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Elektrischer Gas-oder Dampfentladungsapparat.
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Gas-oder Dampfentladungsapparat mit in die Kathode eingeführter fester Zündelektrode, insbesondere Quecksilberdampfstromrichter, ausserdem aber auch Schaltvorrichtungen, die in freier Luft oder im Vakuum arbeiten und die zum Schliessen oder Unterbrechen von Stromkreisen dienen können oder für besondere Zwecke, z. B. für den Blitzschutz, bestimmt sind.
Untersuchungen an Quecksilberdampfgleichrichtern ergaben, dass die Anzahl der in einem gegebenen Zeitraum während der Sperrperioden auftretenden Rückzündungen um so kleiner ist, je mehr der Rückstrom verringert wird. Dies hat zum Bau von Gleichrichtern geführt, in denen der durchschnitt-
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sonderer Anodenschirme und Gitter auf einem Werte von 2 bis 20 Mikroamp. pro em2 Anodenfläche gehalten werden kann und, wenn diese Schutzmittel fehlen, bis auf 2000 Mikroamp. je cm2 und sogar noch höher ansteigt.
In den üblichen Quecksilberdampfgleichrichtern ist auch während der Sperrperiode ein Lichtbogen vorhanden ; entweder bilden sich Lichtbögen während der Sperrzeit einer Anode nach andern Hauptanoden hin, oder es brennen wenigstens Zündlichtbögen. Infolgedessen ist der Entladungsraum zwischen den Hauptanoden, die während ihrer Sperrperiode nicht Strom führen sollten, mit Ionen und Elektronen angefüllt. Versuche haben erwiesen, dass Entladungsräume, die bei Abwesenheit freier Elektronen und Ionen um ein Vielfaches höheren Spannungen Widerstand leisten müssten, als ihre Betriebsspannungen sind, bei Bildung eines Kathodenfleekes häufig durchschlagen werden, und das Entstehen eines solchen Kathodenfleckes wird durch einen vorhandenen Rückstrom erheblich begünstigt.
Es empfiehlt sich deshalb die Beschränkung der Anodenzahl im Entladungsapparat auf eine einzige Hauptanode und die Vermeidung des gewöhnlichen Zünd-oder Erregerlichtbogens, der auch während der Sperrperioden brennt, d. h. im weiteren Sinne die Vermeidung aller Mittel, die während der Sperrperioden eine nennenswerte Zahl von Ionen oder Elektronen in den Entladungsraum liefern könnten.
Diesem Zweck entspricht namentlich auch die im folgenden zu erläuternde neue Zündvorrichtung. Durch die Erfindung soll also nicht, wie dies früher geschehen ist, verhütet werden, dass die vorhandenen Rückzündungsursachen zu Rückzündungen führen, sondern die Ursachen für Rückzündungen sollen überhaupt ausgeschaltet werden.
Gemäss der vorliegenden Erfindung werden die Zündvorrichtungen bei elektrischen Entladungsapparaten, insbesondere Quecksilberdampfstromrichtern, in der Weise ausgestaltet, dass als Werkstoff für die Zündelektrode mindestens an der Berührungsstelle zwischen ihr und der Kathode ein Halbleiter dient, dessen spezifischer Widerstand in der Grössenordnung des spezifischen Widerstandes von Metallkarbiden liegt. Es empfiehlt sich, die Zündelektrode von oben in die Kathode einzuführen und aus Karborund, beispielsweise aus einem Karborundkristall, herzustellen. Als Widerstandswerkstoff für die Zündelektrode kommen ausser Karborund Ferrosilicium, Sinterkorund od. dgl. in Frage, die unter Zusatz eines beispielsweise tonigen Bindemittels geformt werden.
Die Zündelektrode kann auch aus
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einem Kernkörper aus gut leitendem Werkstoff mit einem Überzug aus einem Halbleiter bestehen. Als Kathodenmaterial kann ein verdampfbarer und kondensierbarer Stoff, beispielsweise Quecksilber, Gallium oder eine Verbindung, Legierung oder Mischung derartiger Stoffe miteinander oder mit andern Elementen verwendet werden.
Mit der Beseitigung der Ursachen für Rückzündungen vermeidet man auch die Notwendigkeit vieler Anordnungen, die man bisher für Quecksilberdampfgleichrichter als unerlässlich betrachtet hat. Man kann deshalb in den meisten Fällen Schutzgitter und-schirme im Entladungsraum entbehren, den Gleichrichter ohne Minderung seiner Leistung kleiner halten und seine Spannungsverluste erheblich herabsetzen. Eine Verkleinerung des Gefässes und der Verluste kann man namentlich durch Verringerung des Abstandes zwischen der Hauptanode und der Kathode erzielen. Wenn kein Rückstrom vorhanden
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denn man braucht ja nicht mehr das Kondensieren von Quecksilber auf der Anode zu verhüten. Der Betrieb der Anode bei niedriger Temperatur, z.
B. bei 800 oder 1000 statt bei 250 bis 300 C oder noch höheren Temperaturen, ist häufig erwünscht, vor allem bei geringem Abstand zwischen Anode und Kathode, um den Dampfdruck niedriger zu halten. Dieser verringerte Dampfdruck erhöht weiter die negative Spannung, die der Lichtbogenraum während der Sperrperiode ohne Durchschlag ertragen kann.
Diese Erwägungen führen zum Bau eines sehr flachen Gleichrichters, d. h. eines Gleichrichters mit flacher, in ihrer Ausdehnung derjenigen der Kathode angeglichener Anode und mit geringem Zwischenraum zwischen Anode und Kathode in der Grösse von 1 bis 10 cm etwa. Wichtig ist es, dass die Kathode
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einem derartigen Gleichrichter wird die Möglichkeit von Rückzündungen fast völlig vermieden.
Allerdings können Umstände eintreten, die einen restlosen Erfolg unmöglich machen. Wenn ein Gleichrichter Strom führt, so steigt dieser Strom zu einem Höchstwert an und sinkt dann am Ende der Entladungsperiode, besonders wenn der Gleichstromkreis sehr viel Induktanz enthält, schnell auf
Null ab, während die aufgedruckte Spannung schnell zu einem Höchstwerte in negativer Richtung ansteigt.
Unmittelbar nach dem Nullwerden des Stromes bleibt der Entladungsraum zwischen der Anode und der Kathode in hochionisiertem Zustand, und auch der Rückstrom ist hoch, wodurch eine hohe Wahr- scheinlichkeit für Rückzündungen gegeben wird. Innerhalb weniger Mikrosekunden gewinnt der Ent- 1adu gsraum seine dielektrische Beschaffenheit wieder und damit den Zustand geringer Rückzündungs- möglichkeit, da die Ionen an den Gefässwandungen neutralisiert werden. Wird unmittelbar nach erfolgter Stromführung negative Spannung an die Anode gelegt, namentlich innerhalb weniger Mikrosekunden, so besteht die Gefahr eines Überschlages oder einer Rückzündung, weil für eine kurze Zeitdauer während dieses Überganges vom ionisierten zum nicht ionisierten Zustand Rückstrom vorhanden ist.
