CH164344A - Einrichtung zum Steuern von Metalldampf oder Gas enthaltenden Entladungsgefässen mit Hilfe von Anodengittern. - Google Patents

Description

      Einrielitting        7.ain    Steuern     Yon        lletalldainpf    oder Gas enthaltenden Entladungsgefässen       init    Hilfe von     Anodengittern.       Es sind Steuereinrichtungen für Ent  ladungsgefässe, die     31eialldampf    oder Gas  enthalten, bekannt geworden,

   die die     ver-          sehiedenartigsten    Anwendungen des     Queck-          n        el          #4lberdampf-Gleichrichters    und ähnlichen  Steuerröhren auf Energie- und     Frequenz-          umformung,    Abschaltung von grossen     Strö-          ineil        und    Leistungen     ete.    ermöglichen.

   In  wissenschaftlichen Veröffentlichungen wurde  bisher die Ansicht vertreten,     dass    das     Eigen-          tümlicho    bei diesem Prinzip darin bestehe,       dass    man während des Bestehens der     Ent-          laduno-sbedingungen    die Tür, das heisst das  Ventil, wohl auf-, nicht aber wieder zu  machen kann. Erst wenn die Anode der     be-          Ireffenden    selbständigen Entladung keine  positive Spannung gegen die Kathode mehr  besitzt, hört der Strom zu fliessen auf, so     dass     die     Jür"    durch Anlegen einer negativen  Spannung geschlossen werden kann.  



  Alle diese Steuerungen haben bei ihrer  Anwendung auf Gleich- und     Llmrichter    den    Nachteil,     dass    die äussern Schaltungen dieser  Apparate den besonderen     Arbeitsbeding-ungen     der erwähnten Steuerung Rechnung tragen  müssen und oft sehr kompliziert und teuer  werden. Ausserdem gibt es weitere wertvolle       Anwendungsmöglichkeiten    für     Gleiehrieliter,     die, aber erst dann praktisch ausführbar sind,  wenn es gelingt, die Anodenströme mit be  sonderen Steuergittern     nielit    nur in jedem  <B>C</B>  beliebigen Zeitmoment     züi    zünden, sondern  auch auszulöschen, und zwar bevor die Ano  denspannung relativ zur Kathode auf Null  abgenommen hat.

    



  Zweck und Aufgabe der Erfindung ist  es, Steuergitter für     Gleichrichter    und Steuer  röhren so zu dimensionieren,     dass    es mit die  sen im Gegensatz zu den bis jetzt bekannt  gewordenen Steuergittern möglich ist, die  Tür, das heisst den     Stromdurelilass    oder das  Ventil auch während des Bestehens der Ent  ladungsbedingungen nicht nur auf-, sondern  auch zuzumachen.<B>-</B> Auf Grund eingehender      Versuche ist der Nachweis gelungen,     dass    es  möglich ist, einen an einer Anode brennen  den,

   von einer kontinuierlichen Gleich  stromquelle gespeisten     Gleichstromlichtbogen     durch Steuerung eines entsprechend     dimen-          sionierten    Steuergitters jederzeit zu unter  brechen. Daraus entstehen neue Möglich  keiten zur Umwandlung von Gleichstrom in  Wechselstrom,     so-wie    auch zur     Frequenz-          umwandlung    von Wechselströmen zum<B>Ab-</B>  schalten von Gleich- und Wechselströmen  zur Entnahme von voreilendem Strom aus  stark induktiv belasteten Wechselstrom  netzen     ete.     



