Wechselrichter zur Erzeugung hoher Frequenzen. Bekanntlich kann die Frequenz eines mit (ritter(Testeuerten Dampf- oder Gasentla- dun--sstrechen arbeitenden Wechselrichters nicht beliebig gesteigert werden, sondern es gibt für jeden Wechselrichter eine Grenz frequenz, bei der er kippt.
Diese Tatsache findet ihre Ursache hauptsächlich in den Entionisierungsschwierigkeiten in den Eut- ladun--sstrecken, die vor allem darin be stehen, dass bei höheren Frequenzen die Ano denspannung wiederkehrt, bevor die Ionen- beladung der Entladungsstrecke schon wie der so weit abgeklungen ist, dass das Gitter auch bei relativ hoch negativer Vorspannung den Einsatz einer neuen Entladung verhin dern kann.
Es sind nun Anordnungen bekannt ge worden, bei welchen mindestens drei Wech selrichter in Reihenanordnung derart kom biniert werden, dass aufeinanderfolgende Halbwellen des erzeugten Wechselstromes in verschiedenen Einheiten entstehen derart, dass der Speicherkondensator jedes Einzel- wechselrichters nach der Ladung bezw. der Entladung jeweils über mindestens eine volle Periode der erzeugten Wechselspannung hin weg seine Spannung behält und damit die an den Elektroden der gerade gelöschten Entladungsstrecke auftretende Anodenspan nung für die gleiche Zeit unter dem Wert der Brennspannung bleibt,
eine Zündung also nicht einsetzen kann. Eine solche Vergrösse rung der zur Entionisierung verfügbaren Zeit ist beim Wechselrichter in Parallelan ordnung infolge der Eigenart seiner Schal tung nicht möglich. Infolgedessen schien es zunächst so, als sei eine Steigerung der Fre quenz des Parallelwechselrichters in einer der eben beschriebenen Art entsprechenden Weise nicht möglich.
Denn wenn beispiels weise zwei Parallelwechselriehter in Parallel schaltung so betrieben werden sollen, dass aufeinanderfolgende Halbwellen nicht vom gleichen Wechselrichter übernommen wer den, so wird trotzdem an jeder Entladungs strecke sofort während der ersten Halb- periode nach der Löschung die, Anodenspan nung auf Werte ansteigen, die nach den bis herigen Anschauungen zur Wiederzündung der Entladungsstreche und damit zum Kurz- schluss des Wechselrichters führen müssen.
Es wurde nun aber durch Messungen festgestellt, dass die zum "Freiwerden des Gitters" notwendigen Zeiten, das heisst die Zeiten, welche vor dem Wiederauftreten po- siiiver Anodenspannung verstreichen müssen, wenn eine praktiseli tragbare negative Vor- spannung zur Verhinderung eines Entla dungseinsatzes ausreichen soll, kleiner sind als die Zeiten, die sich rechnungsmässig aus der Grenzfrequenz eines mit den gleichen Entladungsstrecken und mit den gleichen Gitterspannungen betriebenen normalen Wechselrichters ergeben.
Als Ursache dieser scheinbaren Unstimmigkeit wurde festge stellt, dass die Erreichung der Freiwerdezeit allein noch nicht ausreicht, um einen stabilen Wechselrichterbetrieb zu ermöglichen.
Viel mehr muss auch dafür gesorgt werden, dass die gewünsellte Neuzündung stabil erfolgt; und eben diese Neuzündung ist es, die durch den Entionisierungsvorgang auch nach der Erreichung der Freiwerdezeit noch derart beeinflusst werden kann, dass ein Wechselrichterbetrieb mit der gewünschten Frequenz unmöglich wird. Das bedeutet aber, dass die durch die Freiwerdezeit gegebene nattirliche Frequenzgrenze höher liegt als die praktisch erreichbare.
Erfindungsgemäss wird nun diese Er kenntnis zum Aufbau einer Anordnung be nutzt, welche auch mit dem Parallelwechsel- richter und allen seinen Vorzügen (zum Bei spiel leichtere Spannungs- und Frequenzrege- lung, Arbeitsmöglichkeit bei allen Belastun gen) eine Steigerung der Frequenz erlaubt und den Parallelwechselrichter bis zu seiner "natürlichen Frequenzgrenze" auszunützen gestattet.
Aufbau und Wirkungsweise sollen an hand der in den Abb. <B>1</B> bis<B>5</B> dargestell ten Ausführungsbeispielen gezeigt werden. In Abb. <B>1</B> ist ein mit vier Entladungssfrecken arbeitender Doppelwechselrichter in Parallel- anordnung dargestellt.