Wenn der an den Gleichrichter angeschlossene Gleichstromkreis sehr viel Induktanz aufweist, ist es gewöhnlich notwendig, Verzögerungsmittel zu verwenden, um die Geschwindigkeit zu verringern, mit der negative Spannungen an der Anode gegen Schluss der Entladungsperioden anwachsen.
Man hat diese Erscheinungen bei den früheren Quecksilberdampfgleichrichtern nicht allgemein beobachtet, weil bei diesen Entladungsgefässen auch während der Sperrzeiten einer einzelnen Anode immer noch einer oder mehrere Lichtbögen im Vakuumraum vorhanden sind, so dass im allgemeinen während der kurzen Zeitdauer nach der Arbeitsperiode der einen Anode keine wesentlich grössere Neigung zur Rückzündung besteht als zu irgendeiner andern Zeit der Sperrperiode ; es fand eben tatsächlich bei den älteren Gleichrichtern kein Übergang aus dem ionisierten Zustand in einen nicht ionisierten Zu- stand statt, der Entladungsraum war dauernd ionisiert, und die Gefahr einer Rüekzündung suchte man durch Gitter und Schirme zu bekämpfen.
Bei der praktischen Ausführung der Erfindung, insbesondere zur Übertragung elektrischer Energie zwischen einem dreiphasigen oder mehrphasigen System und einem Gleiehstromsystem in der einen oder ändern Richtung, ist es, wegen des Umstandes, dass hier jeder gleichrichtende Lichtbogen einen besonderen Vakuumraum hat, wünschenswert, den Lichtbogen während einer möglichst langen Arbeitsperiode spielen zu lassen, damit man die grösste Leistung aus einem gegebenen Gleichrichter erzielt, und zu diesem Zweck wird für die Erfindung eine Dreifach-Zweiphasen-Transformatorschaltung benutzt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat der Gleichrichter einen Vakuumbehälter, der fast ganz aus Metall besteht, alle seine Metallteile sind elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Kathode ist in einem isolierenden Behälter (Quarz) am Boden des Metallgefässes unter- gebracht, und die Hauptanode befindet sich am Deekel des Gefässes. Bei dem neuen Flaehgleichrichter
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unter 800 oder 1000 C gekühlt, weil die erwähnten unbeständigen Quecksilberverbindungen anscheinend nicht entstehen, wenn die Temperatur über der erwähnten Grenze gehalten wird. Besondere Sorgfalt ist deshalb auf das Formieren des Gleichrichters vor seiner Inbetriebnahme zu verwenden ; Undichtig- keiten sind zu verhüten, damit nicht Stickstoff und Sauerstoff von der Aussenluft her eindringen.
Be- obachtet man diese Vorsichtsmassregeln, so ist ein Auspumpen des Gleichrichtergefässes während des
Betriebes nicht notwendig.
Die neue Zündung aber beruht darauf, dass man die Zündanode dauernd in das Kathodenmaterial eintauchen lässt und an sie zum Zünden eine so hohe Spannung legt, dass in dem Keilspalt zwischen
Kathodenmetall und Zündelektrode Funken entstehen, welche die Kathode selbst ionisieren.
Derartige Zündungen sind auch zum Steuern von Stromrichtern verwendbar.
In den beigegebenen Zeichnungen ist die Erfindung in ihrer Anwendung auf Quecksilberdampf- gleichrichter in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Gruppe von sechs einanodigen Flachgleichrichtern zur Energieübertragung aus einem Drehstromnetz auf ein Gleichstromnetz mit Vorkehrung, um die Stelle in der Gleichrichtergruppe zu verändern, wo die Zündvorrichtung arbeitet, so dass entweder die Gleichstromspannung oder, wenn die letztere konstant bleiben soll, die Gleichstromleistung verändert werden kann.
Fig. 2 zeigt schematisch eine andere Ausführungsform, die hauptsächlich für grössere Entladungs- apparate bestimmt ist und dazu dient, aus einem Gleichstromnetz ein Drehstromnetz mit veränderbarer
Frequenz zu speisen.
Fig. 3 zeigt eine Blitzschutzvorrichtung gemäss der Erfindung.
Fig. 4 ein Schaltschema mit Zündregelung für eine Gruppe von sechs Einphasengleiehrichtern, deren einer in grösserem Massstab im senkrechten Schnitt dargestellt ist.
Fig. 5 Gleichrichter mit zwei Kathoden, die wechselweise erregbar sind, um das Entladungsgefäss entweder als Gleichrichter oder als Wechselrichter zu benutzen.
Fig. 6 Glasgleichrichter nach der Erfindung mit Graphitanode und Schutzschirm im Entladungsraum zwischen der Anode und der Kathode und
Fig. 7 schematisch die Anwendung der neuen Zündvorrichtung bei einem üblichen Quecksilber- dampfgleichrichter mit einer einzigen Kathode und sechs Anoden.
Fig. 8-20 zeigen Einzelheiten und Kurvenbilder weiterer Ausführungsbeispiele.
Die in Fig. 1 dargestellte Gleichrichteranlage umfasst sechs gleichartige Gefässe, von denen eines in grösserem Massstab gezeigt ist, um die Einzelheiten erkennbar zu machen. Um ein Bild zu geben von der grossen Raum-und Materialersparnis, die durch die Erfindung gewonnen wird, sei bemerkt, dass ein solches Gefäss eine Leistung von 100 Amp. bei 600 Volt Gleichstrom liefert und dass diese bemerkenswerte Leistung mit einem Entladungsraumdurchmesser von ungefähr 7 cm erreicht wird ; es ist aber damit zu rechnen, dass sieh die Leistung eines Gefässes dieser Grösse bis auf 150 oder gar 200 Amp. und mehr steigern lässt.
Jedes der Gefässe nach Fig. 1 hat einen dauernd geschlossenen Entladungsraum 1, der vollständig von Metall (Eisen) eingeschlossen ist. Alle Metallteile stehen in elektrisch leitender Berührung miteinander (sind zweckmässig miteinander verschweisst). Die Kathode 2 (Quecksilber oder ein anderes verdampfbares Metall) ruht in einer Schüssel 3 aus Quarz oder anderm Isolierstoff am Boden des Behälters 1 und ist durch einen Stahlring 4 abgedeckt.
Der Behälter besteht aus einem schalenförmigen Unterteil 5 zur Aufnahme des Kathodenbehälters 3 und des Schutzringes 4. Am Rande der Schale 5 ist eine Eisenanode 6 aufgeschweisst, die durch eine flache Scheibe gebildet wird und nur einen Abstand von etwa 2% cm vom Kathodenspiegel hat. Dieser Abstand reicht aus, um zu vermeiden, dass beim Betrieb des Apparates eine leitende Verbindung zwischen Anode und Kathode durch die Bewegung des flüssigen Quecksilbers hergestellt wird.
