Anordnung zur Steuerung der Entladung in einem elektrischen Entladungsapparat, insbesondere in einem Stromrichter, mit Sperrelektrode. Die Erfindung bezieht sich auf eine An ordnung zur Steuerung der Entladung in einem elektrischen Entladungsapparat, ins besondere in einem Stromrichter. mit Sperr elektrode, Es sind bereits Steueranordnungen be kannt, bei denen im gewollten Zündmoment der Umgebung der sperrenden Elektrode ohne Änderung der Spannung in einem den Zusammenbruch des Sperrfeldes bewirkenden Ausmass positive Ionen zugeführt werden, die mittels hochfrequenter Schwingungen er zeugt werden.
Gemäss der Erfindung werden bei Steuer anordnungen dieser Art die erzeugten posi tiven Ionen dadurch in der Umgebung der sperrenden Elektrode zur Wirkung gebracht, dass jede Anode des Entladungsapparates einen Teil eines Schwingungskreises bildet, der im gewollten Zündmoment durch die Zu führung einer im wesentlichen der Resonanz frequenz des Schwingungskreises entspre- chenden Hochfrequenzspannung aufgeladen wird und hierdurch das Gas zwischen der Anode und der ihr vorgesetzten Sperrelek trode derart ionisiert, dass .die Anode durch das Sperrfeld der Sperrelektrode hindurch greifen kann,
so dass das Entstehen einer Entladung nach den Hauptanoden freigege ben wird.
Eine derartige Anordnung hat gegenüber bekannten Anordnungen,. bei denen besondere Wicklungen, Elektroden usw. benutzt wer den, um die. Hochfrequenz zur Wirkung zu bringen, den Vorteil, dass die Anode selbst als Steuerorgan dient. Hierdurch wird die ganze Apparatur wesentlich vereinfacht, und es sind auch keine besonderen zusätzlichen Einführungen in das Vakuumgefäss nötig.
Die zur Erregung es @Schwingungskrei- ses dienenden hochfrequenten Schwingungen werden vorteilhaft dem Anodenkreis einer Hilfsentladungsstrecke mit einer zwischen der Kathode und der von einer Hülse um.- gebenen Anode in der Nähe der Anode an geordneten Blende entnommen, deren Ent ladung auf eine solche Stromstärke gebracht ist, dass zwischen Anode und Blende Ionen verarmung eintritt.
In den beiliegenden Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die hochfrequenten Schwingungen in einem besonderen Eutla- dungsgefäss erzeugt werden; Fig. 2 stellt eine Abänderung der Fig. 1 dar, dahingehend, dass die hochfrequenten Schwingungen in dem Hauptentladungsgefäss selbst erzeugt werden;
Fig. 3 zeigt den .Schwingungskreis für sich allein, Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines Schwingungskreises, Fig. 5 stellt eine dritte Ausführungsform des Schwingungskreises. zur Steuerung der Entladung .dar, und Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungs form, nach welcher die hochfrequenten Schwingungen zur Steuerung der Entladung benutzt werden können.
In Fig. 1 ist 1 das Vakuumgefäss eines Quecksilberdampf-Gleichrichters, 2 ist die Kathode und 3 sind die Anoden, die mittels der Isolatoren 4 eingeführt werden. Die Ano den 3 sind mit Anodenschutzrohren 5 um geben, in welche die Steuergitter 6 gegebe nenfalls isoliert eingesetzt sind. In den Ano- denstromkreis ist- eine Drosselspule 107 ein geschaltet, deren oberes von der Anode ab gelegenes Ende über einen Block- oder Sperr kondensator 124 mit der Sperrelektrode, also im vorliegenden Fall zum Beispiel mit dem metallenen Gehäuse 1 leitend verbunden ist.
Durch die Drosselspule 107 als Induktivität und die gegenseitige Kapazität zwischen der Anode 3, der Sperrelektrode ü, der Anoden hülse 5 und der Stromeinführung 4, sowie den Kondensator 124 wird ein Schwingungs kreis gebildet, der in Fig. 3 noch einmal ge sondert dargestellt ist, wobei in der Fig. 3 der Kondensator 125 die durch die Anode und die ihr gegenüberstehenden Metallteile gebildete Block- oder Sperrkapazität dar stellt.
Nachdem die Frequenz gewählt ist, mit welcher die Zündung vorgenommen werden soll, ist es lediglich erforderlich, die Drosselspule 107 auf die Kapazität der Anode 3 zu ihrer Umgebung so abzustimmen, dass die bekannte Beziehung
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ge nügend genau erfüllt ist.
