-
Anordnung zum Nachweis von Fehlzündungs- bzw. Zündversagerzuständen
in einem Quecksilberdampf-Entladungsgefäß einer Stromrichteranlage Die Erfindung
betrifft eine Anordnung zum Nachweis von Fehlzündungs- bzw. Zündversagerzuständen
in einem Quecksilberdampf-Entladungsgefäß einer Stromrichteranlage.
-
Unter Fehlzündung bzw. Zündversager in einem Entladungsgefäß einer
Stromrichteranlage ist ein Zustand zu verstehen, bei welchem die Bogenentladung
und damit die Stromleitung in dem Entladungsgefäß ausbleibt, obwohl zur Zündung
ausreichend positive Gitter- und Anodenspannungen anliegen. Derartige Zustände können
beispielsweise beim Versagen des Zündbogens auftreten.
-
Anordnungen zum Nachweis von Störzuständen allgemeiner Art (Fehlzündungen,
Durchzündungen, Rückzündungen) an Entladungsgefäßen von Stromrichteranlagen sind
an sich bekannt. Die bekannten Anordnungen gehen von der Verwendung jeweils nur
einer Meßgröße (Anodenspannung bzw. -strom oder Gitterspannung bzw. -strom) für
die Überwachung des Entladungsgefäßes auf die betreffenden Störzustände aus. Die
Erfindung bezweckt eine Vervollkommnung der Störüberwachung für den besonderen Fall
der Fehizündungs- bzw. Zündversagerzusfände.
-
Zu diesem Zweck kennzeichnet sich eine Anordnung der genannten Art
gemäß der Erfindung durch eine erste Schaltung, welcher als Eingangsgröße ein Signal
zugeführt wird, das ein Maß für die Anoden-Kathoden-Spannung an dem überwachten
Entladungsgefäß im Zustand der Fehlzündung darstellt, und deren Ausgangssignal einen
charakteristischen Wert annimmt, sobald die Anoden-Kathoden-Spannung den zur Zündung
normalerweise erforderlichen Mindestwert um einen vorgegebenen Betrag überschreitet,
durch eine zweite Schaltung, welcher als Eingangsgröße ein Signal zugeführt wird,
das ein Maß für die Gitter-Kathoden-Spannung an dem überwachten Entladungsgefäß
im Zustand der Fehlzündung darstellt, und deren Ausgangssignal einen charakteristischen
Wert annimmt, sobald die Gitter-Kathoden-Spannung den zur Zündung normalerweise
erforderlichen Mindestwert um einen vorgegebenen Betrag überschreitet, durch eine
»UND«-Schaltung, welche auf die Ausgangssignale der ersten und der zweiten Schaltung
anspricht und ein Ausgangssignal erzeugt, wenn diese gleichzeitig ihren charakteristischen
Wert annehmen, sowie durch eine Zeitverzögerungs-Relaisschaltung, welcher das Ausgangssignal
der UND-Schaltung zugeführt wird und die eine Anzeige- bzw. Sicherheitsvorrichtung
auslöst, wenn das Ausgangssignal deT UND-Schaltung während einer die normale Zünddauer
der Röhre übersteigenden Zeitdauer anhält. Indem gemäß der Erfindung der überwachungsanordnung
sowohl eine dem Gitterkreis als auch eine dem Anodenkreis des Entladungsgefäßes
entnommene Größe zugeführt wird, wird eine völlig eindeutige, unfehlbare und zuverlässige
Störüberwachung und gegebenenfalls -anzeige erzielt.
-
Die schaltungsmäßige Verwirklichung der überwachungsanordnung gemäß
der Erfindung kann in verschiedener Weise erfolgen. Nach bevorzugten Ausführungsformen
ist vorgesehen, daß die erste Schaltung einen Begrenzerverstärker aufweist, dem
als Eingangsgröße eine an einem zwischen Anode und Kathode des überwachten Entladungsgefäßes
liegenden Spannungsteiler abgegriffene Spannung zugeführt wird, die im Zustand der
Fehlzündung ein Maß für die anliegende Anoden-Kathoden-Spannung darstellt; entsprechend
kann auch die zweite Schaltung einen Begrenzerverstärker aufweisen, dem als Eingangsgröße
eine zwischen Kathode und einem im Gitterstromkreis des überwachten Entladungsgefäßes
liegenden Strombegrenzerwiderstand abgegriffene Spannung zugeführt wird.
-
Um die Fehlzündungsanzeige in Fällen, wo die Fehlzündung intermittierend
auftritt, aufrechtzuerhalten, kann nach einer weiteren Ausführungsform eine Speichervorrichtung
vorgesehen werden,
welcher das Ausgangssignal der Zeitverzögerungs-Relaisschaltung
zugeführt wird.
