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Anordnung zur Überwachung des Emissionsstromes bei einem gittergesteuerten
dampf- oder gasgefüllten Entladungsgefäß mit Glühkathode Die Erfindung betrifft
eine Schaltung für elektrische Entladungsgefäße und insbesondere eine Schaltung
für Entladungsgefäße mit Glühkathode.
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Bei elektrischen Entladungsgefäßen mit Glühkathode (mit direkt oder
indirekt geheizter Kathode) ist es für ein befriedigendes Arbeiten notwendig, daß
die Kathode ihre normale Arbeitstemperatur erreicht hat, bevor das Entladungsgefäß
belastet wird, und daß der Anodenstrom unterbrochen wird, falls die Kathodentemperatur
wesentlich unter die normale Arbeitstemperatur sinkt. Dies ist insbesondere bei
dampf- oder gasgefüllten Entladungsgefäßen zu beachten, deren Wirkungswelse wesentlich
auf der Ionisation des in ihnen enthaltenen Gases oder Dampfes beruht. Wenn an ein
solches Entladungsgefäß die Anodenspannung angelegt wird, bevor die Kathode ihre
Arbeitstemperatur erreicht hat, so ist der Spannungsabfall im Entladungsgefäß groß.
Infolgedessen wird die Elektronen emittierende Oberfläche der Kathode durch Ionenbombardement
zerstärt.
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Gemäß der Erfindung wird, um derartige Nachteile zu vermeiden, unter
Verwendung von Steuergittern die Einrichtung so getroffen, daß zur Unterdrückung
des Entladungsstromes bei nicht genügend geheizter Kathode an das bzw. an jedes
Steuergitter eine Wechselspannung gelegt ist, deren Amplitude oder Phasenlage den
Zündeinsatz des Entladungsgefäßes bestimmt und von dem Zustand einer gleichzeitig
mit der Kathode aus der gleichen Spannungsquelle wie diese beheizten temperaturabhängigen
Brückenschaltung, deren Temperaturcharakterietik der der Glühkathode nachgebildet
ist, derart abhängig ist, daß das Entladungsgefäß bei nichtgenügend geheizter Kathode
gesperrt ist.
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Es sind bereits Anordnungen bekanntgeworden, bei denen durch ein vom
Heizstrom abhängiges thermisches Relais die Anodenspannung erst dann an das Entladungsgefäß
angeschaltet wird, wenn die Glühkathode hinreichend erwärmt worden ist, und bei
denen die Anodenspannung von dem Entladungsgefäß abgeschaltet wird, wenn die Kathodentemperatur
einen vorgeschriebenen Wert unterschreitet. Bei diesen bekannten Anordnungen wird
also der verhältnismäßig große Anodenstrom unmittelbar geschaltet. Infolgedessen
ergaben sich vielfach Schwierigkeiten, insbesondere wenn es sich um Entladungsgefäße
mit Glühkathode und Dampf- oder Gasfüllung handelt, die verhältnismäßig sehr große
Ariodenströme
liefern. Nach der Erfindung wird demgegenüber der
Anodenstrom durch das Steuergitter freigegeben, sobald die Glühlg q thode diegewünschteTemperaturangenommen,
hat, und gesperrt, falls die Temperatur der Glühkathode den vorgeschriebenen Betrag
unterschreitet. Die erfindungsgemäße Eiri-,` richtung ist daher auch ohne weiteres
für Entladungsgefäße mit sehr beträchtlichen Anodenströmen anwendbar. Das Steuern
(Sperren und Freigeben) des Anodenstromes ist auch praktisch mit keinerlei Energieverbrauch
verbunden.
