DE591493C

DE591493C - Electrical discharge vessel

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Publication number: DE591493C
Application number: DEH107339D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1925-07-28
Filing date: 1926-07-21
Publication date: 1934-01-22

Description

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Anordnung für elektrostatisch und magnetisch gesteuerte Entladungsgefäße, wie sie beispielsweise zur Speisung und Regelung von Induktionsmotoren aus Gleichstromnetzen Verwendung finden. Durch sie wird ein mechanisch fester Aufbau mit einem Mindestmaß an äußeren Haltevorrichtungen und elektrischen Verbindungen geschaffen, wobei durch besondere Ausbildung des Magnetgestells der Leistungsaufwand für die Erzeugung des Magnetfeldes bedeutend herabgesetzt wird. Ferner ist die Gesamtanordnung offen und zugänglich, damit die Leitungen, der Entladungsgefäße bequem herausgeführt werden können.The invention relates to an improved arrangement for electrostatic and magnetic controlled discharge vessels, such as those used for supplying and regulating Find induction motors from direct current networks use. They make a mechanical one Fixed structure with a minimum of external holding devices and electrical connections created, with Due to the special design of the magnet frame, the power required for generation of the magnetic field is significantly reduced. Furthermore, the overall arrangement is open and accessible so that the lines of the discharge vessels can be conveniently led out can.

Es ist bereits bekanntgeworden, Entladungsgefäße zu bauen, bei denen die Steuerung der Entladung bzw. die Elektronenbahn durch das elektrostatische Feld einer Hilfselektrode außerhalb und ein magnetisches Feld parallel zu der geradlinigen Verbindung zwischen Anode und Kathode bestimmt wird. Auch sind bereits Entladungsgefäße vorgeschlagen worden, bei denen die aus Wolfram o. dgl. bestehenden Hauptelektroden teils mit emittierendem Material, beispielsweise Calciumoxyd, bedeckt, teils unbedeckt sind. Sind keine Mittel zur Aufrcchterhaltung der Temperaturunterschiede vorgesehen, dann kann sich leicht der emittierende Belag auf einem Teil der Oberfläche niederschlagen ..'..: und eine unerwünschte Emission zur Folge haben.It has already become known to build discharge vessels in which the control the discharge or the electron path through the electrostatic field of an auxiliary electrode outside and a magnetic field parallel to the rectilinear connection between Anode and cathode is determined. Discharge vessels have also already been proposed have been, in which the main electrodes made of tungsten or the like. Partly with emitting material, for example Calcium oxide, covered, partly uncovered. Are not a means of maintaining the If temperature differences are provided, then the emitting coating can easily appear precipitate part of the surface .. '..: and result in an undesired emission to have.

Gemäß der Erfindung haben die wirksamen Flächen der einander gegenüberliegenden und mit ihren Achsen senkrecht zum Magnetfeld liegenden Hauptelektroden die Form paralleler Zylinder, während der wirksame Teil der Steuerelektrode die Form einer Platte besitzt, die parallel und außerhalb der Entladungsstrecke liegt. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Anordnung von Sperren¹ aus Isoliermaterial zur Vermeidung unerwünschter Elektronenentladungen an der Steuerelektrode, die die Hauptelektroden umgibt und diese von äußeren elektrostatischen Feldern abschirmt.According to the invention, the effective surfaces of the opposing main electrodes lying with their axes perpendicular to the magnetic field have the shape of parallel cylinders, while the effective part of the control electrode has the shape of a plate which is parallel and outside the discharge path. Another object of the invention is the arrangement of barriers ¹ made of insulating material to avoid undesired electron discharges on the control electrode, which surrounds the main electrodes and shields them from external electrostatic fields.

Der Erfindungsgegenstand wird durch die Zeichnung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen · - . .The subject matter of the invention is illustrated by the drawing, for example, and although show · -. .