Man kann sich die Schaltung zunächst aufgebaut denken aus zwei Wechselrichtern<B>1</B> und '-) in Parallel anordnung, mit dem Unterschied, dass statt der Wechselrichtertransformatoren mittel angezapfte Drosseln<B>13</B> bezw. <B>23</B> vorgesehen sind und dass die zwischen die Anoden der Entladungsstrecken<B>11</B> und 12 bezw. 21 und <B>22</B> eingeschalteten Kondensatoren<B>10</B> bezw. 20 nicht mehr die Funktion von Löschkapa zitäten zu erfüllen haben, sondern unter Um ständen sogar entbehrlich sind.
Die Mittel- anzapfungen der Drosseln<B>13</B> bezw. <B>23</B> sind mit der Primärwicklung<B>31</B> des Wechsel- richtertransformators <B>3</B> und dem zu dieser parallel geschalteten Löschkondensator 4 ver bunden.
Das Gleichstromnetz<B>7</B> ist mit dem positiven Pol über die iGleichstromdrossel <B>5</B> mit der Mittelanzapfung der Wichlung <B>31</B> verbunden, während das Wechselstromnetz bezw. der Wechselstromverbraucher an die Wicklung<B>32</B> des Transformators<B>3</B> ange schlossen wird. Jedes Steuergitter der Ent ladungsstrecken<B>11,</B> 12, 21, 22 ist über einen Widerstand 14,<B>15,</B> 24 bezw. <B>25</B> an die Anode einer Entladungsstreeke der jeweils andern Wechselrichtergruppe angeschlossen.
Die Entnahme dieser Steuerspannungen kann gegebenenfalls auch transformatorisch erfol gen. Weiter sind die Gitter jeder Gruppe von Entladungsstrecken getrennt über<B>je</B> eine Parallelanordnung von Widerstand<B>16, 17</B> bezw. <B>26, 27</B> und Kondensator<B>18, 19</B> bezw. <B>28, 29</B> mit<B>je</B> einem Ende einer dritten Wicklung<B>33</B> des Transformators<B>3</B> verbun den, deren Mittelpunkt, gegebenenfalls über eine Gittervorspannungsquelle <B>6,</B> mit den an den Minuspol des Gleichstromnetzes<B>7</B> an geschlossenen Kathoden der Entladungs strecken verbunden ist.
Um die Wirkungsweise der Anordnung -näher zu betrachten, sei zunächst voraus gesetzt, dass die Kondensatoren<B>10</B> und<B>9-0</B> fehlen, und angenommen, dass die Eintla- dungsstrecke <B>11</B> gerade brenne. Durch die Transformatorwicklung der Induktivitäten <B>13</B> und<B>31</B> erhalien die recliten Enden der Wicklungen <B>13</B> bezw. <B>31</B> und damit die Ano- den der Entladungsstrecken<B>12), 21</B> und 22 relativ hohes positives Potential.
Wegen der Verbindung mit diesen Anoden werden die Kondensatoren<B>18, 19</B> und<B>28</B> sieh aufzu laden suchen. Die Wieklung <B>33</B> des Transfor mators<B>3</B> ist nun derart geschaltet, dass die in ihr erzeugte Spannung in dem betrachteten Auvenblick im Gitterkreis des Wechsel richters<B>1</B> als negative, in dem des Wechsel richters<B>'22</B> als positive Gitterzusatzspan- nung auftritt.
Bei geeigneter Bemessung die ser Spannungsamplitude, sowie der Zeitkon stanten der Kondensatorladungskreise kann man daher erreichen, dass, solange Rohr<B>11</B> brennt, das Gitterpotential der Entladungs strecke 21 stets um soviel höher liegt als das der Strecke 12, dass die Strecke 21 zuerst zündet und vermöge des Kondensators 4 das Rohr<B>11</B><I>löscht.</I>
Die eben beschriebenen Vorgänge spie len sich nun in entsprechender Weise zwi schen dem Rohr 21 und dem Rohr<B>12</B> ab, dann zwischen 12 und 22, dann zwischen 22 -Lind<B>11,</B> worauf der Vorgang von neuem be ginnt. Vom Zünden des Rohres<B>11</B> bis zum Löschen des Rohres 22 vergehen zwei volle Perioden des erzeugten Wechselstromes, wo bei jedes Rohr der Gruppe<B>1</B> mit jedem Rohr der Gruppe 2 zusammen in wechselnder Auf einanderfolge als ParalleIwechselrichter ar beitet, und zwar zusammen mit dem Trans formator<B>3</B> und dem Kondensator 4.