-
Unter Begrenzerverstärker ist eine an sich bekannte Verstärkerschaltung
zu verstehen, die bei Auftreten des (verhältnismäßig großen) Eingangssignals in
den Sättigungszustand durchgesteuert wird, derart, daß sich als Ausgangsgröße im
wesentlichen ein Rechteckimpuls ergibt, dessen Flanken mit den Nulldurchgängen der
Eingangsspannung zusammenfallen; beispielsweise kann ein derartiger Begrenzerverstärker
durch einen p-n-p-Transistor in Emitterschaltung mit negativ vorgespanntem Kollektor
gebildet werden, bei dem die Basiselektrode über eine Gleichrichterdiode mit dem
Emitter verbunden ist.
-
Eine »UND-Schaltung« ist eine binär arbeitende, auch unter der Bezeichnung
Koinzidenzschaltung bekannte logische Schaltung mit zwei oder mehreren elektrischen
Eingängen und einem Ausgang, wobei Eingangs- und Ausgangsgrößen jeweils nur zwei
verschiedene Werte (»EIN« bzw. »AUS«) annehmen können und die Ausgangsgröße den
Zustand »EIN« nur annimmt, wenn gleichzeitig beide Eingänge sich im »EIN«-Zustand
befinden, d. h. mit anderen Worten, ein Ausgangssignal nur bei gleichzeitigem Auftreten
beider Eingangssignale auftritt; ein beispielsweise aus der Technik der Digital-Rechenanlagen
bekanntes einfaches Beispiel einer derartigen UND-Schaltung ist eine Diode.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an Hand einer
Quecksilberdampfgleichrichtanlage an Hand der Zeichnung; in dieser zeigt F i g.
1 ein Blockschaltbild der Vorrichtung, F i g. 2 ein detailliertes Schaltbild der
Vorrichtung. In F i g. 7 ist eine Röhre V einer Quecksilberdampf bogengleichrichteranlage
schematisch durch einen Röhrenkolben 10 angedeutet, der eine Anode 11, eine als
Quecksilbernapf ausgebildete Kathode 12 sowie eine Reihe von Gittern mit einem Steuergitter
13 und Spannungsabstufungsgittern 14 aufweist. Die Röhre ist mit ihrem Anoden-Kathodenkreis
in beliebiger, in der Zeichnung nicht dargestellter Weise angeschlossen und wird
durch ein der Primärwicklung eines Transformators 15 zugeführtes Gittersteuersignal
gesteuert. Die Sekundärwicklung des Transformators 15 ist durch eine geeignete Spannungsquelle
16 vorgespannt und führt das Steuergittersignal für die Röhre V über einen Widerstand
17 dem Gitter 13 zu. Zwischen der Anode 11 und der Kathode 12 liegt ein Spannungsteiler
18, der mehrere mit den Gittern 14 in der dargestellten Weise verbundene Anzapfungen
aufweist. Diese Potentiometer-Gitter-Anordnung dient zur Steuerung des Spannungsgradienten
in der Entladung innerhalb der Röhre V, wobei die Stromleitung durch einen über
den Transformator 15 gegebenen Zündimpuls veranlaßt wird. Der Widerstand 17 dient
lediglich zur Begrenzung des Gitterstroms. Bei Fehlzündung tritt an dem Widerstand
17 kein Spannungsabfall auf, so daß der an den Leitungen 19, die in der gezeigten
Weise mit der Kathode der Röhre V und dem gitterseitigen Ende des Widerstands 17
verbunden sind, auftretende Spannungsabfall ein Maß der Gitter-Kathoden-Spannung
der Röhre im Zustand der Fehlzündung darstellt. Der Spannungsabfall am Widerstand
18 bildet die Anoden-Kathoden-Spannung der Röhre. so daß im Zustand der Fehlzündung,
wenn also kein Strom aus dem Widerstand 18 über die Gitter 14 fließt, der Strom
in dem Widerstand 18 entsprechend proportional der Anoden-Kathoden-Spannung
ist. Demgemäß liefern die Ausgangsleitungen 20,
die mit der Kathode der Röhre
V einerseits und einer geeignet gewählten Anzapfung entlang dem Widerstand
18 andererseits verbunden sind, ein Signal, das ein Maß für die Anoden-Kathoden-Spannung
im Zustand der Fehlzündung darstellt. Die an den Ausgangsleitungen 19 und
20 auftretenden Signale werden Begrenzerverstärkern 21 bzw. 22 zugeführt. Diese
Begrenzerverstärker wirken in der Weise, daß sie eine hochempfindliche Anzeige für