Abb. ι A einen Vertikalschnitt und Abb. iB . einen Horizontalschnitt einer Anordnung für Entladungsgefäße,Fig. Ι A a vertical section and Fig. IB. a horizontal section of an arrangement for discharge vessels,

Abb. 2A, 2B und 2C die Anordnung für die Steuerelektroden (Abb. 2A) bzw. die Niederfrequenzelektroden (Abb. 2B) und· die Hochfrequenzelektroden (Abb. 2C),Figs. 2A, 2B and 2C show the arrangement for the control electrodes (Fig. 2A) and the low-frequency electrodes, respectively (Fig. 2B) and the high-frequency electrodes (Fig. 2C),

Abb. β- die Seitenansicht der Anordnung für die Entladungsgefäße zwischen zwei Schenkeln des Alagnetgestells,Fig. Β- the side view of the arrangement for the discharge vessels between two legs of the magnet frame,

Abb. 4 Einzelheiten der Entladungsgefäße. Die Anordnung nach Abb. iA und iB besteht aus einer Anzahl getrennter Systeme i, 2, 3 und 4, von denen jedes zwischen den < Polen 11 des Elektromagneten 12 liegt, der durch die Spulen 8, 9 und 10 mit Gleichstrom erregt wird. Jedes System besteht aus einem hochevakuierten Gefäß mit konzentrischen, zweckmäßig polierten Metallmänteln 13 alsFig. 4 Details of the discharge vessels. The arrangement according to Fig. Ia and Ib consists of a number of separate systems i, 2, 3 and 4, each of the solenoid is located between the <Poland 11 12, which is energized by the coils 8, 9 and 10 with direct current. Each system consists of a highly evacuated vessel with concentric, appropriately polished metal jackets 13 as

• Reflektoren, welche die Wärmeverluste in den Gefäßen, auf ein Mindestmaß herabsetzen und die Hauptelektroden auf der geforderten Emissionstemperatur halten. Innerhalb der Reflektoren liegen' die Entladungsstrecken, von denen jede aus einer Steuerelektrode 5 und zwei Hauptelektroden 6 und 7 besteht.• Reflectors, which reduce the heat losses in the vessels to a minimum and keep the main electrodes at the required emission temperature. Within the Reflectors are the discharge paths, each of which consists of a control electrode 5 and two main electrodes 6 and 7 is made up.

ao Während eines Teiles jeder Steuerperiode wird die Steuerelektrode 5 gegenüber den Hauptelektroden stark positiv geladen, wie dies in Abb. 4 durch Punkte und Pfeile angedeutet ist. Die Elektronen, die durch die Steuerelektrode unter hoher Beschleunigung der jeweiligen Kathode entzogen und durch das mit gestrichelten Linien angedeutete Magnetfeld gerichtet werden, erreichen jedoch infolge der hohen magnetischen Feldstärke nicht die Oberflächen der außerhalb der Entladungsstrecken liegenden Steuerelektroden. Die Folge ist, daß die Elektronen ihre Bewegung unter verzögerter Beschleunigung fortsetzen und die Anoden nur mit niedriger Geschwindigkeit erreichen. Während des übrigen Teiles der Steuerperiode ist die Steuerelektrode stark negativ, so daß infolgedessen ein Elektronenstrom nicht zustande kommt.
Die Anordnung der Entladungsgefäße nath Abb. ιA und iB ist besonders geeignet, Induktionsmotoren ■ aus Gleichstromnetzen zu speisen. Zu diesem Zweck sind für die Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom verhältnismäßig hoher Frequenz die Teile 1 und 2 und für die Umformung dieses Wechselstromes in Mehrphasenwechselstrom niederer und veränderlicher Frequenz die Teile 3 und 4 vorgesehen. Ferner liegen die einzelnen Entladungsstrecken nicht nebeneinander in Richtung der magnetischen Kräftlinien wie bei Anordnungen bereits vorgeschlagener Bauart, sondern hintereinander in derselben Ebene parallel zum Kraftfluß. Außerdem bestehen die Hauptelektroden aus parallelen Röhren 25ao During part of each control period, the control electrode 5 is strongly positively charged with respect to the main electrodes, as indicated in Fig. 4 by dots and arrows. The electrons withdrawn from the respective cathode by the control electrode under high acceleration and directed by the magnetic field indicated by dashed lines, however, do not reach the surfaces of the control electrodes located outside the discharge paths due to the high magnetic field strength. The result is that the electrons continue their movement with delayed acceleration and only reach the anodes at low speed. During the remaining part of the control period, the control electrode is strongly negative, so that, as a result, an electron flow does not occur.
The arrangement of the discharge vessels according to Fig. ΙA and iB is particularly suitable for feeding induction motors ■ from direct current networks. For this purpose, parts 1 and 2 are provided for converting direct current into alternating current of relatively high frequency, and parts 3 and 4 are provided for converting this alternating current into polyphase alternating current of low and variable frequency. Furthermore, the individual discharge paths do not lie next to one another in the direction of the magnetic lines of force as in arrangements of the type already proposed, but one behind the other in the same plane parallel to the force flow. In addition, the main electrodes are made up of parallel tubes 25