Dadurch wird erreicht, dass jeweils zwei aufeinander- folgende Halbwellen gleichen Vorzeichens von verschiedenen, zur gleichen Phase der Weehselspannung gehörigen Entladungs strecken übernommen werden.
Die Gruppeft <B>1</B> und 2 können als mit der halben Frequenz arbeitende, mit<B>90 '</B> Phasenverschiebung ge steuerte Wechselrichter angesehen werden, die jedoch keine üblichen, Wechselrieliter mehr sind, insofern, als die Lichtbogen- löschung durch ein aussen liegendes Element 4 erfolgt und die Drosseln<B>13</B> bezw. <B>23</B> in erster Linie den Zweck haben, ein richtiges Arbeiten der Gittersteuerung zu gewähr leisten.
Falls die Kondensatoren<B>10</B> bezw. 20 vorgesehen sind, sind sie so zu bemessen, dass nach der Zündung eines Rohres (zum Bei spiel<B>11)</B> die Spannung an der Anode des andern Rohres der gleichen Gruppe 12 rasch genug ansteigt, dass die Gitterspannung des nächstzuzündenden Rohres 21 den Entla dungseinsatz so zeitig bewirken kann, dass keine Gefahr einer Vorzündung des Rohres 12 der ersten Gruppe besteht, die ein Ver sagen des Wechselrichters zur Folge hätte.
Die Kondensatoren können gegebenenfalls auch zusammen mit den Drosseln derart bemessen werden, dass sie einen Sc'hwin- gungskreis der gewünschten Eigenfrequenz, (nämlich
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der erzeugten Frequenz, wenn n die Zahl der Entladungsstrecken<B>je</B> Gruppe ist), bilden, dem dann die Steuerspannung für die andere Gruppe von Entladungsstrek- ken entnommen wird.
Der Gegenstand der Erfindung lässt sich auch durch eine einfache Anordnung ver wirklichen, wie sie in dem Ausfülirungs- beispiel der Abb. 2 unter Benutzung eines vierarmigen Entladungsgefässes mit Queck silberkathode dargestellt ist. Übereinstim mende Teile sind in Abb. <B>1</B> und 2 gleich be ziffert. Der positive Teil des Gleichstrom netzes<B>7</B> ist wie in Abb. <B>1</B> mit dem Trans formator<B>3</B> verbunden; an den Transformator sind jetzt aber jeweils zwei Anoden<B>11</B> und 12 bezw. 21 und 22 unmittelbar angeschlos sen, das heisst die entsprechenden Arme sind unmittelbar parallelgeschaltet.
Die Kathode des Entladungsgefässes liegt am negativen Pol des Netzes<B>7,</B> die Erregeranoden<B>70, 71,</B> deren Schaltung nicht näher angegeben ist, werden in bekannter Weise mit einer Er regerspannung versorgt. Der Wechselrichter ist in diesem Falle fremdgesteuert. Es ist eine Gitterwechselspannungsquelle <B>9</B> vorge sehen, deren zwei Wicklungen<B>91</B> und<B>92</B> zwei<B>um 90,</B> phasenverschobene Spannuu- gen lieiern, vorzugsweise solche spitzer Wel lenform zur Erzielung eines genauen Ent ladungseinsatzes.
Die Wicklungen<B>91</B> und<B>92</B> sind mittelangezapft und die Mittelpunkte mit den Enden der dritten Wicklung<B>33</B> des Transformators<B>3</B> verbunden, dessen Mittel- punkt über eine Gleichvorspannung <B>6, 60</B> an die Kathode des Entladungsgefässes<B>100</B> an geschlossen ist. Die Enden<B>je</B> einer Wick lung<B>91</B> bezw. <B>92</B> sind, gegebenenfalls über Strombegrenzungswiderstände 41 und 42 bezw. <B>51</B> und<B>52</B> jeweils mit den Gittern zweier hinsichtlich der Anoden parallel geschalteter Arme<B>11</B> und 12 bezw. 21 und 22 verbunden.
Den Gittern wird also eine Spannung zugeführt, die sich unter der nur bedingt zutreffenden Annahme rein sinus- förmiger Teilspannungen aus den Kurven der Abb. <B>3</B> ergibt. In Abb. <B>3</B> ist ei die Gitter gleichspannung und e", die dem Transfor mator<B>3</B> entnommene Spannung mit der ge wünschten Frequenz, während eg, und e92 die von der Spannungsquelle<B>9</B> gelieferten Spannungen der halben Frequenz sind. Die vier verschiedenen Gitterspannungskurven sind nach den vier Entladungsstrecken be ziffert, deren Gittern sie zugeführt werden.