Auf der Oberseite der Hauptanode 6 ist ein Kühlmantel 7 vorgesehen, und über diesem befindet sieh ein Kondensator 8, in dem sich der vom Kühler 7 aufsteigende Dampf niederschlägt. Dadurch wird die Anode auf einer Temperatur von wenig über 100 C gehalten, je nach dem Dampfdruck, den man im Kondensator zulässt.
Die Anode 6 bildet also den Deckel des Vakuumbehälters ; sie hat eine zentrale Öffnung zur Aufnahme eines Isolators, z. B. einer Glasglocke 10, die bei 11 an einen nickelplattierten Ring 12 angeschmolzen ist, dessen unteres Ende mit der Anode 6 verschweisst oder verlötet ist. Der Isolator 10 trägt eine vakuumdicht eingelassene Wolframkathodenleitung 13, die durch das Vakuumgefäss bis in die Quecksilberkathode 2 hinabreicht, und ausserdem ist in den Isolator 10 eine Zündanodenleitung 14 eingeschmolzen, die ein leitendes Rohr 15 trägt, das am unteren Ende in einen rohrförmigen Nickelhalter 16 für eine ebenfalls rohrförmige Zündanode 17 ausläuft.
Letztere besteht aus schlecht leitendem Material, z. B. ist sie aus Karborund mit Ton oder einem andern Bindemittel geformt, das beim Betrieb des Gleichrichters nicht Gase abgibt, oder sie besteht aus einem andern schlecht leitenden Stoff, der nicht im Betrieb zerstört wird, z. B. ans einem Karborundkristall, einem Nernstglühkörper, aus Ferrosilizium, Bleiglanz oder ähnlichen halbleitenden Stoffen von hohem spezifischem Widerstand.
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Dieser Zündkörper 17 ist unbeweglich so gelagert, dass er mit seinem unteren Ende in das Kathodenquecksilber 2 eintaucht und während des ganzen Betriebes des Gleichrichters eingetaucht bleibt. Das ihn tragende Röhrchen 15 ist von der zentral angeordneten Kathodenleitung 13 durch ein Isolierrohr 18 getrennt und zweckmässig auch nach aussen durch ein weiteres Quarzrohr 19 abgeschirmt.
Das Zündröhrchen 1'1 sollte mindestens einen solchen spezifischen Leitungswiderstand haben, dass bei einem Gradienten von etwa 100 Volt pro cm Länge dieses Zündgliedes noch nicht ein unpraktisch hoher Strom fliesst. Wenn das Röhrchen nicht als sehr dünner Film ausgeführt wird, müsste es aus einem Stoff bestehen, dessen Widerstand grösser ist als 10-2 Ohm pro cm3. Anderseits sollte aber der Wider-
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Zündlichtbogen bilden, und dazu wird im allgemeinen ein spezifischer Widerstand von weniger als 10-5 Ohm pro cm3 niedrig genug sein. Eine Änderung des spezifischen Widerstandes bedingt im allgemeinen auch eine Änderung im Strom, bei dem die Zündung eintritt, und in der Spannung, die nötig ist, um diesen Strom zu erzeugen.
Zur Erklärung des Zündvorganges mittels der neuen Zündung kann folgendes dienen : Wenn zwischen dem oberen Teil des Zündröhrchens 17 und dem Kathodenquecksilber 2 ein positives Potential angelegt wird, so fliesst ein Strom von 17 nach dem Quecksilber. Bei Verwendung eines vollen Stäbchens oder eines Röhrchens, dessen Querschnitt nicht sehr klein ist, wählt man vorteilhaft ein Material, dessen spezifischer Leitungswiderstand grösser. als 10-2 Ohm pro cm3 ist, der also vielleicht mindestens hundertmal so gross wie der spezifische Widerstand des Quecksilbers ist. Der Quecksilberwiderstand kann deshalb zunächst vernachlässigt werden. Der Stromfluss folgt den Linien 20 in Fig. 8, in der auch Äquipotentiallinien 21 eingetragen sind.
Unter diesen Bedingungen steigt die Stromdichte längs der Oberfläche des Röhrchens 17 unterhalb des Quecksilberspiegels von der Bodenfläche des Röhrchens bis zu der Stelle, wo das Röhrchen aus dem Quecksilber austaucht (mit 22 in Fig. 8 bezeichnet), und an dieser Stelle wird die Stromdichte theoretisch unendlich, wenn man die verschiedene atomistisehe Struktur des Zündröhrchens und des Quecksilbers vernachlässigt. Ebenso wird der Spannungsgradient längs der Oberfläche des Röhrchens 17 unendlich, wenn man sich seiner Berührungsstelle mit dem Quecksilber von oben nähert.
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von der Grössenordnung 100 Volt pro cm der Gradient in atomistischem Abstand von der Quecksilber- berührungsstelle die Grössenordnung 106 Volt pro cm haben wird.
Ein Spannungsgradient von 106 Volt pro erreicht aber aus, um Elektronen aus dem Quecksilber
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Zündlichtbogen zu gewinnen. Der Strom dieses Zündlichtbogens fliesst zuerst nach der Seite des Röhrchens und dann nach immer höheren Stellen an der Oberfläche des Röhrchens, da der Gasraum mehr und mehr ionisiert wird. Schliesslich wird das Röhrchen überbrückt, und der Bogen erreicht seinen Metallhalter. Auf diese Weise wird von dem Röhrchen ein Lichtbogen gezogen, wenn die ihm aufgedrückte Spannung einen durchschnittlichen Gradienten längs des Röhrchens von der Grössenordnung 102 Volt pro cm ergibt. Ist die angelegte Spannung nicht gross genug, so wird der Zündlichtbogen das Röhrchen nicht überbrücken, sondern nur als schwacher Funke an der Berührungsstelle zwischen Kathodenquecksilber und Röhrchen erscheinen.
Der spezifische Widerstand des Röhrchens sollte also deshalb so bemessen sein, dass er die Anlegung eines Gradienten in der Grössenordnung 100 Volt pro cm längs des Röhrchens erlaubt, ohne dass ein über-
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so sollte der Widerstand des Röhrchens pro cm seiner Länge die Grössenordnung von 10 Ohm haben.
Durch Anwendung besonderer Erregungsmethoden, z. B. Kondensatorentladungen, kann es zuweilen praktisch sein, stärkere Ströme zum Zünden des Bogens an dem Röhrchen anzuwenden. Dafür sind z. B. momentan wirkende Erregerströme von 1000 Amp. oder sogar 10.000 Amp. praktisch verwendbar.