55: und 27 bzw. Stäben oder Bändern, die in Richtung des magnetischen Feldes hintereinanderliegen, und die Steuerelektroden aus Platten 23, die dem magnetischen Kraftfluß und den Hauptelektroden parallel liegen.55: and 27 or rods or ribbons that lie one behind the other in the direction of the magnetic field, and the control electrodes made of plates 23 which are parallel to the magnetic flux and the main electrodes.

Die Elektroden sind durch metallische Endplatten 24 (Abb. 2A und 4), 26 (Abb. 2B und 3) und 28 (Abb..2C und 3) in ihrer Lage fest gesichert und zur Vermeidung eines Elektronenstromes mit Sperren 29 (Abb. 2A und 4), 30 (Abb. 2A und 4) und 31 (Abb. 2B) aus Isoliermaterial versehen.The electrodes are supported by metallic end plates 24 (Figs. 2A and 4), 26 (Fig. 2B and 3) and 28 (Fig..2C and 3) firmly secured in their position and to avoid a flow of electrons with locks 29 (Fig. 2A and 4), 30 (Fig. 2A and 4) and 31 (Fig. 2B) made of insulating material.

Die zweistufige Anordnung für die Gleichstrom-Wechselstrom-Umformung hat folgende Vorteile: Erstens erhalten die großen freien Flächen des Eisenkörpers (auf jeder Seite und am Fuß der Anordnung nach Abb. iA und iB) das gleiche magnetische Potential, wodurch das Bestreben des magnetischen Flusses, in den umgebenden Behälter einzutreten, auf ein Mindestmaß herbgesetzt wird. Zweitens werden der obere Teil und beide Seiten jedes Entladungssystems für die Zufüh- ' rungen frei, und zwar werden bei der Anordnung nach Abb. iA zweckmäßig die Steuerzuführungen 20 vorn, die Hochfrequenzleitungen 22 hinten und die Gleichstrom- und Niederfrequenzleitungen 21 oben angeordnet. Drittens ist die Zahl der aus jedem Behälter herausgeführten Leitungen beträchtlich kleiner, wodurch die Isolatorverschlüsse 19 vereinfacht werden. Viertens bedingt die kleinere Zahl der Gefäße einen mechanisch stabi- ■ len Aufbau. Fünftens werden alle drei Dimensionen der Gesamtanordnung annähernd gleich, wodurch ein gedrängter und handlicher Aufbau erzielt wird.The two-stage arrangement for direct current to alternating current conversion has the following advantages: First, get the large free areas of the iron body (on each side and at the foot of the arrangement according to Fig. iA and iB) the same magnetic potential, whereby the tendency of the magnetic flux to enter the surrounding container, is reduced to a minimum. Second, the top part and both sides each discharge system for the feeds are free, and that with the arrangement According to Fig. iA, the control feeds 20 at the front, the high-frequency lines, are expedient 22 at the rear and the DC and low frequency lines 21 at the top. Third, the number of lines leading out of each container is considerably smaller, whereby the isolator closures 19 are simplified. Fourth, the smaller one determines Number of vessels a mechanically stable ■ structure. Fifth, all three dimensions almost the same as the overall arrangement, resulting in a compact and manageable structure.

Die Anordnung nach Abb. iA und iB eignet sich besonders für hohe Leistungen, beispielsweise für mehrere hundert Kilowatt. Bei kleineren Leistungen verwendet man zweckmäßig eine kleinere Zahl von Gefäßen, die dann vorzugsweise zu einer einzigen Anordnung in einem einzigen Magnetfeld vereinigt werden.The arrangement according to fig. IA and iB is suitable particularly suitable for high outputs, for example for several hundred kilowatts. For smaller outputs, it is advisable to use a smaller number of vessels, which then preferably combined into a single arrangement in a single magnetic field will.

