CH172857A - Einrichtung zum vorzeitigen Löschen des Anodenstromes bei Gleich-, Wechsel- oder Umrichtern. - Google Patents

Einrichtung zum vorzeitigen Löschen des Anodenstromes bei Gleich-, Wechsel- oder Umrichtern.

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CH172857A
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Bbc Brown Boveri & Cie
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  Einrichtung zum vorzeitigen Löschen des     Anodenstromes    bei Gleich-,  Wechsel- oder Umrichtern.    Die Erfindung bezieht sich auf eine Ein  richtung zum     Löächen    eines Anodenstromes  bei Gleich-, Wechsel- oder Umrichtern mit  Bogen- oder Glühkathoden und mit minde  stens einem den Anoden unmittelbar     vorge-          laberten        Steuergitter.        AZan    hat bereits vor  geschlagen, die Öffnungen in den vor den  Anoden befindlichen Gittern so zu bemessen,  dass der     Lantimuirsche    Dunkelraum bei dem  gegebenen Metalldampfdruck sie schon bei  solchen negativen Spannungen überdeckt und  verschliesst, auf welche sich .das Gitter isoliert  angeordnet,

   von selbst aufladen würde.  



  Ein solches Gitter erfüllt den Zweck, den  Anodenstrom zu löschen.  



  Versuche haben aber gezeigt,     dass    es ge  lingt, den Anodenstrom auch dann zu löschen,  wenn die Öffnungen in den Gittern so gross  gemacht werden, dass die oben genannte     Be-          dingung    nicht mehr erfüllt ist. Es hat sich  dabei gezeigt,     dass    für die Löschung des  Anodenstromes die Vorgänge, die sich im    Raume zwischen     Gitter    und Anode abspie  len, von grösster Wichtigkeit sind. Wichtig  ist vor allen     Dingen    die Ionisation im Raume  zwischen Anode und Gitter.     Ionenbildung     in diesem Raume ist notwendig, wenn man  grosse Anodenströme wirtschaftlich, das  heisst ohne grossen Spannungsabfall steuern  will.

   Wie unwirtschaftlich infolge des gro  ssen     Spannungsabfalles    eine     Steuerung    ohne  Ionisation zwischen Gitter und Anode wird,  zeigt die folgende Überlegung.  



  Bei vollständigem Fehlen von positiven  Ionen 'im Raum zwischen Anode und Gitter  berechnet sich die     Elektronenstromdichte    I,  welche zwischen zwei parallelen     Ebenen    auf  treten kann, nach dem     Langmuir-Schottky-          schen        Raumladegesetz:     
EMI0001.0022     
    wobei V die Spannung und X den     Abstand     zwischen Anode und Gitter bedeuten;

   Bei      einem Gitterabstand von beispielsweise  X = 5 mm ergibt sich für einen Spannungs  abfall von     Y    = 20 Volt eine Stromdichte  von nur 0,083. 10-2     Amp/em'    und für eine       Anodenstirnfläche    von 300 cm\ würde der  Gesamtstrom nur 0,25     Amp.    betragen. Oder  bei einer Stromdichte von zirka 3     Amp/om\,     wie sie bei den heutigen Grossgleichrichtern  an der Anodenfläche vorkommt, müsste der  Gitterabstand X nur 0,084 mm betragen, was  praktisch unmöglich ist oder der Spannungs  abfall     V    würde auf zirka 4700 Volt anstei  gen.  



  Vorliegende Erfindung bezweckt die  diskontinuierliche Steuerung grosser Anoden  ströme (mehrere hundert Ampere), ohne dass  zwischen Gitter und Anode während er     un-          gesperrten    Brenndauer ein unzulässig grosser  Spannungsabfall entsteht. Unter .dem Aus  druck     "diskontinuierlich"    ist dabei verstan  den, dass der Anodenstrom beim Anlegen  einer     sinusförmig    veränderlichen negativen  Gitterspannung nicht kontinuierlich auf Null  abnimmt, sondern zunächst konstant bleibt  und dann im Vergleich zur Periode der Git  terspannung rasch verschwindet.