Für derartige Ströme kann der spezifische Widerstand des Röhrchens pro Längeneinheit die Grössenordnung 10-2 Ohm haben. Gemäss der vorstehenden Erklärung ist es aber auch notwendig, dass ein genügend starker Strom in dem an der Berührungsstelle zwischen Quecksilber und Röhrchen entstehenden Lichtbogen fliesst, damit er schnell längs des Röhrchens vorrückt und dieses überbrückt. Ist der spezifische Widerstand pro Längeneinheit des Röhrchens zu gross, dann ist für diesen Zweck eine übermässige Spannung notwendig, und aus diesem Grunde ist für den spezifischen Widerstand pro cm Länge des Röhrchens 105 cm Ohm als obere Grenze gesetzt.
Die vorstehende Erklärung des Zündvorganges gilt für ein einfaches, d. h. nicht aus verschiedenen Stoffen zusammengesetztes Zündröhrchen, es bedarf aber wohl nicht besonderer Erwähnung, dass das
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führt sein kann und dass z. B. Kombinationen von Isolierstoffen mit leitfähigen Stoffen dazu verwendet werden können.
Liegt die Zündleitung im Innern eines Hohlzylinders aus Material gleichmässigen spezifischen Widerstandes, so ist ein gewisser Teil der Stromlinien, der nicht diejenige Stelle trifft, in deren Nähe der Quecksilberspiegel die Zylinderaussenfläche berührt, für die Zündung verloren, d. h. die Zündleistung wird auch Teilen des Widerstandskörpers zugeführt, die vom Quecksilber bereits vollständig bedeckt sind, weil sie unterhalb des Quecksilberspiegels liegen. Es empfiehlt sich deshalb, dass der Widerstands- körper an denjenigen Stellen aus Halbleitermaterial besteht, die nahe der Quecksilberoberfläche liegen, man wird als. o den Widerstandskörper zusammensetzen aus einem kurzen Hohlzylinder aus gut leitendem
Material mit einer verhältnismässig dünnen Schicht Halbleitermaterial.
Die Länge dieses Halbleiter- hohlzylinders ist dann bestimmt durch die grösste Niveauschwankung des Quecksilberspiegels, und seine
Dicke ist so zu wählen, dass die im Halbleitermaterial entstehende Wärmemenge zur Verdampfung des
Quecksilbers gut ausgenutzt werden kann.
Ist das Röhrchen aus Karborund geformt, bestehend aus etwa 70% Tonbindemittel mit etwas
Lampenschwarz, und hat es einen spezifischen Widerstand von etwa 2 Ohm pro ems bei einem Durch- messer von etwa 6 mm und einer Länge von etwa 5 mm zwischen seinem Halter und der Quecksilber- oberfläche, so entsteht, wenn der Apparat ausser Tätigkeit ist, ein Kathodenfleck an der Berührungsstelle des Röhrchens mit der Quecksilberoberfläche bei einem Strom von 7 Amp., wozu 35 Volt notwendig sind.
Die zur Zündung notwendige Spannung entnimmt man zweckmässig dem Wechselstromkreis, an den der Entladungsapparat angeschlossen ist, u. zw. zweckmässig von der Hauptanode des Entladungs- gefässes, in dem die Zündvorrichtung liegt.
Sobald an der Berührungsstelle zwischen Zündröhrehen und Quecksilberoberfläche ein Kathoden- fleck gebildet ist, entsteht ein Lichtbogen zwischen der Hauptanode und dem Queeksilberteich. Mit dem Zündlichtbogen ist ein genügend grosser äusserer Spannungsverbraucher in Reihe geschaltet, um zu erreichen, dass der Zündlichtbogen sofort erlischt, weil er nicht parallel mit dem Hauptlichtbogen brennen kann, der eine viel kleinere Spannung hat, als die Gesamtspannung des Zündstromkreises beträgt.
Der Zündlichtbogen arbeitet also nur momentan, um einen Kathodenfleck an der Hauptanode zu Beginn einer jeden Entladungsperiode des Gefässes zu erzeugen, und er ergibt keinen Lichtbogen zu irgendeiner andern Zeit, so dass keine Quelle vorhanden ist, die während der Sperrperioden des Entladungsgefässes
Ionen oder Elektronen in den Entladungsraum liefert. Das ist ein äusserst wichtiges Kennzeichen der vorliegenden Erfindung. da dadurch Rückströme vollkommen vermieden werden, die in andern Dampf- lichtbögengleichrichtern durch die im Entladungsraum auch während der Sperrperioden vorhandenen
Ionen und Elektronen hervorgerufen werden.
Im vorstehenden ist die Zündvorrichtung in ihrer Anwendung auf eine Quecksilberkathode er- läutert worden. Es ist aber, wie schon erwähnt wurde, nicht notwendig, dass die Kathode aus Quecksilber oder überhaupt einer Flüssigkeit besteht, wichtig ist nur das Vorhandensein eines genügend hohen Potential- gradienten an der Berührungsstelle zwischen der Oberfläche des Zündröhrchens und der Oberfläche der
Kathode. Tatsächlich arbeitet die neue Zündung auch sehr gut, wenn die Zündanode in eine Bronze- kathode eingesetzt wird, was man durch Eintauchen des Zündröhrchens in geschmolzene Bronze und
Erhärtenlassen des Metalls um das Röhrchen erreichen kann.
Das Zündröhrchen arbeitet also, wenn es nur in Berührung mit der Oberfläche von Bronze oder einem andern Elektrodenstoff steht, es muss aber so fest in seiner Lage gehalten werden, dass sich sein freies Ende nicht von der Kathode trennt, da es sonst schnell abbrennen würde.
Wenn das obere Ende des Zündröhrehens in einen festen Metallhalter gefasst ist, so ist die Spannung, die nötig ist, einen zur Bildung eines Kathodenfleckes am Halter genügenden Strom durch das Röhrchen zu entsenden, sobald der Halter negativ gegenüber der Quecksilberkathode ist, viel grösser als die Spannung, die zur Bildung des Kathodenfleckes auf dem Quecksilber nötig ist, wenn das Quecksilber negativ gegen- über dem Halter ist, u. zw. infolge des Unterschiedes in der Art des Kontaktes und wegen der verschiedenen Siede-und Elektronenemibsionscharakteristiken des Halters. Dieser Spannungsunterschied kann dadurch noch grosser werden, dass man dem Ende des Röhrchens im Halter einen viel grösseren Querschnitt als dem in das Quecksilber eintauchenden Ende gibt (Fig. 2).
Man kann durch diesen Unterschied in den
Zündspannungen erreichen, dass die Zündung nur dann unterbrochen wird. wenn der Halter gegenüber dem Quecksilber positiv ist, und dies kann man durch die in Verbindung mit Fig. 2 und 5 noch zu be- schreibenden Mittel erreichen. Vorzuziehen ist jedoch, eine Art Hilfsgleichrichter zu benutzen, um den
Zündkreis nur während der positiven Halbwellen der angelegten Wechselspannung mit Spannung zu versorgen. Der Spannungsabfall im Hilfsgleichrichter trägt auch dazu bei, dass der Zündlichtbogen erlischt, sobald der Hauptlichtbogen entstanden ist.
