Figur schematisch dargestellt. Das Entladungsgefäß 1 besitzt eine flüssige Kathode 2 sowie eine Anode 3. In die Kathode2 ragt ein Zündstift 4 hinein, der in geeigneter Weise über einen Steuersatz 5 betätigt wird. Außer den erwähnten Elektroden ist noch eine Hilfsanode 6 vorgesehen, an die eine Wechselspannung angelegt werden kann. Diese Wechselspannung ändert sich synchron mit der Spannung der Hauptentladung und kann beispielsweise aus dem Hauptstromkreis entnommen werden. Durch Einschalten geeigneter Schaltelemente, die zusammen den Steuersatz 7 bilden, wird dafür gesorgt, daß die Spannung der Hilfselektrode die gewünschte Phasenlage der Spannung der Hauptentladung erhält und dieser z. B. nacheilt.

Mit einer Anordnung nach der Erfindung gelingt es, Anodenströme von sehr geringen Werten mit Hilfe des Entladungsgefäßes zu steuern. Der Hauptanodenstrom kann deshalb bis zu kleinen Werten heruntergesteuert werden, weil durch das Plasman des Hilfslichtbogens zwischen der Kathode 2 und der Hilfselektrode 6 die Entladung stets weiter aufrechterhalten wird und der Brennfleck an der Kathode bestehenbleibt, auch wenn der Strom im Hauptentladungskreis einen sehr kleinen Wert angenommen hat. Man muß natürlich den Strom in dem Hilfsstromkreis entsprechend bemessen. Ein praktisches Beispiel zeigt, wie man beispielsweise die Strom werte wählen kann. Es sei angenommen, daß das Entladungsgefäß in einem Wechselspannungskreis von hoher Spannung, z. B. 20 000 Volt, liege. In diesem Kreis werde ein Strom von etwa 1 Ampere gleichgerichtet. DieHilfsanode kann in einem phasengleichen Wechselspannungskreis von kleiner Spannung, z. B. 220 Volt, eingeschaltet und die Verhältnisse so gewählt sein, daß der Strom in diesem Hilfskreis eine Größe von 5 bis 10 Ampere besitzt. Die Scheitelstromwerte des Hilfsstrom.es sind also bedeutend größer als die Stromstärke des Hauptströmes. Man erreicht dadurch den Vorteil, daß die Entladung im Hauptstromkreis erst kurz vor dem Nulldurchgang der Spannung am Hilfslichtbogen erlischt. Die Leistung, die in dem Hilfskreis gebraucht wird, ist infolge der verhältnismäßig sehr kleinen Spannung in dem Hilfsstromkreis auch nur klein und spielt in der Gesamtleistung keine beachtliche Rolle.

Für die Verwendung des Entladungsgefäßes im Hochspannungskreis ergibt sich durch die beschriebene Anordnung noch ein weiterer beachtlicher Vorteil. Man kann nämlich die Steuerung des Zündeinsatzes in besonders vorteilhafter Weise dadurch erzielen, daß man den Innenzünder über ein Stromtor, das nur eine kleine Spannungsfestigkeit zu haben braucht, mit der Hilfsanode verbindet. Dadurch wird der Zündvorgang in den Hilfsstromkreis verlegt und ist ebenso einfach zu bewerkstelligen wie bei Niederspannungsröhren mit · Initialzündung, bei denen der Zündstift einfach mit der Anode verbunden wird.

Diese einfache und vorteilhafte Schaltung wäre bei einem Hochspannungsstromrichter nach dem Innenzünderprinzip nicht ohne weiteres möglich; würde man den Zündstift über ein Stromtor mit der Hauptanode verbinden, dann ergäbe sich die Schwierigkeit, daß das steuernde Stromtor für die gleiche hohe Spannung geeignet sein müßte wie das Hauptstromtor, das aber außerdem wegen des höheren Strombedarfs des Zünders noch eine höhere Strombelastbarkeit als das Hauptentladungsgefäß besitzen müßte. Man erkennt also ohne weiteres, daß in diesem Falle das Hilfsgefäß leistungsfähiger sein müßte als das Hauptgefäß. Eine derartige Anordnung ist praktisch unbrauchbar. Außerdem darf nicht übersehen werden, daß im Hauptstromkreis Widerstände vorhanden sind, die den Strom in diesem Kreis auf eine bestimmte Größe begrenzen. Wenn nun der Strom im Hauptstromkreis nicht ausreicht, einen Brennfleck an der Kathode zu bilden oder aufrechtzuerhalten, dann könnte aus dem Hauptstromkreis auch keinesfalls der größere Strom entnommen werden, den der Zündstift verbraucht. Auch aus diesem Grunde ist also die Speisung des Zünders von der Hauptanode aus über ein Stromtor nicht möglich. Anders ist es jedoch, wenn ein besonderer Hilfskreis

vorgesehen ist, der etwa von einem Transformator aus dem Hauptstromkreis gespeist wird. Da der Hilfskreis eine niedrige Spannung besitzt, kann auch der Strom in diesem Kreis größer sein, ohne daß die Strombegrenzung des Hauptstromkreises fühlbar würde. Wenn es sich nicht nur darum handelt, überhaupt kleine Anodenströme führen zu können, sondern besonderer Wert darauf gelegt wird, daß der Anodenstrom nicht vor Ablauf der jeweiligen Halbperiode des

