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Metalldampf- oder Edelgasstromrichter.
Die Erfindung betrifft Metalldampf-oder Edelgasstromrichter, insbesondere Quecksilberdampf- stromrichter für hohe Spannungen, mit mehreren in der Entladungsbahn angeordneten Gitterkörpern.
Bei Metalldampfstromrichtern mit Gefässen aus Glas oder Metall, insbesondere bei steuerbaren oder nicht steuerbaren Quecksilberdampfstromrichtern, die hohe Spannungen führen, treten mitunter insofern Schwierigkeiten auf, als in den Sperrzeiten Ladungsträger grosse kinetische Energie bekommen, durch Stossionisation selbständige Entladungen einleiten und bei heftigem Aufprall auf die Anoden- oberfläche starke örtliche Erwärmungen hervorrufen, die zur Bildung von Fehlkathodenflecken führen können. In jedem Fall haben diese Vorgänge ein Versagen der Sperrwirkung und damit das Auftreten von Rückzündungen zur Folge, die die Betriebssicherheit der Stromrichteranlagen in Frage stellen.
Es wurde schon versucht, durch Einbau von Quer-und Sperrflächen in die Anodenschutzrohre oder in den Lichtbogenweg den Entladungsweg (Anode-Kathode) in einzelne Wegstrecken zu unterteilen, u. zw. in Wegstrecken solcher Ausmasse, dass die Ladungsträger in der Sperrphase nur diese kleinen Teilstrecken in gerader Richtung durchfliegen können, mit dem Ziel, zu verhindern, dass die Ladungsträger zu sehr beschleunigt werden. Diesen Anordnungen haftet jedoch der Nachteil an, dass die Zündung der Entladung erheblich erschwert und die Brennspannung stark heraufgesetzt wird.
Ausserdem wird der Querschnitt der Entladungsbahn durch die Einbauten in unerwünschtem Masse verengt. Derartige Einbauten sind daher für Stromrichter mit höheren Belastungen nicht verwendbar.
Besser erweisen sich hingegen schon solche Anordnungen, die den Lichtbogenweg durch Einbau von Gittern in Form faradayischer Käfige (Kastengitter od. dgl.) abwechselnd in feldfreie und starke feldführende Räume aufteilen. Die feldführenden Räume sind in Richtung des Lichtbogenweges so bemessen, dass die Abstände der senkrecht zur Lichtbogenrichtung liegenden Gitter kleiner sind als die mittlere freie Weglänge der Ladungsträger. Die feldfreien Räume hingegen erstrecken sich über ein Vielfaches der mittleren freien Weglänge der Ladungsträger. Man erreicht hiebei folgendes : Die Ladungsträger werden jeweils in den Räumen grosser Feldstärken stark beschleunigt, können jedoch wegen des kurzen Weges, der ihnen hier zur Verfügung steht, keine Stossionisation erzeugen.
Sie bewegen sich deshalb, wenn sie in die feldfreien Räume gelangen, mit konstanter Geschwindigkeit fort.
Wenn auch ein grosser Teil der Ladungsträger auf ihrem Wege durch die feldfreien Räume von den Gittern aufgefangen wird, so ist es hiebei jedoch nicht zu vermeiden, dass einzelne Ladungsträger doch noch bis in die Bezirke der Anoden vordringen und hier zu den vorerwähnten Störungen des Entladungsvorganges führen.
Die Erfindung, welche die erwähnten Nachteile vermeidet, besteht darin, dass die Gitterkörper ein elektrisches Feld erzeugen, welches die Ladungsträger während der Sperrphase in der Richtung zu den Wandungsteilen bzw. besonderen Rekombinationsflächen ablenkt, wobei die Lage der Gitter- öffnungen während der Brennphase einen Durchtritt der Ladungsträger durch die Gitteröffnungen auf geradem Wege zur Anode ermöglicht. Auf diese Weise wird die Rückzündungssicherheit wesentlich verbessert, da die Ladungsträger in der Sperrphase so rasch wie möglich aus der Entladungsbahn entfernt werden.
Beim Stromrichter gemäss der Erfindung tritt aber im Gegensatz zu bekannten Anordnungen, bei denen Sperrflächen in der Entladungsbahn angeordnet sind, eine wesentliche Erhöhung der Zünd-
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und Brennspannung nicht ein, da die Ladungsträger während der Brennphase auf geradem Wege durch die Gitteröffnungen zur Anode gelangen können. Während der Brennpbase wird nämlich die Steuerwirkung der Gitterkörper unwirksam, da das Lichtbogenplasma beim Durchzünden des Zünd-und Erregerlichtbogens die Umgebung der Gitterkörper überschwemmt.
Eine zwesskmässige und einfache Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass man mindestens zwei zueinander parallel angeordnete Gitter vorsieht, deren Gitterkörper schräg zur Entladungsbahn liegen. Zwischen diesen Gittern verlaufen dann die Feldlinien in der oben. vorgeschriebenen Weise. Man kann auch die Gitter konisch ausbilden und mit ihren Spitzen jeweils derjenigen Elektrode zuwenden, von der die Ladungsträger in den Sperrzeiten ferngehalten werden sollen. Die Gitter können die Stirnseiten faradayischer Käfige bilden. Die zwischen den quer zur Entladungsbahn liegenden Gittern befindliehen Räume, insbesondere im äusseren Teil der Gitterkörper, sind vorteilhaft durch Querwände in radialer Richtung versperrt.