Bei der Anordnung für Wechselstromum-noo formung mit m Hochfrequenz- und η Niederfrequenzelektroden nach Abb. 3, insgesamt m · η Gruppen von Entladungsstrecken, jede mit besonderer Steuerelektrode, können m Gruppen von Entladungsstrecken und η Gruppen von Entladungsstrecken nebeneinander angeordnet werden." Es entsteht dann ein Rechteck von m · η Gruppen von Entladungsstrecken, die in einer Ebene senkrecht zum magnetischen Fluß liegen. Dabei ist jede no Gruppe von Entladungsstrecken einer Phase des hochfrequenten und des niederfrequenten Netzes zugeordnet. Die übereinanderliegenden m Gefäße besitzen entsprechend Abb. 2B Röhren 25 als Niederfrequenzelektroden, die zwischen parallelen Metallplatten 26 befestigt sind, welche zugleich auch die übrigen Elektroden tragen. Als Hochfrequenzelektroden dienen Röhren 27 nach Abb. 2C, die durch Isolierbuchsen 32 in den für die Niederfrequenzelektroden bestimmten Platten 26 geführt sind. Die Steuerelektroden sind gegenWith the arrangement for alternating current conversion with m high-frequency and η low-frequency electrodes according to Fig. 3, a total of m η groups of discharge paths, each with a special control electrode, m groups of discharge paths and η groups of discharge paths can be arranged next to one another then a rectangle of m · η groups of discharge paths lying in a plane perpendicular to the magnetic flux. each no group is assigned to one of discharge paths of a phase of the high-frequency and low-frequency network. the overlying m vessels own in accordance with Fig. 2B tubes 25 as Low-frequency electrodes which are fastened between parallel metal plates 26, which also carry the other electrodes. The high-frequency electrodes are tubes 27 according to FIG

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die Niederfrequenzelektroden durch Isolierstücke 30 isoliert, die gleichzeitig auch als Sperren für einen Elektronenstrom zwischen den Endplatten 24 der Steuerelektrode und den Hauptelektroden dienen. Isolierende Sperren 29 und 31 bedecken die Endplatten 24 an den Enden der Entladungsgefäße und überall da, wo magnetische Kraftlinien von einer emittierenden zu einer nichtemittieren-the low-frequency electrodes are insulated by insulating pieces 30, which also act as Blocking a flow of electrons between the end plates 24 of the control electrode and serve as the main electrodes. Insulating barriers 29 and 31 cover the end plates 24 at the ends of the discharge vessels and wherever magnetic lines of force come from an emitting to a non-emitting

to den Oberfläche gehen.to go to the surface.

Die Elektronen erfahren nun auf ihrer Bahn zwischen den Hauptelektroden einen zu diesen parallel und zum magnetischen und elektrischen Fluß senkrecht gerichteten Abtrieb. Sind die Elektronen infolge des Abtriebes an die Grenze des wirksamen Bereiches des Gefäßes gelangt, dann biegen die Elektronen um die Kanten der Steuerelektrode, wobei sie sich noch immer senkrecht zum elektrisehen Feld bewegen. Hierbei ist darauf zu achten, daß das elektrische Feld auf der einen Seite der Steuerelektrode anders gerichtet ist als auf der anderen Seite. Dies hat zur Folge, daß jedes Elektron, das zwischen den Hauptelektroden hin und her schwingt, ohne dieselben zu erreichen, infolge Abtriebes ganz um eine der Platten der Steuerelektrode herumgeführt wird. In diesem Weg darf keine Sperre angeordnet sein, da diese durch die Elektronen negativ geladen und somit das Arbeiten des Gefäßes gestört würde.The electrons now experience one on their path between the main electrodes this output directed parallel and perpendicular to the magnetic and electrical flux. If the electrons have reached the limit of the effective area of the vessel as a result of the downforce, then the electrons bend around the edges of the control electrode, whereby they are still perpendicular to the electrical view Move field. It is important to ensure that the electric field is on the one hand Side of the control electrode is directed differently than on the other side. As a consequence, that every electron that oscillates back and forth between the main electrodes without them to achieve, as a result of the output, guided completely around one of the plates of the control electrode will. No barrier may be arranged in this way, as this is negatively charged by the electrons and thus the Work of the vessel would be disturbed.