   Dadurch,  .dass während der Brenndauer Ionisation zwi  schen Gitter und Anode ermöglicht wird,  bleibt in diesem Raume die Bedingung der       "Quasineutralität",    das heisst Bleichviele  Elektronen wie positive Ionen pro Raumein  heit aufrecht erhalten und der Spannungsab  fall bleibt nur gering. Plötzliches Abschnei  den des     Ano.denstroines    hat     gegenüber    kon  tinuierlich wirkenden Steuerungen den Vor  teil, dass während dem Löschvorgang infolge  seiner äusserst kurzen Dauer wenig Energie  verloren geht.

   Die Schalterarbeit, als wel  che man diese Löscharbeit auch bezeichnen  kann, muss schon .deshalb klein gehalten  werden, weil diese sich hier mit der Frequenz  und der Anodenzahl wiederholt, und nicht  wie bei einem gewöhnlichen Schalter nur in       @reRricjeu    Zwischenräumen bewältigt werden  muss. Man kann zwar bei einer kontinuier  lich wirkenden Steuerung die Zeitdauer des  Löschvorganges dadurch verkleinern, dass  man     nieht    eine     sinusförmige    Spannung nor-         maler        Frequenz,    sondern eine .sehr steile,       spitzanförmige        Gitterspannung    anwendet.

         -Kontinuierlich    wirkende     Steuerungen    sind  aber immer au die     Bedingung    der nicht vor  handenen Ionisation zwischen Gitter und  Anode und damit an grossen     Spannungsab-          fall    gebunden.  



  Der Löschvorgang beruht auf einer  Beeinflussung der     Quasineutralität    im Raume  zwischen     Gitter    und Anode. Die     Quasineu-          tralität        mu3    während der zugelassenen  Brenndauer .des Anodenstromes aus Gründen  des möglichst geringen Spannungsabfalles  erfüllt sein.

   Soll aber der Anodenstrom aus  gelöscht werden, so muss die     Quasineutralität     durch die negative     Gitteraufladung    gestört  werden, indem durch die Ableitung eines  negativen Gitterstromes ein Mehrverbrauch  von positiven Ionen auf der Anodenseite des  Gitters     zuo-leich    eine verminderte Zufuhr  und Neubildung solcher Ionen veranlasst  wird.

       Mehrverbrauch    und verminderte Neu  bildung und Zufuhr von positiven Ionen  müssen sich gegenseitig derart unterstützen,  dass die     Quasineutralität    im Raume zwischen  Anode und Gitter sehr rasch verschwindet,  und der Elektronenstrom nur noch     raum-          ladebegrenzte    Werte von so     kleiner    Grösse  annimmt wie es obige Rechnung gezeigt hat.

    Damit nun bei. negativer     Gitterspannung    die       Ionenzufuhr    und die Stossionisation vermin  dert, der     Ionenverbrauch,    das heisst der nega  tive Gitterstrom, aber möglichst gross wird,  sind die     Steuergitter    so zu bemessen, dass die  freie     Querschnittsfläche    der     Durchtrittsöff-          nungen    der Gitter, welche sowohl für die       Ionenzufuhr,    als auch für die     Ionenbildung     massgebend ist, in einem bestimmten Verhält  nis steht zur Ionen verbrauchenden Gitter  oberfläche.

   Dabei kommt in     erster    Linie der  jenige Teil der Gitteroberfläche in Frage, der  der     Anode    zugekehrt ist, sowie auch die Um  grenzungsoberfläche der Gitteröffnungen,  während der der Kathode zugewendete Teil  weniger ins Gewicht fällt.  