Gemäss Fig. 1 wird jedes Zündröhrchen 17 z. B. durch einen Glühkathodengleichrichter 23 von seiner eigenen Hauptanode 6 her erregt. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind die Hauptanoden und die Gefässe aller sechs Gleichrichter an eine gemeinsame Sammelschiene 24 angeschlossen, die mit dem geerdeten negativen Leiter des Gleichstromnetzes verbunden ist. Die Stelle in der Gleich-
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richtergruppe, wo die Zündröhrchen genügend Strom erhalten, um die Lichtbogen zu zünden, kann, wie in Fig. 1 angegeben, z. B. durch einen Rheostaten 26 bestimmt werden, der zwischen die Hauptanodensammelschiene 24 und eine Zündanodenleitung 27 geschaltet ist.
Dieser Regelwiderstand 26 kann auch als Schalter zum Öffnen aller Zündstromkreise dienen, wodurch sämtliche Gleichrichter ausgeschaltet werden. Die in Fig. 1 dargestellten Wechselstromleitungen umfassen eine dreiphasige Speiseleitung 28, an welche die im Dreieck geschaltete Primärwicklung 29 eines Transformators angeschlossen ist, der eine 3 X 2phasige Sekundärwicklung 31 hat. Die Primärwicklung 29 hat also drei Teilwicklungen, von denen je eine mit zwei Sekundärwicklungen gekoppelt ist, oder aber eine einzige Sekundärwicklung mit Mittelanzapfung 32, und die Klemmen der Sekundärwicklungen sind an die Kathodenleitung 13 von zwei Einzelgleichrichtern angeschlossen.
Die drei Anzapfungen 32 der Sekundärwicklung sind verbunden mit den Klemmen eines dreiphasigen Zwischentransformators 33 mit dem Nullpunkt 34, von dem eine Leitung nach dem positiven Leiter des Gleichstromverbrauchskreises 25 führt. Die Wicklungen des Zwischentransformators 33 sind so angeordnet, dass sie den Gleichstromfluss ausgleichen und die Ströme in den Dreiphasenanschlüssen im wesentlichen einander gleichschalten. Zu dem Zweck hat der
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Fig. 9 zeigt typische Spannung-und Stromkurven eines der Gleichrichter, der an eine Transformatorwicklung gemäss Fig. 1 angeschlossen ist. Die starke Linie 36 in Fig. 9 bezeichnet die Spannung von der Anode zur Kathode des Gleichrichters, die gestrichelte Linie 37 die Spannung in der Transformatorwicklung. Wenn der Strom, der in die Anode des Gleichrichters eintritt, im Punkte 39 durch Null geht, so ändert sich die Spannung in der Entladungsstrecke des Gleichrichters sehr schnell von einem sehr niedrigen positiven Werte (Punkt 40 in Fig. 9) zu einem negativen Werte 41, so dass der Hauptanode sehr schnell eine negative Spannung aufgedrückt wird.
Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, ist der Rückstrom, der durch die Entladungsstrecke unmittelbar nach Beendigung der Arbeitsperiode fliesst, verhältnismässig gross, so dass die Gefahr sehr häufiger Rückzündungen besteht. Innerhalb einiger Mikrosekunden bei niedrigem Dampfdruck oder innerhalb 100-1000 Mikrosekunden bei höherem Dampfdruck würde die Entladungsstrecke die Fähigkeit entwickeln, einer beträchtlichen Spannung mit geringer Wahrschein- lichkeit einer Rückzündung zu widerstehen, u. zw. wegen der beträchtlichen Verringerung des Gegenstromes, wie in Fig. 10 angedeutet.
Um nun einen Durchschlag während der unmittelbar auf die Beendigung der Arbeitsentladung folgenden Zeit zu verhindern, muss man dahin streben, dass die negative Spannung langsam ansteigt, entsprechend der strichpunktierten Kurve 42 in Fig. 9, so dass erhebliche Spannungen erst dann an die Entladungsstrecke angelegt werden, wenn die letztere Zeit genug gehabt hat, ihre Ionisation zum grössten Teil zu verlieren.
Nach Fig. 1 kann das Anwachsen einer negativen Spannung an der Hauptanode gegenüber der Hauptkathode oder, was dasselbe bedeutet, der Aufbau einer positiven Spannung an der Hauptkathode gegenüber der Hauptanode bis zu jedem gewünschten Grad verzögert werden, indem jeder Einzelgleiehrichter mit einem äusseren Stromkreis im Nebenschluss verbunden wird, der einen genügend grossen Kondensator 44 enthält.
Bei dieser Kombination muss der Kondensator aufgeladen werden, bevor eine umgekehrte
Spannung zwischen Hauptanode und Kathode angelegt werden kann, und die für dieses Aufladen notwendige Zeit wird durch die Induktanz bestimmt, die gewöhnlich an den äusseren Stromkreisen der Gleichrichter vorhanden ist, sowie durch den Widerstand des Kondensatorkreises. Üblicherweise ist ein besonderer kleiner Widerstand 45 mit dem Kondensator 44 in Reihe geschaltet, um Schwebungen in diesem
Stromkreis zu dämpfen. Ist die Reaktanz, die mit dem Lichtbogen in Reihe liegt, nicht ausreichend, so kann eine kleine äussere Drosselspule 46 eingeschaltet werden, die mit einem sehr niedrigen Strom gesättigt ist, so dass sie eine sehr geringe Reaktanz für normale Belastungsströme während der Entladungperioden darstellt.
Für den kleinen Gleichrichter nach Fig. 1 ist eine besondere Kathodenkühlung nicht vorgesehen, da die Verluste in diesem Entladungsapparat äusserst gering sind und die Kathode schon durch die Ver- dampfung des Quecksilbers genügend kühl gehalten wird, um das Entstehen einer Entladung zwischen
Hauptanode und Hauptkathode während der Sperrperioden zu verhindern. Dies ist aus Fig. 11 zu erkennen, welche die Spannung darstellt, bei welcher die Entladung in einem mit Quecksilberdampf ge- füllte nicht ionisierten Raum eintreten würde. Die Kurve ist eine Funktion des Produkts p. d, worin p den Dampfdruck in mm Quecksilbersäule und d den Elektrodenabstand in cm bedeutet. Die geringste Anlassspannung von etwa 470 Volt tritt auf, wenn das Produkt p tl etwa = 6 ist.
Der normale Wirkungs- bereich des Gleichrichters liegt bei einem Werte des Produkts p d, der etwa gleich der Einheit oder etwas
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natürlich von der Temperatur ab. Es ist deshalb notwendig, solche Temperaturbedingungen aufrecht- zuerhalten, dass bei den benutzten Elektrodenabständen das Produkt p. d einen sicheren Wert nicht wesentlich übersteigt.