  Der Erfindung liegt hierbei der Gedanke  zugrunde, durch die     Dimensionierung    der       Durchtrittsöffnungen    in Steuergittern von  Gleichrichtern oder     Lichtbogenapparaten    das  Abschalten oder Unterbrechen eines durch die  Öffnungen hindurch brennenden     Lichtbogens     in einem gewissen Bereich des     Metalldampf-          oder    Gasdruckes bei solchen negativen Gitter  spannungen zu ermöglichen, die ein     Rück-          zünden    des Gitters noch nicht zur Folge  haben.- Wie die Versuche gezeigt haben,  wird dies dann erreicht, wenn die<B>Öff-</B>  nungen in den Gittern im Zusammenhang  mit dem Metalldampfdruck (Quecksilber  dampf)

   oder Gasdruck (Neon, Argon     ete.),     in welchem der Lichtbogen brennt und die  Steuerung stattfindet, so dimensioniert wer  den,     dass    der     Langmuirsche    Dunkelraum die  selben schon bei ganz geringen negativen  Spannungen überdeckt und verschliesst.<B>Un-</B>  ter dieser ganz geringen Spannung ist zum  Beispiel     diejenigoe    negative Spannung zu ver  stehen, auf welche sieh das Gitter in strom  losem Zustand, das heisst, wenn dasselbe iso  liert ist, von selbst aufladet. Die Dicke des       Langmuirschen    Dunkelraumes ändert nun  proportional mit der Wurzel aus der Gitter  spannung.

   In dein Masse, wie die positive       Anodenspannung    durch das Gitter -und die       vargelagerte    Raumladung     hindurchgreift,     werden Elektronen aus der Hauptentladung,  herausgezogen und gelangen durch die     Raum-          ladungsschicht    und durch die Löcher des  Gitters hindurch zur Anode. Einerseits wir-         ken    nun diese Elektronen in der positiven       Raumladeschicht    des Gitters neutralisierend,  anderseits können sie den Raum zwischen  Gitter     und    Anode durch Stoss ionisieren.

   So  wohl für den     Stromiransport,    als auch für  den Durchgriff der Anode durch das Gitter  spielt diese     Ionisierung    hinter dem Gitter  eine grosse Rolle. Ist die     Ionisierung    zum  Beispiel sehr gering, so     dass    die neutrali  sierende Wirkung der gebildeten positiven  Ionen nicht hinreicht, um die negative Raum  ladung der durchtretenden Elektronen zu  kompensieren, so schirmt die negative Raum  ladung der Elektronen das Feld der Anode  ab, so     dass    der Durchgriff durch das Gitter  abnimmt.

   Bei wachsender negativer Gitter  spannung nimmt nun, wie oben bereits er  läutert, die Dicke der positiven     Raumlade-          schieht    vor dem Gitter     züi,    so     dass    der     Ano-          dendurühgriff    von dieser Seite aus ebenfalls  verringert wird. Nach der     Townsendschen     Theorie ist die Neubildung von Ladungs  trägern durch Stossionisation bei ein und der  selben Gas- oder Dampfart und derselben  Elektronenanordnung abhängig von der An  zahl der stossenden Teilchen oder Ionen, so  wie vom Gasdruck und der Feldstärke.

   Auf  vorliegenden Fall angewendet heisst das,     dass     die     Ladungsträgerbildung    (Ionisation) im  Raume zwischen Gitter und Anode und da  mit die Stromaufnahme, durch die Anode  vom Durchgriff der Anode durch Gitter und  vorgelagerter Raumladung, das heisst von der  Gitter- und von der     Anodens-        annung    und       p   <B>C</B>  ausserdem vom Quecksilberdampfdruck,     (Gas-          .druck),    sowie von der     Dimensionierung    der       Durchtrittsöffnungen    im Gitter abhängig ist.

    Um daher bei     Queeksilberdampfdrücken     wie sie sich im Innern von Grossgleich  richtern selbst bei guter     Kühlu    n-,- einstellen,  arbeiten zu können, ist es notwendig, den  freien     Durchtrittsquersehnitt    in den Gittern  im Vergleich zum Anodenquerschnitt<B>in</B>  einem bestimmten, dem Arbeitsdampfdruck       angepassten    Verhältnis zu halten.