Soll nun die Anode gezündet werden, so wird .dem Schwingungskreis eine Hochfre quenz, die in der Nähe der Resonanzfrequenz des Schwingungskreises liegt, zugeführt. Der Schwingungskreis schaukelt sich infolge dessen auf immer höhere Schwingungsampli tuden auf, so dass- die Wechselspannung an der Kapazität des- Schwingungskreises, also auch zwischen der Anode 3 und der Sperr elektrode 6, steigt. Da nun in der zwischen der Sperrelektrode @6 und der Anode 3 be findlichen Gas- oder Dampfmenge ,stets La dungsteilchen,
insbesondere Elektronen, vor handen sind, geraten diese Elektronen unter dem Einfluss der Hochfrequenz in eine pen delnde Bewegung und erreichen nach mehre ren Hoehfrequenzschwingungen immer hö here Geschwindigkeitsamplituden, bis diese schliesslich dazu ausreichen, beim Zusammen stoss mit einem neutralen Gas- oder Dampf teilchen dieses zu ionisieren.
Sobald der artige Ionisationsvorgänge in genügender Zahl eintreten, wird die Sperrelektrode bezw. ihre Umgebung mit positiven Ionen über schwemmt, was den Zusammenbruch des an der Oberfläche der Sperrelektrode vorhande nen Sperrfeldes zur Folge hat. .Sobald dieser Fall eintritt, können die Elektronen aus dem Hauptentladungsraum des Vakuumgefässes 1 durch die iSperrelektrode 6 hindurch nach der Anode 3 vordringen, womit der Stromdurch gang freigegeben ist, so dass die Entladung einsetzt.
Da bekanntlich von etwa 106 Hz an auf wärts die Zündspannung, welche zur Einlei tung einer Entladung zwischen zwei in einem Gase angeordneten Elektroden erfor derlich ist, abnimmt, und bei etwa 108 Hz Werte erreicht, die bedeutend tiefer als die Zündspannungen bei niedrigen Frequenzen sind, ist es vorteilhaft, mindestens Hochfre quenz von 10s Hz zu benutzen, insbesondere kommt Hochfrequenz in den Grenzen 10s bis<B>10'</B> Hz in Frage. Die Zuleitung der Hoch frequenz erfolgt zweckmässig auf induktivem Wege mittels einer Wicklung 126, die mit der Drosselspule<B>107</B> transformatorisch ge koppelt ist.
Zur Erzeugung von hochfrequenten Schwingungen ist ausser dem eigentlichen Vakuumentladungsgefäss 1 ein zweites Gas entladungsgefäss 8, dessen Anode 9 eine Blende 10 vorgeschaltet ist, vorgesehen. Als Kathode dient eine Glühkathode 11, welche in üblicher Weise, zum Beispiel mittels einer Batterie 12, geheizt wird. In den Anoden stromkreis ist eine Drosselspule 13 einge schaltet. Die Speisung des Hilfsentladungs- gefässes 8 erfolgt von einer Gleichstromquelle 14 aus.
Wird nun die Stromstärke in dem durch 14, 13, 9, 10 und 11 gebildeten Strom kreis so weit gesteigert, dass in dem Raum über der Blende 10, in dem sich die Anode 9 befindet, eine Ionenverarmung eintritt, so bildet sich in diesem Raum eine hochfre- quente Schwingung derart aus, dass das Po tential der Anode 9 gegenüber deren Um gebung, insbesondere gegenüber der Blende 10, hochfrequente Schwingungen erfährt. Die diesen Potentialschwingungen entgegenge setzt gleichen Schwingungen treten über die Drosselspule 13 auf.
Um nun die Entladung zwischen einer der Hauptanoden 3 und .der Kathode 2 des Gleichrichters 1 zu steuern, werden die Wicklungen 126 im gewollten Zündmoment kurzzeitig an eine der Spannungen zwischen der Anode 9 und der Blende 10 bezw. über die Drosselspule 13 gelegt. Zu diesem Zweck ist die Glühkathode 11 des Hilfsentladungs- gefässes 8 mit dem einen Ende der Wicklun gen 126 bezw. 12,6' leitend verbunden, wäh rend die Anode 9 über einen Umschalter 15 abwechselnd an das andere Ende einer der Wicklungen 126, 126' angeschlossen wird.