Als Zündanode des Gleichrichters nach Fig. 2 dient ein kurzer Stab 67 aus Karborund oder einem ) der obenerwähnten Stoffe. Er wird von einem Ilalter 68geträgen, der sich am unteren Ende eines Stabes 69 befindet, der von einer Deckplatte 70 abhängt. Der Stab 69 sitzt zentral im Gleichrichter und geht durch eine zentrale Öffnung 71 der Hauptanode 63. Die Deckplatte 70 ist von der Hauptanode 57 durch einen
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Porzellanring 72 getrennt, und der Anodenplatte 57 einerseits sowie zwisel. en ihm und der Deckplatte 70 anderseits ist bei 73 abgedichtet. Die Zündanode 67 taucht auch hier wieder tief genug in den Quecksilberteieh 49 ein, so dass sie stets in Berührung mit dem Quecksilber bleibt, da sonst die gewünschte
Zündwirkung nicht eintreten und das Stäbchen 67 abbrennen würde.
Am oberen Ende 74 ist die Zündanode 67 verdickt, um die negative Spannung zu vergrössern, die nötig ist, einen Kathodenfleck auf dem
Halter 68 zu bilden. ohne das Entstehen eines Kathodenfleckes auf dem Quecksilber zu verhindern, wenn die Zündanode positiv ist.
Fig. 2 zeigt eine Umrichteranlage mit sechs Entladungsgefässen, durch die Energie aus einem
Gleichstromnetz 83 auf ein Drehstromnetz 84 zu übertragen ist. Hierin sind die sechs Kathoden 48 dauernd an eine Sammelschiene. 90 angeschlossen, die ihrerseits mit dem geerdeten negativen Leiter des Gleichstromnetzes 83 verbunden ist, so dass alle Kathodenbehälter 48 Erdpotential haben. Die sechs Erregeranoden 67 werden über sechs mechanisch angetriebene Kollektorringe 91 aus den zugehörigen Hauptanodenleitungen gespeist. Die Ringe 91 können von einem Motor 91 a angetrieben werden, der, aus dem Gleichstromnetz erregt, mit veränderbarer Geschwindigkeit zu treiben und umsteuerbar ist.
Jeder Kollektorring 91 hat ein leitendes Segment 91 b, und die aufeinanderfolgenden Segmente sind um 600 gegeneinander versetzt. Auf jeden Ring laufen zwei Bürsten 92, je eine Bürste jedes Paares ist mit einer der Erregeranoden 67 und die andere desselben Paares mit der zugehörigen Hauptanodenleitung verbunden. Ein sechspoliger Schalter 93 in den Erregerkreisen dient dazu, die Entladungsgefässe auszuschalten, ohne dass dazu Hochleistungssehalter notwendig wären. Um den negativen Spannungstoss zu erzeugen, der notwendig ist, um die Entladungsperiode der verschiedenen Hauptanoden 57 zu beendigen, sind drei Kondensatoren 94 vorgesehen.
Die in Fig. 2 dargestellte Wechselrichteranlage kann dazu benutzt werden, einen Induktionsmotor 95 aus dem Dreiphasennetz 84 mit veränderbarer Frequenz zu speisen. Die Frequenz und die Drehrichtung sind mittels des Gleichstrommotors 91 a zu regeln. Um auch die Spannung des Dreiphasenmotors 95 zu verändern, namentlich beim Anlassen, kann man sich eines Regelwiderstandes 96 bedienen, der in der positiven Speiseleitung des Wechselrichters liegt.
Während in Fig. 1 und Fig. 2 Vakuumgefässe mit Lichtbogenentladung als Gleichrichter oder Wechselrichter dargestellt sind. zeigt Fig. 3 die Anwendung der Erfindung an einem Entladungsapparat 97, dessen Lichtbogen sich in der freien Luft bildet und der im allgemeinen für Schaltzwecke oder auch z. B. als Blitzschutzvorrichtung für eine Wechselstromleitung benutzt werden kann. Dieser Entladungsapparat hat zwei Bronzeelektroden 98 in einem Fiberrohr 99. Dieses Rohr und vorteilhaft wenigstens eine der Elektroden 98 haben Öffnungen 100 zur Entlastung des Gasdruckes, der bei der Bogenbildung entsteht.
Jede der Elektroden 98 hat eine Erregervorrichtung, bestehend aus zwei kurzen Stäben 101 aus dem gleichen Material wie die oben beschriebenen Erregeranoden, z. B. aus Karborundkristallen. Jeder Stab oder jeder Kristall ist mit einem Ende in eine der Elektroden 98 eingelassen, und sein anderes Ende sitzt in einem Bronzehalter 102, von dem eine Leitung 103 in einer Isolierbuchse durch die Wand des Fiberrohres 99 hindurchgeführt ist. Beide Leitungen 103 sind durch einen äusseren Widerstand 105 miteinander verbunden. Ein Ende des Entladungsapparates 97 ist bei 106 geerdet und das andere Ende über Funkenstrecken 107 an einen Weehselstromleiter 108 angeschlossen, der gegen Überspannungen geschützt werden soll.
Die Funkenstrecken 107 sind durch Widerstände 108'überbrückt. Tritt an der Leitung 108 eine Überspannung auf, so wird die Funkenstrecke 107 durchschlagen und die Überspannung auf den Entladungsapparat 97 übertragen. Der Widerstand 105 ist so gross bemessen, dass er den Durchfluss jedes Stromes gestattet, der notwendig ist, um einen Kathodenfleck an dem Karborundkristall, dessen Bronzeelektrode 98 zur gegebenen Zeit negativ ist, zu erzeugen. Zündet z. B. die Vorrichtung bei einem Strom von zwei Ampere, so beträgt die normale Leistungsspannung 11 kV. So kann man annehmen, dass die Funkenstrecke 107 bei doppelter Leitungsspannung durchschlagen wird, und der Wider- stand 105 würde dann einen Wert von etwa 11. 000 Ohm ha ben.
So bald der Erregerkristall einen Kathoden- fleck bildet, entsteht ein Lichtbogen in dem Fiberrohr 99 zwischen den beiden Elektroden 98. Sie sind genügend weit voneinander entfernt, dass der Lichtbogen mit Sicherheit erlischt und nicht am Ende der Halbwelle, in welcher er gezündet wurde, bei normaler Leitungsspannung, für die der Apparat berechnet ist, wieder auftritt. Durch die Lichtbogenhitze tritt eine Zersetzung des Materials des Rohres 99 ein und eine so starke Gasströmung, dass der Lichtbogen schon bei Elektrodenabständen erlischt, die viel kleiner sind als die in freier Luft notwendigen.
In Fig. 4 ist ein besonders vorteilhaft herstellbares Entladungsgefäss dargestellt. Die Kühlung des Entladungsraumes erfolgt hier hauptsächlich durch einen mit Wasser gespeisten Kühler 160, der die Hauptanode von der Hauptkathode trennt und in weitgehendem Masse besondere Verzögerungs-
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Zur Zündung dient ein Karborundstäbchrn 151, das in einen eisernen Halter 152 eingeklemmt ist.