einen Zustand, in dem das Eingangssignal einen vorgegebenen Pegel übersteigt, liefern,
wobei die Ausgangsgröße des Begrenzers einen Wert besitzt, der eine Anzeige für
diesen Zustand ist. So kann beispielsweise der Begrenzerverstärker 22 in der Weise
arbeiten, daß er ein normalerweise negatives Ausgangssignal vom Wert nahezu Null
liefert und dieses Signal einen stark negativen Wert annimmt, sobald die den Eingang
des Begrenzers 22 bildende Anoden-Kathoden-Spannungs-Anzeige um 5 °/o den normalen
Scheitelwert der Anoden-Kathoden-Spannung überschreitet. Entsprechend kann der Begrenzer
21 in der Weise arbeiten, daß er ein stark negatives Ausgangssignal nur dann
liefert, wenn die Gitter-Kathodenspannung die normale Gitterzündspannung um beispielsweise
50 Volt übersteigt (die Einstellung des Begrenzers 21 kann so beispielsweise
zu 70 Volt für eine Niederspannungsröhre und bis zu 150 Volt für eine 100-kV-Röhre
gewählt werden). In dieser Weise stellen die Ausgangsgrößen der beiden Begrenzer
21 und 22 zusammen eine Anzeige für einen Fehlzündungszustand in der Röhre V dar,
jedoch nur dann. wenn sie beide gleichzeitig stark negativ sind. Dieser Zustand
kann mit dem UND-Detektor 23 festgestellt werden, der von herkömmlicher, aus der
Technik der Digital-Rechenanlagen bekannter Bauweise sein kann. Die Ausgangsgröße
des Detektors 23 wird sodann einem Zeitvergrößerungsrelais mit fester Verzögerung
24 zugeführt, das auf die zeitliche Dauer des Ausgangssignals des Detektors 23 anspricht
und ein Fehlzündungs-Anzeigesignal liefert, falls die UND-Anzeige länger als eine
vorgegebene Periode andauert. Bei einer üblichen 50-Hz-Anlage kann die vorgegebene
Zeitdauer beispielsweise 200 Mikrosekunden betragen. Die begrenzte Zeitverzögerungswirkung
des Relais 24 soll die normale Zündverzögerung der Röhre, insbesondere im kalten
Zustand, berücksichtigen.
-
In F i g. 2 ist eine nach den vorstehend an Hand der F i g. 1 beschriebenen
Grundsätzen aufgebaute Schaltung dargestellt. Die Begrenzerverstärker 21 und 22,
der UND-Detektor 23 und das Zeitverzögerungsrelais mit fester Verzögerung 24 weisen
in dem dargestellten Falle je eine Transistorschaltung auf. Der Begrenzerverstärker
21 in F i g. 2 besitzt einen Transistor 25 vom p-n-p-Typ. Der Transistor 25 ist
in Emitterbasis-Schaltung geschaltet; zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors
liegt eine Diode 26. Diese Diode 26 dient zur Begrenzung des positiven Anstiegs
des Basispotentials in bezug auf das Emitterpotential. Das Eingangssignal wird dem
Begrenzer 21 über eine Spannungsteilerschaltung der Widerstände 27, 28 zugeführt.
Von der Verbindungsstelle zwischen diesen beiden Widerständen wird der Basis des
Transistors 25 ein Signal zugeführt; das andere Ende des Widerstandes 28 liegt am
negativen
Pol einer Vorspannungsquelle - V1. Das Ausgangssignal
des Begrenzers 21 wird am Kollektor des Transistors 25 abgenommen, der über einen
weiteren Widerstand 29 ebenfalls an der gleichen negativen Vorspannungsquelle -
V1 liegt.
-
Im Betrieb ist das Eingangssignal des Begrenzers 21 normalerweise
negativ, derart, daß die Basis des Transistors 25 auf einem negativen Wert gehalten
wird, so daß die Kollektor-Emitter-Strecke leitend ist und die Ausgangsgröße des
Begrenzers 21 daher nahezu den Wert Null hat. Sobald dem Transformator 15 der die
Zündung der Röhre V steuernde positive Gitterimpuls zugeführt wird, kann, entsprechend
dem Verhältnis der Widerstandswerte der Widerstände 27 und 28 und der Vorspannungspotentiale
in der Schaltung, die Basis des Transistors 25 ein positives Potential annehmen,
dessen Wert durch die Wirkung der Diode 26 begrenzt wird, aber zur Sperrung des
Transistors ausreicht. Unter diesen Umständen sinkt das Ausgangssignal des Begrenzers
21 auf den niedrigen Wert - V, ab, d. h., es wird stark negativ.