Die Verbindung erfolgt, indem der Kontakt- arm 17 abwechselnd mit einem der beiden Gegenkontakte 18, 19 des Umschalters in Be-. rührung kommt.
Der Umschalter 15 kann in irgendeiner bekannten Weise als rotierender Schalter ausgebildet werden, zum Beispiel in ähn licher Weise wie ein Verteiler für die Zünd- einrichtung bei einer Brennkraftmaschine. Zum Antrieb des Umschalters dient ein Mo tor 20, der an die Spannung der Wechsel stromseite eines Transformators 21 für den Gleichrichter angeschlossen wird, so dass der Motor 20 synchron mit der Frequenz des speisenden Wechselstromnetzes umläuft, die zum Beispiel 50 Hz beträgt.
Infolge der hohen Frequenz und der hohen Spannung der erzeugten Schwingungen genügt es, für den Stromschluss im Umschalter 15 Glimm strecken vorzusehen, das heisst eine Annähe rung der Kontaktteile auf kleine Abstände, welche dann durch die Spannung der hoch- frequenten Schwingungen durchschlagen wer den. Eine derartige Ausführungsform hat den besonderen Vorteil, dass die Kontakte nicht abgenutzt werden und daher mit einer kleinen und leicht ausgebildeten Apparatur eine zuverlässige Schaltung möglich ist.
Zur Verstellung des Zündmomentes kann zum Beispiel der bewegliche Teil des Umschalters 1,5 gegenüber dem Rotor des Antriebsmotors 20 verschiebbar gemacht werden oder die Phase des @Statorfeldes des Motors 20 gegen über derjenigen des speisenden Wechselstrom netzes geändert werden.
Bei dem .dargestellten Ausführungsbei spiel wird die hochfrequente Spannung zwi schen der Anode 9 und der Kathode 11 ab genommen. Es ist aber auch möglich, sie zwischen der Anode 9 und der Blende 10 ab zunehmen oder an beiden Enden der Drossel spule 13.
Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist das Hilfsentladungsgefäss mit dem zu steuernden Entladungsgefäss 1 baulich vereinigt. Es be steht aus einem Rohrstutzen 122, in den mit tels eines. Isolators 123 die Zuleitung für die Anode 9 eingeführt wird. Von der Span- nungsquelle 14 aus wird nun über die Dros selspule 13, die Anode 9, die Blende 10 nach der Kathode 2 .des zu steuernden Entla dungsgefässes eine Hilfsentladung aufrecht erhalten, welche die gewünschten hochfre- quenten Schwingungen. erzeugt.
Die Blende 10 ist derart eng zu bemessen, dass bereits beim normalen Betriebsgas- oder -dampf- druck des Gefässes die hochfrequenten Schwin gungen entstehen. Das Potential der Anode 9 ändert sich demnach in hochfrequenter Weise und wird .genau so wie bei der Ausführung gemäss Fig. 1 durch den rotierenden Um schalter 15 abwechselnd kurzzeitig an eine der beiden Wicklungen 126 angelegt.
Der durch die Wicklungen 126 bestimmte Zündmoment kann auch hier auf verschiedene Weise verändert werden.
Um das Hauptentladungsgefäss 1 auszu schalten, genügt es, die Rochfrequenzentla- dung über das Hilfsentladungsgefäss 122 zu unterbrechen, denn beim Abschalten der Hochfrequenzentladung sind die Hauptano den 3 nicht mehr imstande zu zünden.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausfüh- rungsform des Schwingungskreises ist die Anodenhülse 5 mittels eines verlängerten Isolators 127 gegenüber dem metallenen Va kuumgefäss 1 isoliert eingesetzt und mit dem von der Anode abgelegenen Ende der Drossel 107 über den Block- oder Sperrkondensator 124 verbunden. Die Verbindungsleitung ist hierbei mittels der Einführung 13$ isoliert durch die Gehäusewandung durchgeführt.
Die vorstehend angegebene Ausführungs form ist, sinngemäss abgeändert auch für Glasgefässe verwendbar. Eine weitere Aus führungsform des Schwingungskreises, die für Gefässe aus Glas oder sonstigen isolieren den Material bestimmt ist, ist in der Fig. 5 dargestellt. In dieser ist 129 das aus Glas bestehende Vakuumgefäss, in das die Anoden 3 in üblicher Weise eingeführt sind. Jede Anode ist von einer metallenen Anodenhülse 130 umgeben, die im Innern des Gefässes an geordnet .ist und die Sperrelektrode 6 trägt.
