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Einrichtung zum Steuern von elektrischen Entladungsapparaten mit Gas- oder Dampffüllung.
Es sind Einrichtungen angegeben worden, mit deren Hilfe es gelingt, den Lichtbogen an einer Elektrode eines elektrischen Entladungsapparates mit Gas-oder Dampffüllung in einem beliebigen Zeitpunkt auszulöschen. Derartige Einrichtungen bestehen beispielsweise darin, dass mit der zu löschenden Elektrode über einen Kondensator eine Hilfselektrode verbunden wird. Dieser Kondensator wird durch besondere Mittel derart aufgeladen, dass in dem Zeitpunkt, in welchem die Löschung der Hauptanode erfolgen soll, die Hilfselektrode positiv gegenüber der Hauptelektrode ist. Sowohl der Hauptelektrode als auch der Hilfselektrode sind Steuergitter vorgelagert, welche gestatten, die Zündung des Lichtbogens sowohl an der Hauptelektrode als auch an der Hilfselektrode in einem beliebigen Zeitpunkt einzuleiten.
Versuche mit einer derartigen Einrichtung haben ergeben, dass verhältnismässig grosse Kondensatorleistungen erforderlich sind, um die Lösung des Lichtbogens an der Hauptelektrode periodisch mit den gebräuchlichen Frequenzen durchzuführen. Dies hängt damit zusammen, dass die Steuergitter an den Hauptelektroden nach den heute gebräuchlichen Ausführungen eine gewisse Zeit für die Sperrung der Anoden benötigen. Bei zu kleiner Kapazität steigt die Spannung an der eben gesperrten Hauptanode so rasch an, dass diese letztere wieder zündet, wodurch der angestrebte Zweck illusorisch wird. Es sind deshalb die Kondensatoren so gross zu wählen, dass der Spannungsanstieg zwischen Haupt-und Hilfselektrode eine gewisse Steilheit nicht überschreitet.
Weiterhin sind besondere Gitterkonstruktionen angegeben worden, welche das Löschen eines Lichtbogens an einer Anode durch blosses negatives Aufladen des der Anode vorgelagerten Steuergitter allein und ohne Zuhilfenahme von weiteren Einrichtungen gestatten. Diese Einrichtung ist in ihrer Wirkung auf verhältnismässig enge Grenzen in der Temperatur des Gleichrichters beschränkt und erfüllt die heute an eine zuverlässige Löschung gestellten Anforderungen noch nicht.
Gemäss der Erfindung werden nun diese beiden genannten Einrichtungen in Kombination gleichzeitig angeordnet und benutzt, zu dem Zwecke, dass jede Einrichtung als solche die Wirkung der andern vervollständigt und unterstützt. Dies geschieht in der Weise, dass durch die Benutzung der Hilfselektrode, welche über den Kondensator mit der Hauptanode verbunden ist, der Strom in der Hauptanode im Verlaufe einer sehr kurzen Zeit angenähert oder ganz auf Null gebracht, und auf diese Weise die Wirkung des der Hauptanode vorgelagerten, negativ geladenen Löschgitters unterstützt wird, indem auf diese Weise die neutralisierende und schädliche Rückwirkung des Lichtbogens auf die negative Gitterladung beträchtlich gemildert oder ganz aufgehoben wird.
Umgekehrt erhöht die Wirkung dieses Löschgitters die Wirkung des Kondensators, insofern als sie die zur vollständigen Sperrung des Lichtbogens an der Hauptanode erforderliche Zeit ganz beträchtlich verkürzt, und dadurch einen rascheren Spannunganstieg zwischen Hilfselektrode und Hauptelektrode, d. h. also auch die Verwendung eines kleineren Kondensators gestattet. Aus dieser Erläuterung geht hervor, dass sich tatsächlich die beiden an sich bekannten Mittel gegenseitig vervollständigen und ergänzen und damit die Sicherheit der Löschung des Lichtbogens erhöht.
Diese Erhöhung der Löschsicherheit wirkt sich auch darin aus, dass sich die für den Gleichrichter zulässige Temperatur bzw. der im Gleichrichter herrschende Dampfdruck und damit das betriebsmässig zulässige Intervall zwischen der höchsten und der tiefsten Betriebstemperatur vergrössert und dadurch den Betrieb erleichtert.
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Gegenstand der Erfindung ist nun eine Einrichtung zum Steuern von elektrischen Entladungsapparaten mit Gas-oder Dampffüllung und mit mindestens einem jeder Anode unmittelbar vorgelagerten Gitter, das insbesondere zum Löschen brennender Lichtbögen dient, bei der erfindungsgemäss die Summe der Oberflächen aller kleinen, gleichmässig über die ganze Gitterfläche verteilten Durchtrittsöffnungen bei einem Abstand zwischen Anode und Gitter von der Grösse der mittleren freien Elektronenweglänge, kleiner als der dritte Teil der für die Aufnahme des positiven lonenstromes aus dem Raum zwischen Anode und Gitter in Frage kommenden Gitteroberfläche ist, zum Zweck der Beeinflussung der Quasineutralität im Raum zwischen Steuergitter und Anode und ferner die Hauptelektroden über Kondensatoren mit Hilfselektroden verbunden sind,
welche periodisch gegenüber der Hauptelektrode positiv aufgeladen und welchen ebenfalls Steuergitter vorgelagert sind.