Es ist beispielsweise<U>angenommen,</U> dass der Entladungseinsatz in jedem Arm bei Errei- eliung des Gitterpoteiitials Null erfolge. Die mit dieser Annahme eingezeichneten Zünd- punkte <B>Z:,</B> zIt, <B>Z",</B> Z, liegen gegeneinander jeweils um<B>180 '</B> der erzeugten Frequenz phasenverselioben, und während zweier voller Perioden wird in jeder Entladungsstrecke nur einmal die Zündbedingung erfüllt.
Allgemein ausgedrückt werden also in jeder Phase die n-Entladungsstrecken jeder Gruppe durch n-Gitterspannungen gesteuert, welche gegeneinander um
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in der Phase verschoben sind und eine Frequenz besitzen, die gleich
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der zu erzeugenden Frequenz ist. Die Steuerung erfolgt dabei derart, dass die an den Entladungsstrecken der einen Gruppe als positiv scheinende Gitterspan nungen an den entsprechenden Entladungs strecken der andern Gruppe ein negatives Gitterpotential erzeugen und umgekehrt.
Die in Abb. 4 dargestellten Kurven von Strom a und Spannung<B>b</B> einer Entladungs strecke, beispielsweise des Armes<B>11,</B> zeigen, dass jeder Arm nur während höchstens einer Halbperiode der erzeugten Wechselspannung c brennt und dann drei Halbperioden lang gesperrt ist.
Da etwa eine Halbperiode nach dem Löschen dieser Entladungsstrecke<B>11</B> jeweils die zu ihr parallel geschaltete 12 zur Zündung gebracht wird (gestrichelte Strom kurve a'), sieht die Kurve<B>b</B> der Anodenspan nung des Armes<B>11</B> genau so wie die des Armes 12 aus und unterscheidet sieh nicht von der Kurve, die auftreten würde, wenn statt<B>11</B> und 12 nur eine einzige Entladungs strecke mit doppelt so schneller Aufeinander folge die Stromstösse übernähme.
Gerade in der Kurve<B>b</B> der Abb. 4 ist deutlich zu erkennen, dass bei den beschrie benen Anordnungen keine Erleichterungen der Entionisierungsbedingungen hinsichtlich der Anodenspannung auftreten. Die Erleich terung liegt vielmehr lediglich darin, dass kurz nach dem Löschen noch keine Neuzün dung verlangt wird, sondern erst eine Pe riode später.
Diese Verhältnisse sind in Abb. <B>5</B> an deutungsweise dargestellt. Kurve a stellt hier die Anodenspannung einer Entladungs strecke dar. Bis zur Zeit t, hat eine Entla dung gebrannt, die im Meinent t, durch Löschkondensator gelöscht worden ist. Das Anodenpotential springt demzufolge auf ne gative Werte, um darauf mit fortschreiten der Umladung des Kondensators wieder po sitiv zu werden.
Ausgehend von der nor malen Zündcharakteristik Vg. <B><I>f</I></B><I> (Va)</I> der Entladungsstrecke (mit Vgz #Gitterzünd- potential beim Anodenpotential Va, bezogen auf die Kathode), deren Verlauf in Abb. 5a dargestellt ist, ergäbe sieh ein zeitlicher Ver lauf des "statischen Gi-HPrzündpotentials" nach Kurve<B>b,</B> deren Existenz im Augenblick t, beginnt.
Da jedoch bis dahin die Raum- Iadung in der Entladungsstrecke noch nicht abgeklungen ist, kann das Gitter zu den Zeiten kurz nacli t. nur durch bedeutend negativere Potentiale gesperrt werden.
Die tatsächliche kritische Gitterpotentialkurve liegt also tiefer als die statische, nähert sieh dieser jedoch mit der Zeit, das heisst mit zu- nehmender Entionisierung, asymptotisch an und wird beispielsweise durch Kurve c dar- ,gestellt. Bei diesem Verlauf und in An- betra,
cht der in Frage kommenden kurzen Zeiten ist etwa in dem durch die Schraffur an edeuteten Zeitabschnitt kein stabiler ZD Schnitt der Gitterspannungskurve mit der Kurve C erzielbar, weil die hierzu notwendige Steilheit nicht mehr mit genügender Präzi sion bezw. überhaupt schwer zu erhalten ist.