ίο Wechselstromes erlischt, läßt man vorteilhafterweise die Phase der Hilfswechselspannung, also der Wechselspannung der Hilfselektrode gegenüber der Wechselspannung des Hauptentladungskreises nacheilen, so daß der Hilfsbogen beim Nulldurchgang des Hauptstromes noch einen Strom führt, der größer ist als die zur Aufrechterhaltung des Brennflecks erforderliche Mindeststromstärke. Es wäre aus Gründen der Stromersparnis zweckmäßig, den Strom im Hilfskreis gegenüber dem Strom im Hauptkreis um 90 elektrische Grade nacheilen zu lassen, weil dann die Scheitelstromwerte des Hilfsbogens nur ein wenig über der Mindeststromstärke für den Brennfleck zu liegen brauchen. Man wird jedoch die Ströme nur dann so bemessen, wenn entweder die Anforderungen an die Spannungsfestigkeit des Entladungsgefäßes in der Sperrichtung nicht besonders groß sind oder aber besondere Mittel vorgesehen sind, die eine Rückzündung in der Sperrphase unmöglich machen. Man kann den Strom der Hilfsanode auch dem der Hauptanode voreilen lassen und gegebenenfalls damit erreichen, daß eine Entladung jeweils sofort zu Beginn der positiven Halbperiode des Anodenwechselstromes einsetzt.

Die Anordnung nach der Erfindung bietet besonders dann auch Vorteile, wenn die Rückzündungssicherheit des Gefäßes sehr groß sein soll und zu diesem Zwecke in das Entladungsgefäß zwischen Kathode und Anode Zwischenkörper eingesetzt sind, die ein unmittelbares Auftreffen des von der Kathode ausgehenden Dampfstrahles auf die Anode verhindern. In diesem Falle kann es nämlich dazu kommen, daß die Hauptanode die Entladung, die durch die Zündelektrode eingeleitet wurde, nur schwer übernehmen kann. Ist jedoch eine Hilfsanode vorhanden, dann kann man diese so anbringen, daß die Entladung zwischen Hilfsanode und Kathode, die zunächst durch den Innenzünder eingeleitet wird, leicht von der Hauptanode übernommen wird. Auch in diesem Falle ist es zweckmäßig, die Hilfsentladung mit einem besonderen Wechselstromkreis mit kleinerer Spannung zu betreiben, um die Gefahr einer Rückzündung zu der nicht oder doch weniger als die Hauptanode abgedeckten Hilfsanode zu vermeiden. Auch bei anderen Entladungsgefäßen mit Innenzünder wird durch die Hilfsanode nach der Erfindung die Übernahme der Entladung durch die Hauptanode beschleunigt und erleichtert.

Auch bei Entladungsgefäßen, die mit kleiner Spannung, aber hohen Stromstärken arbeiten, kann die Anwendung einer Anordnung nach der Erfindung Vorteile bringen. Es gelingt nämlich durch die Hilfselektrode nach der Erfindung, die statistischen Schwankungen im Verlöschen des Brennfleckes zu vermeiden, die auch bei Entladungsgefäßen mit niedrigen Stromstärken unangenehm in Erscheinung treten können. Die Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung sind also vielfache. Besonders günstig ist z. B. ihre Anwendung bei Schweißtaktern, bei denen die Entladungsgefäße in Gegentakt geschaltet sind.

Die Steuerspannung muß nicht etwa eine reine Sinusspannung sein. Die Spannung im Steuerkreis kann vielmehr behebige Form, z. B. Rechteckform u. a., erhalten.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb eines elektrischen Entladungsgefäßes mit einer flüssigen Kathode, in die eine Innenzündelektrode aus Widerstandswerkstoff taucht, einer Anode und einer Hilfselektrode (Hilfsanode), dadurch gekennzeichnet, daß an die Hilfselektrode eine Hilfsspannung mit einer gegenüber der Hauptspannung nacheilenden Phasenverschiebung solcher Winkelbemessung gelegt wird und dabei der Scheitelwert der Stromstärke der zugehörigen Hilfsentladung etwas größer als die für ein Aufrechterhalten eines Brennfleckes an der Kathode erforderliche Stromstärke gewählt wird, so daß der Strom in dem Entladungsgefäß mit der Wechselspannung an den Hauptelektroden am Ende der Halbperiode stetig bis zum Wert Null abnimmt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Phasenverschiebung der Spannung an der Hilfselektrode gegenüber der Spannung an den Hauptelektroden ein Wert von 90 elektrischen Graden gewählt wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung in der Hilfsentladungsstrecke wesentlich kleiner als die Spannung der Hauptentladungsstrecke, dagegen der Strom im Hilfsstromkreis wesentlich größer als der mittlere Anodenstrom der Hauptentladungsstrecke gewählt wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung über einen Transformator und eine steuerbare elektrische Entladungsröhre (Stromtor) aus dem Hauptstromkreis entnommen wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode mit der Hilfselektrode leitend verbunden wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 169 041, 616 017,

638951;

französische Patentschrift Nr. 806 300 (Zusatz Nr. 47818).

Entgegengehaltene ältere Rechte:

Deutsche Patente Nr. 748 678, 715 258.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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