   Ausserdem  ist die Maschenweite, oder  & r     Lochdurch-          messer    bei perforierten Gittern stets kleiner  zu halten als der doppelte Betrag der mitt-           leren    freien Weglänge der Gas- oder     Dampf-          inoleküle    beim höchsten     Arbeitstotaldruck.     Für die     Stossionisierung    im freien     Durch-          trittsquerschnitt    zwischen den Gittermaschen  spielt     die        Ionikerungsspannungo    des ver  wendeten Füllgases oder     -dampfes    insofern  eine Rolle,

       dass    Gase mit höherer     Ionisie-          run"sspannun"    auch eine höhere, pro freie  Weglänge durchlaufene Spannung der ioni  sierenden Elektronen verlangen. Die Ma  schenweite des Steuergitters kann daher bei  solchen Füllgasen in     bezug    auf die freie  Weglänge grösser gewählt werden als zum  Beispiel     für    Quecksilberdampf.  



  Ist:
EMI0003.0016  
   (las Verhältnis der     Ioni-          #derungsspannung    eines beliebigen Füllgases  zur     Ionisierungsspannung    des Quecksilber  dampfes und bedeutet<B>d</B> die Diagonale der       3kIaschenweite    oder den     Lochdurehmesser    des  Steuergitters und<B>A</B> die freie Weglänge zwi  schen Elektroden und Gasmolekülen im ver  wendeten Füllgas, so ergibt sich für die     Be-          en        22          rechnung    von<B>d</B> folgender Ausdruck-.

    <B><I>d</I></B>     i(   <B>.</B> 2<B>A.</B>    Der Abstand zwischen Gitter und Anode  dagegen soll möglichst klein sein, auf keinen  Fall aber mehr als den     50-faehen        Betra(y    der  Maschenweite des Gitters betragen.     DieVer-          suche    liessen erkennen, wie die zum     Unter-          brer-hen    des     Anodengleichstromes    notwen  dige negative     Gilterspannung    mit     st2igo:

  ,-ndeiii          (iueelzsilbei,dallipfclruel,-    zunimmt Es ergab  sieh dabei für einen Druck von 2     > <    <B>10---3</B>     nim          Ilg    eine Steuerspannung von etwa<B>10</B>  bis 20 Volt, bei<B>10</B> X<B>10--3</B> mm Ho,<B>60</B> bis  <B>85</B> Volt und bei<B>28</B> X<B>10-3</B> mm     Hg   <B>290</B> Volt.  Diese Zahlen gelten für einen     Gitterdurch-          trittsquerseInitt    von 40     /'o,    bezogen auf die  der Kathode zugewandte     Anodenoberfläche,     einen Gitterabstand von 4 mm und einen       Lochäurehmesser    von<B>0,9</B> mm.

   Wählt man  bei demselben Gitterabstand einen kleineren       Durchtrittsquerschnitt    als 40<B>%</B> der     Anoden-          stirnfläche,    so sind die notwendigen Gitter  spannungen für dieselben Quecksilberdampf  drücke nach kleineren Werten verschoben.    Bei einem     Durchtrittsquerschnitt    von mehr  als 40<B>%</B> dagegen liegen die Gitterspannun  gen über den angegebenen Werten.

   Bei grö  sseren     Durchtrittsquerschnitten    kommt man  daher leicht zu einer solch hohen     neoativen          Gitterspannuno-,        dass    das Gitter selbst bei  den bestehenden     Dampfdrücken    zur Kathode  wird, das he     isst        rückzündet.     



  Ein negativ aufgeladenes Steuergitter,  auf dessen Oberfläche sich infolge Rück  zündung ein Kathodenfleck gebildet hat, ver  liert aber seine Steuerwirkung, solange die  ser Kathodenfleck besteht. Um die Steuer  fähigkeit wieder herzustellen, ist es daher  notwendig, Schutzvorrichtungen vorzusehen,  welche im Falle einer Rückzündung mittelst  Überstrom- oder     Überspannungsrelais    die  Gitterzuleitung sofort unterbrechen, damit  der Kathodenfleck auf dem Gitter auslöscht.