Ist zum Beispiel<B>d</B> ein<B>Stück</B> der Gitterspan- nungskurve, so leuchtet ein, dass eine kleine, zufällige Erhöhung des Gitterpotentials dazu führen kann, dass die Kurven c und<B>d</B> sich nicht nur im Punkt Pl, sondern auch bei P2, und zwar instabil schneiden, und somit der Wechselrichter kippt.
Abgesehen davon<U>ist,</U> Nei-,un- der Kurve<B>d</B> als grösstmögliche kl el Steilheit angenommen, eine stabile Wieder zündung frühestens zur Zeit t, möglich und damit die Frequenz nach oben enger be- 2, Crenzt, als technisch noch möglich wäre.
Diese Nachteile sind in einer Anordnung, wie sie durch die Abb. <B>1</B> und 2 beispiels weise dargestellt wird, vermieden. Wie aus Abb. <B>5</B> hervorgeht, ist die tatsächliche "kri- tische Gitterpotentialkurve" c nach drei Halbperioden, das heisst wenn glei'che Ent ladungsstrecke wieder stabil zündbar sein soll, schon so weit an die "statische Zünd- potentialkurve" <B>b</B> herangekommen,
dass auch mit einem wenig steilen Anstieg der Gitter- spannungskurve eine stabile Zündung der Entladungsstrecke möglich ist, selbst in Be reichen, welche (in der entsprechenden Pe riode) dem Zeitraum t-#, <I>t,</I> aus<B>Ab. 5</B> ent sprechen.
Der Erfindungsgegenstand erlaubt aber ausserdem noch eine besondere Steigerung der Frequenz durch vollständige Ausnutzung der Eigenschaften hochentionisierender Git ter, die an sieh vorteilhaft verwendet wer den, um den Anfangsast der Kurve c (Abb. <B>5)</B> nicht allzu tief nach negativen Po tentialen zu drücken. Bekanntlich erhöhen nämlich stark entionisierende Gitter merk lich die Brennspannung und erwärmen sich daher in der brennenden Entladung stark.
Insofern diese Erwärmung die Grenze dar stellt für das den Gittern zumutbare Eutioni- sierungsmass, so kann dieses Mass bei der vor liegenden Anordnung bei gleicher zulässiger Erwärmung gesteigert werden, da der ein zelne Arm bezw. die einzelne Entladungs strecke ja thermiseh entlastet wird.
Das be deutet, dass nocl-i stärker entionisierende Git ter eingebaut werden können, um eine noch küzere Freiwerdezeit zu erreichen, oder um bei gleicher Freiwerdezeit, das heisst gleicher Lage der Kurve c (Abb. <B>5),</B> eine Leistungs steigerung zu erzieleu.
Der Erfindungsgedanke kommt somit vor allem für Entladungsgefässe mit stark entionisierenden, das heisst engmaschigen und grossflächigen Gittern zur Anwendung und erlaubt damit unter Umständen eine Verkürzung der Freiwerdezeit, die beim nor malen Parallelwechselrichter unmöglich wäre wegen der zu starken Erwärmung. Er ist im übrigen nicht beschränkt auf Parallelschal tung von<B>je</B> zwei Armen. Es können auch mehr als zwei Entladungsstrecken für die Erzeugung aufeinanderfolgender gleichnami ger Halbwellen verwendet werden.
Im allge meinen werden jedoch zwei Zweiergruppen von Entladungsstrecken genügen, da nach drei Halbperioden meist die Kurve c (Abb. <B>5)</B> bereits flach genug verläuft, um ein & stabile Zündung zu gewährleisteu. Das bedeutet hinsichtlich des Aufbaues und der Kosten einen Vorzug gegenüber den eingangs erwähnten Anordnungen mehrerer Reihen- wechselrichter, bei denen mindestens sechs Eutladungsstrecken benötigt werden.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu er blicken, dass die vorliegende Auordnung ohne weiteres die Zusammenfassung sämt licher Entladungsstrecken, auch bei Schal tungen zur Erzeugung mehrphasiger hoch frequenter Wechselspannungen, in einem ein zigen Gefäss mit gemeinsamer Kathode er laubt, beispielsweise einem Glasgefäss mit Quecksilberkathode (siehe Abb. 2).
Statt der beschriebenen Arten der Gitter steuerung kann natürlicli <B>jede</B> geeignete be- kannte Art, beispielsweise unter Verwen dung gesättigter Drosseln usf., zur Anwen dung gelangen.