  Es ist offensichtlich, dass eine möglichst  kleine Oberfläche der     Durchtrittsöffnungen     zusammen mit     einer    möglichst grossen Gitter-           oberfläche    den Löschvorgang begünstigt.  Die Neubildung von Ionen ist aber ausserdem  noch von der Gas- oder Dampfdichte und  vom     Abstand    zwischen Gitter und Anode ab  hängig;     je    grösser der Abstand zwischen bei  den und die Dampf- und Gasdichte ist, desto  grösser muss das Verhältnis der Ionen ver  brauchenden Oberfläche O zur freien Durch  trittsfläche F gewählt werden.

   Ausserdem  ist die freie     Durchtrittsfläche    eine Funktion  der negativen Gitterspannung, weil sich um  die Gitteröffnungen ein positiver Dunkel  raum     (Langmuirscher    Dunkelraum) ausbil  det, dessen Dicke der     1/        y        33    proportional ist.  Es ist aber nicht möglich, die negative Gitter  spannung     beliebig    hoch zu wählen, weil die  Gefahr des Umschlages der unselbständigen  Gitterentladung in eine selbständige Bogen  entladung mit zunehmender Spannung rasch  grösser wird     (Gitterrückzündungen).     



  Versuche haben nun gezeigt,     dass    bei  einem Abstand     a    zwischen Gitter und Anode  von der Grössenordnung einer freien     Elektro-          nenweglänge        %e    das     Verhältnis    von     p    > 2,5  sein muss, wenn man mit einem solchen Gitter  durch eine negative Gitterspannung, die un  terhalb der kritischen     Rückzündungsspan-          nung    liegt, die Bedingung der     Quasineu-          tralität    derart stören will, dass der Anoden  strom auslöscht.

   Ist der Abstand     a        wesent-          lieh    kleiner als die freie     Elektronenweglä,nge          7.e,    so kann das Verhältnis 0 noch kleiner  gemacht werden als 2,5. Da man aber die  Dampf- oder Gasdichte zwischen Anode und  Gitter nur innerhalb gewissen Grenzen kon  stant halten kann, so muss man in der Wahl  von     #    eine gewisse Sicherheit zugeben.  



  Gegenstand der Erfindung ist nun eine  Einrichtung zum vorzeitigen Löschen des  Anodenstromes bei Stromrichtern mit     Bogen-          oder    Glühkathoden, und mit     mindestens     einem den Anoden unmittelbar vorgelagerten  Steuergitter, bei dem erfindungsgemäss der  Löschvorgang durch die Beeinflussung der       Quasineutralität    im Raume zwischen Steuer-    Bitter und Anode erfolgt, indem die Summe  der Oberfläche aller     gleichmässig    über die  ganze Gitterfläche verteilten     Durchtrittsöff-          nungen    bei einem Abstand zwischen Anode  und Gitter von der Grössenordnung der mitt  leren freien     Elektronenweglänge,

      kleiner als  der dritte Teil der für die Aufnahme des  positiven     Ionenstromes    aus dem Raume zwi  schen Anode und Gitter in Frage kommen  den Gitteroberfläche ist.  



  In der Zeichnung sind Ausführungsbei  spiele der Einrichtung gemäss der Erfindung  schematisch in     Abb.    Ja,     1b,    2a,     2b    im Schnitt  durch Anode und Gitter,     bezw.    in Aufsicht  auf das     Gitter    dargestellt.  



  Mit A ist die Anode     bezeichnet,    G ist das  der Anode unmittelbar vorgelagerte Steuer  gitter, das mit     Hilfe    des     kappenförmigen     Teils     Ir    an dem     Einführungsisolator    J für  die Anode aufgehängt ist. Das     Gitter    ist mit  Öffnungen o versehen, die auf der Gitter  oberfläche gleichmässig verteilt sind, und  deren Manteloberflächen die Ionen auffangen.  



  Um die Ionen verbrauchende Oberfläche  auf der Anodenseite -des     Gitters    zu vergrö  ssern, sind bei     Fig.    la und     1b    auf der Gitter  ebene vertikal, stehende Zusatzflächen     f    an  gebracht. Diese Zusatzoberflächen können  zum Beispiel als runde oder eckige Stifte s in  die Gitteroberfläche eingesetzt sein, oder als  flache     Stäbe    t parallel zur Mittellinie der  Gitterflächen verlaufen.