Sind die Steuerelektroden negativ, dann bildet sich über ihren Oberflächen eine Elektronenwolke, die einen ähnlichen Abtrieb, wie den eben beschriebenen, erfährt und der ebenfalls nicht durch Sperren behindert werden darf. Der freie Raum an der Oberfläche der Steuerelektroden wird mit Rücksicht auf die Spannungen und die magnetische Feldstärke gewählt, damit sich die Elektronenwolke weder bis zu den Haupt- noch den anderen Steuerelektroden ausdehnt.If the control electrodes are negative, an electron cloud forms over their surfaces, that experiences a downforce similar to the one just described, and that too may not be hindered by blocking. The free space on the surface of the control electrodes is made with regard to the Tensions and the magnetic field strength are chosen so that the electron cloud does not extend to either the main or the other control electrodes.

Da die Elektronen auf ihrer Bahn von einer Hauptelektrode zur anderen infolge des zu den Hauptelektroden parallelen Magnetfeldes einer Rotationsbewegung und außerdem noch einer von der Steuerelektrode herrührenden veränderlichen Querkraft unterliegen, so können unter gewissen Bedingungen jene Elektronen, die die Anode infolge der hohen positiven S teuer spannung nicht erreichen und daher zwischen den Hauptelektroden hin und her schwingen, auf derart hohe Quergeschwindigkeiten kommen, daß sie schließlich die Oberfläche der Steuerelektrode erreichen. Um diesen Zustand zu vermeiden, wird die Stärke des magnetischen Feldes zweckmäßig derart eingestellt, daß im Steuerkreis ein möglichst kleiner Gitterstrom auftritt.As the electrons move from one main electrode to the other as a result of the to the main electrodes parallel magnetic field of a rotational movement and furthermore subject to a variable transverse force originating from the control electrode, so can under certain conditions those electrons that reach the anode as a result of the high positive The expensive voltage cannot be reached and therefore oscillate back and forth between the main electrodes at such high transverse speeds come that they finally reach the surface of the control electrode. To avoid this condition, strength will be of the magnetic field expediently set so that in the control circuit a possible small grid current occurs.

Beim Aufbau verwendet man vorteilhaft zylinderförmige Elektroden, da diese konstruktiv einfacher sind und eine größere emittierende Oberfläche als flache Streifen geben. Ferner erhält man bei Verwendung von zylinderförmigen Hauptelektroden. und ebenen Steuerelektroden ein verhältnismäßig gleichförmiges Querfeld. ■Cylindrical electrodes are advantageously used in the construction, as they are constructive are simpler and give a larger emitting surface than flat strips. Furthermore, one obtains when using cylindrical main electrodes. and levels Control electrodes have a relatively uniform transverse field. ■

Claims

Patent claims:

1. Electrical discharge vessel with control electrode and one in the direction the discharge path extending magnetic field, characterized in that the effective areas of the opposing main electrodes with their axes perpendicular to the magnetic field have the shape of parallel cylinders, while the control electrode has the shape of a plate that are parallel and lies outside the discharge path.

2. Electrical discharge vessel for arrangement according to claim 1, characterized in that that the control electrode surrounds the main electrodes, apart from their ends, and these so from the outside shields from electrostatic fields.

3. Electrical discharge vessel for arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the electrodes are firmly secured in their position by metallic end plates (24, 26, 28) and are provided with locks (29, 30, 31) made of insulating material. ^N

4. Learn to reduce the current in the control circuit of an electric Discharge vessel according to Claim 1 or the following, characterized in that the The strength of the magnetic field carrying the electrons is regulated in such a way that the current in the control circuit is reduced to a minimum value is restricted.

5. Electrical discharge vessel for arrangement according to claim 1 or the following, characterized in that the paths on which the electron output between the electrodes are perpendicular to the magnetic and dielectric flux, for the electron movement remain free and contain no isolating barriers (open no Ends of the control system according to Fig. 2A).

6. Arrangement for electrical discharge vessels according to claim 1 or the following, characterized in that the magnet frame is an odd number symmetrically arranged, on a common yoke seated poles, with the exception of the two outer poles excitation coils wear, whereby the external magnetic fields are kept weak, and between them a valve assembly record in such a way that three sides

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of the structure remain accessible for the execution of lines.

7. An arrangement for electrical discharge vessels according to claim 1 or the following, characterized in that m high-frequency and η Niederf recjuenz-, electrodes formed in such a way (Fig. 3) and arranged in a plane perpendicular to the magnetic field that m · η groups of Discharge paths arise between high-frequency and low-frequency electrodes, each of which is assigned to a phase of the high-frequency and the low-frequency network.

1 sheet of drawings