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Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die Gittersteuerung dazu zu verwenden,
um den Entladungsstrom (Anodenstrom) erst einzuschalten, d. h. freizugeben, nachdem
die Glühkathode auf ihre vorgeschriebene normale Temperatur aufgeheizt worden ist;
und zwar wurde vorgeschlagen, unter Verwendung eines Zeitverzögerunggsorgans, insbesondere
eines Kondensators mit parallel geschaltetem Widerstand, die Anordnung so zu treffen,
daß während einer gewissen für die Anheizung der Kathode auf ihre Normaltemperatur
notwendigen Zeit das Steuergitter der Entladungsstrecke an eine Sperrspannung gelegt
ist. Nach der Erfindung wird die Sperrung des Entladungsstromes mit Hilfe des Steuergitters
in Abhängigkeit von einer entsprechend der Kathodentemperatur erwärmten temperaturabhängigen
Brückenschaltung durchgeführt. Die temperaturabhängige Brückenschaltung wirkt dabei
so auf das Steuergitter bzw. dessen Steuerspannung ein, daß der Entladungsstrom
(Anodenstrom) bei der Inbetriebnahme der Röhre so lange gesperrt ist, bis die Kathode
ihre vorschriftsmäßige Temperatur angenommen hat, und während des Betriebes wieder
gesperrt gehalten wird, falls aus irgendeinem Grunde die Kathodentemperatur ihren
vorschriftsmäßigen Wert unterschreitet. Es ist also gegenüber den Anordnungen mit
Zeitverzögerungsorgan eine wirksame Überwachung in Abhängigkeit von der tatsächlichen
Kathodentemperatur erzielt. Da im Steuergitterkreis nur ganz außerordentlich geringe
Ströme bei geringen Spannungen fließen, ist die Verwendung einer Brückenanordnung
mit temperaturabhängigen Widerständen ohne weiteres möglich, wobei der Vorteil entsteht,
daß die Überwachung der Röhre durchgeführt werden kann, ohne daß irgendwelche bewegliehen
Teile in Tätigkeit treten müssen. Bei den der Erfindung zugrunde liegenden Anordnungen,
bei denen der Steuergitterkreis als Steuerspannung eine Wechselspannung erhält,
wird nach der Erfindung zweckmäßig die Einrichtung so getroffen, daß durch die temperaturabhängige
Brückenschaltung die Phasenlage der Gitterwechselspannung gegenüber der Anodenwechselspannung
geändert wird, derart, daß bei nicht genügend geheizter i...Kathode die Wechselspannung
am Gitter um c 0 0 gegenüber derPhasenlage derAnodenspantng verschoben und
infolgedessen der Entgdungsstrom gesperrt ist, während bei vor-'schriftsmäßig geheizter
Kathode immer die Phasenlage der Gitterwechselspannung so eingestellt ist, daß der
Entladungsstrom freigegeben ist.
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Vorteilhaft sind nach der Erfindung die temperaturabhängigen Zweige
der Brückenschaltung derart entfernt von dem Entladungsgefäß angeordnet, daß ihre
Temperatur von der des Entladungsgefäßes praktisch unabhängig ist. Auf diese Weise
wird sichergestellt, daß nicht die vorschriftsmäßige Kathodentemperatur durch erhöhte
Wärmestrahlung vom Entladungsgefäß, insbesondere von dessen Entladungsbahn her,
vorgetäuscht werden kann. Die der Kathodentemperatur entsprechende Erwärmung der
temperaturabhängigen Brückenschaltung erfolgt dabei durch einen Strom, der von derselben
Spannungsquelle wie der Heizstrom für die Glühkathode geliefert wird. Fällt aus
irgendeinem Grunde die Spannung für den Heizstrom der Glühkathode aus, so tritt
das gleiche für die temperaturabhängige Brückenschaltung ein, so daß diese die Sperrung
des Entladungsstromes bewirkt, bis die Glühkathode nach Wiederkehr der Heizspannung
wiedergenügend aufgeheizt ist.
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Die Abbildung zeigt sein Ausführungsbeispiel der Einrichtung gemäß
der Erfindung. Dort ist eine Gleiehrichteranlage dargestellt, die aus dem Netz io
Wechselstrom entnimmt und in das Netz i i Gleichstrom abgibt. Diese Gleichriehtereinrichtung
enthält einen Trans= formator 12 und elektrische Entladungsgefäße 13 und 14 mit
Anode, Steuergitter und Glühkathode. Die Entladungsgefäße 13 und 14 haben insbesondere
eine Dampf- oder Gasfüllung. Die Entladungsgefäße 13 und 14 sind mit vom Anodenstrom
unabhängigen Heizvorrichtungen für die Kathoden 15 bzw: 16 versehen, die von der
Sekundärwicklung 17 eines Transformators i8 gespeist werden. Die Primärwicklung
dieses Transformators ist an die Wechselstromquelle angeschlossen. Die Gitter der
Entladungsgefäße 13 und 14 sind in üblicher Weise über die entgegengesetzte Hälfte
der Sekundärwicklung des Gittertransformators ig und die negative Vorspannungsbatterie
2o an die Kathoden angeschlosen. Zur Steuerung des Gitterpotentials der Röhren 13
und 14 ist eine temperaturempfindliche Brücke vorgesehen, die von den Widerständen
2i, 22, 23 und 24 gebildet wird. Diese Widerstände 21,-22, 23 und 24 haben verschiedene
Temperaturwiderstandscharakteristiken.