-
Der Begrenzerverstärker 22 weist ähnliche Schaltelemente wie der Verstärker
21 auf und liefert in entsprechender Weise ein Ausgangssignal, dessen Wert normalerweise
nahezu Null ist, das jedoch einen stark negativen Wert anzunehmen sucht, sobald
von der Röhrenschaltung ein überschußspannungs-Eingangssteuersignal zugeführt wird.
-
Der UND-Detektor 23 besteht lediglich aus einer Diode 30. Im Falle,
daß das Ausgangssignal des Begrenzerverstärkers 22 in der vorstehend beschriebenen
Weise stark negativ zu werden beginnt, wird die Diode 30 dies verhindern, sofern
der Transistor 25 sich in seinem leitfähigen Zustand befindet. Falls jedoch die
Ausgangsgröße des Begrenzers 21 ebenfalls stark negativ ist, wird die Diode 30 unwirksam.
Die dem Relais 24 von dem Detektor 23 zugeführte Ausgangsgröße ist daher nur dann
stark negativ, wenn die entsprechend stärker positiven Eingangsgrößen den Begrenzern
21 oder 22 gleichzeitig zugeführt werden. Das Relais 24 weist einen Transistor 31
mit geerdetem Emitter auf, dessen Basis mit der Verbindungsstelle zweier Widerstände
32, die einen Spannungsteiler bilden, verbunden ist. Das Eingangssignal wird dem
einen Ende dieses Spannungsteilers zugeführt, während dessen anderes Ende mit einer
positiven Spannungsquelle + V., verbunden ist. Der Wert von V2 ist so gewählt, daß,
wenn das stark negative Signal als Eingangsgröße zugeführt wird, der Kollektor-Emitter-Kreis
des Transistors leitend wird und am Kollektor des Transistors 31 das Ausgangssignal
des Gesamtsystems abgenommen wird. Durch einen zwischen dem Eingang des Relais und
dem Emitter des Transistors 31 liegenden Kondensator 33 wird eine Zeitverzögerung
in dieses Relais eingeführt. Durch den Kondensator 33 wird der Aufbau des stark
negativen Eingangssignals verlangsamt, so daß ein Signal, dessen Dauer unterhalb
eines vorgegebenen Wertes liegt, nicht zur Betätigung des Relais, d. h. zur Einschaltung
des Transistors 31 führt.
-
Erforderlichenfalls können besondere Vorrichtungen, wie beispielsweise
ein elektromagnetischer Zähler oder eine bistabile Kippschaltung, die von Hand rückgestellt
werden muß, vorgesehen werden, um die Fehlzündungsanzeige für den Fall aufrechtzuerhalten,
daß die Fehlzündung intermittierend auftritt. Ferner sei darauf hingewiesen, daß
die vorstehend beschriebene Schaltung unter normalen Verhältnissen einschließlich
Inbetriebnahme, Stillegung und Gittersteuerung korrekt arbeitet. Es sei noch darauf
hingewiesen, daß die beschriebenen Schaltungen besonders geeignet sind in Fällen,
wo die Röhre V nach einem »Breitimpuls«-System betrieben wird, d. h. nach einem
System, bei dem die Länge des Gitterimpulses gleich der nominellen Leitfähigkeitsperiode
der Röhre unter Außerachtlassung der Kommutations- bzw. Umschaltzeit ist. Die Schaltung
zum Nachweis von Fehlzündungen nach den F i g. 1 und 2 arbeitet jedoch in entsprechender
Weise auch in einem »Schmalimpuls«-System, mit der Ausnahme, daß bei diskontinuierlichem
Lastgleichstrom, wie etwa bei niedrigen Strömen in einem System vom »Breitimpuls«-Typ,
wo mehr als ein Röhrenstromimpuls auf jeden Zyklus entfällt, es nicht als Fehlzündung
angezeigt wird, wenn die Röhre während der Extraimpulse (d. h. nach Verschwinden
des Gitterimpulses) keinen Strom aufnimmt. Dies ist im übrigen korrekt, da es sich
hierbei nicht um einen Röhrenfehler, sondern um einen einem »Schmalimpuls«-System
innewohnenden Zustand handelt. Unter einem »Schmalimpuls«-System ist eines zu verstehen,
bei dem die Gitterzündimpulse wesentlich kürzer als bei einem sogenannten »Breitimpuls«-System
sind.