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Vorrichtung und Verfahren zur Unterbrechung eines elektrischen Stromes
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Vorrichtung, bei der die Hauptröhre in Reihe mit einer Belastung an eine Gleichspannungs- quelle angeschlossen ist. Fig. 2 zeigt den zeit- lichen Spannungsverlauf an der Haupt-und
Hilfsröhre während des Betriebes.
In Fig. 1 sind mit 1 die Klemmen einer Gleich- spannungsquelle bezeichnet, die eine Spannung von einigen zehn Kilovolt aufweisen kann, an die in Reihe eine Belastung 2 und eine Entladungsröhre 5 (Hauptröhre) mit Quecksilberkathode 4 und Anode 5 angeschlossen sind. Die Röhre ist mit einer Zündelektrode 6 ausgestattet, die in diesem Falle als dauernd in das Kathodenquecksilber eingetauchter Halbleiter gewählt ist.
Parallel zur (Haupt) röhre 3 liegt eine Hochvakuumtriode (Hilfsröhre) 7, mit einer Glühkathode 8, einem Gitter 9 und einer Anode 10, die so dimensioniert ist, dass sie bei einer Anodenspannung von etwa 500 bis 1000 Volt den vollen Belastungsstrom für kurze Zeit übernehmen kann.
Ebenfalls parallel zur Hauptröhre ist eine Vorrichtung zum Löschen dieser Röhre geschaltet, die im gewählten Beispiel aus der Reihenschaltung eines an eine Gleichspannungsquelle 11 angeschlossenen Löschkondensators 12, einer gas-oder dampfgefüllten Röhre 13 und eines kleineren Kondensators 14 besteht. Die Röhre 13 ist mit einer Anode 15 und einer Quecksilberkathode 16 versehen und kann ebenso wie die Hauptröhre mittels einer in das Quecksilber eingetauchten, aus einem Halblieter bestehenden Hilfsanode 17 durch einen Spannungsimpuls zur Zündung gebracht werden.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltung ist folgende. Es wird von dem Zustande ausgegangen, in dem die Hauptröhre 3 leitend ist,
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Röhre 3 noch nicht gelöscht ist und somit die an Röhre 7 liegende Anodenspannung immer noch der Brennspannung der Röhre 3 von 20 bis 30 Volt entspricht, wird noch immer der weitaus grösste Teil des Belastungsstromes die Röhre 3 durchfliessen.
Dann wird die Entladung in der Röhre 3 gelöscht, was dadurch erfolgt, dass Röhre 13 mittels der Zündelektrode 17 gezündet wird. Der vorher aufgeladene Löschkondensator 12, der mit der negativen Seite der Röhre verbunden ist, entlädt sich dann über Röhre 13 und lädt den anfänglich ungeladenen Kondensator 14 auf, der sich nun über Röhre 3 entlädt, wodurch das Potential der Anode 5 kurze Zeit gegenüber der Kathode derart herabgesetzt oder sogar negativ gemacht wird, dass die Entladung gelöscht wird.
Nach erfolgter Löschung von Röhre 3 steigt die Anodenspannung an Röhre 7 auf etwa 500 bis 1000 Volt, aber zunächst nicht weiter, da Röhre 7 bei dieser Spannung bereits den vollen Belastungsstrom übernimmt.
In diesem Zeitpunkt befindet sich die Röhre 3 infolge der vorhandenen Restionisation in einem Zustande verringerter Durchschlagssicherheit ; es kommt aber zu keiner neuen Zündung, weil die Anode 5 zur Anode 10 parallel geschaltet ist und daher auch an ihr eine Spannung von nur etwa 500 bis 1000 Volt liegt. Bei dieser Spannung ist, trotz der nach der Löschung in Röhre 3 noch vorhandenen, obwohl abnehmenden Restionisation, eine Wiederzündung oder sonstige Störung im Zustande der Röhre nicht zu befürchten.
Erst nachdem die Entionisation hinreichend fortgeschritten ist, wozu eine Zeit von der Grössenordnung von 10-4 bis 10-5 sec erforderlich ist, und Röhre 3 ihre volle Durchschlagssicherheit wieder erhalten hat, wird die Spannung am Gitter 9 wieder negativ gemacht und dadurch der Stromdurchgang durch Röhre 7 gesperrt, worauf die volle Netzspannung auf die Röhren 3 und 7 zurückkehrt. Der Kondensator 14 dient dazu, den grössten Teil dieser Spannung im Parallelzweig aufzunehmen, so dass nur ein Bruchteil davon auf den Kondensator 12 entfällt.
Den an die Hochvakuumröhre zu stellenden Anforderungen kann beim heutigen Stande der Technik für einen ausgedehnten Bereich von Spannungen und Strömen entsprochen werden.
Es ist nicht erforderlich, eine Röhre mit Gittersteuerung zu verwenden. Brauchbar ist ebenfalls eine Röhre mit magnetischer Steuerung, die den Vorteil hat, dass die Gitterverluste erspart werden und die Steuerenergie beträchtlich geringer ist.
In Fig. 2 ist der Spannungsverlauf der Röhren 3 und 7 als Funktion der Zeit dargestellt. Mit t1 ist die Zeit bezeichnet, während der die Röhre 3 und kurz vor dem Ende auch die Röhre 7 leitend ist, so dass die Spannung E1 auf den Röhren 3 und 7 der Brennspannung der Röhre 3 entspricht.
Während t2 ist die Röhre 3 gelöscht und es entspricht die Spannung E2 an der Röhre der Anoden- spannung der Röhre 7. Die Zeitdauer t2 ist von der Grössenordnung von 10-4 bis 10-5 sec, u. zw. derart, dass in dieser Zeit die Restionisation in der Röhre 3 verschwindet. Die Röhre 7 wird nun gesperrt, so dass während der darauffolgenden Zeitdauer t3 die volle Netzspannung E3 auf die Röhre zurückkehrt.
Darauf beginnt, wie das Diagramm zeigt, wieder eine neue Periode mit der Zündung der Röhre 3.
Aus Fig. 2 ist weiters ersichtlich, dass durch periodisches Zünden und Löschen bzw. Sperren der Röhren 3 und 7 die erfindungsgemässe Schaltung im Prinzip dazu geeignet ist, als Wechselrichter verwendet zu werden, dessen Belastung z. B. ein Transformator zur Umwandlung hoher Gleichspannung in niedrigere Wechselspannung sein kann. Hiebei ist dann die Periodizität in den aufeinanderfolgenden Zustands- änderungen der Röhren im Einklang mit der Frequenz der erzeugten Wechselspannung zu wählen.
Es ist aber auch möglich, die Schaltung zum einmaligen oder periodischen Ein-und Ausschalten von Wechselströmen zu verwenden, wobei die Ausschaltung in einem beliebigen Augenblick innerhalb einer halben Periode stattfinden kann. In diesem Falle werden häufig zwei im Gegentakt geschaltete Röhrenpaare 3 und 7 verwendet, um die beiden Hälften der Periode des Wechselstromes durchlassen zu können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Unterbrechung eines elektrischen Stromes mittels einer gas-oder dampfgefüllten löschbaren Entladungsröhre, insbesondere zur Unterbrechung von Gleichstrom hoher Spannung und grosser Leistung, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Röhre (Hauptröhre 3) eine steuerbare Hochvakuumröhre (Hilfsröhre 7) geschaltet ist, die im Augenblick des Löschens kurze Zeit praktisch den ganzen Strom der Hauptröhre bei einer derart niedrigen Spannung zu übernehmen vermag, dass Wieder- zündung dieser Röhre (3) durch Restionisation nicht eintreten kann.