Beispielsweise können die
Widerstände 21 und 22 keine Temperaturabhängigkeit des Widerstandes zeigen, während
einer der Wi.",, derstände 23 und 24 oder beide eine stark' positive Temperaturwiderstandscharakteristik,
haben, die vorzugsweise der Temperaturcharakteristik der Kathoden der Entladungsgefäße
13 und 1q. ähnelt. An zwei diagonalen Punkten der Brücke liegt die Spannung der
Sekundärwicklung 25 des Transformators 18. Die anderen diagonalen Punkte der Brücke
sind mit der Primärwicklung des Gittertransformators i9 verbunden.
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Da die Arbeitsweise von mit einem Transformator und zwei Entladungsgefäßen
arbeitenden Gleichrichtern bekannt ist, sei die Beschreibung der erfindungsgemäßen
Einrichtung auf die Steuerung des Gitterpotentials der Röhren 13 und 1q. beschränkt.
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Bei der Einschaltung des Stromkreises io haben die die Brücke bildenden
Widerstände die Temperatur der Umgebung. Die Brücke ist dann so abgeglichen, daß
das an der Primärwicklung des Gittertransformators i9 liegende Potential Null ist.
Infolgedessen bewirkt dieser Transformator i9 keineÄnderung der den Gittern aufgedrückten
Spannung. Die Gitter haben daher die durch die Batterie 2o bewirkte negative Vorspannung,
d. h. die Röhren 13 und 1q. sind gesperrt. Zu derselben Zeit werden die Kathodenheizvorrichtungen
15 und 16 der elektrischen Entladungsgefäße 13 und 1q. von der Sekundärwicklung
17 mit Strom beschickt. Wenn die Temperatur der Kathodenheizvorrichtungen steigt,
steigt auch die Temperatur der Widerstände 23 und 2Lf._ in der temperaturempfindlichen
Brücke proportional dazu, und das Gleichgewicht der Brücke wird gestört. Die am
Ende der temperaturempfindlichen ,Brücke entstehende Spannung wird nun zur Primärwicklung
des Gittertransformators i9 geführt, der so geschaltet ist, daß seine Spannung während
der positiven Halbwelle die negative Vorspannung der Batterie 2o aufhebt und das
Gitter positiv macht. Die Temperatur, die die Widerstände 23 und 24 erreichen, entspricht
zwar der normalen Arbeitstemperatur der Röhrenkathode, ohne daß jedoch, wie bereits
gesagt, diese Temperaturen dieselben sein müssen. An die Gitter der elektrischen
Entladungsgefäße 13 und 1q. wird in Phase mit der Anodenspannung eine Wechselspannung
gelegt, und diese Entladungsgefäße werden während der positiven Halb-. w ellen der
Anodenspannung leitend.
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Sollte die Stromquelle des Heizstromes durch das Ausfallen des Transformators
18, Abschalten der Stromquelle io oder aus irgendeinem anderen Grunde ausfallen,
so wird die Einrichtung umgelcehrt arbeiten. Die Widerstände 23 und 24 werden sich
in Übereinstimmung mit den Kathodenheizvorrüchtungen 15 und 16 abkühlen, das Gleichgewicht
der temperaturempfindlichen Brücke wird wieder hergestellt werden und die negative
Vorspannungsbatterie 2o wird die Röhren 13 und 1q. wieder sperren.
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Die vorliegende Erfindung ist in ihrer Anwendung nicht auf Gleichrichteranlagen
beschränkt. Sie läßt sich bei allen Schaltungen mit gittergesteuerten dampf- oder
gasgefüllten Entladungsgefäßen und insbesondere auch bei Wechselrichteranlagen anwenden.