An der Aussenseite des Gefässes gegenüber der Sperrelektrode befindet sieh eine Metall- belegeng 131, die mit dem von der Anode ab gelegenen Ende der Drosselspule 107 ver bunden ist. Die äussere Belegung 131, die Anodenhülse 130, die Sperrelektrode 6 und die Anode 3 bilden dann die Kapazität des Schwingungskreises, die aus mehreren hinter einander geschalteten Kondensatoren besteht, wie ohne weiteres verständlich ist.
Zweck mässig ordnet man die Metallteile 130 und 131 in unmittelbarer Nähe der Glaswandung an deren beiden Seiten an, so dass die Kapa zität des durch die Belegung 131, die Glas wand als Dielektrikum und die Anoden hülse 130 gebildeten Kondensators gross ist im Vergleich zu er Kapazität des durch die Anodenhülse 130, die -Sperrelektrode 6, die Gas- oder Dampfstrecke als Dielektrikum und die Anode 3 gebildeten innern Konden- sators, da infolge der hierdurch sich ergeben den Spannungsverteilung das Zustandekom men der Entladung erleichtert wird.
Falls eine kleinere Kapazität ausreichend ist, kann man auch die Anodenhülse 130 weglassen und die Sperrelektrode 6 dann an der Glaswandung selbst befestigen.
Sofern jedoch bei den Ausführungsformen gemäss den Fig. 4 und 5 die vorhandene Ka pazität des Schwingungskreises nicht aus reicht, kann man dieser einen Kondensator 132 parallelschalten, wie in den Figuren an gedeutet ist.
Bei dem vorstehend beschriebenen Schwin gungskreis ist ein Block- oder Sperrkonden sator 124 nicht nötig, da ein Fernhalten der der Anode zuzuführenden normalen Betriebs spannung von .den Anodenhülsen und der Sperrelektrode nicht in Frage kommt.
Die Erfindung soll nicht auf die vor stehend angegebenen Ausführungsformen der Schwingungskreise beschränkt sein, sondern es können sämtliche Schwingungskreise ver wendet werden, bei denen in gleichwertiger Weise die Anode als Steuerelektrode ausge nutzt wird.
Unter Umständen wird es auch vorteil haft sein, zum Beispiel bei Glasgefässen mit einer Kathode, einer Anode und einem Sperr gitter zwischen Kathode und Anode die Sperrelektrode vom Gehäuse isoliert anzu ordnen und sie mit der Kathode oder einer negativen Spannung zu verbinden.
Bei den in den Fig. 1 bis 4 beschriebe nen Ausführungen erhält die Induktivität <B>107</B> zweckmässig eine solche Grösse, dass sich die Induktivität, bezogen auf die Frequenz der Hochfrequenzschwingungen, wenigstens annähernd in .Serienresonanz mit der zwi schen der Anode und ihrer Umgebung ent stehenden Kapazität befindet. Es bedeutet dies, dass. c) .
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wird, wenn L die In duktivität, C die genannte Kapazität und to die Kreisfrequenz der hochfrequenten Schwin gungen ist. Die Induktivität L nimmt nun unter Umständen recht beträchtliche Werte an. Hierdurch wird die Konstruktion ver teuert.
Hinzu kommt noch, dass die Indukti- vität mit zunehmender Grösse mehr und mehr die Betriebsstromverhältnisse beeinflusst. Es können .dann beträchtliche Spannungsabfälle für den Betriebsstrom an der Induktivität auftreten, die ihrerseits wieder auf die elek trischen Verhältnisse des Entladungsgefässes, insbesondere auf die Kommutierung, nach teilig einwirken können.
Dies kann dadurch vermieden werden, dass der induktive Widerstand in der bezw. jeder Anodenstromleitung aus einem Schwin gungskreis in Sperrkreisschaltung besteht. Dieser Schwingungskreis wird vorteilhaft wenigstens annähernd auf die Frequenz der zur Steuerung benutzten Hochfrequenz- sehwingungen abgestimmt, das heisst seine im wesentlichen durch Wahl seiner Selbstinduk tion und seiner Kapazität bestimmte Eigen frequenz ist annähernd gleich der Frequenz der Hochfrequenzschwingungen. Falls der Schwingungskreis in Sperrkreisschaltung genau auf die Frequenz der Hochfrequenz schwingungen abgestimmt ist,
stellt der re sultierende Widerstand des Schwingungs kreises einen Ohmschen Widerstand von der Grösse dar, wenn L" die Selbstinduktion, Cl die
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Kapazität und r den Ohmschen Wi derstand des Schwingungskreises bedeutet.