Dieser Halter 152 wird von einer Stahlstange 153 getragen, die durch ein langes Quarzrohr 154 geführt ist und durch die Seitenwand 130 des Behälters nach aussen tritt. Hier sind die Stange und das Quarzrohr durch ein Eisenrohr 155 geschützt, das mit dem Gleichrichtergefäss verschweisst ist und einen
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schaltung eines Porzellanringes 158 und von Gummidichtungen 159 verbunden ist.
Auch für Glasgleichrichter ist die neue Zündung verwendbar. In Fig. 5 werden zur Übertragung von Energie in jeder Richtung zwischen einem Wechselstromkreis 184 und einem Gleichstromkreis 185 I zwei Stromrichtergefässe 205 und 206 benutzt, die beide umgekehrte U-Form haben und zwei Queck- silberelektroden 207 und 208, von denen jede mit einer Zündanode 209 ausgerüstet ist. Je nachdem, ob die eine oder andere der Zündanoden jedes Gefässes erregt wird, kann man entweder die eine oder die andere der beiden Quecksilberelektroden 207, 208 zur Kathode machen, während die andere als Anode arbeitet, ohne dass in ihr ein Kathodenfleck gezündet wird.
Die beiden Quecksilberelektroden 208 der beiden Gefässe sind an den Wechselstromkreis 184 angeschlossen, u. zw. entweder unmittelbar oder über die Sekundärwicklung 210 eines Speisetransformators 211. Die Elektroden 207 der beiden Gefässe sind miteinander verbunden und an den positiven oder negativen Leiter des Gleichstromkreises 185 anzu- schliessen, während der andere Leiter des Gleichstromkreises an den Nullpunkt 212 der Transformator-
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Leiter des Gleichstromkreises verbunden.
Die Umsteuerung von der Gleichrichterwirkung zur Wechselrichtung geschieht bei der Anordnung nach Fig. 5 mit Hilfe eines kleinen Umschalters 213, der nur die geringen Steuerströme der Zündanoden 209 zu führen hat. Wenn dieser Schalter in seiner oberen Stellung ist, arbeiten beide Gefässe als Gleichrichter, wobei die Mitte 212 der Transformatorsekundärwieklung 210 mit den Zündanoden verbunden ist, die in die beiden Quecksilberelektroden eintauchen und mit Widerständen 214 in Reihe geschaltet sind, die dazu dienen, den Zündanoden genügend Strom zuzuführen, um einen Kathodenfleck auf der Oberfläche der Quecksilberelektroden 208 zu erzeugen, wenn diese gegenüber der Zündanode negativ sind, ohne jedoch einen Kathodenfleck auf dem Halter 215 jeder Zündanode hervorzurufen,
wenn der letztere negativ gegenüber der zugehörigen Kathode 208 ist. Das ist, wie früher erläutert, möglich wegen des Unterschieds im Strom, der zur Zündung auf dem festen Metallhalter nötig ist, gegenüber dem Strom, den man zur Zündung von Quecksilber benötigt, und dieser Stromunterschied kann noch gesteigert werden durch isolierende Schirme 216, die neben der Berührungsstelle der Zündelektrode 209 mit ihrem Halter 215 angeordnet sind.
Wird der Umschalter 213 umgelegt, so werden die beiden Erregeranoden 215 der Quecksilberelektroden 207 durch zwei Paar Kollektorbürsten 217 und 218 mit den Wechselstromklemmen bzw. den Endklemmen der Sekundärwicklung 210 des Speisetransformators verbunden, so dass sie Strom aus dem Wechselstromnetz 184 erhalten. Der Kontaktapparat besteht in diesem Fall aus einer einzigen Walze 219 mit nur einem leitenden Segment 220 ; die beiden Bürsten jedes Paares 217 oder 218 sind je einander diametral gegenüberstehend oder nur um einen kurzen Abstand auf den Umfang der Walze gegeneinander verschoben gelagert. Der Antrieb der Walze erfolgt durch einen Synchronmotor 221, der seine Erregung aus dem Wechselstromnetz erhält.
Bei dieser Schaltung werden die Quecksilberelektroden 207 zu Kathoden, sobald auf ihnen an den Eintauchstellen der Zündanoden Kathodenflecke gebildet werden, während die Quecksilberelektroden 208 dann nicht erregt und infolgedessen nur als Anoden benutzt werden, so dass dann ein Stromdurchgang nur in der Richtung erfolgt, in der Leistung vom Gleichstromnetz 185 auf das Wechselstromnetz 184 übertragen wird.
Fig. 6 zeigt Glasstromrichter 222 mit Quecksilberkathode 223 und fester Hauptanode 225 sowie einer kleinen Karborundzündanode 227, die in das Quecksilber eintaucht und von einem Halter 228 getragen wird, der am Ende eines starren Leiters 229 sitzt, der, durch ein Quarzrohr 230 abgeschirmt, bei 231 in die Glaswand eingeschmolzen ist. Das Gefäss hat eine eiserne Schirmplatte 232, die von einem bei 234 auf der andern Seite des Gefässes eingeschmolzenen Stab 233 gehalten wird. Die Scheibe 232 reicht zwischen die Hauptanode 225 und die Kathode 223 und ersetzt damit den als Prallkörper für den
Quecksilberdampf dienenden Kühler 160 der Fig. 4.
Die zur Regelung der Zündung dienende Vorrichtung nach Fig. 6 weicht etwas von derjenigen der vorher geschilderten Ausführungsform ab. Ein kleiner Hilfsgleichrichter 235 dient zur Erregung der Zündanode 227, statt jedoch unmittelbar in den Erregerkreis eingeschaltet zu sein, liegt er in Reihe mit der Primärwicklung 236 eines kleinen Hilfstransformators 237, dessen Sekundärwicklung zwischen die Zündanode 227 und den negativen Leiter des Gleichstromkreises 238 geschaltet ist. Auf diese Weise erhält die Zündanode den nötigen Anlassimpuls nur während der Periode, in der zwischen der Hauptanode 225 und der Hauptkathode 223 ein Arbeitslichtbogen übergeht.
In Fig. 6 ist auch veranschaulicht, dass die Zündvorrichtung nicht unmittelbar vom Hauptkathodenkreis erregt zu werden braucht, sondern durch eine Hilfstransformatorwicklung 239 erregt werden kann, wodurch die Strom-und Spannungsbedingungen, die für die Zündung am geeignetsten sind, leicht ausgewählt werden können.
Die neue Zündvorrichtung ist übrigens in ihrer Anwendung nicht auf einanodige Entladungs- gefässe beschränkt, sondern bedeutet auch eine sehr grosse Verbesserung, wenn sie in den üblichen mehranodigen Gleichrichtern benutzt wird, wie dieses z. B. Fig. 7 veranschaulicht. Diese zeigt einen Eisen- o, leieliriehter 240 mit einer Quecksilberkathode 241 und sechs Hauptanoden 242. Zum Anlassen eines derartigen Gleichrichters hat man bisher gewöhnlich eine bewegliche Zündanode benutzt. Sie ist hier
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durch eine der vorstehend beschriebenen neuen Zündanoden 24, 3 ersetzt, die über einen kleinen ausserhalb des Gefässes 240 angeordneten Hilfsgleichrichter 224 an irgendeine der sechs Anodenzuleitungen 242 angeschlossen ist.