    Infolge der grossen Sperrwirkung der     eng-          dimensionierten    Gitter wird dann auch eine       Neuzündum,    des     Aubdenstromes    selbst bei  abgeschaltetem Gitter verhindert, so     dass    die  Rückzündung längstens nach Ablauf einer  Periode gelöscht ist, wodurch der Gleich  richter sofort wieder betriebsbereit ist.  



  Die     praktisehe        Anwendungsmöglichkeit     solcher Steuergitter auf Gleichrichter, Schal  ter, Steuerröhren ist naturgemäss eine sehr  grosse, nicht nur zur Abschaltung von     Rück-          zündungen,    sondern auch zur Steuerung des  Vorwärtsstromes zwecks Regulierung der  Leistung oder zwecks     Frequenzumformung     und vor allem zur     Umwandlun-    von Gleich  strom in Wechselstrom beliebiger Frequenz       zwisehen   <B>0</B> und 40000 Hertz, und zur Ent  nahme von voreilendem Strom aus Wechsel  stromnetzen, das heisst zur Phasenkompen  sation.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Einrichtung zum Steuern von Metall dampf oder Gas enthaltenden Entladungs gefässen mit Hilfe von Anodenggittern, ins besondere zum Unterbrechen brennender Lichtbögen, dadurch gekennzeichnet, dass die Üffnungen in den vor den Anoden befind- liehen Gittern so dimensioniert sind, dass der Langmuirsche Dunkelraum bei dem ge- gebenen Metalldampf- oder Gasdruck sie schon bei solchen negativen Spannungen überdeckt und verschliesst, auf welche sich das Gitter,

   isoliert angeordnet, von selbst aufladen würde. UN#TERANSPRtCHE: <B>1.</B> Einrichtung nach, Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der freie Durchtrittsquerschnitt zwischen den Ma schen oder Perforationen des Gitters gleich, oder kleiner als 40% der Anoden- stirnfläche gewählt ist. 2.

   Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Maschen weite oder der Lochdurchmesser<B>(d)</B> bei Verwendung von Quecksilberdampf als Füllo,as kleiner oder höchstens gleich der doppelten mittleren freien Weglänge ffl gewählt wird<B>(d</B> r#- 2<B>A) .</B> <B>3.</B> Einrichtung nach Patentanspruch, da- durell gekennzeichnet, dass die Maschen weite, oder der Loalldurchmesser <B>(d)</B> bei Verwendung eines beliebigen Füllgases im Verhältnis der Ionisierungsspannung dieses Gases<B>(Ex)

   </B> zur Ionisierungsspan- nung des Quecksilberdampfes<B>(E</B> ver grössert wird EMI0004.0020 4. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Gitter und Anode möglichst klein, stets aber kleiner als der 50-fache Betrag der Maschenweite des Gitters ge wählt wird.

   <B>5.</B> Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, -dass der freie Durelltritt-squerschnitt zwischen den Ma schen oder Perforationen des Gitters so gewählt wird, dass die zum Unterbrechen des Anodenstromes notwendige Gitter- spannun,o, kleiner, oder höchstens gleich der an der Anode nach Löschun- des Stromes auftretenden Anodenspannung wird.

   <B>6.</B> Einrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass der freie Durchtrittsquerschnitt zwischen den Maschen oder Perforationen des Gitters so gewählt wird, dass die zum Unterbrechen -des Anodenstromes notwen dige Gitterspannung grösser als die an der Anode nach Löschen des Stromes auf tretende Anodenspannung, jedoch kleiner als die bei dem betreffenden Gas- oder Dampfdruck zur Rückzündung führende Bogenzündspannung wird.

   <B>7.</B> Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass Schutzvor richtungen vorgesehen sind, welche im Falle einer Rückzündung mittelst Über strom- oder Überspannungsrelais die Gitterzuleitung sofort unterbrechen.