Will man erreichen, dass der Schwingungs kreis in,Sperrkreisschaltung einen induktiven Widerstand darstellt und dieser gleich oder wenigstens annähernd gleich - ist (worin C wiederum die Kapazität
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zwischen der Anode und ihrer Umgebung bedeutet), so muss der @Schwingungskreis in Sperrkreis schaltung etwas gegenüber der Frequenz der Hochfrequenzschwingungen verstimmt sein, also seine Eigenfrequenz von der Frequenz der Hochfrequenzschwingungen nach der richtigen Seite um einen gewissen Betrag abweichen.
Der Schwingungskreis in Sperr- kreisschaltung kann von vornherein in dieser Weise dimensioniert sein. In manchen Fällen ist es jedoch zweckmässig, den ;Schwingungs kreis so einzurichten, dass er vorzugsweise durch Einstellung seines veränderbar (als Drehkondensator) ausgebildeten Kondensa- tors zunächst auf die Hochfrequenzschwin- gungeni (maimal) abgestimmt und danach soweit ausser Resonanz gebracht werden kann, dass sein resultierender Widerstand einen induktiven Widerstand gewünschter Grösse darstellt.
An Stelle des Kondensators kann auch die Induktivität veränderlich ein gerichtet werden, beispielsweise als Vario- meter ausgebildet sein. Gegebenenfalls -kann sowohl die Kapazität, als auch die Induktivi- tät einstellbar sein.
Wie schon angedeutet, wird der Schwin gungskreis in ,Sperrkreisschaltung hinsicht lich der Grösse seiner Induktivität und seiner Kapazität am besten so gewählt, dass er für die Betriebsströme des Entladungsgefässes einen praktisch zu vernachlässigenden .Span nungsabfall ergibt. Die- Induktivität des Schwingungskreises kann bei der bevorzug ten Benutzung von Hochfrequenzschwingun- gen von einer Frequenz von 108 Hz oder mehr aus einigen Windungen, gegebenenfalls einer einzigen Windung aus Kupferdraht, Kupferrohr oder Kupferband, bestehen.
In gewissen Fällen ist es auch vorteilhaft, auch die Frequenz der zur Steuerung benutzten Hochfrequenzschwingungen so zu bemessen. (also verhältnismässig hoch zu wählen), dass der Schwingungskreis. bezw. seine Selbst induktion auf die. Betriebsstromverhältnisse möglichst wenig Einfluss hat und für die Betriebsströme einen möglichst geringen Spannungsabfall ergibt.
Die Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer derartigen -Schaltung. Dieses unter scheidet sich von der Ausführungsform ge mäss Fig. 1 nur dadurch, dass in den Anoden stromleitungen der Anoden 3 nicht eine In duktivität 107,<B>107'</B> eingeschaltet ist, son dern ein Schwingungskreis in Schwungrad schaltung. Die als Drehkondensator ausgebil dete Kapazität dieses Schwingungskreises ist mit<B>127</B> bezw: 127' bezeichnet, seine Induk- tivität mit 128 bezw. 128'.
Der ScUwingungs- kreis 127, 128 bezw. 127', 128' ist in der oben angegebenen Weise so gewählt,' bezw. mit Hilfe des Drehkondensators 127, 12 7' eingestellt, dass er nahezu auf die Frequenz der Hochfrequenzschwingungen abgestimmt ist, jedoch einen induktiven Widerstand bil det, der :
gleich oder wenigstens annähernd gleich ist, wenn C wiederum die Ka pazität
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zwischen der Anode und ihrer Um gebung und w. ,die Kreisfrequenz der Hoch- frequenzschwi.ngungen bedeutet.
Die Block- oder :Sperrkondensatoren 124 und 124' werden zweckmässig so bemessen, dass sie für die Hochfrequenzschwingungen praktisch einen Kurzschluss bilden, so dass sie auf !die Angleichung zwischen dem resultie renden Widerstand des Schwun.gradschwin- gungskreises 127, 128 bezw. 127', 128' und dem kapazitiven Widerstand der Anoden kapazität einen untergeordneten, prak- tisoh kaum
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merkbaren Einfluss haben.