Mit Hilfe dieser Einrichtung ist es beispielsweise möglich, Stromrichter jeder Art so zu betreiben, dass der von ihnen aufgenommene oder abgegebene Wechselstrom vor-bzw. nacheilenden Blindstrom enthält, und dadurch das betreffende Netz vom nacheilenden Blindstrom entlastet wird.
Man hat zwar bereits die Bedeutung der freien Elektronenweglänge für die Bemessung des Abstandes zwischen Anode und Gitter erkannt. Diese Erkenntnis allein zeigt aber noch nicht den Weg, um die Entladung zwischen Anode und Kathode vorzeitig löschen zu können. Dies wird vielmehr erst durch die besondere Bemessung der Gitteröffnungen bzw. der Gitter selbst und die erfindungsgemässe Kombination dieser Löschgitter mit Kondensatoren erreicht, welche die Hauptelektroden mit Hilfselektroden verbinden, denen ebenfalls Steuergitter vorgelagert sind. und dass diese Hilfselektroden gegenüber den Hauptelektroden periodisch positiv geladen werden.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung die Steuerung eines ventilgesteuerten Einphasenwechselstrommotors dargestellt. Hierin bedeutet 1 den Transformator, 4 die Statorwicklung, 5 die Rotorwicklung des Motors, 2 und 3 bedeuten. die beiden Stromrichter, welche sowohl die Gleichrichter des Stromes als auch die Verteilung desselben auf die sechs Phasen der Statorwicklung 4 durchführen, und auf diese Weise gleichzeitig die Rolle des Kommutators am Motor übernehmen.
10 und 16 sind die beiden der Statorphase 63 der Statorwicklung 4 zugeordneten Hauptanoden, 13 und 19 die der
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die Steuergitter der Hauptanoden in besonderer Weise als Löschgitter ausgeführt sind, welche gestatten, den Lichtbogen an der betreffenden Hauptanode in einer beliebigen Spannungsphase zu löschen, während die Steuergitter 68 und 23 an den Hilfselektroden 67 und 22 lediglich zur Sperrung der Anoden, d. h. zur Verzögerung der Zündung dienen. Die Hilfselektroden 67 und 22 sind über je einen Kondensator mit allen Hauptanoden verbunden und somit allen Hauptanoden gemeinsam. Den Steuergitter 11, 14,
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stände mit der zugehörigen Hauptanode verbunden sind, und welche einmal dazu dienen, das Einsetzen des Lichtbogens zu erleichtern, und zweitens die beim Löschen auftretenden Überspannungen abzuleiten.
Die Hilfselektroden 67 und 22 sind über die Hilfsventile 37 und 33 mit den Hilfswicklungen 26 und 27 am Transformator 1 verbunden, und werden durch diese periodisch positiv aufgeladen. Der im Mittelleiter 73 der Sekundärwicklung 28, 29 des Transformators 1 fliessende Gleichstrom fliesst über die Schleifringe 74, 75 und die Rotorwicklung 5 in den Sternpunkt der Statorwicklung 4, fliesst von hier nacheinander durch die sechs Wicklungsphasen 61-66 der Statorwicklung und von dort über dasjenige Steuerventil 2 bzw. 3, welches in dem betrachteten Zeitpunkt die grössere negative Spannung gegenüber dem Nulleiter 73 bzw. der Sekundärwicklung des Transformators aufweist.
Die Löschung des Lichtbogens in den Ventilen 2 und 3 geht folgenderweise vor sich. Setzt man voraus, dass die Hilfselektrode 67 gegenüber der brennenden Hauptelektrode 10 über den Kondensator 69 positiv aufgeladen sei, und das Steuergitter 11 der Anode sei hiebei noch positiv, das Steuergitter 68 der Hilfsanode 67 noch negativ aufgeladen, so kann die Hilfselektrode 67 nicht zünden.
Wenn nun in dem betrachteten Moment die Spannung in der Sekundärwicklung 28 von der Kathode 24 zum Mittelleiter 73, also in der Richtung des Stromes gerichtet, während die Spannung in der der Anode 10 zugeordneten Phase 63 der Statorwicklung 4 auf den Nullpunkt zu gerichtet ist, und es soll in diesem Betriebszustand der Lichtbogen an der Anode 10 gelöscht und. auf die zu ihr parallelgeschaltete Hauptanode 16 des Steuerventils 3 umgeschaltet werden, so wird mit Hilfe der Kontaktvorrichtungen 43, 44, welche von dem Synchronmotor 39 über den Transformator 42 synchron mit der Netzfrequenz rotieren, gleichzeitig das Steuergitter 11 der Hauptanode 10 negativ, das Steuergitter 17 der Hauptanode 16 sowie auch das Steuergitter 68 der Hilfsanode 67 hingegen positiv aufgeladen.