Die Querwände sind zweckmässig an einem der Gitterkörper angeordnet und greifen in eine im benachbarten Gitterkörper befindliehe Ausnehmung (Rille) ein, ohne diesen benachbarten Gitterkörper zu berühren. Bei Entladungsröhren mit Anodensehutzrohren können die Anodenschutzrohre nach innen springende Taschen oder Ansätze haben, welche in die Zwischenräume zwischen den jeweils benachbarten Gittern eingreifen und so den Raum zwischen den faradayisehen Käfigen und dem Anodenrohr versperren. Die Abstände zwischen den benachbarten Gittern sind vorteilhaft so klein, dass in den feldführenden Räumen Stossionisation ausgeschlossen ist. Die Gitter oder die mit Gittern versehenen faradayischen Käfige können einzeln steuerbar sein.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele dargestellt : Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Anodensehutzrohr, die Fig. 2--5 zeigen andere Ausführungsformen.
Nach Fig. 1 ist die Anode mit 1 und das Anodenschutzrohr mit 2 bezeichnet. In dem Anodenschutzrohr : 3 befinden sich Gitter 3 und 4, die einander unmittelbar benachbart sind. Die Gitter liegen, wie man aus der Zeichnung ersieht, quer zur Richtung 5 der Entladungsbahn. Die Gitter 3 und 4 sind entweder in dem aus Metall bestehenden Anodensehutzrohr 2 isoliert befestigt oder sie liegen in einem Schutzrohr, das selbst aus Isiolierstoffwerk besteht. Die Gitter 3 und 4 haben verschiedene Potentiale, so dass sich zwischen ihnen ein elektrisches Feld ausbildet, dessen Linien bei 6 angedeutet sind und quer zur Entladungsbahn 5 verlaufen. Wie man aus der Zeichnung ersieht, sind die Feldlinien aus der Richtung auf die Hauptelektrode 1 abgelenkt, so dass sie auch in ihrer Verlängerung nicht auf diese treffen können.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 befinden sich in dem Anodenarm oder Anodenrohr 2 vor
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verschiedene Potentiale. An der Stirnseite des faradayisehen Käfigs 7 befindet sich ein konischer Gitterkörper 11, der dem entsprechenden konischen Gitterkörper 12 des Käfigs 8 benachbart ist. In entsprechender Weise haben die Käfige 8 und 9 konische Stirngitter 13 und 14. In den Zwischenräumen zwischen den Gittern H. j ! 2 und 13, 14 nehmen die Feldlinien den bei 15 und 16 angedeuteten Verlauf, d. h. die Feldlinien sind auch hier aus der Richtung auf die Hauptelektrode 1 abgelenkt, so dass sie mit ihrer Verlängerung nicht auf diese treffen können.
Diesen Feldlinien folgende Ladungsträger werden daher von der Anode 1 ferngehalten und an die Mantelflächen der Käfige 7 und 8 geführt. Wie man aus der Zeichnung ersieht, sind die konischen Gitterkörper mit ihrer Spitze derjenigen Elektrode zugewendet, von der die Ladungsträger in den Sperrzeiten ferngehalten werden sollen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 haben die Käfige 17, 18 und 19 konische Gitterflächen, deren Spitzen von der Anode abgewendet sind. Bei diesen Gitterformen wird erreicht, dass von der Anode 1 kommende Ladungsträger ebenfalls aus der Richtung der Entladungsbahn heraus auf die Mantelflächen der Käfige geführt werden. Es wird hiebei erreicht, dass störende Ladungsträger von der Steuerelektrode 20 mit Sicherheit ferngehalten werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 befinden sich in dem Anodenrohr 2 vor der Anode 1 die Käfige 21, 22 und 23 sowie das Gitter 24. Die Käfige 21, 22 und 23 haben als Gitter ausgebildete konische Stirnflächen, die teils wie in Fig. 2 angegeben, gegen die Anode und teils gegen das Gitter 24 gerichtet sind. Der Verlauf der Feldlinien wurde bei 25 und 26 angedeutet, bei einer solchen Ausbildung der Gitterkörper wird Gewähr dafür geboten, dass in den Sperrzeiten Ladungsträger weder in der einen noch in der andern Richtung auf eine der Hauptelektroden treffen können. Im Innern des Käfigs 22 befindet sich ein Rekombinationskörper 27, der als Zylinder ausgebildet und an den konischen Gitterkörpern des Käfigs 22 befestigt ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 haben die Käfige 28 und 29 an den Stirnseiten, an denen konisehe Gitterkörper angebracht sind, Querwände 31 und 32, die in die entsprechenden Ausnehmungen der benachbarten Gitterkörper der Käfige 29 und 30 lose eingreifen.
Wie aus der Figur ersichtlich, ist naturgemäss eine Berührung der Gitterpaare 33,34 einerseits und 35, 36 anderseits zu vermeiden. Die Querwände 31 und 32 haben den Zweck, in radialer Richtung ausfallende Ladungsträger aufzufangen und zu verhindern, dass diese in den zwischen den Käfigen und dem Anodensehutzrohr befindlichen Zwischenraum eintreten. Das Anodenrohr 2 hat ringförmige
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Taschen 37 und 38, die, wie man aus der Figur ersieht, in den Zwischenräumen zwischen den Käfigen und dem Anodenrohr Querwände bilden und verhindern, dass Ladungsträger in Richtung der Pfeile 39 und 40 bis zu der Anode 1 vordringen können.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Metalldampf-und Edelgasstromrichter, insbesondere für hohe Spannungen, mit mehreren in der Entladungsbahn angeordneten Gitterkörpern, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterkörper ein elektrisches Feld erzeugen, welches die Ladungsträger während der Sperrphase in der Richtung zu den Wandungsteilen bzw. besonderen Rekombinationsflächen ablenkt, wobei die Lage der Gitter- öffnungen während der Brennphase einen Durchtritt der Ladungsträger durch die Gitteröffnungen auf geradem Wege zur Anode ermöglicht.