   Im Ausführungs  beispiel,     Fig.    2a und 2b ist zur Vergrösserung  der Ionen verbrauchenden Oberfläche zwecks  rascher und sicherer Steuerung der Quasi  neutralität die Anode A mit Rippen B ver  sehen, die sowohl auf der .der Kathode zuge  kehrten Anodenfläche, als auch auf ihrer       Zylindermantelfläche    angebracht sein kön  nen. Zwischen diesen Rippen liegen     noch          Gitterstäbe    B     bezw.    Rippen t, die elektrisch  mit der Gitterfläche verbunden sind, und  zwar entweder direkt oder über Widerstand.  



  Vor dem Steuergitter kann noch ein Er  reger-     bezw.        Ableitergitter        (Kommutierungs-          gitter)    angebracht sein, .das dauernd über  einen Widerstand mit der zugehörigen Anode  verbunden ist.      Es können     ferner    die Zusatzflächen     zwi-          seben    Gitter und Anode vom Steuergitter  isoliert sein und entweder dauernd oder auch  über einen Kontaktgeber periodisch nur auf       ein    solches negatives     Potential    gebracht wer  den, bei dem der positive     Ionenstrom    den  Sättigungswert erreicht hat.  



  Die Steuergitter können auch zusätzlich  geheizt werden.

Claims (1)

  1. PATENTA-TTSPRUCH Einrichtung zum vorzeitigen Löschen des Anodenstromes bei Gleich-, Wechsel- oder Umrichtern mit Dampf- oder Gasentladungs- strecke und mit Bogen- oder Glühkathoden, und mit mindestens einem der Anode unmit telbar vorgelagerten Steuergitter, dadurch ge kennzeichnet, dass der Löschvorgang durch die Beeinflussung der Quasineutralität im Raume zwischen Steuergitter und Anode er folgt, indem die Summe der Oberfläche aller,
    gleichmässig über die ganze Gitterfläche ver teilten Durchtrittsöffnungen bei einem Ab stand zwischen Anode und Gitter von der Grössenordnung der mittleren freien Elek- tronenweg-länge, kleiner als der dritte Teil ,der für die Aufnahme des positiven Ionen stromes aus dem Raume zwischen Anode und Gitter in Frage kommenden Gitteroberfläche ist. UNTERA@TSPRüCHE 1.
    Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass im Raume zwi schen Gitter und Anode auf der Gitter ebene vertikal stehende Zusatzflächen an- gebracht sind, die einen grösseren Ver brauch von positiven Ionen aus diesem Raume herbeiführen. Einrichtung nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass in die der Anode zugekehrten Gitteroberfläche Stifte eingesetzt sind, deren Mantelflächen als Zusatzflächen dienen. Einrichtung nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Zusatz fläche durch die Oberflächen von auf die Gitteroberfläche aufgebrachten Stäben ge bildet werden.
    :. Einrichtung nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Zusatz fläche zwischen Gitter und Anode elek trisch, über einen Widerstand oder direkt mit dem Steuergitter verbunden sind. Einrichtung nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Zusatz flächen zwischen Gitter und Anode vom Steuergitter isoliert sind und entweder dauernd oder auch über einen Kontakt geber periodisch nur auf ein solches nega tives Potential gebracht werden, bei dem .der positive Ionenstrom den Sättigungs wert erreicht hat.
    Einrichtung nach Unteranspruch 1, da- .durch gekennzeichnet, dass die Anode selbst mit Rippen als Zusatzflächen ver sehen ist, zwischen denen die Zusatz flächen des Steuergitters angeordnet sind.
CH172857D 1932-12-24 1933-11-10 Einrichtung zum vorzeitigen Löschen des Anodenstromes bei Gleich-, Wechsel- oder Umrichtern. CH172857A (de)

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