Bei dieser Anordnung genügt es zum Anlassen des Gleichrichters, einen Schalter 245 zu schliessen, der den Gleichrichter mit seinem Verbrauchsstromkreis 246 verbindet. Dann wird zu Be- ginn der ersten Arbeitsperiode derjenigen Hauptanode, mit welcher die Zündanode verbunden ist, die letztere erregt und der Hauptgleichrichter gezündet. Sobald dies geschehen ist, erlischt der Zündlicht- bogen, der mit dem äusseren Hilfsgleichrichter 244 in Reihe liegt, während das Ganze durch den Hauptlicht- bogen im Gleichrichtergefäss kurzgeschlossen wird ; das Erlöschen des Zündlichtbogens tritt ein, weil dieser Bogen mehr Spannung erfordert als der Hauptlichtbogen.
Hierauf bleibt die Zündanode während der ganzen Betriebsdauer des Hauptgleichrichters unwirksam, denn ihre Aufgabe ist nur, den Betrieb des Hauptgleichrichters einzuleiten, sobald die Hauptstromkreise geschlossen sind.
Statt die Zündelektrode unmittelbar von der Hauptanode mit Spannung zu versorgen, kann man sich auch einer Hilfsspannung bedienen, die zwischen der Anode und der Zündelektrode eingeführt wird. um den Spannungsabfall im Lichtbogengleichrichter und der Zündung zu kompensieren. Derartige
Anordnungen sind in Fig. 15-20 dargestellt, u. zw. vorzugsweise mit grossflächiger Anode 403, die in sehr geringem Abstand über der aus Quecksilber bestehenden Kathode 402 liegt. Bei der einfachsten
Ausführungsform (Fig. 15) hat der Speisetransformator 406 eine Hilfswicklung 410, die mit der Phase der Anode 403 verbunden ist, und ein Hilfsentladungsapparat 412 ist in die Leitung 413 zwischen dieser
Hilfswicklung und der Zündelektrode 405 eingeschaltet.
Wenn die Spannung in der an die Hauptanode 403 angeschlossenen Phase in positiver Richtung steigt, erhöht sich die Anodenspannung bis zu einem Punkte, der dem Kathodenpotential gleich ist oder darüber liegt. Gleichzeitig steigt auch die Hilfsspannung in positiver Richtung. Diese Hilfsspannung kann geregelt werden, indem man den Anschlusspunkt der
Leitung 413 verlegt, so dass die notwendige Zündspannung, die sieh zusammensetzt aus der normalen
Anodenspannung und der Spannung der Hilfswicklung 410, ausreicht, die Zündelektrode 405 zu erregen und einen Kathodenfleck in irgendeiner Periode der Spannungscharakteristik zu erzeugen. In den Zünd- kreis 413 kann ein Schalter 415 gelegt werden, wodurch der Gleichrichter gesteuert werden kann, ohne dass sein Laststrom unterbrochen zu werden braucht.
Nach Fig. 16 wird die Hilfsspannung durch einen besonderen Transformator 420 geliefert. Dieser kann mit der Hauptenergiequelle über einen Phasenschieber 421 verbunden sein, so dass die Zündspannung gegenüber dem Anodenpotential zu verschieben ist.
Gemäss Fig. 17 ist die Hilfswicklung 425 zur Erzeugung des zusätzlichen Zündpotentials mit einer andern Phase als derjenigen verbunden, die an die Hauptanode angeschlossen ist. Durch geeignete Be- messung der Hilfswicklung 425 kann der Zündpunkt an jede beliebige Stelle der Spannungskurve ver- legt werden. Liegt die Hilfswicklung an einer der Anodenphase voreilenden Phase, so wird das Zünd- potential vor dem Potential des Anodenkreises so weit abfallen, dass der Zündlichtbogen erlischt, bevor der Hauptliehtbogen ausgelöscht wird. Die schnelle Unterdrückung des Zündstromes verhütet nicht nur den Energieverlust im Zündkreis, sondern auch Rückzündungen, die eintreten können, wenn man den
Zündlichtbogen nach dem Erlöschen des Hauptlichtbogens weiterbrennen liesse und dadurch die Ionisation aufrecht erhielt.
Bei der Ausführung nach Fig. 18 wird die Hilfsspannung in den Zündkreis durch einen Hilfs- generator 427 eingeführt. Der Zündpunkt kann durch Veränderung der Phasenlage oder der Frequenz im Hilfsgenerator geregelt werden.
Gemäss Fig. 19 wird das Hilfspotential für den Zündkreis von einer Hilfsbatterie 429 geliefert, die mit der Anodenspannungsquelle und der Zündelektrode 405 in Reihe geschaltet ist. Um den Zündkreis vor dem Erlöschen des Hauptlichtbogens zu unterbrechen, kann eine Kommutierungsvorrichtung 430 in dem Zündkreis angeordnet werden. Zweckmässig ist es, sowohl einen Hilfsgleiehrichter als auch eine Synchronkontaktvorrichtung zu benutzen, doch ist der Hilfsgleichrichter nicht unbedingt notwendig.
Gemäss Fig. 20 wird der Zündkreis aus einer Hilfsenergiequelle gespeist, die durch einen Gleich- stromgenerator 432 gebildet wird. Ein strombegrenzender Widerstand 433 liegt in Reihe mit diesem
Generator, und beide sind durch einen Kondensator 443 überbrückt. Zwischen dem Generator 432 und der Zündelektrode 405 liegt ein gittergesteuerter Hilfsgleichrichter 436, dessen Gitter 437 mit dem Potential der Hauptanode 403 zu beaufschlagen ist. Eine zusätzliche Spannungsquelle kann zwischen der Anode 403 und dem Steuergitter 437 des Hilfsgleichrichters eingeführt werden, um den Zündzeitpunkt mit Rücksicht auf das Potential des Haupttransformators 406 zu regeln. Ist das Gitter des Hilfsgleichrichters positiv gegenüber der Zündelektrode 405, so lässt der Hilfsgleichrichter 436 Strom nach einem Zündkreise fliessen.
Der Widerstand 433 im Zündkreis ist so bemessen, dass der Stromfluss vom Generator 432 nicht aus- reicht, den notwendigen Zündstrom zu liefern ; der Generator lädt aber den Kondensator 434 mit einer
Spannung auf, die gleich der Generatorspannung ist, und der Kondensator 434 liefert parallel mit dem Hilfsgenerator 432 genügend Strom zur Erregung der Zündelektrode 405. Sobald der Kondensator- strom verbraucht ist, wird die Zündelektrode unwirksam, und die Zündung erlischt, bevor der Haupt- liehtbogen des Hauptgleichrichters erlöschen kann.