Da in diesem Momente die Hilfselektrode 67 durch den Kondensator 69 gegenüber der Hauptanode 10 positiv aufgeladen ist, fliesst über diese Hilfselektrode 67 in dem Moment, wo das Gitter 68 positiv aufgeladen wird, ein Stromstoss auf die Kathode 24 des Ventils 2. Dadurch steigt die Spannung der Kathode 24 momentan, vom Lichtbogenabfall abgesehen, auf das höhere Potential der Hilfsanode 61, so dass infolgedessen der Strom in der Hauptanode. M abnimmt. Gleichzeitig wird durch das negativ geladene Löschgitter 11 das Löschen des Lichtbogens an
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dieser Hauptanode 10 herbeigeführt. Dadurch steigt nun die Spannung der Anode 10 im Ventil 2 gegen- über der brennenden Hilfsanode 67 an und gleichzeitig auch die Spannung der mit der Hauptanode 10 verbundenen Hauptanode 16 im andern Ventil 3.
Da gleichzeitig das dieser Hauptanode 16 zugeordnete Steuergitter 17 positiv aufgeladen wird, so setzt nun der Strom'an dieser Hauptanode 16 auf die Kathode 25 ein, selbst dann, wenn die Spannung in der Sekundärwicklung 29 noch gegen die Kathode hin, dem Betriebsstrom also entgegengerichtet ist. Auf diese Weise ist es möglich, den brennenden Lichtbogen im Ventil 2 auf die Hilfsanode 67 zu bringen, wo er nach Aufladung des Kondensators 69 erlöscht. Nach Erlöschen des Lichtbogens an dieser Hilfselektrode 67 wird durch das inzwischen wieder negativ aufgeladene Gitter 68 eine Neuzündung solange verhindert, bis der Lichtbogen wiederum nach einer Periode der Netzfrequenz im Ventil 2 gelöscht und im Ventil 3 gezündet werden muss.
Inzwischen kehrt die Spannung in der Sekundärwicklung 28 und auch in der Hilfswicklung 26 des Transformators 1 ihr Vorzeichen um und es fliesst ein Strom in der Richtung Hilfswicklung 26, Hilfsventil 37, Widerstand 36, Drosselspule 35 auf den einen Belag der Kondensatoren 69,70 und ladet diese positiv auf, bis die Anode 67 durch das Gitter 68 wieder freigegeben und gezündet wird. Die Stellung der Kontaktapparate 43, 44 ist so dargestellt, dass in dem durch die Skizze festgehaltenen Moment der Lichtbogen im Ventil 3, d. h. an der zur Zeit brennenden Hauptanode 16 gelöscht und an der mit ihr parallelgeschalteten Hauptanode 10 im Ventil 2 gezündet wird.
Durch diese zeitliche Vorlegung der Löschung eines Ventils gegen- über dem natürlichen Ablöschen wird der Strom in der Primärwicklung 30 des Transformators 1 gegen- über der Spannung zeitlich vorgeschoben und auf diese Weise der vom Transformator aufgenommene Strom gegenüber der Spannung voreilend, so dass eine derartige Gruppe als Blindstromerzeuger bzw.
Phasenkompensator arbeiten kann.
Aus der oben erläuterten Wirkungsweise geht hervor, dass die Wirkung der Löschkondensatoren 69,
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indem mit Hilfe der Löschkondensatoren der Strom an den Hauptanoden momentan vermindert und die Löschwirkung der Gitter dadurch erhöht wird, während umgekehrt durch die sehr rasche Löschwirkung der Gitter ein steilerer Spannungsanstieg an den Hauptanoden zugelassen werden kann, was auf die erstrebenswerte Verkleinerung der Kondensatorkapazität hinausläuft. Erst durch die Kombination der beiden Einrichtungen ist eine sichere Löschung des Lichtbogens in beliebiger Spannungsphase gewährleistet und gleichzeitig eine Vergrösserung des betriebsmässigen Intervalls zwischen der höchsten und der tiefsten Temperatur des Quecksilberdampfventils zulässig. Es ist ohne weiteres selbstverständlich, dass jeder Hauptanode eine besondere Hilfsanode zugeordnet werden kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung. zum Steuern von elektrischen Entladungsapparaten mit Gas-oder Dampffüllung und mit mindestens einem jeder Anode vorgelagerten Gitter, das insbesondere zum Löschen brennender Lichtbogen dient, nach Patent Nr. 141387, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Oberflächen aller kleinen, gleichmässig über die ganze Gitterfläche verteilten Durchtrittsöffnungen bei einem Abstand zwischen Anode und Gitter von der Grösse der mittleren freien Elektronenweglänge, kleiner als der dritte Teil der für die Aufnahme des positiven Ionenstromes aus dem Raum zwischen Anode und Gitter in Frage kommenden Gitteroberfläche ist, zum Zweck der Beeinflussung der Quasineutralität im Raum zwischen Steuergitter und Anode, und dass ferner die Hauptelektroden über Kondensatoren mit Hilfselektroden verbunden sind,
welche periodisch gegenüber der Hauptelektrode positiv aufgeladen werden und welchen ebenfalls Steuergitter vorgelagert sind.